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物理九年级大单元整体教学设计
第十四章 《内能的利用》
本章内容分析
本章主要通过四冲程内燃机工作原理的学习，使学生了解内燃机的主要结构；大致了解内燃机工作时，能量的转化与转移情况；了解内燃机在现代生活，特别是交通方面的应用。本章在热学中占有举足轻重的地位。通过本章学习，使学生认识到在利用燃料内能方面，也不可避免地会有一部分内能转化和转移到其他方面，因此要建立热机效率的概念，并与机械效率联系和类比。之后自然引出能量守恒定律。“关心科技发展的动态，关注技术应用带来的社会进步和问题，树立正确的科学观”是义务教育阶段物理课程的价值表现之一。通过本章的学习，要使学生了解内燃机的发展对人类进步起到的作用，同时要使学生认识到它给环境带来的污染问题。在本章的学习中，学生来自于生活的经验和体验是很多的，充分发挥学生来自经验或兴趣方面的知识，让他们积极地参与教学活动，会对提高教学效果起到很大的作用。同时，在部分学生的带动下，大多数学生也会受到触动而更多地关注技术关注社会的发展。作为教师，也应该作出表率。
热机：教材首先通过一个演示实验，展示了蒸汽机的工作原理，介绍了热机的特点和种类，引出内燃机，内燃机分为汽油机和柴油机，配合插图，先介绍汽油机的四个工作冲程及特点，然后介绍柴油机，重点是二者在结构和工作特点上的不同。开学世界栏目介绍了“现代汽车”。
热机的效率：各种热机都要靠燃烧燃料来获得能量，得到动力，教材首先介绍了燃料的热值，热值是燃料的特性，反映燃料放热本领的大小。燃料燃烧释放出的能量，不能全部被热机利用来获得机械能，自然引出热机的效率，教材有一幅内燃机的能流图，清晰指出了燃料燃烧时能量的去向。教材还介绍了提高热机效率的方法。ST$栏目介绍了“从火车到火箭”。
能量的转化和守恒：教材通过四组小实验，让学生观察实验现象，讨论能量的转化方式，引出各种能量在一定条件下都可以相互转化。教材“想想议议”小球的机械能减少了，引出能量守恒定律，并指出“永动机”不可能实现。
本章课标要求
3.1.1了解能量及其存在的不同形式。描述各种各样的能量和生产、生活的联系。
3.1.2通过实验，认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化。
3.3.3了解热机的工作原理。知道内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。
3.5.1知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。
3.5.2从能量的转化和转移的角度认识效率。
3.5.3知道能量的转化和转移有一定的方向性。
本章核心素养
物理观念：知道四冲程内燃机的构造和工作原理，知道各种形式的能是可以相互转化的，能量的总量是保持不变的物理观念。
物理思维：通过分析能量转化和能量的去向，理解热机的效率的物理思维。
科学探究：通过演示实验直接证明消耗内能可以做功，直观地展示出热机中能量转化的基本过程；介绍了蒸汽机的基本工作原理。
科学态度与责任：有能用能量守恒的观点分析物理现象的意识，在科学，技术，社会，环境（STSE的关系基础上形成科学的态度与责任。
单元教学目标
（一）内容目标
1.知道热机的概念，初步了解热机的工作原理，体会内能的利用对人类发展的重要作用。
2.了解汽油机的构造及工作过程。
3.了解柴油机的构造及工作过程。
4.从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同，建立热值的概念。
5.能简单计算燃料燃烧放出的热量。
6.能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热机的效率。
了解能量及其存在的多种形式。
7.知道能量的转移和转化，能解释一些常见现象中的能量转化过程。
8.理解能量守恒定律，有用能量守恒定律的观点分析物理现象的意识，体会能量守恒定律的普适性。
（二）学业目标
1.通过实验，知道能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化。
2.熟记热机的工作原理，知道内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。
3.通过对温度、内能和热量的关系的分析，能从能量转化的角度认识燃料的热值。
4.通过和机械效率的类比，正确认识热机的效率。
5.知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。知道能量的转化和转移有一定的方向性。
五、教学重点：
1. 四冲程汽油机的基本工作原理。
2. 燃料的热值和热机的效率
3. 理解能量守恒定律。
六、教学难点：
1. 四冲程汽油机的基本工作原理。
2. 热机效率的理解。
3. 理解能量守恒定律。
七、学情分析，教学建议：
学生在前面已经学过内能，对内能的定义和改变的方式有了初步的认识。学习功和机械能时，对机械效率进行过系统的学习，所以可以类比机械效率来学习热机的效率，联系生活实际，所以，对于本章的学习并不困难。
活动建议：
1. 用易拉罐制作简易内燃机。
2. 列举太阳能在地球上转化为其他形式能量的实例。
3. 讨论人在滑滑梯过程中能量转化的情况。
4. 调查当地近年来炊事、取暖、交通等方面燃料结构的变化，从经济与环保的角度开展讨论。
5. 燃料的种类很多，如木柴、煤、汽油、酒精、天然气等，查阅资料并比较相同质量的不同燃料完全燃烧时放出热量的多少。
6. 查阅资料或访问农机、汽车维修等专业人员，了解内燃机中燃料燃烧所释放热量的去向，讨论提高效率的可能途径。
7. 调查当地主要炉灶的能量利用效率，写出调查报告。
八、本章活动主题：
热学知识在生活中的应用
炎热的夏天在地上撒些水，靠水分的蒸发达到降温的目的.严寒的冬天如何取暖，可以运动也可以喝热水，涉及做功、热转递的知识。汽车发动机常用水来散热，早春保护秧苗不被冻坏而往往采用在夜间向稻田里灌水，而白天放水，都充分利用了水的比热大这一特性。
细心的人会发现，鸡蛋刚从锅里取出来的时候，如果你急于剥壳吃蛋，就难免连壳带”肉”一起剥下来。要解决这个问题，有一个诀窍，就是把刚出锅的鸡蛋先放在凉水中浸一会，然后再剥，蛋壳就容易剥下来。
原来一般的物质（少数几种例外），都具有热胀冷缩的特性。可是，不同的物质受热或冷却的时候，伸缩的速度和幅度各不相同。一般说来，密度小的物质，要比密度大的物质容易发生伸缩，伸缩的幅度也大，传热快的物质，要比传热慢的物质容易伸缩。鸡蛋是硬的蛋壳和软的蛋白、蛋黄组成的，它们的伸缩情况是不一样的。
在温度变化不大，或变化比较缓慢均匀的情况下，还显不出什么：一旦温度剧烈变化，蛋壳和蛋白的伸缩步调就不一致了。把煮得滚烫的鸡蛋立即浸入冷水里，蛋壳温度降低，很快收缩，而蛋白仍然是原来的温度，还没有收缩，这时就有一小部分蛋白被蛋壳压挤到蛋的空头处。随后蛋白又因为温度降低而逐渐收缩，而这时蛋壳的收缩已经很缓慢了，这样就使蛋白与蛋壳脱离开来，因此，剥起来就不会连壳带”肉”一起下来了。
九、教学过程性评价细目设计
学习任务 热机 热机的效率 能量的转化 和守恒
优秀 1. 熟知热机的概念，初步了解热机的工作原理，体会内能的利用对人类发展的重要作用。 2. 知道汽油机的构造及工作过程。 3. 知道柴油机的构造及工作过程。 1.从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同，熟练掌握热值的概念。 2.能熟练计算燃料燃烧放出的热量。 3.能熟练说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热机的效率。 1. 知道能量及其存在的多种形式。 2. 熟知能量的转移和转化，能解释一些常见现象中的能量转化过程。 3. 掌握能量守恒定律，有用能量守恒定律的观点分析物理现象的意识，体会能量守恒定律的普适性。
良好 1. 知道热机的概念，初步了解热机的工作原理，体会内能的利用对人类发展的重要作用。 2. 了解汽油机的构造及工作过程。 3. 了解柴油机的构造及工作过程。 1.从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同，建立热值的概念。 2.能简单计算燃料燃烧放出的热量。 3.能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热机的效率。 1. 了解能量及其存在的多种形式。 2. 知道能量的转移和转化，能解释一些常见现象中的能量转化过程。 3. 理解能量守恒定律，有用能量守恒定律的观点分析物理现象的意识，体会能量守恒定律的普适性。
合格 1. 了解热机的概念，初步了解热机的工作原理，体会内能的利用对人类发展的重要作用。 2. 初步了解汽油机的构造及工作过程。 3. 初步了解柴油机的构造及工作过程。 1.从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同，初步建立热值的概念。 2.能简单计算燃料燃烧放出的热量。 3.能初步说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热机的效率。 1.初步了解能量及其存在的多种形式。 2. 了解能量的转移和转化，能解释一些常见现象中的能量转化过程。 3. 知道能量守恒定律，有用能量守恒定律的观点分析物理现象的意识，体会能量守恒定律的普适性。
十、教学流程图（思维导图展现整个整体单元教学的思路及课时安排）
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【大单元教学】第十四章 内能的利用 分课时教案
第3节 能量的转化和守恒
课题 能量的转化和守恒
课型 新授课 √ 复习课 试卷讲评课 其他课
1.教学内容分析 《能量转化与能量守恒》是课程标准中的核心概念4。本节课相当于通过对整个单元的复习中总结出能量的转化与守恒定律。通过专题化学习，让学生从实际问题出发学习能的形式、能的转移和转化的具体分析方法。初中阶段，首先学习初步的科学概念和规律，如动能、势能、机械能及其守恒，机械功、功率、杠杆平衡条件、机械效率、内能及改变物体内能的途径、热量、燃料的热值、物质的比热容、电功、电功率、功和能的关系等，这些内容与学生的日常生活紧密联系，但贯穿始终的主线是能的转化与能量守恒。其次，运用概念进行简单的定量计算，如功和功率的计算、应用杠杆平衡条件的计算、分析计算滑轮组的省力问题、计算滑轮组的机械效率、电功率以及电能消耗的计算等。这些定量计算是学习能量守恒定律的基础。最后，定性了解能的多种形式（包括生物体能量的来源与转化），能的转化与传递的方向性。
2.学习者分析 本节课对学生的综合分析能力要求相当高，本节内容用系统的概念理解能的转化过程中能的总量保持守恒，初步建立用能的转化与守恒的观点分析问题的意识，能的转化和转移的方向性，对学生来说有一定难度，由于是热力学第二定律的内容，初中学生只需了解方向性的概念及相关现象即可。通过观察、实验、案例分析等来提高学生的模型建构、推理与论证等科学思维能力。
3.学习目标确定 1. 了解能量及其存在的多种形式。 2. 知道能量的转移和转化，能解释一些常见现象中的能量转化过程。 3. 理解能量守恒定律，能用能量守恒定律的观点分析物理现象。
4.学习评价设计 学习评价自我评价表项目评价内容掌握情况很好一般不好科学知识1理解能量守恒定律，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。2能识别出生活中能量转化的实例，并能用能量守恒的观点加以解释。学科能力通过观察和实验，认识能量之间的相互转化。运用科学的语言描述能量的转化和守恒。科学态度认识到自然界中存在的各种能量最终都可以归结为几种基本形式，树立世界是统一的观念。建立科学的世界观，具有探索自然的欲望。小组评价表评价内容得分标准成员一成员二成员 三团队精神5分：能高效分工合作完成任务 3分：重大问题能有效沟通 1分：各自独立，不能完成任务实施能力5分：能准确设计详细的实验过程和所用实验道具。 3分：能设计出大概方框架，但不够准确和详细。 1分：不能设计出任何过程和方案。结果展示能力5分：小组完成任务并解答正确。 3分：小组 任务，但解答部分正确，部分错误。 1分：小组完成任务，但解答全部不正确。总分
5.学习活动设计
教师活动 学生活动 设计意图/学习评价
任务一：创设情境
象山技工学校的朱振霖花1.5万元，自行研制出一辆太阳能汽车：不需气、不需油，每天晒晒太阳，能开70公里。 思考：他是如何让太阳能驱动汽车前进的呢？ 学生观看图片，阅读内容，思考问题。 创造课堂情景，激发学生的兴趣和求知欲。
任务二：能量的转化
1.自然界存在着各种不同形式的能量 提问：通过前面的学习结合生活实际，你知道的能量有哪些？ 展示各种具有能量的图片，常见的一些能量有： （1）机械能（2）内能（3）太阳能（4）化学能（5）电能（6）核能： 2.能量的转化 （1）回顾：机械能之间的转化，内能和机械能之间的转化，热机中的能量转化。 （2）分析以下小实验或生活实例中的能量转化： ①举例：太阳能热水器，炽热的铁水发光。 ②举例：光合作用，萤火虫发光。 ③演示：用电池（干电池或水果电池等）、手摇发电机、温差发电片（用散热片和热水发电）、太阳能电池（用强光手电筒照射发电）驱动小灯泡发光或小风扇转动。 举例：电风扇，电热水壶，手机充电器。 总结：科学家经过长期探索，发现各种现象变化中常常存在着能量的转化。在一定条件下，不同形式的能量可以相互转化。 组织学生进行交流与分享：举例说明图中每条能量转化路径的实例。 3.能量的转移 展示生活中的实例，请你分析是什么能量发生了转移： （1）水车——________。 （2）热水袋暖手（热传递）——_______。 （3）输电线——_______。 总结：在一定条件下，能量可以发生转移。在能量转移的过程中，能量的形式没有发生变化 学生结合生活经验思考，并列举出生活中常见的一些能量，可以相互补充。 学生观察各种能量的图片，并进行交流。 学生回顾已学能量转化的相关知识。 学生根据能量变化分析小实验或生活实例中的能量转化： ①分析：光能和内能可以相互转化。 ②分析：光能和化学能可以相互转化。 ③分析：电能和其他形式的能量可以相互转化。 学生尝试总结归纳能量的转化。 学生交流讨论后，分享图中每条能量转化路径的生活实例。 学生观看生活中的实例，思考、分析： （1）水车——机械能的转移。 （2）热水袋暖手（热传递）——内能的转移。 （3）输电线——电能的转移。 通过问题引导学生联系生活实际进行思考，认识能量的各种形式，为能量转化的学习打下基础。 通过小实验或生活实例等实例分析，引导学生知道不同形式的能量之间可以进行转化，理解总结能量之间的转化。 引导学生根据能量转化路径图，联系生活，发现生活中的能量转化现象，体现生活与物理的紧密联系，同时，加强知识的学以致用。 引导学生通过生活中的实例来认识能量的转移。 通过认识能量的转移，能够区分能量的转化和转移。
任务三：能量守恒定律
1.做一做，想一想： 活动1：荡秋千 思考：荡秋千时，若停止用力，秋千会越来越低。为什么高度会逐渐降低？是否丢失了能量？减少的机械能到哪去了？ 活动1：小实验：抛出弹性小球，观察小球与地面碰撞时的运动情况。会发现掉在地上的弹性小球越跳越低。 思考：为什么高度会逐渐降低？是否丢失了能量？减少的机械能到哪去了？ 总结：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律。 2.能量守恒定律 如何理解“能量守恒定律”，有什么特点？ 能量守恒定律的普遍性 能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。大到天体，小到原子核，无论是物理学的问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都服从能量守恒定律。 能量守恒定律的重要性 能量守恒定律与发现细胞、进化论一起被恩格斯誉为19世纪自然科学的三大发现。 ③ 根据能量守恒定律，在分析自然现象时，如果发现某种形式的能量减少，一定能找到另一种形式的能量增加；反之，当某种形式的能量增大时，也一定可以找到另一种形式的能量减少。 3.运用能量守恒定律分析问题 有人曾设想制造一种不消耗任何能量和燃料，却源源不断对外做功的机器，人们把这种机器叫永动机。这种机器有可能制成吗？ 学生结合生活中荡秋千的生活经验，思考、讨论，并分析问题：在秋千的运动过程中，秋千和空气间有阻力，绳索间存在摩擦力，秋千要克服这些阻力做功，一部分机械能逐渐转化为内能，机械能总量逐渐减少，最终机械能为零，全部转化为内能。 学生分组进行小实验，并观察小球的弹跳情况变化。 学生思考、分析：在小球的运动过程中，由于和空气间有阻力，小球克服空气阻力做功，一部分机械能逐渐转化为内能，机械能总量逐渐减少，最终机械能全部转化为内能。 学生根据以上分析，尝试总结结论。 学生思考、结合自己的理解，讨论“能量守恒定律”的特点有哪些。 学生认真聆听，认同能量守恒定律具有普遍性、重要性和相关知识延伸。 学生观看图片，思考、讨论，并回答：不消耗任何能量，却源源不断对外做功的机器一永动机，违背了能量守恒定律，是不可能实现的。 通过“做一做，想一想”，将物理知识联系生活实际，进而提出问题，引发学生进行思考、讨论和分析。在此过程中，不仅引导学生对问题进行了解决；还锻炼了学生的分析能力、总结归纳能力和语言表达能力；培养了思考分析的习惯。 根据问题分析，总结出“能量守恒定律”的结论，从而无形中帮助学生理解能量守恒定律的概念。 从“能量守恒定律”的特点，引发学生思考，再给出答案和总结，从而加深对能量守恒定律的理解。 引导学生从能量守恒的角度分析，知道永动机是不可能实现的，并引出能量损失和效率。
任务四：总结反思
通过本节课的学习，你学到了什么？你还有什么问题？ 归纳本课所学 培养学生总结归纳的能力。
第3节 能量的转化和守恒 1. 自然界存在着多种形式的能量：机械能、内能、电能、光能等。 2. 能量的转化：能量由一种形式转化为另一种形式的能。 3. 能量的转移：能量的形式不变，能量由一个物体转移到其他物体，或从物体的一部分转移到其他部分。 4. 能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
7.作业与拓展学习设计 1.关于图中四个事例的能量转化，下列说法中不正确的是（ A ） A．甲图中原始人类“钻木取火”，把内能转化为机械能 B．乙图中水轮机带动发电机发电，把水能转化为电能 C．丙图中行驶的高速电动列车，把电能转化为机械能 D．丁图中楼顶的太阳能热水器，把太阳能转化为内能 2.（多选题）根据能量守恒定律，下列情形可能发生的是（BD） A．出膛的子弹射穿木板后，以更快的速度继续前进 B．水壶里的水沸腾了，停止加热，壶中的水不能继续沸腾 C．一个从距地面5米高的位置自由掉落的小球，落地后，将弹到距离地面8米高的位置 D．两个对接的斜面，小球从一个斜面滚下后，继续滚上另一个斜面 3.关于能量守恒定律，下列说法正确的是（ D ） A．能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化 B．能量守恒定律只适用于能量转化的过程 C．摩擦生热是创造了热，并不符合能量守恒定律 D．按照能量守恒定律，宇宙中能量的总量永远不会增减
8.特色学习资源分析、技术手段应用说明 多媒体、塑料袋（黑色）、水、温度计、太阳能电池太阳帽、火柴、铁丝、酒精灯、钢球、单摆、细线、乒乓球等。
9.教学反思与改进 能量的转化是本节内容的一个难点，学生只熟悉一部分能量的转化，如机械能转化为内能，内能转化为机械能，电能转化为内能，电能转化为机械能，机械能转化为电能，等等。教学中要注意帮助学生对不太熟悉的能量转化有所了解，如：化学能和电能之间的相互转化，最好让学生举出实际例子，便于学生加深印象和理解。
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