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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1节 热机
课题 热机
课型 新授课 √ 复习课 试卷讲评课 其他课
1.教学内容分析 本节的教学内容属于应用性的知识，与生产、生活有密切的关系。本节内容是在做功改变物体内能的基础上，建立热机的模型。本节内容的学习要求虽然只是知道级水平，但就其相关知识的外延而言，热机的教学可以和环境保护相联系，作适当的拓展，通过学习认识到热机对文明发展进程的作用和科学技术的发展与进步对人类发展的影响，感悟在发展经济的同时，关注环境保护的重要性。
2.学习者分析 学生已经知道做功和热传递可以改变物体的内能，物体的内能可以转化为机械能。本节课借用Flash课件模拟汽油机和柴油机的工作过程，学生主动参与，认真观察，仔细阅读，积极思考，直观地学习热机的工作原理和内燃机的工作过程，本节课要求学生具备观察、阅读、对比、归纳的能力。
3.学习目标确定 1、通过观察汽油机工作过程的动画，知道压缩冲程和做功冲程中的能量转化，对比汽油机和柴油机的模型和工作过程，了解二者的异同。 2、通过观察演示实验培养学生的观察能力和表述能力。通过查阅资料，培养学生获取信息的能力。 3、通过对热机发展简史、汽油机的结构以及工作过程的学习，感受到人类对美好事物孜孜不倦地追求，逐步培养学生崇尚科学、爱科学、学科学的兴趣。
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了解热机的工作原理及能量转化过程。2知道四冲程内燃机的构造和工作过程。3理解热机的效率及热值的概念，并能进行简单的计算。学科能力通过观察模型和动画，培养观察能力和空间想象能力。通过分析数据，归纳出热机的工作过程和能量转化的特点。科学态度激发学生对热机技术的兴趣，培养探索精神。认识到热机在现代社会中的重要作用，以及提高热机效率的意义。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
火车在我们现代的生活和生产中有着至关重要的作用。展示1814年出现的第一台蒸汽机车——也就是我们常说的老一代火车。这位师傅在向锅炉里面添煤，煤炭在燃烧，而此时锅炉里烧的是水。 提问：从火车头的内部结构来分析，火车的机械能从何而来？ 学生观看老一代火车的图片，根据老师的描述，思考、讨论问题。 创造课堂情景，激发学生的兴趣和求知欲。
任务二：热机
演示实验：水蒸气冲开瓶塞： 试管中大约装1/3试管的水（用热水节省时间），塞上橡皮塞（注意不要过紧，以免试管炸裂），用酒精灯加热试管中的水。 提问：（1）你看到了什么现象？ （2）是什么把橡胶塞推出去了？ （3）水蒸气把橡胶塞推出去了，水蒸气对橡胶塞做了功，说明水蒸气具有能量，这种能量是内能。在这个实验中，发生了怎样的能量转化？ 总结：①酒精燃烧放出热量，酒精的化学能转化为水的内能； ②水吸热沸腾，产生大量水蒸气，气体膨胀对瓶塞做功，气体的内能转化为瓶塞的机械能。 ③结论：利用内能可以做功。 展示各种热机的图片。 （1）热机：各种利用内能做功的机械叫做热机。 （2）工作原理：热机利用内能做功，将内能转化为机械能。 （3）种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 （4）常见热机——内燃机 ①内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。 ②分类：汽油机和柴油机。 学生观看演示实验，观察实验现象，并描述看到的现象：瓶塞被冲出来了；且管口附近出现“白雾”。 学生分组就问题进行讨论分析和归纳总结，派小组代表发言回答问题：酒精的化学能转化为水的内能；气体的内能转化为瓶塞的机械能。 学生尝试总结，从实验中获得的知识去结论。 学生观察热机的图片，直观理解热机的定义、原理。 学生理解蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等都是热机。 通过演示实验，直观展示“水蒸气冲开瓶塞”的实验过程，不仅能吸引学生的注意力，激发好奇心；还能通过分析实验中的能量转化理解“内能可以用来做功”。 通过总结得出“利用内能可以做功”的重要结论，同时培养学生的总结归纳能力。 通过图片展示，引导学生观察并理解热机的定义、原理及分类。
任务三：汽油机
展示四冲程汽油机的剖面图，介绍主要结构及其作用。 组织学生阅读教材18页“汽油机”的相关内容。提问：（1）什么是冲程？（2）四个冲程代表什么含义？ 播放汽油机的工作过程视频，组织学生对汽油机的工作过程进行分析： （1）观察进气门、排气门的开闭情况，观察活塞的运动方向。 （2）活塞运动的原因是什么？（3）活塞运动的结果是什么？ （4）这个冲程是否存在能量转化？ 总结：汽油机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。 学生观看“四冲程汽油机的剖面图”，认真聆听其主要结构及作用。 学生阅读教材18页“汽油机”的相关内容，并结合自学，回答问题：（1）冲程：汽油机在工作时，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。（2）四个冲程：汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 学生观看汽油机的工作过程视频，直观理解其工作过程。 学生就问题进行分析讨论，并总结，深入理解汽油机的工作过程。 通过图片直观展示，引导学生了解四冲程汽油机的主要结构及其作用，为后面学习汽油机的工作过程和原理做铺垫。 通过组织学生自主学习，不仅加深了学生对“冲程”概念的理解，还培养了学生的自学能力、语言组织和表达能力。 通过观看视频，直观了解汽油机的工作过程，再结合问题深入分析其工作过程和原理，引导学生知道并理解四冲程汽油机的结构、工作过程。
任务四：柴油机
展示汽油机、柴油机的结构图，观察二者有什么区别？ 总结：柴油机的构造与汽油机的大致相同，不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞而是一个喷油嘴。 四冲程柴油机工作原理：利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。 组织学生类比汽油机和柴油机。 思考：（1）汽油机从进气门吸入什么气体？柴油机从进气门吸入什么气体？（2）火花塞的作用是什么？柴油机有点火装置吗？ 请你简述柴油机的工作过程。 总结：柴油机的工作过程与汽油机大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。 学生观察汽油机、柴油机的结构图，分析总结二者结构上的不同点。 学生类比汽油机和柴油机，并回答问题：（1）汽油机吸气冲程吸入空气和汽油的混合物；柴油机吸入气缸内的物质只有空气。（2）在压缩冲程末，火花塞产生电火花，使燃料燃烧；柴油机只有喷油嘴，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来（ “压燃式”）。 学生通过类比汽油机，并简述柴油机的工作过程。 通过汽油机、柴油机的结构图直观对比，激发学生对二者的对比，从而由汽油机的学习过渡到柴油机。 通过对比分析，总结出二者的结构区别。 通过引导学生对柴油机和汽油机进行对比分析，从二者工作过程的区别来认识柴油机，同时巩固汽油机的相关知识。 通过引导学生简述柴油机的工作过程，锻炼归纳总结和语言表达能力。
任务五：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。
6.板书设计 第1节 热机 一、热机 1.热机——利用内能做功的机械。 2.从能量角度——将内能转化为机械能。 3.热机的分类 二、内燃机 一个工作循环=四个冲程（吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程）。 三、汽油机 1.构造 2.工作过程 四、柴油机 1.构造 2.工作过程 3.汽油机与柴油机的异同
7.作业与拓展学习设计 1.如图所示实验，在橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出的过程中，以下说法正确的是（ D ） A．试管口出现的“白雾”是气体 B．水蒸气对外做功，内能增加 C．水蒸气对外做功，温度升高 D．这个实验基本展示了蒸汽机的工作原理 2.关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是（ A ） A．柴油机汽缸顶部有个火花塞，汽油机汽缸顶部有个喷油嘴 B．柴油机通过压缩空气直接点燃柴油 C．汽油机与柴油机的工作过程都分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程 D．汽油机与柴油机使用的燃料不同 3.关于热机，下列说法中正确的是（ C ） A. 汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞 B. 柴油机在吸气冲程中，将柴油和空气的混合气吸入汽缸 C. 汽油机和柴油机除做功冲程外，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的 D. 改进技术后，热机的效率可以达到100%
8.特色学习资源分析、技术手段应用说明 多媒体、 汽油机和柴油机机模型、酒精灯、试管、塞子、水等。
9.教学反思与改进 由于学生没有接触过实际的汽油机，教学中要充分利用汽油机教具模型、课件或图片，来介绍它的基本构造和名称，以及各部分结构在机器工作过程中的作用，教材中未提及的构造可以不作补充。要让学生了解四冲程汽油机的工作过程，对吸气、压缩、做功和排气的基本过程有所了解。强调在四冲程汽油机的四个冲程中，做功和压缩冲程中发生的能量转化。
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