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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2节 热机的效率
课题 热机的效率
课型 新授课 √ 复习课 试卷讲评课 其他课
1.教学内容分析 《热机的效率》是人教版初中物理九年级上册第十三章第二节，是本章知识结构的重点。本节课主要教学内容：了解热值的概念、理解热机效率的概念、热机效率公式及其运用，以及对于概念延伸出的公式的应用，同时掌握提高热机效率的方法。本节内容是在学生学习完热机后，在已经学习过机械效率的基础之上对于效率进一步的学习，也为以后理解热力学更多知识积累感性认知，使学生体验到科学、技术和社会的相互关系，体验科学在社会生活和生产中的应用。并在生活、化学学科中都具有基础作用。
2.学习者分析 本节课所面对的是九年级学生，他们在心智和认知水平比八年级有较大提高，而且已经学习过机械效率，对比学习热机效率应该不太难。但学生知识的理解应用深度不够，所以更应当发挥学生的主体作用。特别是本节课与生活联系很紧密，在教学过程中应通过大量生活中实例教学，充分发挥学生自己的观察和分析能力，让学生体验到物理来自生活。
3.学习目标确定 1.了解不同燃料燃烧释放热的本领不同，建立热值的概念； 2.掌握热机效率的计算方法。 3.通过对生活中热机的能量走向及热散失的途径，能提出提高热机效率的方法。 4.经历探究热机的效率，掌握提高热机效率的方法。
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理解热机效率的概念。2知道热机效率是热机性能的重要指标。3了解提高热机效率的途径和意义。学科能力通过分析数据和计算，培养分析能力和解决问题的能力。运用比较的方法，理解不同热机效率的差异。科学态度激发对提高能源利用效率的兴趣，培养节能环保意识。认识到提高热机效率在节能减排和可持续发展中的重要性。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
生活中，人们使用的能量绝大部分还是通过燃料燃烧获得的。那么燃料燃烧释放的能量究竟有多少用来做了有用功？ 今天我们一起来学习《热机的效率》。 学生自主观察、思考、回答问题。从学生回答引入本节内容。 创设生活情境，引导学生指出它们都属于物态变化。与温度有关，由此引出课题。
任务二：燃料的热值
展示：木柴取暖、煤气烧饭、锅炉中煤炭燃烧、内燃机车、飞机、轮船等，引出常见的燃料。 提问：常见的燃料有木柴、煤炭、汽油、酒精等，在燃烧时都会释放能量，但它们释放能量的能力是否相同呢？如果不同，那又如何来表示它们这种能力的大小呢？ 思考：比较不同燃料燃烧释放能量的能力不同，要注意什么？ 大量的生活经验和实验事实证明，燃烧相同质量的不同燃料，放出的热量是不同的。我们用热值这个概念来表示燃料放出热量的本领。 热值定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比。 物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 定义式：q=0/mq=Q/N热值用q表示。单位是/kg，气体燃料热值单位是/m3。 请你观察热值表，分享有什么收获？（信息、物理含义）。 强调：热值是燃料的重要特性，只和燃料的种类有关，与质量和是否完全燃烧无关。 展示火箭图片，提问：为什么火箭大多用液氢作为燃料？ 学生观看，了解。 学生观察常见的燃料，思考、讨论，并交流。 学生思考，讨论交流，并回答：燃料的质量要相同，而且都要完全燃烧。 学生了解热值的概念、物理意义及定义式。 学生观察热值表，并说出自己的收获，如：不同燃料的热值一般不同，氢的热值最大。 学生思考、讨论，并回答：液氢清洁环保、热值大。 通过观察，训练学生的观察能力，概括能力。同时让学生感受物理与生活的紧密联系，让物理走进生活。 通过问题设置，引导学生思考，从而引出热值的概念。 通过对热值的概念、定义式及物理意义的学习，加深学生对热值的了解和学习。 结合实例提问，培养学生的知识应用能力。
任务三：热机的效率
1. 日常生活中的热效率 提问：用煤气灶烧水时，煤气能完全燃烧吗？煤气燃烧放出的热量能全部被水吸收吗 总结：煤气不能完全燃烧，损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量，煤气灶本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，等等。水吸收的热量只占煤气完全燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是被有效利用的。 热效率：吸收的能量占燃料完全燃烧放出能量的比值。 ①热效率（炉子、燃气灶的热效率等） η = = ②提高锅炉中燃料热效率的方法： 把煤磨成煤粉，增大与氧气的接触面积；把空气吹进炉膛增大送氧量。 2. 热机的效率 展示热机能量流向示意图，请你分析能量的流向。 总结：汽油在汽缸内不能完全燃烧，损失了一部分能量；废气带走了一部分能量；热机自身对外散热，带走了一部分能量；由于机械转动等克服摩擦要消耗一部分能量；机械装置自身吸收一部分能量，等等。 所以，真正转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧所释放能量的一部分。只有对外做有用功的能量是被有效利用的。 什么是热机的效率？ ①定义：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧释放的能量之比，叫做热机的效率。 ②公式： η= 或 η= ③物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。 思考：提高热机效率的途径有哪些？ 学生思考、讨论交流，并回答日常生活中的热效率问题，初步建立热效率的概念。 学生认识并理解热效率的概念、公式及提高热效率的方法。 学生观看热机能量流向示意图，根据图示进行分析：有用的机械能只占其中的一部分，损失的能量用于自身消耗吸收。 学生在理解了“能量的流向”的基础上进行思考、讨论总结。建立热机效率的概念，并理解热机效率的定义、计算公式及其物理意义。 学生联系实际情况，尝试分析提高热机效率的方法： ①尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量。 ②在热机的设计和制造上，采用先进的技术。 ③使用时，注意保养，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。 通过提问，引导学生思考日常生活中的热效率，并分析总结出热效率的概念。此过程不仅通过循序渐进的提问引导学生层层深入思考，理解热效率的概念，还锻炼了学生的分析问题的能力、总结归纳的能力。 通过分析能量的流向示意图，引导学生理解真正转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧所释放能量的一部分。只有对外做有用功的能量是被有效利用的。在此基础上，建立热机效率的概念。 通过对热机效率的定义、计算公式及其物理意义的理解，加深学生对于热机的效率的概念理解。 通过思考提高热机效率的途径，加强学生对于新知的学以致用。
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。
6.板书设计 第2节 热机的效率 一、燃料的热值 1. 定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值. 2. 公式：q=（固体燃料）；q=（气体燃料） 3. 单位： J/kg（固体）； J/m3（气体） 二、热机的效率 1. 定义：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧释放的能量之比称为热机效率. 2. 公式：η=×100%
7.作业与拓展学习设计 1.关于燃料的热值，下列说法正确的是（ D ） A. 热值在数值上等于1kg某种燃料燃烧放出的热量 B. 10kg木炭比1kg木炭的热值大 C. 热值大的燃料比热值小的燃料燃烧时放出的热量多 D. 燃料燃烧时放出热量的多少与是否完全燃烧有关 2.2022年11月，神舟十五号载人火箭将两名航天员送入中国空间站。下列关于神舟十升空过程中分析正确的是（ B ） A．神舟十五号火箭的发动机不是热机 B．神舟十五号火箭利用氢做燃料是因为氢的热值大 C．神舟十五号火箭对氢能的利用效率可以达到100% D．神舟十五号火箭加速升空过程中机械能守恒 3.下列关于热机效率的说法中正确的是（ C ） A．热机的功率越大，效率越高 B．热机所用燃料的热值越大，效率越高 C．减少燃烧过程中的热量损失可以提高热机效率 D．通过技术改进，热机效率可达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 教学中可以利用教科书中热机的能流图启发学生思考：在内燃机中燃料燃烧产生的能量到哪里去了？学生的回答可能不完整，教师要引导学生分析：在内燃机中燃料燃烧产生的所有热量中，有用的机械能只占其中的一部分，损失的能量是哪些？在此基础上引出热机效率的概念，然后联系实际情况，简单分析提高热机效率的方法。。
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