【核心素养目标】第十二章 第4节 机械能与内能的相互转化 教学设计 苏科版 九年级全册

第四节　　机械能与内能的相互转化
第1课时
核心素养
通过活动、探究内能转化为机械能的过程，培养学生观察、实验、分析问题、解决问题的能力．
教学设想
本节的教学内容较多，宜安排2课时进行教学．第1课时为机械能与内能的相互转化、热机的教学，第2课时为燃料的热值及其计算的教学．教学中要注意引导学生认真观察和实验，培养学生勤于思考的良好习惯，同时要引导学生联系生活实际，关注科技发展，认识技术的进步给人类社会带来的利与弊．
1．关于“做功——改变物体内能的另一种方式”的教学
这部分内容的教学可以先提出问题：“采用哪些办法可以使铁丝温度升高、内能增大 ”启发学生开动脑筋，积极思考，再让学生思考如何对所提出的各种方法进行归类：一种是通热传递的方式，另一种是通过做功的方式来实现的．这时，可以结合学生讲的一些具体方进一步分析铁丝的内能从何而来，使学生认识到：热传递方式是内能的转移过程，能的形式没有变，而做功方式是机械能向内能的转化过程，能的形式已经发生改变．也可进一步提出问题“仅凭铁丝温度升高、内能增大这一现象，能否断定是通过热传递方式还是做功方式来实现的 ”使学生认识到做功与热传递的等效性
在这一部分教学中，要注意让学生体验到做功能改变物体的内能，使物体温度升高．建议增一些小实验．例如，拿一根橡皮筋先碰一下额头，再快速地来回拉几下橡皮筋，然后再将它碰一下额头，感受两次有什么变化．取一根棉线，把线的一端捏在左手的拇指与食指之间，用右手较快地把线从左手两指间拉出来，手指有什么感受（注意：手拉动的速度不能太快，以免划伤手指） 把图钉按在铅笔的一端，手握铅笔使阁钉在粗糙的硬纸板上来回摩擦，然后用手感觉图钉温度的变化
对上述现象要注意引导学生进行分析，以加深对做功改变物体内能的理解．在利用空气压缩引火仪进行演示实验时，要注意如果活塞有漏气现象，则要在活塞上涂上凡士林；棉花球不宜太大，绿豆大小即可；棉花球所浸的乙醚也不能太多，太多反而实验不易成功；演示时下压活塞要迅速有力，一次不成功可拉起活塞再做一次；实验成功后如还要接着演示，可将活塞拔出，用接有细长乳胶管的打气筒向玻璃筒的底部打入新鲜空气，以确保下一次实验的成功
2．关于“热机”的教学
可以通过点火爆炸的实验引入本节教学．实验中要注意塑料盒中滴入的酒精不宜太多
热机是人类发明的将内能转化为机械能的一种重要机械，与生产、生活实际联系密切．划分内容宜采用阅读、讨论、演示、讲解的方法来组织教学．
针对本节课设计了如下的教学流程：教师提出问题——学生用自制的学具进行实验，并在课堂上汇报展示——仔细观察实验现象——对实验现象进行分析和归纳，得出物理规律——对规律的应用（学习热机的工作原理和工作过程）．这样设计的目的意在使学生在合作竞争中学会合作和竞争，增强自己的合作意识和竞争意识，培养自己的观察、动手、分析问题、解决问题等多种探究能力，并在研究过程中认识到理论源自实践，再利用理论来指导实发展，同时能感受到人类文明进步和人类智慧的伟大．
教学目标
物理观念
（1）知道热的工作原理
（2）了解汽油机的结构和工作过程．借助模型或挂图等媒体，了解四冲程汽油机的基本结构及其工作过程．
科学思维
能根据做功是改变物体内能的另一种方式解释生活中的一些现象
科学探究
探究实验、观察、分析内能转化为机械能的现象，做功过程是机械能与内能相互转化的过程。
科学态度与责任
在合作探究活动中体验成功的喜悦，激发科学探究的兴趣，通过了解热机的发展历程，感受到人类文明进步和人类智慧的伟大．
教学重难点及突破
重点
1．做功是不同于热传递的改变物体内能的另一种方式．
2．汽油机的工作过程．
难点
汽油机的工作过程．
教学突破
创设情境，建构学习平台，将学生置于主体地位，在课堂上充分展示学生的聪明才智，使课堂成为学生的学习舞台．教师以合作者和引导者的身份参与到学习中来，适时地引导和点拨，有序坦织学生讨论、交流、合作，使学生在合作和竞争中获得知识．教师演示实验、学生分组实验及以学生创新实验为主，并有效地组织学生分析、讨论、交流、合作，来突破本节课的重点和难点．
针对学生在课堂上已有的知识和新发现的问题，要求学生进一步深入研究，如：各个合作学习小组对现代交通工具的发动机的效率进行一项调查，并在全班进行交流．特别是做到理论与实际相结合，体会到物理学习的本质是从生活走向物理，从物理走向社会
教学准备
教师准备
1．多媒体展台、自制PPT课件；汽油机工作过程的flash动画课件；搜集课本中插图图片．
2．温度计一支，气球一个，压缩空气引火仪一个，冰块两大块，电子式火花发生器一个，塑料盒一个，酒精一瓶．
3．按“组内异质，组间同质”的优化设计分组，把全班学生分为若干小组．
学生准备
课前研究预习：要求合作小组的学生在课前，自己（也可与家长合作）设计制作几个器材较简单、效果较明显的小实验，对观察到的现象和感受到的体验做好记录，进行初步的思考和总结
教学过程
—、引入课题
幻灯片展示：课本第49页插图12-28，为什么汽车高速行驶时，轮胎的温度会升高
讲述：请同学们再看两个小实验．
演示1：两手相搓，使温度计的温度上升了1℃．为什么
演示2：释放吹大的气球，开口处温度下降了1℃．为什么
学生观察并积极思考．
引入；这些问题，都是本节课解决的问题．
点评：创设情境，引出导人，设疑激趣．
二、探究活动12.6　　研究做功是否改变物体的内能
教师演示，学生模仿：请同学们跟老师一起做，反复弯折铁丝，再把铁丝的弯折处放在手背上感受一下温度的变化．
提问：感受到了什么 该现象说明了什么9
——温度升高、内能增大
提问：物体增加的内能是从何而来 能量是怎样转化的
——是做功得来的，机械能转化内能
学生动手、体验、思考．
归纳：做功是改变物体内能的另一种方式．对物体做功是机械能转化为内能．
提问：你们还有什么办法可以使铁丝的温度升高 请说出是哪种方式改变物体内能的．可见做功和热传递是不同的，请说出不同之处．请各小组讨论交流，并比较归纳．
汇报：各合作小组把课前设计的相关小实验在课堂上汇报展示．
——合作，交流，讨论，归纳，总结．
演示：教师展示两个小实验．
演示3：两块冰摩擦后立即融化．
演示4：压缩空气引火．
汇报：课前设计的相关小实验，讲解分析．
——观思考，并分析
点评：
（1）师生合作互动，建构学习平台，由学生通过合作、体验、观察、讨论、比较、归纳后找到物理规律
（2）生作，培养学生观察动手、语言表达、分析问题、解决问题的能力，使课堂成为学生展示才华的舞台．
（3）教师的角色是合作者、参与者和引导者．
三、活动12.7　　演示点火爆炸现象——将内能转化为机械能
提问：请同学们再看一个小实验，注意观察并思考与以上所做的实验相比，观察到的现象是什么 请观察并思考
演示5：点火爆炸实验．
提问：看到了什么 此现象说明了什么
——盒盖飞出，盒内有“白气”出现，说明盒内气体对盒盖做功．内能减少，温度降低内能转化为了盒盖的机械能．
继续提问；此实验现象的原因与以上实验有什么不同 板书：物体对外做功是内能转化为机械能．
物体对外做功，内能转化为机械能．
汇报：各合作小组把课前设计的相关小实验在课堂上汇报展示．
汇报展示，讲解分析．观察思考，并分析．
点评：1．体现新课标、新理念，教师继续构建教学平台，引导学生自主学习；2．进一步培养学生的观察、动手能力，归纳、推理能力及与生活联系的能力．
四、热机
讲述：这些实验都包含着一个划时代的道理将燃料燃烧产生的高温高压气体的内能转化为机械能，产生巨大的动力．这就制成了热力发动机，简称热机
-—阅读、讨论、填写
师：以汽油机为例介绍内燃式热机（内燃机），下面请同学们阅读课本第51页，结合彩图12-33、12-34认识汽油机的结构和工作过程．（播放汽油机工作过程的flash动画课件）
——积极发言，交流汇报，并在实物展台上结合讲解
点评：培养学生的自学能力及阅读和看图、语言表达能力，进一步培养学生合作和探究能力．
五、阅读“生活·物理·社会”
请同学们阅读课本第52页“热机的发展历程”，并谈谈感想．
点评：让学生感受到人类文明和人类智慧的伟大，立志为人类进步作贡献，请同学们总结本节课内容．培养学生归纳总结习惯，优化知识结构．
六、交流与小结
讲述：请同学们总结本节课内农
学生进行小结。
七、布置作业
（1）复习课本并完成课本第56页练习第1、2、3、4题．
（2）课后调查：不同交通工具发动机的铭牌，指出各项性能指标和参数的含义是什么
板书设计
第四节　　机械能与内能的相互转化（1）
1．做功是改变物体内能的另一种方式
（1）对物体做功：机械能转化为内能．
（2）物体对外做功：内能转化为机械能．
2．热机
（1）热力发动机的简称
（2）原理：燃料燃烧产生的高温高压气体的内能转化为机械能．
3．汽油机
（1）结构：进气门、排气门、火花塞、汽缸、活塞、曲轴、连杆等．
（2）工作过程：吸气、压缩、做功、排气4个冲程．
教学探讨与反思
课堂程序安排合理，知识系统，实验精选，现象明显．先是对比鲜明：（1）对物体做功和物体对外做功，机械能转化为内能和内能转化为机械能；（2）做功和热传递，虽然都是改变物体内俞的方式，但有实质的差异：前者是内能的转化，后者是内能的转移．后面的重点以汽油机为例学习热机的工作原理和工作过程，使学生深入浅出获得知识，并通过学习热机的发展历程，使学生的情感度与价值观进一步得到升华．其中大部分知识都是以实验、讨论、交流、归纳、合作等学习方法来分化重难点
教师在分组学习时要注意到：典型意义上合作小组的小组活动与传统教学中的小组活动是有重大区别的，主要表现在传统教学中的小组往往是同质小组，而合作小组则主要是以异质小组为主．同时，异质小组通常是由性别、学业成绩、能力倾向、民族等方面不同的成员构成，成员之间存在一定的互补性，可以相互取长补短，达到共同进步、全面提高的目的．合作学习小组通常由4人组成，其中一名是优等生，二名是中等生，一名是差生，要求各小组总体水平基本一致，每个小组都应是全班的缩影或截面．这样组内异质、组间同质的“最优化设计”分组，为各小组间展开公平竞争创造了条件
教师在合作学习中是主导作用角色，应做到三点：课前引导、课中点拨、课后辅导、课前积极组织学生参与教学活动并做好预习准备，帮助他们克服学习困难，鼓励学生充分发挥自己的想象力和创造力，大胆质疑、大胆创新；课中适时引导和点拨，有序组织学生进行课堂学习；课后辅导学生继续深入学习和探究，发现并找出新的问题和研究的新内容，教师也可参与到课后活动探究
合作小组的学生课前自主学习，预习到位，自选器材，自我创新和大胆设计实验验证．虽然结果或结论不一定很准确，但也能体现学生的钻研精神和合作意识和竞争意识．通过自行设计实验、观察、体验讨论阅读、上台演讲等多方面、多手段、多渠道地培养了学生的多种能力，从而体现新课标、新理念，达到提高学生全面发展的目标．
补充资料
暖瓶塞为什么不听话
家中的暖瓶塞真是不听话．当灌满水时，它老是“滋滋”叫，等你不注意的时候，它又“蹦”的一下跳起来．落到地上．你把它捡起来，再重新塞在瓶口上，它更不“老实”了，按下去就弹出来，真是让人生气．好容易折腾够了，可是，到第二天早上再用暖瓶倒水时，想不到它又缩进瓶口，紧紧地拔不出来，好像瓶内有东西拉着它似的．你知道我家的暖瓶塞，为什么这样不听话吗
产生这些现象的原因，主要是暖瓶胆的真空夹层不好了．比如：瓶胆镀的水银层脱落，这样防止热辐射的能力差了；或者瓶胆下面的抽真空的封口破了，夹层不再是真空，防止热传导的能力差了；另外一个原因是软木塞子磨损变小或者漏气等等
当刚刚沸腾的水灌入这种暖瓶里时，热水继续大量地气化，由于软木塞磨损，所以软木塞瓶口处的摩擦力减小，而且还有漏气的地方．于是，水蒸气通过瓶塞和瓶口的缝隙，发出“滋滋”的响声．摩擦力不够，又使塞子被水蒸气压力冲出来．
如果水用掉一半以后，暖瓶里上部开始积存大量的热空气．由于暖瓶保温性能不好，这分气体在夜间就变冷，随之压强变小，小于大气压强，瓶塞在外界大气压强的作用下，塞子往里吸，一直到瓶口径细小部位阻止它进一步往里缩去．这时，外部大气压强仍然大于暖内部的压强。外、内压力之差，迫使瓶塞很难拔出来．必须巧妙地旋转瓶塞，使气流能有机会流向暖瓶内部，只要瓶内外的压强相等，暖瓶塞就很容易地取下来．你遇到过上述情况吗 不妨也试一试．
第2课时
核心素养
通过活动，探究出质量一样的不同燃料完全燃烧放出热量一般不同，体验科学探究的乐趣。
教学设想
本节课设计了如下的教学流程：教师引导学生提出问题→学生用直觉思维进行猜想→师生共同设计实验→学生完成实验→对实验结果进行分析和归纳，得出物理规律→通过查表分析，例题计算进一步加深巩固物理规律一拓展提高，增加学生的环保意识（包括了解燃料燃烧效率和热机的效率）．这样设计的目的为了使学生在探究活动中学会研究，在合作互动中找到自然规律，从中体验到学习的愉悦和成功的快乐，同时培养学生勇于探究，乐于合作的学习品质，使学生多方面能力得到提高，真正意义上实现从“学会”到“会学’的飞跃．
从本节课可以让学生获得以下几点收获：①学会收集信息处理信息交流信息的能力；②学会如何表达自己的观点；③学会如何讨论问题；④认识合作学习的重要性，建立互相信任、团结互助的关系；⑤以友好的方式对待争议，增强成员的集体责任感．
教学目标
物理观念
（1）知道燃料的热值概念．
（2）会计算燃料燃烧时产生的热量．
（3）了解燃料的燃烧效率和热机的效率．
科学思维
（1）会查热值表．
（2）从能量转化的角度认识燃料的热值．
科学探究
科学探究实验，比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量．
科学态度与责任
认识燃烧排放物对环境的不利影响，初步理解能源与人类生存和社会发展的关系形成保护环境的意识，树立开发新能源的积极观念．
教学重难点及突破
重点
1．燃料的值概念的形成．
2．会计算燃料燃烧时产生的热量．
难点
燃料的热值是燃料的一种属性．
教学突破
创设学习情境，构建学习平台，让学生在课堂上充分展示自己的调查成果和实验成果，使课堂成为学生自己学习的舞台．教师以合作者和引导者的身份参与到学习中来，适时的引导和点拨，有序地组织学生讨论、交流、合作，使学生在交流合作中获得知识．以学生调查、分组实为主，并组织学生通过分析、讨论、交流、合作等有效的教学手段，来突破本节课的重点和难点．
教学准备
教师准备
1．多媒体、展台、自制PPT课件．
2．搜集有关能量环保方面的素材和图片等．
3．铁架台两个（含铁圈），石棉网两个，烧杯两个，温度计两根，天平一架（含砝码）燃烧皿两个，酒精一瓶，汽油一瓶，滴管两支，抹布一块
学生准备
1．预习课本；社会实践与调查：现在和以前家庭中所使用的燃料是哪些 一个月大约要多少 写出书面报告，并对调查结果进行对比，得出初步的个人观点，以便于在全班进行流。
2．铁架台两个（含铁圈）石棉网两个，烧杯两个，温度计两根，天平一架（含砝码），燃烧皿两个，酒精一瓶，汽油一瓶，滴管两支，抹布一块
教学过程
一、引入课题
课前汇报：在家中我们用到了哪些燃料呢 请调查合作小组的同学向大家汇报一下门的调查结果．
学生展示汇报交流，观察思考，调查结果很多，教师要恰当引导归纳．
提问：同学们桌面上有一瓶酒精和一瓶汽油，有哪些办法可以区别它们呢 这些方案中用到了哪些物质的特性
气味、颜色、密度、透明度等．
提问；根据以上合作小组的汇报，可见，燃料燃烧时能量是怎样转化的
——化学能转化为内能
引入：燃料燃烧时放出的热量跟哪些因素有关呢 今天我们一起来学习这个重点．
点评：创设情境，发散思维，直观感受，引出导入，设疑激趣，培养能力，教师点题，
二、探究活动12.8　　比较质量相同的不同燃料充分燃烧时放出的热量
幻灯片展示：
根据探步骤逐步进行如下实验：
[提出问题]燃料燃烧时放出的热量跟哪些因素有关呢
[猜想与假设]要求学生说出猜想及猜想的依据（可能与质量有关；可能与燃料的种类有关；可能与燃烧的程度有关）
设计实验与制定计划]采用控制变量法、对比法、转化法等研究方法，以酒精和汽油为例进行探究．
引导学生积极思考，设计实验步骤：
（1）按照课本第54页插图12-38组装实验．
（2）用天平称出10g酒精、10g汽油．
（3）点燃酒精和汽油，记录温度的变化，填在下表中
燃料 温度 加热前的温度 加热后的温度 温度的变化/℃
10g酒精
10g汽油
（4）分析数据，找出规律
[进行实验]学生分组实验，教师巡回指导．
[分析与论证]实验表明：相同质量的酒精和汽油完全燃烧后，汽油比酒精放出的热量多．更多实验表明：相同质量的不同燃料完全燃烧后放出的热量一般是不同的．
指导学生填写课本中填空部分内容．
讲述：可见相同质量的不同燃料完全燃烧后所放出的热量跟燃料的种类有关．是燃料的一种属性，利用这种属性可以鉴别不同燃料．物理学中用热值来表示这种属性．
点评：教师为主导，学生为主体，建构学习平台，通过师生合作、生生合作，动手实验、观察、讨论、比较、归纳后找到物理规律．分组合作、交流、讨论、归纳、总结，培养学生猜想、设计、动手、语言表达、分析问题、解决问题的能力，使课堂成为学生展示才华的舞台，教师是合作者、参与者和引导者．
三、热值
讲述：与学习物质的密度、比热一样，课本第54~55页逐一进行介绍．请同学们阅读并归纳，行组讨论再上讲台给全班汇报交流．（包括定义、符号、单位、单位符号、查表、物理意义、计算公式等）教师适时板书
读归纳，交流汇报，其他同学补充．
（1）定义：1kg某种燃料完全燃烧的热量叫作这种燃料的热值．
符号：q.
（2）单位：焦/干克，用符号J/kg表示．单位的物理意义：表示1kg某种燃料完全燃烧的热量为多少J
（3）计算公式：Q放=mq
（4）查表．
补充：气体热值的单位可用：J/m ，表示每立方米的气体完全燃烧放出的热量为多少焦。
提问：观察表中数据，我们可以看出热值如同密度、比热容一样，有什么规律和特点 　　
——相同燃料的热值相同；不同燃料的热值一般不同；固体燃料的热值比液体燃料的热值小，比气体燃料的热值更小，说明热值是燃料的一种属性，跟燃料的种类有关。
点评：培养学生归纳总结的习惯，优化知识结构，体现新课标、新理念，以学生自主学习为主，师生合作生生合作使知识系统化结构更趋完美，同时培养了学生的自学能力，养成良好的读书习惯．
四、燃烧效率和热机效率
幻灯片展示：计算5g酒精完全燃烧放出的热量与100g水吸收的热量各是多少
学生计算
提问：请简要说说比热与热值这两个物理量的不同点 比较Q吸与Q放的大小，又说明什么问题
学生分析比较．
讲述：说明燃料燃烧时的效率不同：η=Q吸/Q放同样，热机中燃料燃烧时的效率也不同：
η=W/Q放，η表示热机工作时对外做的功与燃料燃烧时放出的热量的比值．Q放>Q吸，说明有热量损耗，放出的热量没有被水完全吸收．
点评：以实例培养学生的计算能力．也为下一步学习做准备．进一步培养学生解决实际问题的能力．对于基础好的学生可把知识适当拓展．
五、读一读：化石燃料的燃烧和环境保护
阅读·阅读课本第55~56页“化石燃料的燃烧和环境保护”，并谈谈感想．
议一议：燃烧排放物对环境有什么不利的影响 人类生存和社会发展能否离开寨能源
学生阅读交流，并互谈感想．
点评：让学生能感受到人类文明的进步，同时也带来危害．增强节能意识和环保意识。
六、交流与小结
请同学们总结本节课内容．
学生进行小结：
（1）1kg某种燃料完全燃烧的热量叫作这种燃料的热值，用符号q表示．
（2）单位：焦/千克，用符号J/kg表示．1J/kg表示1kg某种燃料完全燃烧的热量为多少J.
（3）计箅公式：Q放=mq.
（4）会查热值表．
（5）热直是燃料的一种属性，跟燃料的种类有关．
（6）会计算燃料的燃烧效率：η=Q吸/Q放和热机的效率：η=W/Q放
七、布置作业
复习本节课所学习的内容，进行归纳．完成课本第56页练习第5、6题
板书设计
第四节　　机械能与内能的相互转化（2）
1．热值
（1）定义：1kg某种燃料完全燃烧的热量叫作这种燃料的热值．
符号：q.
（2）单位：焦/千克，用符号J/kg表示．单位的物理意义：表示1kg某种燃料完全燃烧的热量为多少J.
（3）计算公式：Q放=mq.
（4）查表．
（5）热值是燃料的一种属性，跟燃料的种类有关．
2．燃料的燃烧效率：η=Q吸/Q放
热机的效率：η=W/Q放
教学探讨与反思
课堂内容由浅入深，环环相扣，贴近学生生活，重视物理知识与生活的联系，注重学生思维自力的培养和训练，在相互交流合作中师生相处融洽，气氛活跃，使课堂成为学生 展示的台，学成
引人：①教师创设合作学习情境，提供给学生自由的学习平台，让学生积极思考如何区别酒精汽，再过调查汇报交流，逐步引导转入正题，活跃思维和课堂气氛，最大限度调动学生积极参与教学活动，激发学生的主观能动性和创造力．②猜想与假设阶段：学生思维彼散，猜想的影响因素很多，教师要恰当引导，收敛学生思维，并要留有余地，让学生课后思考．③关于热值的定义、符号、单位、单位符号、查表、物理意义、计算公式等，一改以往的教学模式，让学生自己说说补补，教师也说说补补，同时，也使学生明白如何全面认识一个新的物理量，也为后续复习做准备
学生课前自主学习，预习到位，自选器材，自我创新和主动参与探究活动．虽然结果或结论不一定很准确，但也能体现学生的钻研精神、合作意识和竞争意识．通过自行设计实验、观察、体验、讨论、阅读、上台演讲等多方面、多手段、多渠道地培养了学生的多种能力，从而体现新课标、新理念，达到提高学生全面发展的目标．让学生当小老师：在学习热值的定义、符号、单位、单位符号、查表、物理意义、计算公式等，一改以往的教学模式，让学生自己上讲台讲讲，老师和其他同学补充．让学生当科学家：关于“燃料燃烧时放出的热量跟哪些因素有关”的教学，教师逐步引导学生像科学家一样进行探究，最后总结归纳得出结论，进一步引出热值的概念
针对学生在课堂上已有的知识和新发现的问题，要求学生进一步深入研究．如：要求各个合作学习小组就某一环保问题继续进行一项调查，做好准备，在全班进行交流．特别是要做到理论与实际相结合，体会到物理学习的本质是从生活走向物理，从物理走向社会．如学习了燃料的燃烧效率，进一步探讨一下如何提高日常生活中常用煤炉的效率、热机的效率．
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