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【大单元整体教学】物理学教科版（2024）9年级上册
第2章 改变世界的热机
课题 2.2 热机效率
课型 新授课 √ 复习课 试卷讲评课 其他课
1.教学内容分析 本节围绕热机效率展开，先引导学生分析热机能量流向，认识到燃料释放能量存在多种损耗途径，进而引出热机效率概念，通过对比不同热机效率数据，加深对热机性能的理解。同时介绍热机发展历程及在各领域的应用，拓宽学生视野，还涉及火箭发动机等特殊热机，体现知识的拓展与延伸。
2.学情分析 学生已有热机工作原理及能量转化的知识基础，但对热机效率这种涉及能量精细分配与损耗分析的概念，理解起来有一定难度。学生能初步理解能量转化，却较难把握能量的具体去向和效率计算，需借助直观实例逐步引导，且不同学生在知识接受和应用能力上存在差异，教学中要兼顾不同层次需求。
3.学习目标确定与教学重难点 课标摘要： （三）能量 3.3内能 3.3.1了解内能和热量。从能量转化的角度认识燃料的热值。 3.3.2通过实验，了解比热容。能运用比热容说明简单的自然现象。 例1能运用比热容说明为什么沙漠中的昼夜温差比海边的大。 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中的重要意义。 例2了解热机对社会发展所起的作用和对环境的影响。 课标分析： 依据课程标准，学生需理解热机效率的物理意义，掌握其计算方法，能分析热机能量流向及损耗原因，认识提高热机效率对节能和环保的重要性。同时，要培养学生运用物理知识解决实际问题的能力，增强能源节约和环境保护意识，提升科学素养。 学习目标： 1.物理观念： 通过分析汽车内燃机能量流向图，能够说出燃料能量的主要损耗途径，建立 “能量有效利用” 的物理观念。 2.科学思维： 通过计算不同燃料完全燃烧放热量及热机效率，能够运用公式解决实际问题，强化定量分析与科学论证能力。 3.科学思维： 通过对比蒸汽机、汽油机、燃气轮机的效率数据，能够归纳热机效率的影响因素，培养数据分析与归纳推理能力。 4.科学态度与责任： 通过讨论 “如何提高汽车发动机效率”，能够提出减少摩擦、改进燃烧等合理建议，增强节能意识与实践创新能力。 重点： 1.热机效率的概念及计算。 分析热机的能量流向和能量损耗原因。 了解提高热机效率的途径和方法。 难点： 1.深入理解热机效率的物理意义，准确分析能量损耗环节。 2.灵活运用热机效率公式进行计算，并结合实际提出有效的提效措施。
4.教学评价 评价维度具体内容学科知识评价概念理解：考查热机效率定义及能量流向分析。 知识应用：看运用知识计算及解释生活现象能力。小组合作评价小组讨论：观察参与度与倾听情况。 合作任务：评估分工、成果及成员贡献。项目评价项目规划：考量计划和资源安排。 项目实施：观察操作、应变与沟通。 项目成果：评价分析深度与结论合理性。实验评价实验操作：评价仪器使用和操作规范度。 实验观察与分析：考查现象观察、记录及推理能力。
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：激趣导入
展示与热机相关的图片并提出问题，如 “科学家、工程师们不断对热机进行改进，他们的目的是什么？” 引导学生思考热机改进的目的。 学生观察图片，思考问题，尝试在脑海中初步联想热机的作用以及改进的方向。 通过提问和展示，激发学生的学习兴趣，引发学生对热机相关知识的思考。
任务二：热机效率
引导学生对热机中的能量转化进行研究，说明研究的目的是 “改进热机性能、有效利用资源，减少排放污染”。 展示汽车内燃机的能量流向图，组织学生讨论交流 “热机里的能量变化”，并让学生描述能量的变化情况。 讲解热机效率的定义，即 “把热机所做有用功与所用燃料完全燃烧释放的能量之比叫作热机的效率”，同时通过图示或举例帮助学生理解。 展示一些热机的效率表格，让学生了解不同热机的效率范围，强调效率是热机性能的重要指标。 提问： “提高热机效率的方法有哪些？”引导学生根据前面所学的能量损耗原因进行思考。 总结出提高热机效率的方法，如 “使燃料充分燃烧”“尽量减少各种热量损失，设法利用废气”“在热机的设计和制造上采用先进的技术”“注意保养，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量” 等。 介绍热电站的工作原理，说明 “大型发电机常由蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，排出的废气可以用来供热”，并展示相关图片或示意图。 提问： “热机效率能达到 100% 吗？为什么？”，引导学生从能量损耗的角度进行分析，并总结归纳原因。 学生参与小组讨论，结合能量流向图分析燃料释放的能量去向，如废气、冷却水、摩擦与辐射等方面的能量损耗，以及输出有用功的分配。 学生理解热机效率的定义，可能会通过具体的数据计算来加深对概念的理解。 学生观察不同热机效率的表格，比较各种热机效率的高低。 学生思考影响热机效率的因素。 学生根据能量流向中能量损耗的途径，思考如何减少这些损耗，从而提高效率，可能会提出一些自己的想法，然后与教师总结的方法进行对比。 学生了解热电站的工作过程，理解废气利用对提高燃料利用率的作用。 学生思考问题，结合前面所学的能量流向知识，分析热机效率不能达100%的原因，尝试举例说明能量损耗的具体情况。 通过引导学生对能量流向的分析，帮助学生深入理解热机效率的概念，培养学生的观察能力和分析问题的能力；通过讨论交流，增强学生的合作学习能力；展示不同热机的效率，让学生对热机效率有更直观的认识，明确效率对热机性能的重要性。 让学生通过思考和讨论，主动探究提高热机效率的方法，培养学生的创新思维和解决问题的能力，同时让学生认识到科学技术的发展对提高热机效率的重要性。 通过介绍热电站，让学生了解热机在实际生活中的应用，以及提高燃料利用率的具体实例，拓宽学生的知识面，认识到能源综合利用的重要性。 通过问题引导，让学生进一步深入理解热机效率的概念，认识到能量转化过程中的损耗是不可避免的。
任务三：热机改变世界
讲述从18世纪60年代开始，蒸汽机在纺织、采矿、冶炼和交通运输等方面的广泛应用。 展示现代热机在农业机械、火力发电、航空航天等领域的应用图片。 强调热机对世界的改变， “以热机为基础的各种交通工具正在将地球变成‘地球村’”。 学生结合教材及教师的讲解，观察图片，了解热机在不同历史时期和不同领域的应用，感受热机对人类社会发展的重要影响。 通过介绍热机的发展历史和广泛应用，让学生了解热机在人类文明进程中的重要作用，培养学生的历史唯物主义观点，认识到科学技术是第一生产力。
任务四：飞向太空
叙述人类飞向太空的梦想和尝试。 介绍中国古代火箭的工作原理，说明其与现代火箭发动机的原理相同。 展示我国制造的 “长征” 系列运载火箭图片，介绍其性能和应用。 强调中国是火箭的发源地，也是航天大国，拓展介绍每年的4月24日为中国航天日。 学生结合教材及教师的讲解，观看图片或动图，了解人类飞天的历史和中国航天的成就。 学生观察火箭图片，了解火箭的工作原理和中国航天的发展历程，感受中国航天事业的伟大成就，增强民族自豪感。 通过介绍人类飞天的梦想和中国航天的成就，激发学生对航天事业的兴趣和热爱，培养学生的爱国情怀和民族自豪感，同时让学生了解火箭发动机与热机原理的联系，拓宽学生的知识视野。
6.板书设计
7.特色学习资源分析、技术手段应用说明 （1）特色学习资源：教材中汽车内燃机能量流向图是核心资源，直观呈现能量分配； 不同热机效率数据表格，提供对比素材；热机发展历程及应用实例的图文资料，如蒸汽机在工业革命中的应用、火箭发动机的原理等。 （2）技术手段应用：运用多媒体展示热机能量流向动画，动态呈现能量转化和损耗过程；利用视频介绍新型热机技术和提高效率的实际案例，如先进的涡轮增压技术、混合动力汽车的节能原理等。
8.教学反思与改进 在教学中，通过分析能量流向图、讲解效率计算等方式，学生对热机效率有了一定理解，在复杂能量计算和概念深度理解上，需加强对薄弱学生的辅导，优化小组合作环节的组织引导，提高学生参与度，可以增加更多贴近生活的实例和互动活动，深化学生对热机效率的理解，提高学生运用知识解决实际问题的能力，同时关注学生个体差异，确保不同层次学生都能有效提升。/ 让教学更有效 高效备课 | 生物学科
【学习目标】
学习目标 1.物理观念：通过分析汽车内燃机能量流向图，能够说出燃料能量的主要损耗途径，建立 “能量有效利用” 的物理观念。 2.科学思维：通过计算不同燃料完全燃烧放热量及热机效率，能够运用公式解决实际问题，强化定量分析与科学论证能力。 3.科学思维：通过对比蒸汽机、汽油机、燃气轮机的效率数据，能够归纳热机效率的影响因素，培养数据分析与归纳推理能力。 4.科学态度与责任：通过讨论 “如何提高汽车发动机效率”，能够提出减少摩擦、改进燃烧等合理建议，增强节能意识与实践创新能力。
学习重点 1.热机效率的概念及计算公式。 2.分析热机工作时的能量流向，探究提高热机效率的途径。
学习难点 1.理解热机工作过程中能量损耗的原因及效率的物理意义。 2.灵活运用公式进行热机效率的计算，结合实际提出合理的提效措施。
【课前预习】
一、热机效率概念
1.热机所做______与所用燃料______放出的热量之比，叫作热机的效率，用来描述热机的性能。
二、热机能量流向
2.观察汽车内燃机的能量流向可知，燃料释放的能量去向主要有：废气带走约______的能量；冷却水吸收约______的能量；摩擦与辐射消耗约______的能量；输出有用功约占______。
三、常见热机效率
3.蒸汽机的效率一般为______；蒸汽轮机的效率为______；燃气轮机的效率为______；汽油机的效率为______；柴油机的效率为______；喷气式发动机的效率为______。（填教材中给出的效率范围 ）
四、提高热机效率的途径
4.为提高热机效率，可采取的措施有使燃料______，减少各种能量______，改进热机的结构等。
五、热机的应用与发展
5.从 18 世纪 60 年代开始，______在纺织、采矿、冶炼和交通运输等方面得到广泛应用，使世界进入 “蒸汽时代”。
6.现代热机种类繁多，如在汽车、农用机械、轮船上常用______和______；在航空航天中，常使用______。
【课中研学】
1. 科学家、工程师们不断对热机进行改进，他们的目的是什么？
2. 讨论交流：热机里的能量变化
在内燃机里，燃料释放的能量都到哪里去了呢？如图表明了某汽车内燃机的能量流向，也表明了有用功在汽车运行中的分配。对照此图，请和同学讨论，描述能量的变化情况。
3.什么是热机的效率？公式是什么？
4. 提高热机效率的方法有哪些？
5.思考：热机效率能达到100%吗？为什么？
1. 现代热机在哪些领域得到了广泛应用？请举例说明。
2.热机的应用对人类社会的发展产生了哪些影响？
1. 中国古代火箭的工作原理是什么？与现代火箭发动机有什么联系？
2.我国的“长征”系列运载火箭有哪些主要型号？它们在航天任务中发挥了什么作用？
【课堂总结】
【分层作业】
（巩固性作业）
一、填空题
1.热机效率是指用来做______的那部分能量与燃料______放出的能量之比，用公式表示为______。
2.热机工作时，燃料释放的能量中，______带走的能量最多，这是能量损耗的主要途径之一。
3.柴油机的效率一般比汽油机______（填“高”或“低”），因为柴油机的压缩比更______。
4.提高热机效率的途径包括使燃料______、减少各种能量______、改进热机结构等。
二、选择题
5.关于热机效率，下列说法正确的是（ ）
A. 热机效率越高，做的有用功越多
B. 热机效率可达100%
C. 热机效率越高，燃料利用率越高
D. 减少热机部件间的摩擦不能提高效率
6.汽车内燃机工作时，能量损失最少的部分是（ ）
A. 废气带走的能量
B. 冷却水吸收的能量
C. 克服摩擦消耗的能量
D. 输出的有用功
7.下列措施中，不能提高热机效率的是（ ）
A. 采用新技术使燃料充分燃烧
B. 增加热机的工作时间
C. 保证良好的润滑，减少机械摩擦
D. 尽量降低散热损失
8.一台热机消耗5kg汽油（汽油热值为4.6×107J/kg），对外做的有用功为4.6×107J，该热机的效率是（ ）
A. 10%
B. 20%
C. 30%
D. 40%
9.热机效率小于1的原因是（ ）
A. 燃料没有完全燃烧
B. 废气带走部分能量
C. 存在散热和摩擦损耗
D. 以上都是
10.对比蒸汽机和燃气轮机的效率，通常（ ）
A. 蒸汽机效率高
B. 燃气轮机效率高
C. 两者效率相同
D. 无法比较
（拓展性作业）
11．已知某柴油机的效率为η1，汽油机能效为η2，且η1>η2，则下列说法正确的是（ ）
A. 柴油机消耗的燃料一定比汽油机少
B. 柴油机做的有用功一定比汽油机多
C. 消耗相同质量燃料时，柴油机输出的有用功更多
D. 以上说法都不对
12.某热机的能量流向图中，废气带走 35% 的能量，散热损失 25%，机械摩擦损耗 10%，则该热机的效率为（ ）
A. 30%
B. 40%
C. 60%
D. 70%
13.为减少热机对环境的污染，下列措施可行的是（ ）
A. 增加热机的功率
B. 提高热机的效率
C. 使用清洁燃料并安装尾气净化装置
D. 减少热机的工作时间
14.若要计算汽车行驶过程中发动机的效率，需要测量的数据不包括（ ）
A. 行驶的路程
B. 消耗汽油的质量
C. 汽车的型号
D. 汽车的牵引力
15.关于热机效率与节能减排的关系，正确的是（ ）
A. 热机效率与节能减排无关
B. 提高热机效率可以减少燃料消耗和废气排放
C. 只要降低热机功率就能节能减排
D. 热机效率高则排放的废气一定少
（探究性作业）
选做题：
三、综合题
16．一辆汽车行驶时，发动机消耗汽油 2kg（汽油热值q = 4.6×107J/kg），行驶过程中牵引力做功2.76×107J。
（1）计算汽油完全燃烧放出的热量；
（2）求该汽车发动机的效率；
（3）列举两条提高汽车发动机效率的措施。
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17.分析教材中 “汽车内燃机能量流向图”，结合生活实际，说明为什么大型货车多使用柴油机而非汽油机，并从热机效率和能量损耗角度阐述理由。。试卷第7页，共7页
试卷第3页，共7页
参考答案
【课前预习】
1. 有用功；完全燃烧
2. 33% - 35%；30% - 32%；7% - 9%；24% - 30%
3. 6% - 15%；25% - 30%；50% - 60%；20% - 30%；30% - 40%；50% - 60%
4. 充分燃烧；损耗
5. 蒸汽机
6. 汽油机；柴油机；喷气式发动机
【作业布置】
1. 有用功；完全燃烧；η=W有用/Q放×100%
2.废气
3.高；大
4.充分燃烧；损耗
5.C
6.D
7.B
8. B 解析：Q放=mq = 5kg×4.6×107J/kg = 2.3×108J，η=W有用/Q放×100%= 4.6×107J/2.3×108J×100% = 20%。
9.D
10.B
11.C 解析：热机效率是有用功与总能量的比值，η1>η2仅表明柴油机将燃料能量转化为有用功的比例更高。消耗相同质量燃料时，柴油机输出的有用功更多。
12. A 解析：热机效率η= 1 - 35% - 25% - 10% = 30%。
13.C
14.C
15.B
16.（1）Q放=mq = 2kg×4.6×107J/kg = 9.2×107J；
（2）η=W有用/Q放×100%=2.76×107J/9.2×107J×100% = 30%；
（3）措施：①保证发动机良好润滑，减少摩擦；②定期清理空气滤清器，使燃料充分燃烧。
17.①柴油机压缩比更大（通常 16 - 22，汽油机 8 - 11），压缩冲程中气体温度更高，燃料燃烧更充分，热机效率更高（可达 30% - 40%，汽油机 20% - 30%）；
②大型货车需要大功率牵引，柴油机在高压缩比下输出扭矩大，能满足重载需求；
③柴油机能量损耗中，废气带走的能量占比相对较低，散热和摩擦损耗也较小，燃料利用率更高，适合长时间、大负荷工作。
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热机效率
第2节
第2章 改变世界的热机
（教科版）九年级
上
大单元教学
大单元知识框架
学习目标
1.物理观念：通过分析汽车内燃机能量流向图，能够说出燃料能量的主要损耗途径，建立 “能量有效利用” 的物理观念。
2.科学思维：通过计算不同燃料完全燃烧放热量及热机效率，能够运用公式解决实际问题，强化定量分析与科学论证能力。
3.科学思维：通过对比蒸汽机、汽油机、燃气轮机的效率数据，能够归纳热机效率的影响因素，培养数据分析与归纳推理能力。
4.科学态度与责任：通过讨论 “如何提高汽车发动机效率”，能够提出减少摩擦、改进燃烧等合理建议，增强节能意识与实践创新能力。
激趣导入
发现可以利用内能做功并制造出热机，是了不起的历史大事。热机促使了工业化社会的出现。科学家、工程师们不断对热机进行改进，他们的目的是什么？
任务一：热机效率
对热机中的能量转化进行研究，可以改进热机性能、有效利用资源，减少排放污染。
新知探究
汽车内燃机的能量流向
讨论交流：热机里的能量变化
在内燃机里，燃料释放的能量都到哪里去了呢？如图表明了某汽车内燃机的能量流向，也表明了有用功在汽车运行中的分配。对照此图，请和同学讨论，描述能量的变化情况。
新知探究
热机一般是通过燃料的燃烧来做功的。燃料燃烧放出的能量，并不能全部用来做有用功。汽油在热机汽缸内燃烧释放的能量，只能有一部分能转变为对外做有用功的能量。
废气 33%~35%
摩擦与辐射 7%~9%
输出有用功
24%~30%
冷却水 30%~32%
100%
1.定义：把热机所做有用功与所用燃料完全燃烧释放的能量之比叫做热机的效率。
克服摩擦
未完全燃烧释放的化学能
散失的热量
其他损失
有用功
新知探究
活动：了解热机的效率是热机性能的重要指标
效率高，性能好
一些热机的效率 蒸汽机 4%~8% 燃气轮机 50%~60%
蒸汽轮机 25%~30% 汽油机 26%~40%
柴油机 34%~45% 喷气发动机 50%~60%
新知探究
使燃料充分燃烧；
尽量减少各种热量损失，设法利用废气；
在热机的设计和制造上采用先进的技术；
注意保养，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。
提高热机效率的方法有哪些？
新知探究
热电站：大型发电机常由蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，排出的废气可以用来供热。
发电
供暖
新知探究
思考：热机效率能达到100%吗？为什么？
不能达到100%。因为热机中可用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分，由于各种热量损失以及燃烧条件的限制，这部分能量远远小于总能量，所以其与燃料完全燃烧所放出的总能量的比值必然小于1，即热机效率小于100%。
新知探究
任务二：改变世界的热机
从18世纪60年代开始，蒸汽机在纺织、采矿、冶炼和交通运输等方面得到了广泛应用，完成了人类的第一次工业革命。
18世纪中后期，蒸汽机的应用，实现了纺织工业机械化
18世纪末，蒸汽机广泛应用在采矿业上
大部分农业机械是靠柴油机工作的
用蒸汽轮机发电的火力发电厂
最简单的轮机
为了获得更强大的动力、更高的效率，人们以极大的热情去探索，设计出种类繁多、构造各异的现代热机。
新知探究
在航空航天中，使用的是更加高效的喷气式发动机（jet engine）。
热机使登天揽月、日行万里的梦想成为现实，世界因此而改变。
新知探究
以热机为基础的各种交通工具正在将地球变成“地球村”
任务三：飞向太空
人类很早就梦想着飞向太空。14世纪末，我国有一位官吏叫万户，精心制作了一个以47支火箭作动力的装置，进行了“飞天”尝试，成为人类飞行史上的先驱者。
中国古代的火箭
原理：竹筒内装上火药，点燃火药，火药燃烧后产生的气体体积膨胀，从竹筒的尾端向后高速喷出，推动箭筒向前飞行。这和现代火箭发动机的原理是一样的。
我国制造的“长征”系列运载火箭
新知探究
我国不仅是火箭的发源地，还是一个航天大国，我国的长征系列运载火箭，有着极佳的性能。
新知探究
常用的火箭是多级火箭。
如图是一枚三级火箭的运行过程。三级火箭的第一级在燃料用完以后就自动脱落，以减少质量；随后第二级点火发动，燃料用完后也将自动脱落，再点燃第三级。
新知探究
2003年10月15日，“神舟五号”载人飞船用“长征二号F”运载火箭发射成功，将航天员送上太空，实现了中国人的飞天之梦。
2012年6月18日，“神舟九号”飞船与“天宫一号”交会对接成功，将三位航天员送入“天宫一号”实验舱。
2021年6月至2023年5月，“长征二号F”运载火箭托举“神舟”飞船，先后将5批航天员送上中国空间站。
中国已跨入“太空文明”新时代
新知探究
每年的4月24 日为中国航天日。
1970 年4月24日，中国第一颗人造地球卫星 “东方红一号” 成功发射，这是中国航天事业发展的重要里程碑。为纪念这一历史性事件，将每年4月24日设立为 “中国航天日”。
新知探究
课堂小结
热机（二）
热机效率
改变世界的热机
定义：有用功与燃料完全燃烧放热之比
意义：衡量热机性能关键指标
飞向太空
原理：燃料燃烧喷气，内能转机械能（与现代火箭发动机同源）
应用：我国长征火箭，助力航天事业
蒸汽机时代：推动第一次工业革命，实现机械化
现代热机：种类多样，应用广泛（汽车、发电、航天等）
能量流向分析（以汽车内燃机为例）
损耗：废气、冷却水、摩擦辐射等
有用功分配：克服各类阻力等
计算公式：
练习与应用
1．关于热机效率，下列说法正确的是（ ）
A. 热机效率越高，消耗的燃料越多
B. 热机效率可达 100%
C. 减少废气带走的热量能提高热机效率
D. 热机效率与燃料燃烧情况无关
C
练习与应用
2．某热机消耗 2kg 汽油（汽油热值为4.6×107J/kg），对外做的有用功为3.68×107J，该热机的效率是（ ）
10%
20%
30%
40%
B
练习与应用
3．下列措施中，不能提高热机效率的是（ ）
A. 采用新技术使燃料充分燃烧
B. 增加热机的工作时间
C. 保证良好的润滑，减少机械摩擦
D. 尽量降低散热损失
B
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初中物理（教科2024版）大单元整体教学设计
单元教学主题 第2章 改变世界的热机 学科 物理 年级 九上
单元 第2章 授课人 Xxx
单元内容 本单元教材分析：《第2章 改变世界的热机》是教科版物理九年级上册的重要内容，聚焦热机这一改变世界的重要装置。教材通过介绍热机的原理、分类、工作过程及效率，展现其与能量转化的紧密联系，同时通过跨学科实践引导学生关注热机与环境的关系，体现物理与技术、社会的关联，旨在培养学生的科学思维、实践能力及社会责任感，为后续学习能量与可持续发展奠定基础。本单元教学内容分析：1. 热机：介绍热机是将内能转化为机械能的装置，阐述蒸汽机、内燃机等的原理，重点分析汽油机的吸气、压缩、做功、排气四个冲程的工作过程及能量转化。2.热机效率：探讨燃料燃烧能量流向，引出热机效率概念，通过具体数据对比不同热机效率，结合实例讲解效率计算方法，强调提高效率的意义。3.跨学科实践：保护地球家园：结合热机使用带来的环境污染问题，引导学生从物理角度分析解决思路，如减少排放、开发新能源等，培养环保意识与跨学科应用能力。本单元内容的逻辑结构：（思维导图或用文本框绘制）本单元内容可开发的教学活动与资源：1. 演示实验：①内能转化为机械能实验（如塑料盒内酒精燃烧推动叶轮），直观展示热机原理。②观察汽油机工作冲程模型或动画，理解四冲程工作过程。2.家庭实验室：①制作热风车，分析能量转化，类比热机工作原理。②调查家庭中热机使用情况（如汽车、燃气灶等），记录能耗与污染问题。3.多媒体资源：蒸汽机、内燃机发展历史视频、火箭发动机工作过程演示。4.数据资料：不同热机效率数据表、城市空气质量与热机排放关联数据。5.跨学科活动：开展 “热机与环保” 主题讨论，结合化学知识分析燃料燃烧产物，生物知识探讨污染对生态影响。教学方法：1.实验探究法：通过演示实验和家庭小实验，如 “内能转化为机械能”“制作热风车”，让学生亲历探究过程，理解热机原理。2.模型建构法：利用汽油机工作冲程模型、能量流向示意图，帮助学生建立热机工作过程和能量转化的物理模型。3.讨论交流法：组织 “热机能量损耗分析”“如何提高热机效率” 等讨论，激发学生思维，深化对热机效率的理解。4.案例分析法：结合汽车尾气污染、火力发电等案例，分析热机与环境的关系，培养学生环保意识。5.跨学科整合：在 “保护地球家园” 实践中，整合物理、化学、生物、环境科学知识，引导学生综合解决问题。本单元教学重点：1. 热机的工作原理，尤其是内燃机（汽油机）的四个冲程的工作过程及能量转化。2.热机效率的概念、计算公式及提高效率的途径。3.热机在生活、生产中的应用及对环境的影响。本单元教学难点：1. 内燃机四个冲程中活塞运动方向、气门开闭状态与能量转化的对应关系，学生缺乏直观体验，易混淆。2.热机效率的理解与计算，涉及能量守恒定律的应用及复杂的能量流向分析。3.跨学科实践中，综合运用物理知识解决实际环境问题的能力，需要学生具备多学科知识整合与应用能力。
新课标要求 （三）能量3.3内能3.3.1了解内能和热量。从能量转化的角度认识燃料的热值。3.3.2通过实验，了解比热容。能运用比热容说明简单的自然现象。例1能运用比热容说明为什么沙漠中的昼夜温差比海边的大。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中的重要意义。例2了解热机对社会发展所起的作用和对环境的影响。
单元学情 知识层面上： 学生已掌握内能、热量、能量转化等基础知识，对燃料燃烧放热有一定认识，但对热机这种复杂的能量转化装置的理解仍较抽象，尤其对内燃机内部结构和工作过程缺乏直观认知，热机效率的计算需结合数学运算和能量分析，有一定难度。心理、经验层面上：学生对汽车、飞机等交通工具感兴趣，对热机的实际应用有一定生活经验，但对热机的工作原理和能量损耗问题关注较少，好奇心强，乐于参与实验和实践活动，但在跨学科综合分析问题时可能存在思维局限。
单元目标 内容目标：1. 理解热机的定义、原理及分类，能描述内燃机（汽油机）四个冲程的工作过程。2.掌握热机效率的概念，能分析热机能量流向，进行简单的效率计算。3.了解热机使用对环境的影响，知道减少污染和提高效率的措施。学业目标：1. 能通过实验观察和分析，归纳热机的能量转化规律，提升实验探究能力。2.能运用热机效率公式解决实际问题，培养科学思维和计算能力。3.能参与 “保护地球家园” 跨学科实践活动，撰写简单的调查或分析报告，增强实践与创新能力。
核心素养 核心素养目标1.物理观念：建立能量转化与守恒观念，理解热机是实现内能向机械能转化的装置，能从能量角度分析热机效率及环保问题。2.科学思维：通过构建内燃机工作模型、分析能量流向，培养模型建构和科学推理能力；能运用效率公式进行定量计算，发展科学论证能力。3.科学探究：通过演示实验和家庭实验，如观察热机原理、制作热风车，经历提出问题、观察现象、分析论证的探究过程，提升实验设计与数据分析能力。4.科学态度与责任：认识热机对社会发展的推动作用及带来的环境问题，树立环保意识和可持续发展观念，养成实事求是的科学态度和勇于创新的科学精神。
情景设置 在工业革命的轰鸣中，蒸汽机曾驱动世界前行；在现代生活里，汽车、飞机的动力源自何处？热机如何改变世界？又带来哪些环境挑战？走进第 2 章，见证热机从蒸汽机到火箭的演变，探究内燃机工作奥秘，分析热机效率数据，设计环保方案。从能量转化到可持续发展，解开热机背后的科学密码。
达成评价表 节名基本知识点学习情况自评很好一般不好1 热机利用内能做功内燃机汽油机的工作过程2 热机效率热机效率改变世界的热机飞向太空3 跨学科实践：保护地球家园我们面临的困扰国家发展战略保护地球从我做起实践活动评价
单元课时规划和活动实施表（或用单元结构流程图表示）第1章 内能课程内容课时安排 课型1 热机2 新授课2 热机效率1 新授课3 跨学科实践：保护地球家园1 新授课
1 第七单元大单元教学（第1节）学习规划
课型课时 课型：新授课；课时：2
学习内容 利用内能做功；内燃机；汽油机的工作过程；
课时目标 1.通过观察 “水蒸气推动叶轮转动” 的演示实验，能够归纳热机的能量转化原理（燃料化学能→内能→机械能），形成 “能量转化与守恒” 的物理观念。（物理观念）2.通过拆解汽油机模型并绘制四冲程工作流程图，能够描述吸气、压缩、做功、排气冲程中活塞运动与气门状态的对应关系，培养模型建构与科学推理能力。（科学思维）3.通过制作 “热风车” 家庭实验，能够类比热机工作过程并解释能量转化现象，提升实验观察与归纳能力（科学探究）。4.通过阅读蒸汽机发展历史资料，能够举例说明热机对工业革命的推动作用，体会科学技术对社会发展的影响（科学态度与责任）。
达成评价 评价指标二级指标评价要素学生自评小组互评教师评价学习准备（10 分）思想准备（5 分）提前预习热机发展史，了解蒸汽机、内燃机的基本概念，标注疑惑点 学具准备（5 分）备好教材、笔记本、热机模型图（或打印资料）、实验记录单 兴趣态度（20 分）学习兴趣（10 分）对热机驱动交通工具的原理表现出好奇，主动提问 “内燃机如何持续做功” 等问题 学习态度（10 分）专注观察 “内能转化为机械能” 实验，认真记录活塞运动与气门状态 合作交流（20 分）与人合作（10 分）小组内分工完成汽油机模型观察（如记录冲程、标注部件名称），配合默契 与人交流（10 分）能清晰描述 “做功冲程” 能量转化过程，倾听并质疑同伴对 “飞轮作用” 的解释 思维状态（30 分）思维条理（15 分）用流程图梳理四冲程顺序及能量变化，准确区分 “压缩冲程” 与 “做功冲程” 的功能 思维创新（15 分）类比 “打气筒发热” 现象，解释压缩冲程内能变化，提出 “多缸内燃机为何更平稳” 的猜想 学习效果（20 分）课堂练习成果（10 分）正确完成 “冲程判断”“能量转化填空” 等练习，正确率≥80% 目标达成（10 分）能说出热机的能量转化原理，用模型演示内燃机工作过程，达成核心知识目标
驱动性问题 从工业革命的蒸汽机到现代汽车的发动机，是什么装置让燃料的 “能量” 转化为推动世界的 “动力”？当汽油机的活塞往复运动时，四个冲程如何协同工作实现内能到机械能的转化？我们能否通过一个简单实验模拟热机的核心原理，并解释为何多缸发动机会更平稳地输出动力？
学习活动 实验观察：教师演示酒精燃烧推动叶轮实验，引导学生理解热机能量转化原理。
模型探究：学生拆解汽油机模型，结合动画分析四冲程工作过程，填写冲程分析表。
讨论拓展：小组探讨多缸内燃机优势，加深热机应用理解。
作业设计 选择题（3、9题）和综合题（17题）
2 第七单元大单元教学（第2节）学习规划
课型课时 课型：新授课；课时：1
学习内容 热机效率；改变世界的热机；飞向太空。
课时目标 1.通过分析汽车内燃机能量流向图，能够说出燃料能量的主要损耗途径，建立 “能量有效利用” 的物理观念。（物理观念）2.通过计算不同燃料完全燃烧放热量及热机效率，能够运用公式解决实际问题，强化定量分析与科学论证能力。（科学思维）3.通过对比蒸汽机、汽油机、燃气轮机的效率数据，能够归纳热机效率的影响因素，培养数据分析与归纳推理能力。（科学思维）4.通过讨论 “如何提高汽车发动机效率”，能够提出减少摩擦、改进燃烧等合理建议，增强节能意识与实践创新能力。（科学态度与责任）
达成评价 评价指标二级指标评价要素学生自评小组互评教师评价学习准备（10 分）思想准备（5 分）复习 “热值”“能量守恒” 知识，预习热机效率定义，标记公式 学具准备（5 分）备好计算器、热机效率对比数据表（教材 P28）、能量流向分析图 兴趣态度（20 分）学习兴趣（10 分）对 “为什么热机效率不能达到 100%” 提出探究欲望，主动查阅新能源汽车效率数据 学习态度（10 分）认真分析教材图 2-2-2 能量流向，记录各部分损耗比例 合作交流（20 分）与人合作（10 分）小组合作计算 “汽油机电效率”，分工验证公式应用步骤，核对计算结果 与人交流（10 分）质疑同伴 “减少废气热量损耗可提高效率” 的观点，有理有据地阐述反驳理由 思维状态（30 分）思维条理（15 分）用饼状图表示热机能量分布，逻辑清晰地说明 “有用功” 与 “总热量” 的关系 思维创新（15 分）提出 “利用废气余热发电” 等创新设想，结合物理原理说明可行性 学习效果（20 分）课堂练习成果（10 分）正确解答效率计算应用题（如教材 P30 第 4 题），步骤完整、结果准确 目标达成（10 分）能解释热机效率的物理意义，列举至少 3 种提高效率的途径，达成应用目标
驱动性问题 为什么汽车加的汽油不能全部转化为前进的动力？从燃料燃烧到车轮转动的过程中，能量究竟 “流失” 在了哪里？如何用具体数据计算热机的 “有效利用率”？如果给你一台效率低下的蒸汽机，你会从哪些方面改进以提升它的性能？
学习活动 图表分析：分析能量流向图，标记损耗途径，引出效率概念。
公式计算：教师推导公式，学生完成油耗与效率计算练习并小组交流。
策略研讨：对比不同热机效率数据，讨论提高效率的方法并分享。
作业设计 选择题（6、8题）和综合题（17题）
3 第七单元大单元教学（第3节）学习规划
课型课时 课型：新授课；课时：1
学习内容 我们面临的困扰；国家发展战略；保护地球从我做起；实践活动评价。
课时目标 1. 通过调查本地汽车尾气排放数据，能够分析热机使用与空气污染的关联，认识 “技术应用的两面性”。（物理观念）2.通过设计 “低碳出行方案”，能够综合运用热机效率、能源转化等知识提出减排措施，培养跨学科整合与问题解决能力。（科学思维）3.通过完成 “热机污染模拟实验”（如粉尘沉降对比），能够记录实验现象并撰写简单调查报告，提升实验设计与交流表达能力。（科学探究）4.通过参与 “清洁能源替代热机” 的辩论活动，能够辩证看待科技发展与环境保护的关系，树立可持续发展理念。（科学态度与责任）
达成评价 评价指标二级指标评价要素学生自评小组互评教师评价学习准备（10 分）思想准备（5 分）预习 “温室效应”“大气污染” 相关知识，收集本地空气质量报告（或新闻数据） 学具准备（5 分）备好环保主题资料、实验器材（如粉尘过滤器模型、简易 PM2.5 检测工具） 兴趣态度（20 分）学习兴趣（10 分）对 “热机污染与环保” 主题表现出责任感，主动提出 “如何减少汽车尾气” 的问题 学习态度（10 分）认真参与 “热机污染模拟实验”，如实记录实验现象（如粉尘沉降速度对比） 合作交流（20 分）与人合作（10 分）小组分工完成 “本地热机污染调查”，如访谈司机、整理数据、制作统计表 与人交流（10 分）在 “环保方案发布会” 中清晰表达观点，引用物理原理（如热机效率、能量转化）支持建议 思维状态（30 分）思维条理（15 分）用因果关系图分析 “热机排放→温室效应” 的链条，逻辑连贯地阐述污染机制 思维创新（15 分）设计 “太阳能汽车”“氢燃料发动机” 等创新方案，结合跨学科知识说明技术原理 学习效果（20 分）课堂练习成果（10 分）完成 “热机污染与对策” 思维导图，要素完整、重点突出 目标达成（10 分）能列举热机污染的主要类型及防治措施，提出至少 2 条个人低碳行动方案，达成实践目标
驱动性问题 当我们享受汽车带来的便利时，尾气中的污染物和热排放正在如何影响地球环境？结合物理中的能量转化、化学中的污染物成分、生物中的生态影响，我们能设计哪些创新方案减少热机的 “环境代价”？作为城市规划者，你会如何平衡工业发展与绿色能源的应用？
学习活动 实验模拟：观察尾气扩散实验，分析热机污染影响。
跨科讨论：整合物理、化学知识，提出热机污染减排措施。
方案设计：分组设计交通污染治理方案，展示并评选。
作业设计 选择题（10、12题）和综合题（16题）
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