2024学年九年级物理上册 第2章 改变世界的热机2.1 热机教学设计 （新版）教科版

2024学年九年级物理上册第2章改变世界的热机2.1热机教学设计（新版）教科版授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间教学内容2024学年九年级物理上册第2章“改变世界的热机”中的2.1节“热机”，主要涵盖以下内容：热机的定义与工作原理；热机的分类，包括蒸汽机、内燃机、发电机等；热机效率的计算与提高；热机在生活中的应用实例。本节教学内容着重于让学生理解热机的工作原理，掌握热机效率的计算方法，并培养学生对热机在实际生活中应用的认识。通过实例分析，引导学生探索提高热机效率的途径，增强学生的实践操作能力。核心素养目标教学难点与重点1.教学重点

-热机的定义及其工作原理：确保学生能够准确理解热机的概念，掌握热机将热能转化为机械能的基本过程。

-热机效率的计算：学生需掌握热机效率的基本公式，并能够运用到实际问题中。

-提高热机效率的方法：讲解和强调常见提高热机效率的方法，如减少热量损失、优化燃烧过程等。

举例：通过图示和模型展示蒸汽机、内燃机等热机的工作过程，强调热能到机械能的转换。

2.教学难点

-热机效率的计算应用：学生在运用效率公式解决实际问题时，往往对输入热量和有用功的识别及计算感到困难。

-热机种类及其特点：不同类型的热机结构和工作原理存在差异，学生难以区分和记忆。

-提高热机效率的实际途径：理解理论与实践之间的联系，如何将提高效率的方法应用到具体的热机设计和改进中。

举例：通过案例分析，如比较不同热机的效率，让学生在实际问题中练习识别输入热量和有用功，突破效率计算难点。通过制作模型或进行实验，直观展示不同热机的工作特点，帮助学生理解和记忆。结合生活实例，如汽车发动机的优化，讲解提高效率的实际途径。教学方法与策略1.教学方法选择

-讲授法：教师通过PPT展示，系统讲解热机的定义、工作原理、分类及效率计算等核心知识点，确保学生掌握基础理论。

-案例研究：挑选具有代表性的热机应用案例，如蒸汽机车的发明、内燃机的演变等，让学生分析其工作原理和效率改进方法。

-项目导向学习：将学生分组，每组负责研究一种热机，从原理、结构、效率等方面进行深入探讨，并展示研究成果。

2.教学活动设计

-角色扮演：学生模拟热机设计工程师，针对某一热机问题进行讨论和解决方案设计，提高学生的实际问题解决能力。

-实验活动：组织学生进行热机简单实验，如制作小型的蒸汽机模型，观察热机工作过程，加深对热机工作原理的理解。

-游戏互动：设计热机知识问答游戏，通过竞赛形式，激发学生学习兴趣，巩固所学知识。

3.教学媒体和资源使用

-PPT：制作包含热机原理、结构、效率计算等内容的PPT，以图文并茂的形式展示知识点，方便学生理解和记忆。

-视频：播放热机工作原理、实际应用场景等视频，使学生更加直观地了解热机的工作过程。

-在线工具：利用在线物理实验平台，让学生模拟热机实验，自主探索热机效率的影响因素。

-教学资源包：提供热机相关的图文资料、案例库等，供学生在课后自主学习。教学实施过程1.课前自主探索

-教师活动：发布预习任务，提供热机相关的基础资料和预习问题。

-学生活动：学生通过阅读教材、观看预习视频，自主探索热机的概念和基本原理。

-教学方法：采用自主学习法。

-教学手段：使用教材、预习视频、在线预习平台。

-教学资源：预习资料包、在线学习资源。

-作用和目的：培养学生自主学习能力，为课堂学习打下基础，初步理解热机的工作原理。

举例：学生通过预习资料了解热机的定义，观看视频了解蒸汽机的工作过程。

2.课中强化技能

-教师活动：通过讲授、实验演示、案例解析等方式，引导学生深入理解热机的工作原理和效率计算。

-学生活动：参与课堂讨论，动手实验，小组合作探讨热机效率提高的方法。

-教学方法：讲授法、实验法、小组合作法。

-教学手段：PPT、实验器材、案例研究包。

-教学资源：课堂讲解PPT、实验指导书、案例研究资料。

-作用和目的：强化学生对热机知识的理解，提高学生的实践操作能力和问题解决能力，突破教学重难点。

举例：教师通过PPT讲解热机效率的计算方法，学生分组进行实验，测量并计算热机效率。

3.课后拓展应用

-教师活动：布置拓展任务，提供拓展学习资料和指导。

-学生活动：学生独立或小组合作，选择一个热机应用实例进行深入分析。

-教学方法：项目导向学习、研究性学习。

-教学手段：拓展任务指导书、在线研究资源。

-教学资源：拓展学习资料库、在线讨论平台。

-作用和目的：巩固课堂所学，提高学生的应用能力和创新思维，将理论知识与实践相结合。

举例：学生选择汽车内燃机作为研究对象，分析其效率提高的技术措施，并撰写研究报告。拓展与延伸1.拓展阅读材料

-《热机发展简史》：介绍热机从蒸汽机到现代内燃机的演变过程，以及各阶段的重要发明和改进。

-《热机效率提升技术》：深入探讨提高热机效率的各种技术手段，如热交换器、涡轮增压、燃料电池等。

-《生活中的热机应用》：列举和分析热机在日常生活中的应用实例，如汽车、发电机、空调等。

-《可再生能源与热机》：探讨可再生能源如太阳能、风能等在热机中的应用和前景。

2.课后自主学习和探究

-研究特定类型的热机：鼓励学生选择一种热机，如蒸汽机、内燃机等，研究其工作原理、结构特点、效率计算及应用领域。

-热机效率实验设计：学生可以设计简单的实验，验证热机效率的计算方法，或探索不同条件对热机效率的影响。

-热机未来发展趋势：引导学生思考热机技术的未来发展方向，如环保型热机、高效率热机等，并撰写研究报告。

-热机与环境保护：讨论热机使用对环境的影响，以及如何通过技术改进减少污染，提高能源利用效率。课堂1.课堂评价

-提问：教师在课堂上通过针对性提问，了解学生对热机工作原理、效率计算、提高效率方法等知识点的掌握情况。通过学生的回答，及时发现理解上的误区和盲点，及时进行澄清和解释。

-观察：在小组讨论、实验操作等活动中，教师观察学生的参与程度、合作能力和操作技能，评估学生对课堂内容的理解和应用能力。

-测试：进行课堂小测验，包括填空题、选择题和简答题，测试学生对热机知识点的记忆和理解，以及解决实际问题的能力。

-及时反馈：根据学生的表现，教师给予及时的反馈，对学生的正确理解和操作给予肯定，对存在的问题提供指导和建议。

2.作业评价

-批改作业：对学生的课后作业进行认真批改，关注学生的答案是否准确，解题思路是否清晰，以及是否存在普遍性的错误。

-点评作业：对学生的作业进行详细点评，指出优点和不足，对于共性问题，可在课堂上集中讲解，对于个别问题，则进行一对一辅导。

-反馈学习效果：通过作业评价，向学生反馈他们的学习效果，鼓励他们在理解上有所提高，在操作上更加熟练。

-鼓励学生：对于表现优秀的学生，给予表扬和鼓励，增强他们的学习动力；对于进步空间较大的学生，提供积极的建议和期望，帮助他们建立自信。典型例题讲解例题1：

【题目】一辆内燃机汽车，其发动机的功率为100kW，工作时的效率为25%。若汽车以恒定功率行驶100km，求汽车在这段距离内消耗的汽油量。

【解答】

已知功率P=100kW=100000W，效率η=25%=0.25。

汽车行驶100km，即100000m，所做的功W=Pt，其中t为时间。

由于功率P=W/t，可得t=W/P=(100000m)/(100000W)=1s。

消耗的总能量Q=W/η=(100000J)/(0.25)=400000J。

假设汽油的热值为4.6×10^7J/kg，则消耗的汽油量m=Q/q=400000J/(4.6×10^7J/kg)≈8.7kg。

例题2：

【题目】一个蒸汽机在正常工作状态下，每分钟做功1000J，其效率为30%，求蒸汽机每分钟至少需要吸收多少热量？

【解答】

已知每分钟做功W=1000J，效率η=30%=0.3。

根据效率公式η=W/Q，可得Q=W/η=1000J/0.3≈3333.3J。

因此，蒸汽机每分钟至少需要吸收3333.3J的热量。

例题3：

【题目】一台内燃机的效率为28%，在正常工作状态下，每秒对外做功4000J，求该内燃机每秒至少需要燃烧多少质量的燃料？

【解答】

已知效率η=28%=0.28，每秒做功W=4000J。

根据效率公式η=W/Q，可得Q=W/η=4000J/0.28≈14285.7J。

假设燃料的热值为4.6×10^7J/kg，则每秒至少需要燃烧的燃料质量m=Q/q=14285.7J/(4.6×10^7J/kg)≈0.31kg。

例题4：

【题目】一个热机在正常工作状态下，每分钟消耗100g的燃料，其效率为40%，求该热机每分钟所做的有用功。

【解答】

已知每分钟消耗燃料质量m=100g=0.1kg，效率η=40%=0.4。

假设燃料的热值为4.6×10^7J/kg，每分钟燃料释放的热量Q=mq=0.1kg×4.6×10^7J/kg=4.6×10^6J。

根据效率公式η=W/Q，可得每分