义务教育课程标准实验教科书苏科版

义务教育课程标准实验教科书《苏科版》第12章机械能和内能——发动机的秘密教材建议及评价示例南京航空航天大学附属初级中学丁玉祥网址：邮箱：[e-mail]一、《物理课程标准》（实验稿）相关要求○能用实例说明物体的动能和势能以及它们的转化。能用实例说明机械能和其它形式的能的转化。○了解内能的概念。能简单描述温度和内能的关系。○结合实例认识功的概念。知道做功的过程就是能量转化或转移的过程。○了解热量的概念。○了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。○从能量转化的角度认识燃料的热值。○能通过具体事例，说出能源与人类生存和社会发展的关系。二、知识网络三、课时建议一、动能势能机械能3课时二、内能热量1课时三、机械能与内能的相互转化2课时复习与总结1课时机动1课时四、编写思路本章教材的编写有明、暗两条线索，明的一条是以现代交通工具——汽车为载体来引入，先后介绍了机械能、内能及其相互转化，以及燃料的热值、内燃机等知识。暗的一条线索是以能量的概念展开，让学生了解能量的形式是多种多样的，前面学习的机械运动、分子热运动这两种运动形式分别对应着机械能和内能，而且每种形式的能量并不是孤立的，是可以相互转化（如动能与势能的转化、机械能与内能的转化）或转移（如内能的转移）的，在能的转化过程中一般对应着做功的过程。本章的三节内容是从学生最熟悉的动能、势能入手，在原有知识的基础上进一步定性研究了影响动能、势能大小的因素和动能与势能间的相互转化；接着结合分子动理论知识采用类比的方法介绍了内能的概念、内能与温度的关系以及物体间内能转移的形式——热传递和热量的概念及其计算；最后说明了内能与机械能之间的相互转化以及它的应用——热机（汽油机），介绍了燃料热值的概念和由于燃料燃烧造成的环境问题。本章的教学内容的选择、组织和呈现中力图体现以下几点：1．注重前后知识的衔接和联系在本章的学习中，许多知识都是在前面学习的基础上进一步的深入，因此在教材的编写时注重前后知识的联系。如：由于本教材的特点之一是将能量问题贯穿整个教材的始终，在8年级学生就接触了诸如动能、重力势能、弹性势能的一些实例，就为本章进一步学习机械能打下了基础，教材在举例方面就注意前后不重复。其他的还有如：进行温度与内能之间关系的学习时联系到分子动理论的相关知识；在进行热传递的计算时联系到比热容的概念等。2．注意物理与生活、社会的联系本章内容在课程标准中的要求并不高，大部分内容是要结合实例来认识，如“能用实例说明物体的动能和势能以及它们的转化。能用实例说明机械能和其它形式的能的转化”，“能通过具体事例，说出能源与人类生存和社会发展的关系”等。因此在教材内容的选择上比较注重联系生活、社会实际。例如在谈到动能、势能和内能时，列出了大量的图片实例；讲到热机时介绍了热机的发展历程对促进社会发展所作的贡献；讲到燃料的热值时联系环境保护的问题等。3．注重研究方法的学习在本章的探究活动中常用到“控制变量法”，如“探究动能的大小与哪些因素有关”、“模拟打桩”、“比较质量相同的不同燃料充分燃烧时放出的热量”等问题时都用到这种方法，这种研究方法在8年级的学习中已经多次接触过，因此，在教学中要注意学生的掌握情况并对学生提出一定的要求。由于受知识基础和抽象思维能力的限制，学生对内能的概念（特别是分子势能的概念）往往感到不容易理解，教材中是采用分子势能与重力势能类比的方法来处理的，这也是科学家在研究问题时常采用的一种推理方法，要让学生体会到这种研究问题的方法。4．探究活动取材简单，效果明显本章中安排的活动，如：“卡片为什么会跳起来”、“模拟打桩”、“演示点火爆炸”、“比较质量相同的不同燃料充分燃烧时放出的热量”等与老教材相比，都是一些新增加的实验，这些实验的取材不仅比较简单，而且效果明显，一般学校的教师甚至学生都可准备。例如“在研究做功能否改变物体的内能”的活动中，只要一小段铁丝，但其作用效果却非常明显。让学生在反复弯折铁丝的时候，细细体会铁丝温度升高、内能增加的过程，作用要比说教有用得多，教学时决不能因其简单而不为。因此教师在教学中要创造条件开展实验活动，让学生能对实验现象有亲身的体验，提高学习的兴趣，促进对概念、规律的理解。五、导图说明汽车对学生来说并不陌生，从儿时爱不释手的玩具到重要的现代交通工具都离不开它，可能有的学生（特别男生）从小对汽车就充满着好奇，渴望解开其中的奥秘。而汽车的行驶过程和发动机的工作过程与燃料的燃烧、机械能与内能及其相互转化等都有着密切的关系，因此，汽车的发动机是本章组织教学的一个良好载体，本章的副标题就取名为“发动机中的秘密”。本章导言围绕汽车的发动机提出了一些问题，这些问题可能在有的学生头脑中已经存在了很久，意在激发学生的学习兴趣；同时，这些问题也正是通过本章的学习所要解决的。本章导图是一辆在沙漠中疾驶的赛车，由于路途的不平，正在上下颠簸，既显示动能与势能之间的相互转化，同时蕴含着汽车有强劲的发动机。在导图的背景中隐含着一个钟表，意在使学生由汽车发动机联想到其他机械装置同样也具有“发动机”，实际上任何一个机械装置的“发动机”其工作实质都是能量的转化——将其他形式的能转化为动能。六、教材说明和教学建议第一节、动能势能机械能【教学目标】1．通过实例分析，认识到运动的物体能做功，具有动能；2．通过探究，知道动能的大小与物体的质量和运动速度有关，并能解释简单的现象；3．通过探究，知道弹性势能和重力势能的概念和决定因素，并能解释简单的现象；4．通过观察和实验认识并理解动能和势能的转化过程，能解释一些有关动能、重力势能、弹性势能之间相互转化的简单的物理现象。5．能够运用控制变量法进行实验设计；逐步养成在实验中认真观察、勤于思考的习惯。【教材说明】由于动能、重力势能、弹性势能的概念在8年级的教学中已经出现，有关它们的一些现象学生并不陌生，因此本节教材从前面学生没有接触过的“公路限速”和“滑板下滑”两个实例提出问题，目的是激发学生的学习兴趣，同时也揭示了本节要研究的内容——动能、势能及其相互转化。“一个物体如果能对另一个物体做功，这个物体就具有能量”这仅是对能量概念一个粗略的定义，在初中阶段不必追求这个概念的严密性。决定动能、弹性势能、重力势能大小的因素是本节的教学重点之一，教材先后安排了三个探究活动并结合实例分析来进行说明。在第一个探究活动中穿插了一条信息快递，目的是要消除学生可能存在的错误观念，便于顺利得出探究活动的结论。在这三个探究活动中都用到了“控制变量法”，且活动过程的设计也逐步放开，意在培养学生的实验能力。接着，教材安排了观察摆球摆动的实验，目的是要学生通过观察和思考，发现动能与势能的相互转化，同时渗透机械能转化与守恒的思想观点。后面所例举的实例目的是要让学生学会运用动能与势能之间相互转化的观点来分析，并认识到生活中这类现象是很多的。生活·物理·社会安排了一段关于“大海中蕴含的机械能”的短文，目的是扩大学生的知识面，了解在大海中还有巨大的能源还没有被开发，从而激发学生进一步学习的兴趣。【教学建议】本节的教学内容和探究活动较多，宜安排三课时来组织教学，旨在突出探究过程的教学。第一课时学习动能的概念；第二课时学习弹性势能和重力势能；第三课时学习动能与势能间的相互转化。动能、重力势能、弹性势能概念的教学中应紧紧抓住“能做功”和“比较做功本领的大小”来讲授这几个概念。既要使学生认识它们能够做功的共性，又要使学生理解每个概念的个性特征。1．关于“动能”的教学由于在8年级学习“物体的运动”一章时就结合实例出现了动能的概念，因此在教学时首先可以让学生回忆能说明运动物体具有动能的实例。教师也可以进行一些演示实验，如：风吹动小风车转动，水流冲击水轮机转动，玩具手枪射出的子弹推动泡沫塑料块等，说明运动的物体具有动能。然后改变风速和水流速度的大小、改变玩具手枪子弹的质量再次进行实验，要学生观察实验现象有什么变化，从而引入动能的大小与哪些因素有关的问题。探究动能的大小与哪些因素有关的实验不论是进行演示还是分组，都要调动学生参与的热情，注意引导学生联系前面所学的控制变量法，明确在先后两次实验中哪些量是保持不变的，哪个量是改变的，并注意对实验现象进行观察和对比。要注意：实验中研究的对象是小车，而观察的对象是木块移动的距离。只要学生认识到木块移动的距离越大，小车撞击前的动能越大即可，不必深究在撞击过程中能量转移的详细过程。为了让学生接受“质量不同的小车从同一斜坡的同一高度释放，运动到水平面时速度的大小相等”这一信息，条件许可的学校可增加一个演示实验，即：如教材图12－6（a）（b）装置，去掉木块，让两个小车同时滑下，仔细观察，可以发现两个小车的运动情况是一样的。实验的结论“……越大……越大”是一种定性的说法，至于两个量是否是成正比，可以告诉学生到高中再进一步研究。为了让学生理解动能的大小与物体的质量和运动速度有关，还可以让学生再举一些生活中的实例来说明，如：操场上飞来的足球可以用脚去踢，而飞来的铅球却避之不及；高速行驶的汽车在车祸中造成的损害要更大一些；“雷声大雨点稀时”的雨点落到脸上，会打得生疼，而浴室中房顶上的水滴落到脸上时却不会感到疼痛……”。2．关于“弹性势能”的教学在进行“卡片为什么会跳起来”的活动时，要鼓励学生积极动手。由于取材比较简单，可让学生课前先准备好相关物品。在实验时要注意：卡片纸要适当硬一些，实验中手松开时动作要迅速。本实验也可以用其他实验来替代。如：取一只尾部装有弹簧的圆珠笔，笔尖向上放置，下压弹簧，突然松手，观察发生的现象。若仅压下一半的距离，观察笔弹起时高度的变化，想一想说明了什么？棋子钢锯条图12－1图12－23．关于“重力势能”的教学“模拟打桩”实验中应用玻璃容器盛沙，以便于观察桩被打下的深度。桩可用演示压强的小桌来替代；重锤质量不宜过大，可用大小不等的立方体木块替代。实验操作时要注意重锤下落要击中桩的中部，以免发生歪斜。对实验中学生提出的各种方法，教师要注意引导学生进行分析，使之通过实验能发现物体重力势能的大小与物体的质量和被举的高度有关。4．关于“动能与势能的相互转化”的教学要通过观察实验与实例分析来得出动能与势能可以相互转化的结论。在进行教材中摆球摆动的实验之前，可以先观察并讨论上抛小球在上升阶段和自由下落阶段动能与势能之间的转化情况，为下一步过渡到观察比较复杂的摆球摆动实验做好铺垫。为加深对动能与势能相互转化的理解，教师要引导学生认真分析教材中图12－12所提供的实例，可能的话，可以先放一些相关的录象（过山车）或做实验（滚摆），以增加学生的感性认识。对图（b）和（c）实例的分析要让学生认识到：撑竿跳高运动员由于助跑，起跳时具有一定的速度，因而具有一定的动能；起跳后撑竿弯曲，运动员的动能转化为撑竿的弹性势能；在运动员上升过程中撑竿的弹性势能转化为运动员的重力势能；在下落过程中重力势能转化为动能。皮球落地过程中高度减小速度增大，势能转化为动能；接触地面后皮球被压扁，动能转化为弹性势能；接着皮球弹起，在此过程中弹性势能转化为动能；离开地面后皮球上升，动能转化为重力势能。5．关于生活·物理·社会的教学教师可以引导学生阅读栏目的内容，也可以补充一些动能、势能为人类服务的事例。有条件的学校也可以鼓励学生上网或上图书馆查询相关资料进行交流，使学生充分认识到动能、势能知识在生活中有广泛的应用，感受到学习物理的价值。第二节、内能热量【教学目标】1．了解内能的概念，通过类比的方法，知道任何一个物体都具有内能；2．能简单描述温度与内能之间的关系；3．结合实例分析，知道热传递是改变物体内能的一种方式，是内能的转移过程；4．了解热量的概念，知道热量的单位。能正确使用“热量”这一术语，会进行关于物体吸、放热的简单计算；5．了解用热传递来改变物体内能的方法在生产、生活中的应用，会应用相关知识解释一些现象。【教材说明】本节教材主要介绍了内能的