沪科版九年级物理下册第20章《能源、材料与社会》同步教学设计

知识无涯，进步无界!zhishiwuya,jingbuwujie！知识无涯，进步无界!zhishiwuya,jingbuwujie！沪科版九年级物理下册第20章《能源、材料与社会》同步教学设计第一节能量的转化与守恒知识与技能：1．了解能量及其存在的不同形式。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相互转化。3．知道能量守恒定律，有用能量转化与守恒观点分析问题的意识。4．知道能量转移与转化的方向性。过程与方法：通过探究能量的转移与转化、能量守恒定律，初步认识科学研究方法的重要性；通过对能量的转化与守恒的学习，能书面或口头表述自己的观点，有初步的信息交流能力。情感、态度与价值观：1．通过了解多种形式的能量及能量的转化与守恒，养成实事求是、尊重自然规律的科学态度。2．通过探究能量守恒定律，增强对科学探究的兴趣，培养学生的合作与交流能力，感悟物理与生活的和谐关系。重点：知道能量守恒定律，解释一些常见现象中能量转化的问题。难点：理解能量转移与转化的方向性。多媒体课件、皮球。一、情景导入达·芬奇是意大利著名的画家、科学家，他曾经设计了一个“永动机”，如图所示。达·芬奇认为，右边的钢球比左边的钢球离轮心更远些，致使两边受力不均衡，轮子会沿箭头方向转动不息。你认为这种“永动机”能够实现吗？学完本节内容，你就能明白了。二、合作探究多种形式的能量前面我们已经学过机械能、电能和内能，你还知道哪些其他形式的能量？请举例说明。多媒体展示图片：各种形式的能量。同学们交流讨论上面图片中各种物体所具有的能量并归纳自然界中能量的类别。(1)自然界中能量的类别：机械能、电能、内能、化学能、核能等。(2)化学能：由于化学反应而产生的能量。木材燃烧时产生的光和热就来源于木材里储存的化学能。人体运动所消耗的能量都来源于食物里储存的化学能。(3)核能：由于核反应，物质的原子核结构发生变化而产生的能量。 核能的发展进程第一代核电站。核电站的开发与建设开始于20世纪50年代。1954年，前苏联建成发电功率为5兆瓦的实验性核电站；1957年，美国建成发电功率为9万千瓦的ShipPingPort原型核电站。这些成就证明了利用核能发电的技术可行性。国际上把上述实验性的原型核电机组称为第一代核电机组。第二代核电站。20世纪60年代后期，在实验性和原型核电机组基础上，陆续建成发电功率30万千瓦的压水堆、沸水堆、重水堆、石墨水冷堆等核电机组，他们在进一步证明核能发电技术可行性的同时，使核电的经济性也得以证明。目前，世界上商业运行的400多座核电机组绝大部分是在这一时期建成的，习惯上称之为第二代核电机组。第三代核电站。20世纪90年代，为了消除三里岛和切尔诺贝利核电厂爆发事故的负面影响，世纪核电业界集中力量对严重事故的预防和缓解进行了研究和攻关，美国和欧洲先后出台了《先进轻水堆用户要求文件》(URD文件)和《欧洲轻水堆用户要求文件》(EUR文件)，进一步明确了预防与缓解严重事故，提高安全可靠性等方面的要求。国际上通常把满足URD文件或EUR文件的核电机组称为第三代核电机组。对第三代核电机组要求是能在2010年前进行商用建造。第四代核电站。2000年1月，在美国能源部的倡议下，美国、英国、瑞士、南非、日本、法国、加拿大、巴西、韩国和阿根廷共10个有意发展核能的国家，联合组成了“第四代国际核能论坛”，与2001年7月签署了合约，约定共同合作研究开发第四代核能技术。能量的转移与转化自然界中，能量不但可以从一个物体转移到另一个物体，而且可以从一种形式转化为另一种形式。那么它们是如何转移与转化的呢？同学们分组交流讨论下列过程中能量转化或转移的情况：(1)火箭点燃后腾空而起(化学能转化为内能，内能再转化为机械能)；(2)电灯通电后发光、发热(电能转化为光能和内能)；(3)冬天用暖水袋捂手，手变热(内能从暖水袋转移到手上)；(4)植物的光合作用(太阳能转化为化学能)。(1)各种形式的能量在一定条件下都可以相互转化，地球上的能量主要来源于太阳。(2)能量转移与转化的区别：能量的转化过程中，能量的形式发生改变；而转移过程中，能量的形式不变。能量守恒定律多媒体播放视频：单摆摆动实验。(视频详见教学课件)(1)同学们观察单摆的摆动有什么特点。(2)单摆在摆动过程中能量是怎么变化的，总能量守恒吗？取出课前准备的皮球，将它从某一高度由静止释放，观察皮球每次反弹高度的变化。(皮球反弹高度越来越低)皮球反弹过程中为什么反弹的高度越来越低，其中损失的机械能到哪里去了？同学们交流讨论后回答：(1)单摆中的小球在摆动过程中，势能与动能不断地相互转化，其机械能应该是守恒的，但在实际运动过程中，一部分机械能转化为内能，总的能量还是守恒的；(2)皮球反弹的高度越来越低，损失的机械能转化为内能散失在空气中。能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能的总量保持不变。永动机是不可能造成的很早以前，人类就开始利用自然力为人类服务，大约到了十三世纪，开始萌发了制造永动机的愿望。到了十五世纪，伟大的艺术家、科学家和工程师达·芬奇(LeonardodaVinci1452～1519)，也投入了永动机的研究工作。他曾设计过一台非常巧妙的永动机，但造出来后它并没永动下去。1475年，达·芬奇认真总结了历史上的和自己的失败教训，得出了一个重要结论：“永动机是不可能造成的”。在工作中他还认识到，机器之所以不能永动下去，应与摩擦有关。于是，他对摩擦进行了深入而有成效的研究。但是，达·芬奇始终没有也不可能对摩擦为什么会阻碍机器运动作出科学解释，即他不可能意识到摩擦(机械运动)与热现象之间转化的本质联系。此后，虽然人们还是致力于永动机的研制，但也有一部分科学工作者相继得出了“永动机是不可能造成的”结论，并把它作为一条重要原理用于科学研究之中。荷兰的数学家、力学家斯台文(SimonStevin1548～1620)，于1586年运用这一原理通过对“斯台文链”的分析，率先引出了力的平行四边形定则。伽俐略在论证惯性定律时也应用过这一原理。尽管原理的运用已取得了如此显著的成绩，但人们研制永动机的热情不减。惠更斯(ChristiaanHuygens1629～1695)，在他1673年出版的《摆式时钟》一书中就反映了这种观点。书中，他把伽俐略关于斜面运动的研究成果运用于曲线运动，从而得出结论：在重力作用下，物体绕水平轴转动时，其重心不会上升到它下落时的高度之上。因而，他得出用力学方法不可能制成永动机的结论；但他却认为用磁石大概还是能造出永动机来的。针对这种情况，1775年，巴黎科学院不得不宣布：不再受理关于永动机的发明。历史上，运用“永动机是不可能制成的”这一原理在科研上取得最辉煌成就的是法国青年科学家卡诺(SadiCarnot1796～1832)。1824年，他将该原理与热质说结合推出了著名的“卡诺定理”。定理为提高热机效率指明了方向，也为热力学第二定律的提出奠定了基础。但这里要特别强调的是，卡诺虽然将永动机不能造成的原理运用于热机，但他的思想方法还是“机械的”。他在论证时将热从高温热源向低温热源的流动同水从高处向低处流动类比，认为热推动热机做功就像水推动水轮机做功一样，水和热在流动中并无任何损失。可见，从1475年达·芬奇提出“永动机是不可能造成的”起，到1824年卡诺推出“卡诺定理”为止，原理只能在机械运动和“热质”流动中运用，它远不是现代意义上的能量的转化和守恒定律，它只能是机械运动中的能量守恒的经验总结，是定律的原始形态。1891年，亥姆霍兹(HermannvonHelmholtz1821～1894)，在回顾他研究力的守恒定律的起因时说：“如果永动机是不可能的话，那么在自然条件下的不同的力之间应该存在什么样的关系呢？而且，这些关系实际上是否真正存在呢？”可见，“永动机是不能造成的”还很肤浅，要认识它的深刻的内涵，还须人们付出艰苦的劳动。能量转移与转化的方向性汽车刹车时，由于摩擦，机械能转化为地面和空气的内能；当汽车再次启动时，这些内能还能转化为机械能重新利用吗？冬天，暖气片把热水的内能传递给房间里的空气，供人取暖；还能把这些内能重新收集起来，供明年冬天再次利用吗？同学们交流讨论上述问题，并列举出其他生活实例说明能量转移与转化的方向性。能量的总量虽然不变，但是能量的转化和转移具有方向性。在利用能量的过程中，会有一部分成为“无用的能量”(能量耗散)。第一节能量的转化与守恒eq\a\vs4\al(能量的转化与守恒)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(多种形式,的能量)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(化学能：化学反应而产生,核能：原子核结构变化而释放)),\a\vs4\al(能量的转,移与转化)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(转移：热传递,转化：光合作用、电灯发光)),能量守恒定律：不消灭、不创生、转移或转化，,总量不变,能量转移与转化的方向性))完成本课时对应练习。本节课运用了新的课程概念，在教学过程中，我尽量地举出身边的实例，并播放一些相关视频，将枯燥的说教变成动态影像呈现给学生，激发学生的学习兴趣，这样会给学生以直观的视觉效果，留下深刻的印象，使他们更能理解和学习本节课的相关内容。在教学过程中，鼓励学生敢于发表自己的见解，培养学生主动与他人合作的能力，鼓励学生勇于放弃或修正自己的错误观点，有利于提高学生的表达能力，使科学的规律得以突显，帮助学生加深对科学规律的认识，任何科学规律都来源于科学实践。

第二节能源的开发和利用知识与技能：1．了解什么是能源，知道可再生能源和不可再生能源的概念。2．结合实例，说出能源与人类生存和社会发展的关系。3．了解能源的利用和开发在推动社会进步的同时，带来了能源危机，也造成了对环境的污染和生态的破坏。4．了解直接利用太阳能的方式。5．知道释放核能的两种方式、铀核链式反应的大致情况和核电站的大致工作过程。过程与方法：1．通过让学生搜集与能源有关的资料，锻炼学生解决问题的能力。2．通过能源与环境的学习，让学生能在观察物理现象或学习物理过程中发现一些问题，有初步的提出问题、分析问题的能力。情感、态度与价值观：1．通过学生搜集资料的过程，体验成功的喜悦，了解人类文明的发展过程。2．通过能源与社会、能源与环境的教学活动，培养学生节约能源、爱护环境、保护生态的意识，有自觉参与到当前生态文明建设中去的责任意识。重点：能源的分类、新能源的开发与利用。难点：理解可再生能源和不可再生能源的分类及能源与环境之间的关系。多媒体课件。一、情景导入1945年8月6日，美国一架B­29战机从广岛上空投下了第一颗原子弹，导致近20万日本市民丧生。如图，一颗不大的原子弹能让一个城市变成废区，它为什么有这么大的威力呢？原来这种威力来自于核能，太阳能也来自于核能，核能和太阳能是极具发展的新能源。电灯发光、汽车奔驰、太阳帽中的电动机运转都要消耗能源，能源与社会、能源与环境究竟有怎样的关系？下面我们就来学习能源的开发和利用。二、合作探究能源与社会自然界存在多种能为人类提供生产、生活所需的能量的能源，我们该如何对这些能源进行分类呢？同学们分组交流讨论，对自然界中常见的能源进行分类并说明其分类依据。像太阳能、风能、水能以及动、植物等这类可以长期提供或可以再生的能源属于可再生能源；像煤、石油、天然气和铀矿这类化石或矿物能源，一旦消耗就很难再生的能源属于不可再生能源。能源与环境多媒体展示图片：雾霾笼罩下的城市、水土严重流失的大山、海上漂浮的石油。能源的大量开发和使用，带来了一系列的环境污染与生态破坏。如何在开发和使用能源的同时保护好我们赖以生存的地球呢？能源的开发和利用给人类带来文明和繁荣的同时，也给人类带来了巨大的灾难，如：温室效应、酸雨、生态失衡等。因此我们应该从自身做起，关注能源利用带来的环境问题。开发新能源多媒体展示各种利用新能源的方式：太阳能电池板、风力发电场、三峡水电站、泰山核电站。(1)目前直接利用太阳能的方式主要有两种：一种是用集热器把水等物质加热，另一种是用太阳能电池把太阳能转化成电能。(2)间接利用太阳能——绿色植物进行光合作用，将光能转化为生物质能储存在植物体内(光化转换)。(3)太阳能的优点：能量巨大、供应时间长、分布广泛、获取方便、无污染、安全经济。缺点：能量分散且不稳定。(4)原子的结构： 原子eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(原子核\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(质子（带正电）,中子（不带电）))\a\vs4\al(集中了原子的,大部分质量),核外电子（带负电、绕核高速旋转）))(5)核裂变：较重的原子核裂变为较轻的原子核的一种核反应。(6)链式反应加以控制，得到利用——核电站、核潜艇等；不加以控制——原子弹。(7)核聚变：较轻的原子核结合成为较重的原子核的一种核反应。氢弹是利用核聚变原理制造的。(8)地热能、潮汐能、风能都可以用来发电。第二节能源的开发和利用eq\a\vs4\al(能源的开发和利用)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(能源与社会\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(可再生能源,不可再生能源)),能源与环境,\a\vs4\al(开发新能源)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(太阳能\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(太阳能的利用\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(直接利用,间接利用)),太阳能的优缺点)),核能\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(原子核的结构,核裂变,核聚变,核能的优点和缺点)),其他新能源：地热能、潮汐能、风能等))))完成本课时对应练习。通过本节课的学习，学生收获了不少知识，了解到了能源的分类、能源与环境和社会之间的关系、太阳能与核能的利用方式等。在学习过程中，通过图片展示，激发学生的学习兴趣，突破常规的说教讲解过程，将枯燥的知识形象化、生动化。让学生参与讨论、交流、发言，增强学生的环保意识和社会责任感。这样不仅活跃了课堂气氛，让学生参与教学，同时锻炼了学生的创新能力，激发了学生的学习兴趣，使学生认识到能源的开发、合理利用能源与保护环境对社会可持续发展具有重要战略意义。

第三节材料的开发和利用知识与技能：1．知道超导材料是一种电阻为零的材料，了解纳米材料的有关知识。2．知道半导体二极管具有单向导电性，知道半导体在生活中的应用。3．了解新材料的特性及应用前景。过程与方法：1．通过看书、查资料、上网了解人类社会发展中人们对材料的认识、开发和利用情况，让学生有初步的信息搜集能力。2．通过实验探究判断导体和绝缘体，初步认识科学研究方法的重要性，学会从实验中归纳简单的科学规律。情感、态度与价值观：1．初步认识科学及相关技术对于社会发展、人类生活的影响，培养学生对人类社会发展作贡献的意识。2．了解我国新材料研究的新成果，增强民族自豪感。3．具有对科学的求知欲，乐于探究日常用品或新器件中物理学原理，有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识。重点：导体、半导体及绝缘体的性能和用途，了解新材料的特性及应用前景。难点：导体与绝缘体的实验探究，半导体的性能及用途。多媒体课件、电源、灯泡、导线、带导线的金属夹、待测材料(如硬币、铅笔芯、橡皮擦、塑料尺等)。一、情景导入同学们，前面我们学习了能源的开发和利用，知道了如何利用能源来为人类服务，那么，材料在人类社会发展中，开发和利用情况又是怎样的呢？如何利用材料来提高我们的生活质量呢？要解决这些问题，下面，我们就来学习本节内容——材料的开发和利用。二、合作探究材料与社会100万年以前，原始人以石头作为工具，称旧石器时代。1万年以前，人类对石器进行加工，使之成为器皿和精致的工具，从而进入新石器时代。新石器时代后期，出现了利用粘土烧制的陶器。人类在寻找石器过程中认识了矿石，并在烧陶生产中发展了冶铜术，开创了冶金技术。公元前5000年，人类进入青铜器时代。公元前1200年，人类开始使用铸铁，从而进入了铁器时代。随着技术的进步，又发展了钢的制造技术。18世纪，钢铁工业的发展，成为产业革命的重要内容和物质基础。19世纪中叶，现代平炉和转炉炼钢技术的出现，使人类真正进入了钢铁时代。20世纪初，开始对半导体材料进行研究。50年代，制备出锗单晶，后又制备出硅单晶和化合物半导体等，使电子技术领域由电子管发展到晶体管、集成电路、大规模和超大规模集成电路。半导体材料的应用和发展，使人类社会进入了信息时代。旧石器→新石器→青铜器→铁器，材料在人类社会发展的历史进程中具有极其重要的作用，材料的发展推动了社会的进步与发展。材料的导电性不同材料具有不同的性质，根据材料的性质可以将材料划分为不同的种类。你知道根据材料的导电性可以将材料划分为哪几类吗？你知道怎么区分导体与绝缘体吗？【实验器材】电源、灯泡、导线、带导线的金属夹、待测材料(如硬币、铅笔芯、橡皮擦、塑料尺等)。【实验步骤】按如图所示连接电路，分别在金属夹两端接入待测材料，闭合开关，观察灯泡是否发光，判断待测材料是导体还是绝缘体。根据材料的导电性能，材料可分为导体、半导体和绝缘体三大类。(1)导体：容易导电的物体；(2)绝缘体：不容易导电的物体；(3)半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。常见半导体有硅、锗、砷化镓、碳化硅等；(4)导体与绝缘体并没有绝对界限