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《实践 制作太阳能烤箱+单元章末练习》教学设计
课题 实践 制作太阳能烤箱+单元章末练习 单元 21 学科 物理 年级 九
教材分析 本课节选自“第二十一章 能源、材料与社会”中的“实践 跨学科：制作太阳能烤箱”活动，是集能源利用、光的反射、材料性能、热传导与保温等多学科知识于一体的综合性实践活动。教材通过真实情境任务——设计并制作一个简易太阳能烤箱，引导学生在动手实践中理解太阳能转化为内能的过程，掌握能量转化效率的计算方法，强化对可再生能源的认知。该内容不仅是对前序章节中“能量守恒定律”“热效率”“导体与绝缘体”等核心概念的综合运用，更是培养学生科学思维、工程实践能力和环保意识的重要载体。
2022新课标要求 新课标要求：能举例说明人类对太阳能的利用，知道太阳能烤箱工作过程中能的转化，能设计方案、动手制作、测试评估，用控制变量法探究影响效率的因素，如反光角度、保温层、吸热材料等，完成报告并交流。
学习目标与核心素养 物理观念
（1）能举例说明人类对太阳能的利用。
（2）能了解太阳能烤箱的原理，能分析太阳能烤箱如何利用太阳能。（3）能测试烤箱的加热速度、保温能力、安全性检查等并交流评价。（4）知道光的传播特性，能采取措施增加单位面积上的太阳能辐射量。
2.科学思维
（1）能够基于实验现象提出合理假设，设计对比实验验证材料性能差异。
（2）能够运用数据分析方法评估太阳能烤箱的加热效率，并反思改进方案。
2.科学探究
（1）能够独立或合作制定太阳能烤箱的设计方案，明确各部件功能及材料选择依据。
（2）能在实践过程中观察并记录温度变化、光照强度等关键变量，形成科学记录习惯。
3.科学态度与责任
（1）能主动参与环保主题实践，体会开发清洁能源对可持续发展的意义。
（2） 能在团队中承担角色，遵守安全规范，养成严谨、负责的科学态度。
学情分析 九年级学生已具备一定的物理基础知识，如电功率、比热容、能量转化等，对太阳能有初步了解，但缺乏将理论知识应用于实际问题的能力。他们好奇心强，动手欲望高，但对材料选择、结构设计、实验数据记录等系统性工程流程较为陌生。部分学生存在依赖性强、合作意识薄弱等问题。教学中需以项目驱动方式激发兴趣，通过小组协作完成任务，在“做中学”中突破认知障碍，培养团队协作与问题解决能力。教师应提供清晰的任务框架与安全指导，确保活动有序开展。
重点 综合考虑材料的导热性、烤箱的结构、加热速度、保温性能、使用安全等因素，制作太阳能烤箱的过程。
难点 对制作结果作出科学评价，并尝试采用新的材料设计方法来制作太阳能烤箱。
材料准备 黑纸、锡箔纸、纸箱、保鲜膜、保鲜膜、塑料吸管、胶水、胶带、铅笔、小刀
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 情境导入全球都在倡导“低碳生活”，但火力发电、燃气做饭都会产生碳排放。有没有一种零污染的加热方式？那就是太阳能！它是取之不尽的清洁能源。下面我们来制作一个太阳能烤箱。 在老师的引导下学生思考有没有一种零污染的加热方式？ 引出本节课题太阳能烤箱
讲授新课 一、活动方案本活动涉及能源的开发与利用、光的反射、材料的性能、低碳生活等相关内容。任务一：查阅资料认识太阳能。1.了解自古以来人类对太阳能利用的大致进程。西周阳燧取火 晒盐 古代公元前1000年 - 17世纪主要应用西周凹面铜镜聚光点火（阳燧取火）古希腊、古埃及、古巴比伦用阳光干燥、取暖、晒盐。 近代17-19世纪主要应用1615年法国工程师制太阳能驱动抽水机1839年法国贝克勒尔发现光伏效应，奠定光电基础 1876年硒材料观察到光照生电，制成早期硒光电池 。 现代20世纪主要应用1954年美国贝尔实验室制出6%效率单晶硅电池，实用光伏诞生 1955年选择性吸收涂层理论提出，推动高效集热 。1958年太阳电池用于卫星供电，开启空间应用 。 70-80年代光伏成本下降，地面光伏电站起步；太阳能热水器、太阳灶普及。 当代21世纪至今主要应用光伏效率突破30%，成本持续下降，大型电站与分布式光伏快速发展光热发电（CSP）、太阳能制氢等前沿技术加速迭代建筑一体化（BIPV）、新能源汽车光伏车顶等创新应用涌现。2.收集人类将太阳能转化为其他形式能量的实例。（1）太阳能→热能太阳能热水器：集热器吸热加热生活用水，普及率高 。太阳灶：聚光集热烹饪，适合无电地区。太阳能温室：透光材料保温，用于农业种植。光热发电：聚光加热工质产生蒸汽驱动发电机 。 （2）太阳能转化电能太阳能电池 卫星空间站电源（3）太阳能→化学能太阳能制氢：光催化/光电化学分解水制氢，储能新方向 。（4）太阳能→生物质能植物光合作用：将光能转为有机物化学能，是煤炭、石油等化石能源的源头。3.了解太阳能烤箱的原理，分析太阳能烤箱如何利用太阳能。（1）太阳能烤箱的核心原理光热转换+温室效应+热对流/热传导抑制，将太阳光的辐射能转化为热能并蓄积，实现食物加热烘烤。（2）利用太阳能的方式①集热聚能：烤箱的反光板（如铝箔、镜面） 会将分散的太阳光反射并汇聚到吸热区，提升局部光照强度；吸热板（黑色涂层材质） 能高效吸收太阳光中的可见光和红外线，将光能转化为热能。②蓄热保温：烤箱的透明盖板（玻璃或塑料膜） 允许太阳光穿透进入内部，同时阻止内部产生的红外线向外辐射散失，形成温室效应；箱体夹层填充的保温材料（如泡沫、棉花）可减少热量通过热传导和热对流流失，维持箱内高温环境。③热能传递箱内空气被加热后形成对流，或通过烤盘等载体的热传导，将热量传递给食物，实现烘烤、蒸煮等烹饪效果。任务二：制作太阳能烤箱1.查阅资料并设计太阳能烤箱，准备相关实验器材。黑纸、锡箔纸、纸箱、保鲜膜、保鲜膜、塑料吸管、胶水、胶带、铅笔、小刀2.设计制作太阳能烤箱方案设计原则优化方案导热性吸热层选用高导热材料加速热量传递，保温层选用低导热材料减少热量散失。结构采用聚光式结构，通过反光板汇聚阳光，提升加热效率。加热速度优化反光板角度、吸热面颜色，最大化吸收太阳能。保温性能双层箱体+保温填充，减少对流与辐射散热。安全性选用耐高温、无异味的环保材料，避免高温变形释放有害物质。3.根据设计方案，制作太阳能烤箱（1）制作步骤①用铅笔在距离盒子边沿 2.5 厘米的地方画一个正方形。②用美工刀切开三条边，保留盒盖连接处不动，并打开。③用锡纸把翻盖的内侧包起来，并用胶水固定。④打开翻盖，用保鲜膜把切开的正方形口子严密覆盖，胶带固定好。⑤把盒子展开，在盒内底部每个面都贴上锡箔纸。⑥将盒子贴锡箔纸的底部，再贴上一层黑纸。并用胶水粘牢。⑦盖上盒盖，用吸管将盒盖切开部分顶起来，锡箔纸可将太阳反射到烤箱内。视频：制作太阳能烤箱二、交流评价把太阳能烤箱放在阳光下，尝试加热食物，测试烤箱的加热速度、保温能力等；和同学们交流调研报告，分享制作过程及心得体会。1.加热食物（1）选择晴朗无云的天气，将太阳能烤箱放置在阳光充足的空旷处。 调节反光板角度，用手感受吸热面温度，确认阳光汇聚效果最佳。（2）放入切好的土豆块/馒头片，密封箱盖，曝晒1-2小时后取出，观察食物加热情况。2.测试烤箱的加热速度、保温能力、安全性检查测试加热速度在金属烤盘上放置温度计，密封箱盖，每隔5分钟记录一次温度，持续30分钟，记录温度变化曲线。测试保温能力当箱内温度达到峰值后，用保温棉覆盖箱体部分区域，对比覆盖前后每隔10分钟的温度变化，评估保温效果。安全性检查实验结束后，待烤箱冷却，检查箱体是否变形、材料是否释放异味，确认无安全隐患。思考讨论：如果出现加热速度慢，保温效果差应该如何改进？参考答案：加热速度慢：增大反光板面积、调整角度使其正对正午阳光，吸热面改用黑色金属板提升导热性。 保温效果差：加厚双层箱体的保温填充，箱口密封处贴密封条，减少漏气。思考讨论：在制作和使用过程中应注意哪些安全？参考答案：①制作和实验时，避免用手触碰高温的金属吸热面和烤盘，防止烫伤。②选用食品级透明塑料薄膜，避免高温释放有毒物质。③实验后及时清理烤箱内残留食物，防止滋生细菌。视频：太阳能烤箱应用三|、拓展研究思考讨论1：太阳的能量是否会被消耗尽？参考答案：太阳的能量来源于其核心的氢核聚变反应，太阳的氢燃料储量并非无限，根据天文学研究，太阳目前处于主序星阶段，已燃烧约46亿年，还能以稳定状态持续核聚变约50亿年。50亿年后，太阳核心氢燃料耗尽，会膨胀成为红巨星，外层物质抛散后，核心会坍缩为白矮星，逐渐冷却暗淡，最终不再释放大量光和热。红巨星 白矮星思考讨论2：查阅资料说一说能源的开发对可持续发展的意义。参考答案：①缓解能源危机，保障文明延续；② 减少环境污染，保护生态平衡③ 推动技术革新，促进经济转型 总之，太阳的能量终会耗尽，但这是百亿年尺度的天文事件；而人类当下面临的能源问题，是短期内不可再生能源枯竭与生态破坏的双重挑战。因此，积极开发可再生能源、优化能源结构，是实现人类社会可持续发展的必然选择。 学生查阅资料并分小组说出自古以来人类对太阳能利用的大致进程学生收集人类将太阳能转化为其他形式能量的实例并说出它的能量转化学生说一说太阳能烤箱的原理以及太阳能烤箱如何利用太阳能学生说出自己的方案并交流讨论出优化方案的方法学生动手制作太阳能烤箱学生把制作好的烤箱，尝试加热食物，分享制作过程及心得体会学生思考讨论回答思考回答：太阳的能量是否会被消耗尽以及能源的开发对可持续发展的意义 锻炼学生的自主学习能力以及归纳总结能力锻炼学生应用互联网学习的习惯，感受物理与生活的密切联系拓展学生的思维，锻炼学生的语言表达能力，为制作太阳能烤箱打下基础为能制作出比较实用的太阳能烤箱打下基础锻炼学生的动手能力锻炼学生动手能力以及语言表达能力锻炼学生解决问题的能力拓展学生的思路，了解太阳能并不是取之不尽用之不竭的
章末练习 1.（ 多选）下列选项中，属于可再生能源的是（ ）。A. 风能 B. 地热能 C. 天然气D. 核能 E. 煤炭 F. 石油 G. 潮汐能 H. 太阳能 I. 水能1.答案： ABGHI解析：（1）风能、地热能、潮汐能、太阳能、水能可以从自然界里源源不断的得到补充，属于可再生能源，故ABGHI符合题意；（2）天然气、核能、煤炭、石油不能短时期内从自。然界得到补充，属于不可再生能源，故CDEF不符合题意。故选： ABGHI。2. 修建水电站，要选择合适的地方筑坝蓄水。水从高处向下泄落，冲击水轮机的叶轮，带动发电机发电。在这个过程中，能量的转化顺序为（ ）。A. 势能—电能—动能 B. 势能—动能—电能C. 电能—动能—势能 D. 动能—势能—电能2.答案：B解析：本题考查不同形式能量的转化过程。在修建水电站时，水从高处向下落，首先具有重力势能，随着水的下落，重力势能转化为动能。当水流冲击水轮机的叶轮时，水的动能转移到叶轮上，使叶轮旋转，带动发电机发电，最终将机械能转化为电能。因此，能量的转化顺序是先从势能转化为动能，再从动能转化为电能。3. 关于能源的开发和利用，下列说法中错误的是（ ）。A. 煤是可再生能源，以煤为主要燃料的火力发电容易造成环境污染B. 核能是不可再生能源，开发利用核能是人类获取能源的新途径C. 太阳能是可再生能源，对环境的污染小，开发前景广阔D. 人类的生存离不开能源，我们要珍惜能源3.答案： A解析：A、以煤为主要燃料的火力发电容易造成环境污染，但是煤是不可再生能源，故A说法错误；B.核能是不可再生能源，但是核能是一种新型的能源，故B说法正确；C.太阳能属于可再生能源，是一种新型的无污染的能源，前景广阔，故C说法正确；D.人类的生存离不开能源，社会的进步和美好生活是以消耗大量能源为代价的，我们要珍惜能源，故D说法正确。4. 在下列空格处填上能量转化的过程。（1）电动机带动水泵把水抽到高处：________ 能转化为 ________ 能；（2）太阳光促使植物生长：________ 能转化为 ________ 能；（3）地热发电：________ 能转化为 ________ 能；（4）人造卫星的两翼是太阳能电池板，它的作用是把 ________ 能转化为________ 能，供人造卫星使用。4.答案：（1）电；机械；（2）太阳；化学； （3）内；电； （4）太阳；电解析：（1）电动机带动水泵把水抽到高处：电能转化为机械能；（2）太阳光使植物生长：太阳能转化为化学能；（3）地热发电：内能转化为电能；（4）卫星板状的两翼是太阳能电池板，它的作用是把太阳能转化为电能，供卫星使用。5. 根据能量守恒定律，下列情形可能发生的是（ ）。A. 随着科学技术不断发展和提高，永动机是可制成的B. 两个斜面相对连接，小球从左斜面滚下后冲上右斜面C. 电水壶里的水沸腾后给水壶断电，水的沸腾会一直持续下去D. 出枪膛的子弹射穿木板后，以更快的速度继续运动5.答案： B解析：A、永动机违反了能量的转化与守恒，不可能实现，故A错误；B.两个斜面相对接，小球从左斜面滚下后，由。于具有动能，会继续冲上右斜面，故B正确；C.在电水壶的使用过程中，消耗了电能，而水的温度升高，内能增加，断电后，水不再吸收热量，水的沸腾会停止，故C错误；D.子弹射穿木板的情景，子弹高速运动，说明子弹具有动能，由于摩擦生热会使动能减小，它的速度减慢，故D错误。6. 汽车在刹车过程中，机械能转化为内能，这些内能无法自发地转化为汽车的机械能，这种现象说明自发的能量转化过程是有一定 ________ 性的，但在能量的转化和转移过程中，能的总量________（选填“不断减少”“保持不变”或“不断增加”）。6.答案：方向 保持不变解析：在刹车过程中，因摩擦将机械能转化为地面、轮胎和空气的内能。转化后，这些能将无法再自动转化为使电动自行车行驶所需要的能量，这种现象说明能量的转化具有方向性，但在能量的转化或转移过程中，能的总量保持不变。综合7. 使用天然气烧水，天然气燃烧所消耗的 ____________ 能转化为水的内能。小明想测量家中利用天然气烧开一壶水的效率，他记录了水壶的容积、水的比热容和密度、当地水的沸点、天然气的热值、燃烧的天然气体积，还应记录 ________ 就可完成测量。7.答案：化学 水的初温解析：[1]使用天然气烧水，天然气燃烧时释放化学能，通过热传递转化为水的内能。[2]测量家中利用天然气烧开一壶水的效率， 小明需要计算天然气燃烧产生的热量和水吸收的热Q吸量，利用η=°计算出效率；由天然气的热Q放值、燃烧的天然气体积可以计算出Q放= qV；水壶的容积、水的密度可以得到水的质量m，要计算出Q吸= cm(t- t0），除了水的比热容、当地水的沸点，还应记录水的初温。8. 正午，小明对水面获取太阳能的情况进行研究，他将装有 400 g 水的盘子放在室外平台上，经阳光照射 10 min，水温升高了 2. 5℃。不计水的蒸发［水的比热容是 4. 2×103 J/（kg·℃）］。（1）该过程水吸收的热量是多少？（2）若照射到盘中水面上太阳能的功率为 25 W，水获取太阳能的效率是多大？8.答案：（1）4.2×103 J（2）28%解析：（1 ）水吸收的热量：Q吸= cmt= 4.2 × 103J/(kg.°C) × 0.4kg×2.5°C= 4.2×103J;（2）由P=.可得，照射到水面上的太阳能：W=Pt=25W×10×60s=1.5×104J,水获取太阳能的效率： η=× 100%=×100%=28%。9. 下图是一种门铃按钮开关构造的截面图：A、B 为金属片，并各有接线柱与电路连接，C 为按钮，D 为外壳。A、B、C、D 各部件的材料中，________ 是导体； ________ 是绝缘体。图 21—389.答案：A、B C、D解析：由题知，门铃按钮开关中A、B为金属片，故它们是导体； C是按钮，D是外壳，为了防止触电，则C、D应是绝缘体。
课堂小结 实践 制作太阳能烤箱一、活动方案任务一：查阅资料认识太阳能1.人类对太阳能利用的大致进程。2.太阳能转化为其他形式能量的实例3.了解太阳能烤箱的原理任务二：制作太阳能烤箱二、交流评价测试烤箱的加热速度、保温能力、安全性检查等三|、拓展研究1.太阳的能量是否会被消耗尽2.能源的开发对可持续发展的意义 学生总结教师补充 让学生对本节知识有个系统理解
板书 一、活动方案任务一：查阅资料认识太阳能1.人类对太阳能利用的大致进程。2.太阳能转化为其他形式能量的实例（1）太阳能→热能：太阳能热水器、太阳灶、太阳能温室、光热发电（2）太阳能转化电能：太阳能电池 （3）太阳能→化学能：太阳能制氢（4）太阳能→生物质能：植物光合作用3.了解太阳能烤箱的原理，分析太阳能烤箱如何利用太阳能。任务二：制作太阳能烤箱二、交流评价测试烤箱的加热速度、保温能力、安全性检查等三|、拓展研究1.太阳的能量是否会被消耗尽2.能源的开发对可持续发展的意义
课外拓展/课外阅读内容 中国科普网《太阳能光热转换小实验》：聚焦能量转化与热传递。《太阳能与低碳生活》：联系环保与可持续发展，落实科学态度与责任。地理课本“太阳高度角与日照”相关章节：解释反光角度对效率的影响，跨学科融合。
特色资源分析和技术手段说明 视频资源：1.如何制作太阳能烤箱2.太阳能烤箱的应用。
教学反思 本节课能实践深度融合核心素养，学生亲手验证光—热转换，掌握控制变量法，小组协作提升探究与表达能力。 结合数学测量、美术设计、环保理念，解决真实问题，契合“物理学与工程实践”主题。用设计方案、数据报告、改进提案等替代单一测试，更全面反映学业水平。但部分学生铝箔不平整、保温密封差，对“黑体吸热/温室效应”理解不深。美工刀使用、高温操作有风险，需强化监护。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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