4 跨学科实践：风 （表格式教学设计）物理教科版2024 九年级上册

1.4 跨学科实践：风（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 1.4 跨学科实践：风 教学 目标 物理观念 认识风的本质是空气的流动，理解其形成源于太阳辐射造成的温差与气压差。 科学思维 运用类比推理，将风与水流类比，归纳出温差、气压差与风力之间的逻辑关系并解释海陆风的成因。 科学探究 通过设计对比实验探究风的成因，体验控制变量法与模拟实验的科学探究过程。 科学态度 与责任 通过了解风能作为一种清洁能源的优势，认识开发利用风能对减少碳排放、保护环境的重要意义，增强可持续发展意识。 教材 分析 本节是初中物理力学与热学知识的综合应用与跨学科实践，是将气压、热传递、能量转换等核心概念置于真实自然情境中进行分析的关键环节，为学生理解复杂自然现象、建立系统思维奠定了重要的实践基础。 教材以“风”这一学生熟悉且可感知的自然现象作为核心载体，深刻体现了“从物理走向社会，从课堂走向自然”的理念，有效激发学生探究自然奥秘的兴趣。内容主要围绕风的形成与应用两大核心层次展开系统学习： 一是成因探究（从物理视角分析风的本质，理解其是由太阳辐射造成的温差导致气压差，从而引起空气流动形成的）； 二是实践应用（从技术与工程视角认识风能作为一种可再生能源，如何通过风力发电机将动能转化为电能，并探讨其价值）。 在教学过程中，需要重点把握“感知现象→成因探究（物理）→能量转化（技术）→社会价值（工程与社会）”的跨学科认知逻辑。其中，从热学和力学角度解释风的成因、风能中的能量转化过程是教学重点；而理解气压差是空气流动的直接原因、建立跨学科的知识联系以及辩证分析风能利用的优缺点则是学生需要突破的难点。 学情分析 1. 知识储备分析： 学生已初步掌握了力、压强、热传递与能量转换等基本概念，理解了大气压的存在和气体热胀冷缩的性质，这为定性分析“风的成因是空气在气压差作用下的流动”奠定了知识基础。但学生对“气压差与温度差的关系”这一核心纽带的理解仍较为模糊，且难以将力学与热学知识综合应用于解释自然现象。 2. 思维能力分析：学生已接触过控制变量法和类比法，具备进行简单实验设计和逻辑推理的初步能力。但建立“太阳→温差→气压差→风”的完整因果链，以及将风能利用中的动能转化为电能的复杂过程进行系统分析，所需的跨学科系统思维能力仍存在较大挑战。 3. 学生对“风从哪里来”、“如何利用风能发电”等与现实生活紧密相关的主题抱有浓厚的兴趣。动手制作简易风车或模拟实验（海陆风）能有效激发其探究欲，并培养其将理论知识应用于解决实际问题的实践能力。 教学重点 1. 风的成因探究；2. 风能的能量转化。 教学难点 建立“温差-气压差-风”的抽象逻辑关系；跨学科知识的综合应用与迁移。 教学 器材 水盆、沙盆、温度计2支、酒精灯、烟雾发生器、透明密封箱、CO2发生器、多媒体课件等。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 【提出问题】 （1）炎热的夏季，迎面吹来一阵风感觉会非常凉爽，那么这些风是如何形成的?它具有什么特点呢? （2）温室效应，热岛效应这些耳熟能详的词语是什么意思？它们又是如何形成的？ 思考并回答问题，进入情景。 学习新课 一、认识风 1. 风的成因 【提出问题】自然界中有各种各样的风，它们是如何形成的?各种种类的风又具有什么特点？ 【分析讲解】 （1）空气的两个特性 ①空气有质量：虽然看不见也摸不着，但空气确实有质量和重力，大量的空气就形成了大气压。 ②空气会热胀冷缩：空气受热时，体积膨胀，密度变小。受冷时，空气体积收缩，密度变大。 （2）形成风的核心—气压差 温度高的区域，空气受热膨胀，气压较低；温度低的区域，空气遇冷收缩，气压较高。就像水会从高向低流动一样，高气压区域的空气会向低气压区域流动，故而形成风。 风，其实就是空气的流动，形成风的直接原因是气压差。气压差越大，空气流动得越快，风也就越大。 2. 风向 【分析】风是因为地面受热不均而产生的，整个过程就像一个空气的“循环跑步”。如上图： （1）热空气上升（A地）：A地受热多，地面的空气被加热后膨胀变轻，像热气球一样向上爬升。A地近地面的空气变少了，于是形成了低压区； （2）冷空气补充（B、C地流向A地）：B、C两地受热少，空气冷却收缩，密度大、重量沉，形成了高压区。空气和水一样，会从高压区（B、C）自动流向低压区（A），去填补那里上升空气留下的空位。这个水平流动的空气，就是我们感受到的“风”； （3）高空完成循环：在A地上空，上升的热空气聚集起来，导致高空空气密度变大，形成了高气压，A地上空的空气会向受热少、空气下沉的B、C两地上空流动，从而形成了一个完整的空气循环圈。 【例题1】如图所示，一个纸风车放在点燃的酒精灯火焰上方，风车会转动起来。在这个过程中，是因为一定质量的空气受热膨胀后，密度 （选填“变大”、“变小”或“不变”）而上升，热空气上升后，冷空气从四面八方流过来，从而形成风。应该让热风向 （选填“上”或“下”）吹，房间内才会很快变得缓和起来。 【答案】变小 下 结合前面学过的知识，整理讲解风的成因。 根据热胀冷缩知识解释气压差产生的原因。 结合图形解释风向。 完成例题1，强化对风的成因的认识。 学习新课 二、我们周围的风 【提出问题】通过前面的学习，我们知道风的成因是气压差或者说温度差，结合比热容知识思考一下海陆风的特点与形成原因？ 1.探究海陆风 【设计实验】 （1）实验器材：水盆（模拟海洋）、沙盆（模拟陆地）、温度计2支、酒精灯（模拟太阳）、烟雾发生器。 （2）实验步骤： ①将水盆和沙盆并排放置，插入温度计； ②用酒精灯同时加热水和沙，记录温度变化； ③观察烟雾流动方向（或用手感受气流）。 （1） 数据记录： 材料 初始温度/℃ 加热后最终温度/℃ 气流方向 水 20 27 向沙盆 沙 20 42 向上 【分析与论证】沙升温快，空气受热上升形成低压，水升温慢，表面空气下沉形成高压，白天风从水（高压）吹向沙（低压），模拟海风，夜晚停止加热，沙降温快，风反向，模拟陆风。 海陆风与陆海风：白天阳光照射，陆地比热容小，升温快，气温较高，空气受热上升，形成低压区；海洋比热容大，升温慢，气温较低，形成高压区。空气从海洋高压区流向陆地低压区，形成从海洋吹向陆地的风；夜晚温度降低，陆地比热容小，降温快，气温较低，形成高压区；海洋比热容大，降温慢，气温较高，形成低压区。空气从陆地高压区流向海洋低压区，形成从陆地吹向海洋的风，称为陆风（或陆海风）。 【例题2】在“比较不同物质吸热能力”的实验中，某小组使用了如图1所示的实验器材。 （1）除了图1中所示器材，还需要的测量仪器有 和 ； （2）实验时，使用相同的电加热器加热水和煤油，目的是 ； （3）用加热时间来表示 ； （4）沿海地区有一种现象与物质吸热能力有关：在沿海地区，炎热、晴朗的天气里常常出现“海陆风”，当出现如图2所示风向时，通常 。 A．发生在白天，且陆地温度较高 B．发生在白天，且海水温度较高 C．发生在夜晚，且陆地温度较高 D．发生在夜晚，且海水温度较高 【答案】 天平 秒表 使水和煤油相同的时间吸收的热量相同 物质吸收热量的多少 D 2. 风能的认识和利用 风能是地球表面空气流动所产生的动能。其本质是太阳辐射对地球表面不均匀加热，导致大气产生压力差，从而引起空气运动。风能是一种储量巨大、分布广泛、清洁可再生的绿色能源，其开发利用对于应对气候变化、优化能源结构、实现可持续发展具有重要意义。 (1) 风能的特点 清洁无污染：风力发电过程不排放二氧化碳等温室气体和污染物，是真正的零碳能源。 可再生性：风能源于太阳，取之不尽，用之不竭，可永续利用。 分布广泛：风能资源全球分布，尤其集中在沿海地区、开阔平原和山口地带，可分散开发，就地取能。 经济性日益凸显：随着技术进步和规模化应用，风力发电的成本已大幅下降，具备与传统化石能源竞争的能力。 间歇性与波动性：这是风能最主要的缺点。风速时大时小，具有不稳定性，需要配套的储能技术或与其他能源互补才能保证电网的稳定运行。 具有一定的环境与社会影响：如风力机可能产生视觉污染、噪音（已大幅改善）、以及对鸟类迁徙和栖息地可能造成影响，需要在选址和建设时慎重评估。 (2) 风能的利用 风能的利用历史悠久，从古代的帆船、风车磨坊，发展到现代的规模化风力发电。 现代风能利用的核心是风力发电，其基本流程为： 风能 → 风轮机叶片（机械能）→ 发电机（电能）→ 电网传输 总结而言，风能作为一种技术成熟、成本可控的清洁能源，已成为全球能源转型的主力军。未来，随着大容量机组、智能控制、浮式海上风电以及高效储能等技术的不断突破，风能将在全球能源体系中扮演更加至关重要的角色。 【例题3】风能用之不竭、清洁环保。目前我国加大了风能的开发和利用。风能是 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。某段风机叶片的形状像飞机的机翼，若叶片位置和风向如图所示，由于叶片两面形状不同导致叶片两面空气流速不同，从而产生 差，可以使风机叶片转动，带动发电机发电；风机叶片具有质量轻、强度高等性能，通常用硬度大、密度 （选填“大”或“小”）的复合材料制成。 【答案】 可再生 压力 小 提出问题，引领同学们思考海陆风的成因和特点。 设计实验，理解认识海陆风。 进一步讲解海陆风的成因和现象特点。 完成例题2，加强对海陆风的认识。 认识风能，知道它在我们生活中的重要性。 介绍风能的特点。 认识风能的利用方法。 做例题3，巩固对风能的认识。 学习新课 三、实践活动 1.探究热岛效应 【活动设计】 （1）对比测量：用温度计同时测量城市中心、公园、郊区的气温（选择晴天同一时间）。 （2）记录数据： 地点 温度/℃ 主要表面材料 城市中心 33 沥青、混凝土 城市公园 29 土壤、植被 郊区农田 27 土壤、作物 【分析与论证】 ①城市中心温度更高，因深色材料（如沥青）吸热强、植被少、人类活动释放热量多； ②改善建议：增加绿化、使用浅色建材、减少能源浪费。 2. 模拟温室效应 【实验设计】 （1）器材：两个透明密封箱、温度计2支、台灯（模拟太阳）、CO₂发生器（如小苏打+醋） （2）实验步骤：箱A注入空气，箱B注入CO₂；同时用台灯照射，记录温度变化。 （3）记录数据： 箱子 初始温度/℃ 照射10min后温度/℃ A（空气） 20 27 B（CO2） 20 32 【分析与论证】 ①CO₂浓度高的箱子升温更明显，说明温室气体能增强保温作用； ②联系实际：人类活动（如燃烧化石燃料）加剧温室效应，导致全球变暖。 【例题4】秋天的早晨，同学们上学时经常会遇到有雾的天气。小明发现离城镇较远时雾较大；接近城镇时，雾越来越小；经过城镇，基本无雾；即有“田野有雾、城镇无雾”的现象，形成这种现象的原因是（　　） A．小镇上空尘埃稀少 B．地球近年升温，形成温室效应 C．田野上空尘埃稀少 D．小镇气温较高，形成热岛 【答案】D 设计实验，掌握热岛效应的成因和特点。 分析热岛效应以及改善的方法。 模拟实验，了解温室效应产生的原因和特点。 做例题4，巩固热岛效应部分知识。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1．如图在炎热的日光下，海边经常会形成海陆风。下列说法正确的是（　　） A．形成海陆风的原因之一是海水的比热容比陆地的小 B．形成风的原因是不同地区的大气压相同 C．海陆风的能量主要来源于太阳 D．形成海陆风时，海水的温度比陆地温度高，海水上方气压大 【答案】C 【详解】A．形成海陆风的原因之一是海水的比热容比陆地的大，不是小，A错误； B．形成风的原因是不同地区的大气压不同，B错误； C．海陆风的能量主要来源于太阳，C正确； D．形成海陆风时，海水的温度比陆地温度低，海水上方气压大，D错误。 故选C。 2．我国在城市建设和乡村振兴计划中，重视能源的开发利用，具有重大意义。下列能源属于不可再生能源的是（　　） A．太阳能 B．石油 C．风能 D．水能 【答案】B 【详解】ACD．太阳能、风能、水能可以从自然界里源源不断地得到补充，属于可再生能源，故ACD不符合题意； B．石油是经过漫长的地质年代形成的，在短期内不能从自然界得到补充，属于不可再生能源，故B符合题意。 故选B。 3．全球变暖已是大家非常关心的一种现象。下列有关说法中错误的是（　　） A．温室效应主要是由于温室气体进入大气造成的 B．二氧化碳是最主要的温室气体 C．温室气体主要是由于大量使用煤炭、石油和天然气产生的 D．全球变暖是由于太阳传输到地球的热量逐年增多造成的 【答案】D 【详解】温室效应是由于大气中的大量二氧化碳、氟氯烃、甲烷、二氧化氮等温室气体（其中主要是二氧化碳）像玻璃罩一样紧紧罩在我们的上空，使太阳传输到地球的热量无法逸散，从而使气候圈增温的现象。产生室温效应主要是由于现代工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气及森林大火等，这些燃料燃烧后放出大量二氧化碳气体进入大气造成的。故ABC正确，不符合题意，D错误，符合题意。 故选D。 4．空气中的二氧化碳、甲烷、水汽等物质能让太阳发出的热顺利地通过，到达地球，但却阻碍地表反射的热散发到大气层外，大气的这种保暖作用，就象玻璃温室一样，这种现象称作 效应，而城市的平均气温要比周围的乡村高一些，就象一个个“热岛”分布于乡村之中，这种现象称为 ，它给城市和乡村的环境带来了不利的影响． 【答案】 温室 热岛效应 【详解】解：空气中的二氧化碳、甲烷、水汽等物质能让太阳发出的热顺利地通过，到达地球，但却阻碍地表反射的热散发到大气层外，大气的这种保暖作用，就象玻璃温室一样，这种现象称作温室效应； 城市的平均气温要比周围的乡村高一些，这种现象就是热岛效应． 故答案为温室；热岛效应． 【点评】此题考查的是我们对于温室效应、热岛效应的了解，属于生活常识内容． 5．在沿海地区炎热的天气里，由于陆地与海水的 不同，常常会形成特有的海陆风，下图是 （海/陆）风的形成过程，这种风通常在 （白天/夜晚）出现。 【答案】 比热容 陆 夜晚 【详解】[1][2][3]海水的比热容比陆地上的泥土、沙石的比热容大，相同质量的水和泥土、砂石吸收（或放出）相同的热量，水的温度升高（或降低）得慢；白天，在太阳照射下陆地和海水吸收相同的热量，海水温度上升慢，陆地升温快。陆地吸热后，温度上升快，热空气上升，风从海面吹向陆地，形成海风；夜晚，陆地和海水放出相同的热量，海水温度降低慢，陆地降低快；海水上方的热空气上升，风从陆地吹向海面，形成陆风。由图可知，这是陆风的形成过程，在夜晚出现。 6．“八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅”，风能卷起屋顶，是因为风使屋顶上方空气流速变大，压强 （填“变大”或“变小”）；“早穿皮袄午穿纱”是西北沙漠地区气候的写照，这与沿海地区形成鲜明对比，原因是水的 比沙石大。 【答案】 变小 比热容 【详解】[1]风刮过屋顶，屋顶上方的空气流动速度大，压强小；屋内空气流动速度小，压强大，屋顶受到向上的压强大于向下的压强，受到的向上的压力大于向下的压力，产生一个向上的压力差，将茅草吸上去。 [2]沿海地区和沙漠地区相比，沿海地区水多，水的比热容大，在相同的吸放热条件下，水的温度变化小，冬暖夏凉，昼夜温差小；沙漠地区多砂石，砂石的比热容较小，在相同的吸热条件下，砂石的温度变化大。 板 书 设 计 第4节 跨学科实践：风 一、认识风 1.风是生活中最常见的大气现象，是由于气压分布不均匀而产生的空气流动现象。 2.风的成因：①空气有质量；②空气会热胀冷缩。形成风的核心是气压差，由高气压向低气压流动。 2、 我们周围的风 海陆风：水的比热容大，白天海洋温度低，气压大，风从海洋向大陆；晚上海洋温度高，气压低，风从大陆向海洋。 风能：运动的空气所具有的机械能，是一种清洁的可再生能源。 风能发电：风能 → 风轮机叶片（机械能）→ 发电机（电能）→ 电网传输。 课 堂 小 结 1.4 跨学科探究：风 作 业 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步分层作业 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $