1、2023新苏教版六年级下册科学教材分析第一单元 神奇的能量单元设计意图本单元主题的提出能量，简称能，是物质运动的一种量度。一切物质都在运动，运动的形式多种多样，有机械运动、化学运动、分子运动、电磁运动、生命运动等。物质运动形式的多样性，决定了能量形式的多样性。对应于不同的运动形式，有各种不同形式的能量，如机械能、化学能、热能、电磁能、核能等。我们虽然看不见能量，但是它无处不在：热水冒出“白气”，喇叭发出声音，太阳发出光和热事实上，任何物体只要有移动、发热、冷却、生长、发光或发声等现象，其中就有能量在起作用。可以说，能量驱动着宇宙万物的运行。现代公民认识世界和改造世界离不开能量知识。通过之前人的
2、呼吸和消化物体的运动冷和热热传递物质的变化等单元的进阶学习，为构建能量概念奠定了基础。根据义务教育小学科学课程标准(2017年版)的要求和六年级学生的年龄特点，教材安排了一系列科学探究活动，这些活动体现了在“做”中体验、理解科学概念的思想。通过动手探究、科学阅读、观察实验、设计制作、交流研讨等方式，认识能量存在的客观性和普遍性，认识一切物体的活动都离不开能量，能量有多种表现形式，能量可以从一种形式转换成另一种形式这是能量的一个重要特点。通过具体指导学生认识动能、势能，体验动能与势能、热能、电能等的相互转换，帮助学生辨别、分析能量的各种形式，描述、体会能量的转换，为今后学习物理学最普遍的定律之一
3、能量守恒定律打下基础。通过对搜集到的事实证据进行比较、分析、归纳、概括等整理加工，帮助学生进一步体验科学探究的一般过程，发展科学论证能力，培养善于倾听、合作分享、质疑反思等科学态度。本单元的设计关注了难易程度的把控。教材对“能量”概念采用描述性定义，没有提及“能量守恒”这个概念，符合小学生的接受能力和课标要求。本单元对课程标准的落实(1)本单元通过一系列动手、动脑活动，落实课程标准高年段的课程目标。科学知识：知道不同能量之间的转换。科学探究：能基于所学的知识，从事物的结构、功能、变化及相互关系等角度提出可探究的科学问题。能基于所学的知识，从事物的结构、功能、变化及相互关系等角度提出有针对性的假
4、设，并能说明假设的依据。能基于所学的知识，制订比较完整的探究计划，初步具备实验设计的能力和控制变量的意识，并能设计单一变量的实验方案。能基于所学的知识，通过观察、实验、查阅资料、调查、案例分析等方式获取事物的信息。能基于所学的知识，用科学语言、概念图、统计图表等方式记录整理信息，表述探究结果。能基于所学的知识，运用分析、比较、推理、概括等方法得出科学探究的结论，判断结论与假设是否一致。能基于所学的知识，采用不同的表述方式，如科学小论文、调查报告等方式，呈现探究的过程与结论；能基于证据质疑并评价别人的探究报告。能对探究活动进行过程性反思，及时调整，并对探究活动进行总结性评价，完善探究报告。科学态
5、度：表现出对事物的结构、功能、变化及相互关系进行科学探究的兴趣。在尊重证据的前提下，坚持正确的观点；当多人观察、实验结果出现不一致时，不急于下结论，而是分析原因，再次观察、实验，以事实为依据作出判断。能大胆质疑，从不同视角提出研究思路，采用新的方法、利用新的材料，完成探究、设计与制作，培养创新精神。能接受别人的批评意见，反思、调整自己的探究；在进行多人合作时，愿意沟通交流，综合考虑小组各成员的意见，形成集体的观点。科学、技术、社会与环境：了解科学技术可以减少自然灾害对人类生活的影响；了解在科学研究与技术应用中必须考虑伦理和道德的价值取向。了解人类的好奇和社会的需求是科学技术发展的动力，技术的发
6、展和应用影响着社会发展。(2)本单元学习内容基于课程标准课程内容中“物质科学领域”的高年段要求。6.6.1自然界中存在多种能量的表现形式。知道声、光、热、电、磁都是自然界中存在的能量形式。6.6.2一种表现形式的能量可以转换为另一种表现形式。调查和说明生活中哪些器材、设备或现象中存在动能(机械能)、声能、光能、热能、电能、磁能及其之间的转换。本单元在整套教材中与其他单元的关系本单元次级主题的构成及逻辑关系本单元由什么是能量各种各样的能量能量的转换电磁铁四课组成。第一课从总体上认识能量；第二课了解各种各样的能量；第三、四课研究能量的转换，在总体认识能量的基础上，具体体验机械能、热能、电能、声能、
7、光能、化学能、磁能等各种各样的能量在生活中客观存在的现象，并认识到这些能量之间是可以相互转换的，电磁铁就是把电能转换成磁能的装置。什么是能量指出了能量存在的客观性和普遍性，说明一切物体的活动都离不开能量，动能和势能是能量的两种基本形式。各种各样的能量通过观察和体验，指出生活中能量的存在形式多种多样，能量与我们的生活密切相关。能量的转换引领学生体验各种形式的能量之间是如何转换的，为学生今后学习能量守恒定律打下感性认识的基础。电磁铁通过一系列活动，认识电磁铁及其在生产生活中的广泛应用，突出了制作与探究技能的训练，体现了在“做”中体验、理解科学概念的思想。单元教学目标通过观察、体验、制作等活动，能描
8、述能量的定义，意识到能量在生产生活中的重要性，能量能使物体工作或运动。学会区分各种各样的能量，能举例说明能量可以转换与传递。学会制作电磁铁，并能探究影响电磁铁磁力大小的因素，体会电磁铁在生活中的广泛应用。愿意合作与交流，乐于把科学探究中获得的知识、方法运用于新的情境，用学到的科学知识改善生活。单元活动框架课时建议序号课题课时1什么是能量12各种各样的能量13能量的转换14电磁铁1总课时4第1课 什么是能量1.教学内容能量客观存在，但由于看不见，所以小学生难以从直观的角度进行观察和认识。本课教学内容包括三个活动。活动一，首先从一个问题引入这些物体靠什么工作或运动？引导学生通过研讨、交流、分析、汇
9、报等形式，归纳并明确能量的描述性定义：能使物体工作或运动的本领。活动二，通过做撞棋游戏，体验运动的物体具有动能，并交流泥石流、龙卷风、滚动的保龄球、钱塘江大潮等现象中动能的具体表现。活动三，通过做小球反弹实验，体验势能，并交流拉橡皮筋、跳板跳水运动员、拉弓、压缩弹簧等现象中势能的具体表现。2.教学目标能观察、分析生活中有关能量的具体事例，知道能量能使物体工作或运动。能够探究、分析、描述具体情境中动能、势能的具体表现，知道动能和势能是能量的两种基本形式，初步感受能量的大小。3.重点与难点重点：认识能量的本领，描述生活中的动能和势能。难点：理解能量能使物体工作或运动。4.教学准备教师材料：教学课件
10、。学生分组材料：棋子2枚；小球、米尺、橡皮筋、弹簧。第2课 各种各样的能量1.教学内容本课在学生认识动能和势能的基础上，进一步丰富学生对能量形式的感知，使学生意识到如果没有能量，人类活动和自然界的一切活动都将停止。本课教学内容包括四个活动。活动一，认识最直观、最常见的热能。通过观察冰融化时的状态，体验双手握住冰块时手逐渐变冷的感觉，理解热能在其中起的作用；通过回顾热传递的三种方式，进一步加深对热能的理解。活动二，以交流、分析的方式认识电能和化学能。电能的形式和作用学生比较熟悉，而化学能则是一种隐蔽的能量，需要通过大量事例引导学生理解。活动三，通过实验体验光具有能量，能使物体工作或运动，进而了解
11、电磁能。活动四，通过阅读资料，认识核能及其应用。2.教学目标知道生活中能量有不同的表现形式，理解多种能量形式的作用。能通过实验体验光具有能量。懂得能量对于人类活动和自然界的活动有着重要作用。3.重点与难点重点：知道生活中能量有不同的表现形式，理解多种能量形式的作用。难点：通过实验体验光具有能量，知道光与微波、X光都是电磁波，具有电磁能。4.教学准备教师材料：教学课件。学生分组材料：冰块；辐射计、手电筒。第3课 能量的转换1.教学内容本课通过观察、实验引领学生体验各种形式的能量之间是如何转换的，为今后学习物理学最普遍的定律之一能量守恒定律打下基础。本课教学内容包括两个活动。活动一，通过动手做动能
12、与势能、热能、电能、化学能的转换实验，认识到一种形式的能量可以转换成另一种形式的能量。活动二，用火柴点燃酒精灯，体验能量可以多次转换，并针对一个具体的生活情境，了解能量可以多次连续转换，能量的转换在生活中很常见。2.教学目标通过体验活动，认识到能量可以从一种形式转换成另一种形式，而且可以多次转换。能针对具体情境，说出能量形式发生的转换。懂得看似平常的现象往往蕴含着科学道理。3.重点与难点重点：体验一种形式的能量可以转换成另一种形式的能量。难点：能针对具体的生活情境，说明能量形式发生的转换，而且可以多次转换。4.教学准备教师材料：教学课件。学生分组材料：牛顿摆、扣子、细线；瓶子、硬币、水杯、水；
13、截面直径1厘米的有机玻璃管、漆包线、发光二极管、条形磁铁、橡皮塞；小苏打、白醋、瓶塞、锥形瓶；火柴、酒精灯。第4课 电磁铁1.教学内容电磁铁是利用电流产生磁性的装置。本课引导学生制作电磁铁，认识电磁铁的特点，探究影响电磁铁磁力大小的因素，了解电磁铁的实际应用价值。本课教学内容包括三个活动。活动一，学会制作电磁铁，比较电磁铁与磁铁的相同与不同之处。在这个过程中认识电磁铁的特点：通电后有磁性，断电后磁性消失；电磁铁磁力有大小，磁极可以改变。活动二，做探究电磁铁磁力大小与什么因素有关的实验，掌握探究实验的基本方法、程序和要求，知道如何改变电磁铁磁力的大小。活动三，通过阅读资料，了解电磁铁在生产生活中
14、的应用。2.教学目标学会制作电磁铁，能说明电磁铁与磁铁的异同。通过探究实验，能发现电磁铁磁力大小与电池数量、线圈匝数有关。通过观察、分析，能举例说明电磁铁在生产生活中的应用。3.重点与难点重点：认识电磁铁的特点。难点：探究影响电磁铁磁力大小的因素。4.教学准备教师材料：教学课件。学生分组材料：铁钉、长导线、电池、电池盒、若干连接导线；回形针、条形磁铁等。参考资料能量物理学中用能量对各种形式的运动进行量度。不同形式的运动，对应着不同形式的能量，如机械运动机械能、热运动热能、电磁运动电磁能、化学变化(化学反应)化学能、核反应核能等。在运动形式转换过程中，能量也从一种形式转换为另一种形式。力学主要研
15、究机械运动，量度机械运动的能量叫机械能。由于机械能与其他形式能量之间的转换，总是表现为一物体对另一物体做功，因此，有时也把能量定义为物体做功的本领。能量的单位和功的单位相同，在国际单位制中是焦耳。动能物体由于做机械运动而具有的能量叫作动能。生活常识告诉我们：奔跑中的大象所具有的动能大于以同样速度奔跑的人，这是因为大象的质量大；竞赛中的跑车动能大于一般的家用汽车，这是因为跑车的速度快。可见，物体的动能跟物体的质量和速度都有关。动能与质量、速度的关系如下：动能=质量速度2。速度和质量的变化对物体动能的影响是不同的。一个物体速度的变化对其动能的影响大于质量的变化对其动能的影响。假如物体的质量加倍，它
16、的动能也随之加倍。但是，假如物体的速度加倍，它的动能将是原来的4倍。势能相互作用的物体在万有引力(包括重力)、弹性力等势场中，因所在的位置不同而具有的能量叫作势能，也叫位能。因势场的性质不同，分为引力势能(重力势能)、弹性势能。势能是储存中的能，有做功的潜力。物体由于被举高而具有的能量叫作重力势能。它是由于物体和地球间的引力而产生的，所以本质上是引力势能。打桩机的重锤从高处落下时，可以把水泥桩打进地里，重锤具有重力势能。重锤的质量越大，被举得越高，它把水泥桩打进地里就越深。可见，重力势能与物体的质量和高度都有关。发生弹性形变的物体，在恢复原状时能够对外做功，因而具有能量，这种能量叫作弹性势能。
17、拉弯的弓、拉伸或压缩的弹簧、支撑运动员上跳的撑竿等，都具有弹性势能。弹性势能与形变的大小有关，如弹簧的弹性势能与弹簧被拉伸或压缩的长度有关，拉伸或压缩的长度越大，恢复原状时对外做功就越多，弹簧的弹性势能就越大。机械能机械能是动能和势能(包括重力势能、弹性势能)的总和。决定动能的是质量和速度；决定重力势能的是质量和高度；决定弹性势能的是劲度系数和形变量。物体的动能和势能可以相互转换。在只有动能和势能相互转换的过程中，机械能保持不变，即机械能守恒。能量守恒定律能量守恒定律是物理学中最普遍的定律之一。其内容是：尽管各种不同形式的能量可以相互转换，但是能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式
18、转换成其他形式，或是从一个物体传递给其他物体。对一个不受外界影响的系统来说，它所具有的各种形式的能量的总和是守恒的，即在能量转换过程中，一种形式的能量增加了多少，必有另一种或几种形式的能量减少了多少，而能量的总和不变。能量守恒定律是自然界的一个基本规律，它适用于任何变化过程，包括机械、热、电磁、化学、原子和原子核以及生物变化过程。能量守恒定律是概括了无数的生产实践经验后总结出来的。历史上曾有许多人企图设计一种不消耗能量，但可连续对外做功的机器(第一类永动机)，结果都失败了，原因就是违背了能量守恒定律。核能原子核的结构发生变化时能释放出大量的能量，称为原子核能，简称核能，俗称原子能。它给人类提供
19、了一种新的能源。核能是20世纪50年代开始利用的能源。它是靠核燃料在反应堆中“燃烧”而产生的，它的能量巨大。1千克铀-235发生裂变反应释放的能量相当于2500吨标准煤燃烧释放的能量；1千克氘氚混合物发生聚变反应释放的能量比1千克铀-235裂变释放的能量还要多4倍。核燃料能量密集，用它发电，燃料的运输量小。核电站的建设，地区适应性强，对于缺少煤、石油、天然气等燃料，水能资源不足，而又需要大量能源的地区很适合。建设核电站投资大，周期长，需要大量技术人员和设备，特别是需要防止放射性物质外逸的密封设备，并且要处理好核废料，以确保安全。核电站建成投产以后，运转费用低，收益大。太阳能太阳以光的形式向宇宙
20、空间辐射的能量即为太阳能。太阳能是取之不尽又无污染的天然能源。每秒钟辐射到地球表面的太阳能，相当于燃烧6106吨标准煤产生的热能。辐射到地球表面的太阳能绝大部分消耗于大气、水的循环和植物的生长中，被人类直接利用的极少。这是因为太阳能比较分散，不像常规能源的能量集中。而且，利用太阳能发电，投资大、效率低、占地广、储能难。目前直接利用太阳能的技术还没有圆满解决，一旦解决，太阳能利用的前景是非常广阔的。真正将太阳能作为“近期急需的补充能源”“未来能源结构的基础”，则是近年的事。人们晾衣、晒谷、制盐以及利用平板式、聚光式和热管传导式等太阳能集热器，都是把太阳能直接转换成热能(即光热转换方式)，应用于农
21、业、养殖业、卫生保健及家庭生活。利用光电伏特效应将太阳能直接转换成电能(即光电转换方式)的各种太阳能电池(或电池阵列)，因其稳定可靠、寿命长、灵活且清洁，已成为航天器、灯塔、航标灯、铁路信号灯、汽车、无线电中继站以及住宅、学校、工厂等所需的新型电源。通过光化学转换方式可以生产有机燃料，分解水制取氢气等，绿色植物的光合作用也属此方式。我国是太阳能资源较丰富的国家之一。目前，我国已成为世界太阳能发电的龙头，拥有全球最大光伏发电全产业链集群、最大应用市场、最大投资国、最多发明和应用专利、最大产品出口国等一系列桂冠。乘火车或飞机经过中国的新疆、青海、甘肃、内蒙古、西藏等地区，可以看到在沙漠和草原上的大
22、型太阳能发电系统犹如蓝色的海洋。而在中国的中东部和沿海地区，越来越多的企业在厂房屋顶建立起分布式太阳能发电系统。随着碳达峰、碳中和工作的不断深入，太阳能作为取之不尽、用之不竭的自然资源，必将大有可为。海洋能通常指海洋中蕴藏的可再生的自然能源，主要包括潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水温差能和海水盐差能。广义的海洋能还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。究其成因，潮汐能和海流能来源于太阳和月球对地球的引力变化，其他均来源于太阳辐射。海洋能按储存形式又可分为机械能、热能和化学能。其中，潮汐能、海流能和波浪能为机械能，海水温差能为热能，海水盐差能为化学能。近年来，受化石燃料能
23、源危机和环境变化压力的驱动，海洋能事业取得了很大发展，海洋能应用技术日趋成熟，为人类充分利用海洋能展示了美好的前景。潮汐能是指海水潮涨和潮落形成的水的势能，其利用原理和水力发电相似。潮汐能与潮量和潮差成正比，或者说，与潮差的平方和水库的面积成正比。和水力发电相比，潮汐能的能量密度很低，相当于微水头发电的水平。世界上潮差的较大值约为1315米，我国的最大值(杭州湾澉浦)为8.9米。一般说来，平均潮差在3米以上就有实际应用价值。潮汐能利用的主要方式是发电。在涨潮时将海水储存在储水库内，以势能的形式保存，在落潮时放出海水，利用高低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。海流能是指海水流动的动
24、能，主要是指海底水道和海峡中较为稳定的海水流动，以及潮汐导致的有规律的海水流动。海流能与流速的平方和流量成正比。相对波浪能而言，海流能的变化要平稳且有规律得多。一般说来，最大流速在2米/秒以上的水道，其海流能就有实际开发价值。海流能的利用方式主要是发电，其原理和风力发电相似，几乎任何一个风力发电装置都可以改造成海流发电装置。但由于海水的密度约为空气的1000倍，且装置必须放于水下，故海流发电存在一系列关键技术问题，包括安装维护、电力输送、防腐、海洋环境中的载荷与安全性能等。温差能是指海洋表层海水和深层海水之间存在温差而蕴藏的热能。一方面，表层海水在太阳辐射下温度升高并储存在海洋的上层；另一方面
25、，接近冰点的海水大面积地在不到1000米的深度从极地缓慢地流向赤道。这样就在许多热带或亚热带海域终年形成20C以上的垂直海水温差，利用这一温差可以实现热力循环并发电。生物质能生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转换为化学能而储存在生物质内部的能量。煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。生物质能是可再生能源，通常包括以下几个方面：一是木材及森林工业废弃物；二是农业废弃物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工业有机废弃物；六是动物粪便。如薪柴、沼气、生物柴油、燃料乙醇、林业加工废弃物、农作物秸秆、城市有机垃圾、工农业有机废水和其他野生植物等。在世界能耗中，
26、生物质能约占14%，在不发达地区占60%以上。生物质能的优点是燃烧容易，污染少，灰分较低；缺点是热值及热效率低，体积大而不易运输。生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤、石油和天然气而居世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计，生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分，到21世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。二次能源二次能源是联系一次能源和能源用户的中间纽带。二次能源又可分为“过程性能源”和“含能体能源”。电能是应用最广的过程性能源，柴油、汽油则是应用最广的含能体能源。作为二次能源的电能，可从各种一次能源
27、中生产出来，如化石能源、太阳能、风能、水能、潮汐能、地热能、核能等均可直接生产电能；而作为二次能源的柴油和汽油等则不然，生产它们几乎完全依靠化石能源。由于目前过程性能源尚不能大量地直接储存，因此汽车、轮船、飞机等机动性强的现代交通运输工具无法直接使用从发电厂输出的电能，只能使用像柴油、汽油等含能体能源。可见，过程性能源和含能体能源是不能互相替代的，各有自己的应用范围。随着时代的发展，人们将目光投向寻求新的含能体能源。氢能随着化石燃料消耗量的增加，其储量日益减少，终有一天这些资源会枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的、储量丰富的新的含能体能源。氢能正是一种在常规能源危机的出现、在开发新的二
28、次能源的同时人们期待的二次能源。氢能是一种理想的含能体能源。目前液氢已广泛用作航天动力的燃料，但氢能的大规模商业应用还有一些关键问题有待解决。许多科学家认为，氢能在21世纪有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源。氢能是一种二次能源，它要通过一定的方法利用其他能源制取。在自然界中，氢已和氧结合成水，必须用热分解或电分解的方法把氢从水中分离出来。如果用煤、石油和天然气等燃烧所产生的热或所转换成的电分解水制氢，显然是划不来的。现在看来，高效率制氢的基本途径是利用太阳能。如果能用太阳能来制氢，那就等于把无穷无尽的、分散的太阳能转变成高度集中的清洁能源了，其意义十分重大。目前利用太阳能分解水制
29、氢的方法有太阳能热分解水制氢、太阳能发电电解水制氢、阳光催化光解水制氢、太阳能生物制氢等。利用太阳能制氢具有重大的现实意义，但同时也是一个十分困难的研究课题，有大量的理论问题和工程技术问题要解决，世界各国都十分重视，投入不少人力、财力、物力，并且已经取得多方面的进展。有理由相信，在不久的将来，用太阳能制得的氢能将成为人类普遍使用的一种优质、清洁的能源。小实验：滚动的“魔罐”实验用品：空易拉罐、锥子、橡皮筋(长约40厘米)、长铁丝、小重物(如螺帽)、剪刀、镊子等。实验过程：用锥子在易拉罐的底部和盖上各钻两个小孔，用长铁丝“帮忙”穿上橡皮筋，并用剪刀、镊子等工具将小重物挂在橡皮筋的交叉处。把制好的“魔罐”放在水平桌面上向前推一下，罐向前滚动一段距离之后，就会慢慢地停下来，随后又会自动滚回来如此在桌面上往返滚动。原来，当“魔罐”向前滚动的时候，悬挂在橡皮筋上的小重物不会随着罐旋转，它使橡皮筋绞合起来，使“魔罐”滚动时动能转换为弹性势能储存起来。当“魔罐”停止滚动时，弹性势能达到最大值，随后弹性势能转换为动能，驱使“魔罐”向回滚动。如此反复多次，直到由于摩擦的存在使机械能都转换为热能为止。
