专题14.1 热机（教学设计）.doc

1、人教版人教版 九九 年级年级 物理物理 教学设计教学设计 主备人主备人 学科学科 物理物理 时间时间 课题课题 第十四章第十四章 内能的利用内能的利用 第第 1 节节 热机热机 教教 学学 目目 标标 知识与技能 1.通过演示实验使学生了解可以利用内能来做功；知道热机的概念， 知道内燃机是热机的一种，体会现代化交通工具对人们生活的巨大影响. 2.通过模型或挂图了解四冲程汽油机和柴油机的构造. 3.能用文字或口头表述内燃机各冲程的工作状态和能量转化. 过程与方法 1.通过演示实验使学生了解可以利用内能来做功. 2.利用动画、图片或模型讲解四冲程汽油机的基本结构和工作原理. 3.通过阅读“科学世界

2、”了解现代汽车的一些常识. 情感态度与价值观 1.通过演示实验培养学生观察实验现象和分析问题的能力. 2.通过阅读“科学世界”扩展学生的知识面. 教学教学 重点重点 四冲程汽（柴）油机的工作原理. 教学教学 难点难点 热机中的能量转化. 教具教具 准备准备 多媒体课件、汽油机和柴油机机模型. 酒精灯、试管、塞子、水等. 教学教学 方法方法 实验探究法、讨论法、对比法、讲述法 教学过程设计教学过程设计 导导 入入 新新 课课 【演示实验】 如图所示,在试管中装些水,用橡胶塞塞住试管口,加热使水沸腾,观察会发生什么现 象:一段时间后,橡胶塞突然被推出. 思考 橡胶塞为什么会被推出?这个现象过程中，

3、有哪些能量转化？ 教教 学学 过过 程程 新课学习新课学习 一、热机一、热机 请大家细心观察，并注意以下几个问题： 实验中有哪些能量转换？ 用酒精灯给试管中的水加热，有哪些物体吸热？ 能否把燃料移到容器内部去燃烧来获得更大的动能？ 学生思考，发表各自的建议：水吸收热量，变成水蒸气推动塞子做功，水蒸气的内能转化为塞子 的机械能；塞子冲开时有“白气”产生，这是水蒸气液化放热 师 同学们回答得很好，酒精燃烧时，将化学能转化为内能，水蒸气推动塞子做功，内能又转化 为机械能.通过这个实验我们知道利用内能可以对外做功， 那接下来请大家想一想， 如果把燃料移 到类似试管的容器中燃烧， 那么能量的利用率将会更

4、高， 推动塞子做的功将会更多.而且如果设法 让这种推动塞子的运动往复进行， 那就有了真正的利用价值.而科学家早就将这种设想应用到实际 当中，我们经常乘坐的汽车中的热机“发动机”正是利用这种原理来工作的. 1.定义：利用内能做功的机械. 教教 学学 过过 程程 2.工作原理：将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，再对外做功，把内能转化为机械能. 3.热机的种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等. 4.内燃机及其分类 (1)定义:燃料直接在发动机汽缸内燃烧的热机. (2)最常见的内燃机：根据所使用燃料的不同,可以分为汽油机和柴油机两大类 【拓展延伸】 内能的利用主要在两个方面:一是利用内能直接对物

5、体加热;二是利用内能做功.利 用内能加热物体实际是内能转移的过程,利用内能做功实际是内能转化成其他形式能的过程. 汽油机的工作原理与刚才所做实验的原理差不多汽油机的工作原理与刚才所做实验的原理差不多,下面我们来分析一下汽油机的工作过程下面我们来分析一下汽油机的工作过程. 二、汽油机二、汽油机 1.汽油机是利用汽油作燃料来工作的. 2.构造：排气门、进气门、火花塞、汽缸、活塞、连杆、曲轴. 3.工作过程:依据课本自学、交流. 冲程：活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程叫做一个冲程. 汽油机的四个冲程：吸气、压缩、做功、排气. (1)第一冲程:吸气冲程 问题:吸气冲程中燃气为什么

6、会进入汽缸?汽缸中活塞由哪端向哪端运动? 回答:吸气冲程时,活塞下移,汽缸内空间增大,气压下降.活塞由上往下运动. (2)第二冲程:压缩冲程 问题 1:压缩冲程中,活塞压缩燃料混合物是什么能向什么能转化? 教教 学学 过过 程程 回答 1:机械能转化成燃料的内能. 问题 2:压缩冲程末产生什么结果? 回答 2:火花塞产生电火花,使燃料猛烈燃烧,产生高温高压的气体. 问题 3:汽油机是利用什么方式点火的? 回答 3:利用火花塞产生电火花引燃汽油和空气的混合物. (3)第三冲程:做功冲程 问题:做功冲程中为什么能做功?是什么能向什么能转化? 回答:汽缸中的燃气被火花塞点燃后体积急剧增大,推动活塞向

7、下运动而做功.气体的内能转化为机 械能. (4)第四冲程:排气冲程 问题:排气冲程有什么作用? 回答:燃烧以后产生的废气及时排出,以免影响下一次做功. 【拓展延伸】 内燃机的工作过程简记为“四冲二转一做功”.意思是:做一次功,曲轴和飞轮转两圈, 经过四个冲程. 柴油机的构造和汽油机有什么不同柴油机的构造和汽油机有什么不同?做功过程有什么区别做功过程有什么区别? 三、柴油机三、柴油机 1.柴油机的构造: 教教 学学 过过 程程 展示图片,让学生观察柴油机的构造. 2.汽油机和柴油机构造的异同点: (1)相同点:都有汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门等. (2)不同点:汽油机汽缸顶部有火花塞;

8、柴油机没有,只有喷油嘴. 3.汽油机和柴油机工作过程的异同点: 学生观察发现,柴油机和汽油机在构造上和工作过程中有不同之处,这些不同会引起哪些变化? 问题 1:柴油机燃烧室顶端有一个喷油嘴,有什么作用? 回答 1:在压缩冲程结束时,汽缸内空气温度超过柴油的燃点,雾状柴油直接喷入立刻燃烧. 问题 2:汽油机和柴油机吸气冲程吸入的物质有什么不同? 回答 2:汽油机吸气冲程吸入空气和汽油的混合物;柴油机吸气冲程只吸入空气. 问题 3:柴油机没有火花塞,如何点燃? 回答 3:压缩空气点燃,俗称“压燃式”. 4.汽油机与柴油机的优缺点: (1)汽油机转速高,结构简单,质量轻,造价低廉,运转平稳,使用维修

9、方便.汽油机在汽车上,特别是小 型汽车上大量使用. (2)柴油机比较笨重,主要用于载重汽车、拖拉机、火车和轮船上. (3)柴油发动机与汽油发动机相比,热效率高.因此从节约能源、降低燃料成本角度上讲,柴油发动机 在小汽车上的推广使用具有更重大的意义. 【拓展延伸】 四冲程内燃机工作过程可巧记为:“一门打开,上排下吸气,两门关闭,上压下做功.” 教教 学学 过过 程程 其中“门”指进气门和排气门,“上”“下”指活塞的运动方向. 5.学生阅读“科学世界”,了解现代汽车. 课堂小结课堂小结 项目 汽油机 柴油机 相同点 把内能转化为机械能;通常是四 个冲程;燃烧化石燃料 把内能转化为机械能;通 常是四

10、个冲程;燃烧化石 燃料 不 同 点 燃料 汽油 柴油 汽缸构造 汽缸较短,顶部有一个火花塞 汽缸较长,顶部有一个喷 油嘴 吸入气体 空气与汽油的混合物 空气 压缩比 较小 较大 点火方式 点燃式 压燃式 效率 较低 较高 优缺点 汽油机震动小、转速高,适用于轿 车和轻型车辆 柴油机功率大,经济性能 好,适用于货车和大型客 车 课堂练习课堂练习 1.（2019 湖北省武汉市湖北省武汉市）如图所示是四冲程汽油机的剖面图，关于其四个冲程的描述正确的是 （ ） 教教 学学 过过 程程 A吸气冲程中，汽油和空气的混合物进入汽缸 B压缩冲程中，通过做功的方式使汽缸内气体的内能减小 C做功冲程中，燃料释放的

11、能量绝大部分转化为机械能 D排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的极少部分 【答案】A 【解析】A 选项中，汽油机在吸气冲程中，进气门打开、排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空 气的混合物进入汽缸，故 A 正确； B 选项中，在压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，气体 的内能变大，此过程是机械能转化为内能的过程，故 B 错误； C 选项中，在做功冲程中，燃料燃烧释放的内能大部分需要克服摩擦、发生热传递而散失，只有 一少部分转化为机械能，故 C 错误； D 选项中，在排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的大部分，故 D 错误。 2.（2019 山东枣庄市）山东枣庄市）

12、如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（ ） A压缩冲程，将化学能转化成内能 B压缩冲程，将机械能转化成内能 C做功冲程，将内能转化成机械能 D做功冲程，将机械能转化成内能 【答案】C 【解析】图中的气门关闭，活塞下行，并且电火花打火，这是做功冲程的特点；在做功冲程中， 能量转化关系是气体的内能转化为机械能；故选 C。 3.（ 2019 上海市）上海市）四冲程柴油机在工作过程中，将内能转化为机械能的冲程是（ ） A吸气冲程 B压缩冲程 C做功冲程 D排气冲程 【答案】C 【解析】在四冲程汽油机的工作过程，四冲程汽油机工作过程中，有两次能的转化，其中压缩冲 程把机械能转化为内能，做功冲程把内

13、能转化为机械能，因此本题选 C。 4.(2019 扬州市扬州市)如图所示是汽油机的_冲程。在压缩冲程中，是通过_方式增加 燃气的内能。汽油机的转速为 3000r/min，则 ls 内汽油机对外做功_次。 【答案】 (1). 做功 (2). 做功 (3). 25 【解析】进气口、出气口关闭，活塞向下，为做功冲程；压缩冲程时通过做功的方式增加其他内 能；3000r/min 则每秒钟转 50 转，一个完整的过程包含四冲程两转一对外做功，则可知对外做功 25 次。 5. （2019 铜仁铜仁市）市） 一台四冲程汽油机在一个工作循环中， 把内能转化为机械能的冲程是 冲 程。汽油机用水作为冷却剂，这是利用

14、了水 的性质。 【答案】做功 ，比热容较大.。 【解析】 四冲程汽油机的四个冲程中， 只有做功冲程是把内能转化为机械能。 因为水的比热容大， 吸收同样的热量，升高的温度小，散热效果好。所以汽油机用水作为冷却剂。 板板 书书 设设 计计 第第 1 节节 热机热机 一、热机 1.概念：利用内能做功的机械 2.原理：把燃料燃烧产生的内能，通过做功转化为机械能 3种类：蒸汽机、内燃机、喷气式发动机等。 二、汽油机 1.构造: 进气门、排气门、火花塞、活塞、汽缸、连杆、曲轴等. 2.工作原理:汽缸内装有活塞,活塞与连杆、曲轴相连.活塞在汽缸内做往复运动,通过连杆带动曲轴 转动,从而使机器运转. 三、柴油

15、机 1.柴油机与汽油机的相同点: 都是内燃机;一个工作循环都要经历四个冲程. 2.柴油机与汽油机的不同点: (1)构造方面:汽油机有火花塞,柴油机有喷油嘴. (2)工作过程上:压缩程度不同;点火方式不同. (3)用途方面:汽油机轻巧,用于轿车、摩托车等;柴油机笨重,用于卡车、货车等. 布布 置置 作作 业业 【必做题】 教材第 21 页动手动脑学物理的 1,2,3 题 【选做题】 教材第 21 页动手动脑学物理的 4 题 课课 后后 反反 思思 1.本节课的教学设计通过创设问题情景，提出让学生感兴趣的问题，引导学生思考热机中能量的 转化，让学生认识掌握汽油机和柴油机的构造和工作原理. 2.教学时，教师主要从构造、工作过程及优缺点等几个方面对汽油机和柴油机进行介绍，重点讲 述汽油机的四个冲程，在讲解柴油机时，教师可以采用对比的方法，结合柴油机的构造简图，讲 述它与汽油机在构造上的异同，对于它们相似的地方，只需做简略的说明，而重点介绍它们的吸 气冲程、压缩程度、点火方式上的不同.这样安排有利于学生抓住重点.