人教版九年级全册第1节 热机教学设计

课程基本信息

课例编号

学科

物理

年级

9年级

学期

第1学期

课题

热机

教科书

书名： 物理 九年级                         

出版社：人教版             出版日期： 2013   年 6 月

教学人员

姓名

单位

授课教师

指导教师

教学目标

教学目标：

知识目标：

1.了解人类“利用内能做功”的历史发展进程，了解四冲程内燃机的基本工作原理

和工作过程。

2．通过观察汽油机工作过程的动画，知道压缩冲程和做功冲程中的能量转化。

3．通过观察、对比汽油机和柴油机的模型和工作过程，了解二者的异同。

能力目标：

1．通过观察演示实验、动画等活动侧重培养学生的观察能力和表述能力。

2．通过查阅资料，培养学生获取信息的能力。

情感目标：

通过对热机发展简史、汽油机的结构以及工作过程的学习，感受到人类对美好事物孜孜不倦的追求，逐步培养学生崇尚科学、爱科学、学科学的兴趣。

教学重点：

1．热机的工作原理。

2．四冲程汽油机的工作过程。

教学难点：

热机工作过程中，能量的转化。

教学过程

时间

教学环节

主要师生活动

约6分钟

约12分钟

约2分钟

约1分钟

约2分钟

引入、蒸汽

机原理及特点的学习

内燃机的原理、分类以及汽油机的四个冲程

柴油机的工作过程以及与汽油机的主要区别

热机概念及分类

小结及作业

●我们先来看一个实验——【PPT视频】

  在试管中，装入一些水，将试管中的水加热至沸腾，然后用

  橡胶塞塞紧管口，继续加热。请同学们注意观察橡胶塞。

【问】你看到了什么现象？    

【答】说得很好！橡胶塞被推出去了！

【问】是谁把橡胶塞推出去的呢？    

【答】没错！是水蒸气！

【问】在这个过程中发生了怎样的能量转化呢？   

【答】是的，在这个过程中，水蒸气推动橡胶塞做了功，水蒸气的内能转化为了橡胶塞的机械能。

●这个实验虽然简单，但却向我们展示了蒸汽机的工作原理。

提到蒸汽机，你的脑海中是不是浮现出了“瓦特”“第一次工业革命”这样的字眼呢？还是先让我们来重温一下那个流传至今的经典故事吧！——【PPT视频】

●怎么样？是不是勾起了大家一些童年的回忆呢？

其实蒸汽机并不是瓦特发明的，

这只是后人一个善意的杜撰而已。

●”蒸汽机”的雏形，是在公元1世纪，由古希腊数学家希罗发明的“汽转球”，但它在当时只不过是一种玩具，并没有什么实用价值。

●第一台实用型蒸汽机，是在1712年，由英国人纽可门发明的。

  但纽可门蒸汽机的效率很低，对燃料的消耗量很大，因此仅仅适用于煤矿等燃料充足的地方。

●瓦特从1765年开始，在前人的基础上，对蒸汽机进行了一系列重大改进，使其在工业上得到了广泛应用。

●蒸汽机在之后的一百多年里，对工业的发展起着至关重要的作用。瓦特开辟了人类利用能源的新时代，标志着第一次工业革命的开始。

图中展示的是利用蒸汽机制造的蒸汽机车

这是蒸汽火车

●那么蒸汽机是如何工作的呢？下面我们就来了解一下——

这是一个蒸汽机的模型。

点燃燃料，将锅炉内的水加热至沸腾，沸腾的水产生大量热蒸汽，热蒸汽通过管道被输送到汽缸中，推动活塞运动，通过连杆曲柄机构带动飞轮转动。

  在这个过程中，利用高温水蒸气的内能对活塞做功，使机械获得了机械能。

●的确，热蒸气可以为我们提供强大的推力，把人们从繁重的

  体力劳动中解放出来。

●但同时我们也可以看到，蒸汽机车的锅炉和汽缸是分离的，

  这就造成了蒸汽机车的体积太过庞大，车身太过笨重。

  而且它的热量损失大，效率很低。

●随着人类文明的进步以及矿产业的不断发展，蒸汽机逐渐不能满足人们的生产生活需要了。交通运输的发展迫切需要比较轻便的发动机，于是内燃机应运而生了。

●什么是内燃机呢？简单说，内燃机没有外在的锅炉，

  而是燃料直接在汽缸内燃烧产生动力。

●下面就让我们通过一段视频来了解一下内燃机的工作原理。

——【PPT视频】

在注射器针管内滴入少许酒精，装好活塞，静置片刻。

按下电子打火器开关，注意观察出现的现象。

【问】砰！发生了什么？

【答】噢，活塞被崩出去了！

【问】大家注意到针筒内的变化了吗？

●我们再看一遍，这次请同学们注意观察针筒部位。

●大家看清楚了吗？对，你们看到的火光就是酒精在针筒内燃烧产生的！

  这就是一台小小的“内燃机”。

●其中针筒是它的汽缸，酒精是它的燃料。

●酒精在汽缸内燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞做功，

  将燃气的内能转化为活塞的机械能。

●我们来总结一下：内燃机指的就是燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的机械。

●由于它不再需要外置的锅炉，因此具有体积小、重量轻、启动快、效率高等优点。

●内燃机的发明，解决了交通工具的发动机问题，引起了这一领域  的革命性变革。许多国家开始建立起汽车工业，并牵动了远洋轮船、飞机等的制造和使用，也促使石油开采与炼制业迅速发展起来。

●右图展示的就是1886年所制造的最早的内燃机汽车。

●内燃机按照燃料的不同又可以分为汽油机和柴油机。

以汽油作为燃料的叫汽油机，多用于汽车、赛车、小型农机等；

●以柴油作为燃料的叫柴油机。多用于载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船上。

●汽油机的主要结构有哪些，它又是如何工作的呢？

●这是汽油机的剖面图

汽油机的主要结构有：汽缸，气缸上部有进气门、排气门，顶部有火花塞，下部有活塞，这是曲轴，曲轴与活塞通过连杆相连。

●下面我们通过一段动画来初步了解一下汽油机的工作过程。

●我们可以看到，活塞在汽缸内往复运动。

  我们把活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸一端运动

  到另一端的过程叫一个冲程。

多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。

●我们先来分析吸气冲程——

进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动。

【问】汽缸内的气体体积是增大还是减小呢？

【答】对！气缸内气体的体积增大了。

【问】那汽缸内气压如何变化呢。

【答】没错！汽缸内气压变小。

【问】汽缸内的气压和外界大气压相比，谁更大呢？

【答】外界大气压大于汽缸内的气压，于是大气压就把汽油和空气的混合物压入汽缸中。

●我们通过动画，来展示一下完整的吸气冲程

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。

【问】吸气冲程结束时，活塞在气缸最底端，接下来活塞会向哪儿运动？

【答】没错！活塞会向上运动。

汽油机的第二个冲程，即压缩冲程开始。

●进气门和排气门都关闭，此时汽缸内形成一个密闭空间。

随着活塞向上运动，燃料混合物会被压缩，

【问】在这个过程中是否伴随着能量的转化呢？

【答】同学们说得很好！在这个过程中，活塞的机械能转化为燃料混合物的内能。

燃料混合物的内能增加，温度会升高。

●我们来回顾压缩冲程的全过程，

进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，

 活塞的机械能转化为燃料混合物的内能，燃料混合物温度升高。在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料燃烧。

  汽油机进入第三个冲程——做功冲程。

●做功冲程，进气门排气门依然关闭，

●火花塞产生电火花，燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气。

【问】高温高压的燃气，会对活塞有什么作用呢？

【答】没错！高温高压的燃气会推动活塞向下运动，

  进而带动曲轴转动，对外做功，

【问】做功冲程中是否发生了能量转化呢？

【答】是的，燃气的内能会转化为活塞的机械能。

这个冲程正是使内燃机获得动力的冲程。

●我们来重温一下做功冲程：

在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，

  产生高温高压的燃气。高温高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功。

【问】做功冲程结束后，燃烧产生的废气如何排出呢？汽油机进入排气冲程——

●排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，

就像推动注射器一样，将废气排出汽缸。

●我们来看一看排气冲程的全过程

进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸。

【问】汽油机完成一个工作循环后，活塞会不会立刻就静止不动了呢？

【答】不会的！活塞会在飞轮惯性的带动下继续往复运动。

  这样汽油机就可以连续工作了。

●相信同学们已经对汽油机的四冲程有了一定的了解。

老师在整理四冲程图片的时候，忘记粘贴它们的名称了。

  同学们能否帮助老师，在图片中写出对名的冲程名称呢？

●先来看图1：两气门都关闭，活塞向下运动，这是做功冲程，

  内能转化为机械能，做功冲程是使内燃机获得动力的冲程。

图2：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，这是排气冲程。

图3：进气门打开。排气门关闭，活塞向下运动，这是吸气冲程。

图4：进气门、排气门都关闭，活塞向上运动，这是压缩冲程，

     此冲程中，机械能转化为内能。

●同学们，你都判断对了吗？

你能进一步按照正确的顺序给它们编上序号吗？

  相信这也一定难不倒你！

正确的顺序就是3、4、1、2

以上我们学习的就是汽油机的工作过程。

●汽油机多用于汽车，特别是小型汽车上。

而现代汽车多采用四缸或六缸发动机，每个汽缸都进行吸气、

  压缩、做功、排气四个冲程的循环。

  由于各个汽缸交替做功，所以发动机转动比较平稳。

●了解了汽油机，我们再来看看柴油机——【PPT视频】

●柴油机的结构和汽油机相似；

它的工作过程也分为吸气、压缩、做功和排气四个冲程。

●下面我们来看一下柴油机和汽油机的主要区别：

首先：柴油机的汽缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴，

其次：柴油机在吸气冲程里吸进汽缸的只有空气（汽油机吸入的是汽油和空气的混合物）；

第三：在压缩冲程中，柴油机把气体体积压缩得更小，汽缸内空气的温度更高。压缩冲程结束时，汽缸内空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。相对于汽油机的火花塞点燃式，这种方式称为压燃式。

也正是由于柴油机对空气的压缩程度比汽油机更高，因此在做功冲程中气体的压强也大于汽油机，因而输出的功率也更大。

柴油机主要用于所需功率较大的载重汽车、坦克、火车、轮船上。

●同学们，学习到这里，相信大家对蒸汽机和内燃机都有了一定的了解。

【问】它们在外观和结构上都有很大差别，但它们也有一个共同的特点，你发现了吗？

【答】说得非常好！它们的工作原理是相似的，也就是它们都是利用内能做功的机械——

  蒸汽机利用的是热蒸汽的内能，

  而内燃机利用的是汽油和柴油燃烧后产生的高温燃气的内能，

  我们把这种利用内能做功的机械，统称为热机。

●热机的种类很多，除了蒸汽机、内燃机，

还有火电站的汽轮机、飞机火箭的喷气发动机等。

热机在人类社会发展过程中起着巨大的推动作用。

好了，同学们，今天的内容我们就已经全部学完了。

下面我们来简单梳理一下：

●通过今天的学习，我们知道了热机就是利用内能做功的机械。

  热机种类很多，包括蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。

  内燃机按照燃料种类又可分为汽油机和柴油机。

●其中我们重点学习了汽油机的四个冲程，即吸气、压缩、做功

  和排气冲程。

  在压缩冲程中，机械能转化为内能，而做功冲程则是把燃气的内能转化为机械能，使机械获得动力。

此外，我们还了解了汽油机与柴油机在结构、吸入物质及点火方式上的区别。

●下面我们来看一下今天的作业：

1．基础性作业：完成“学生资源”中的课后练习。

2．拓展性作业：

  查阅资料，了解汽车驱动装置的发展。