第十章第四节《热机》教学设计 2023－2024学年北师大版物理九年级全一册

第四节 热机 一、教学目标 1．知道热机工作时的能量转化情况． 2．知道四冲程汽油机和柴油机的构造和工作原理． 3．通过观察汽油机、柴油机的工作过程，能够简单描述它们的主要特征，培养和提高观察能力． 4．通过网络、图书馆等各种途径收集整理蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机的原理、特点和相关资料，培养收集和整理信息的能力． 5．通过学习热机的应用，培养乐于探究机械中的物理学原理的良好习惯，激发学习兴趣，培养将科学知识应用于人类社会的意识，进一步认识科学、技术和社会之间的关系． 二、教学内容分析 本节的主要教学内容有两个：一是汽油机，二是柴油机．教科书直接给出了热机的概念：将由燃料燃烧产生的高温高压气体的内能转化为机械能的机器． ●汽油机 教科书直接提出问题：需要怎样的装置才能通过燃烧汽油，使机器不断地运转起来呢？教师在教学中可以通过图10-28对广泛应用的四冲程汽油机的构造进行介绍．有条件的学校可以通过实物进行介绍并加以演示．应使学生明确，活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程叫作一个冲程． ◆模拟汽油机火花塞点火、做功 （1）实验装置 取一个透明的胶卷盒，在胶卷盒的底部插入两根大头针，两个针尖的间距在3 mm~10 mm之间．向胶卷盒内滴入1~2滴酒精（代替汽油），盖好胶卷盒盖，将胶卷盒固定在铁架台上．将电火花计时器（可以用感应线圈代替）的正、负脉冲输出插座分别连接到两根大头针上． （2）实验操作 将电火花计时器的纸片和墨粉纸盘取下（如果不取下墨粉纸盘，正、负脉冲输出插座将没有高压输出）．接通电源，将脉冲输出开关打开，两个针尖之间产生电火花，点燃胶卷盒内的酒精蒸气，产生大量高温、高压气体，将盒盖冲开，同时发出爆鸣声． （3）注意事项 ①滴入酒精的量不能太多，否则可能导致胶卷盒被烤焦，甚至引起事故． ②实验过程中，切勿将胶卷盒对向他人或自己，以防盒盖击中人体造成伤害． ③为保证实验成功，滴入酒精后等待2 min~3 min，使酒精充分汽化形成饱和气体，再打开脉冲开关开始实验． 四冲程汽油机的工作过程由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成．教科书通过图10-29对四个冲程逐一介绍，使学生对汽油机的工作过程获得完整的了解．教学中可以请学生自学这部分内容，教师利用多媒体课件进行演示．有条件的学校也可以利用实物展示汽油机的四个冲程，使学生获得充分的感性认识． ◆二冲程内燃机工作原理简介 二冲程内燃机的工作原理与四冲程内燃机不同，二冲程内燃机的工作循环是在两个活塞行程即曲轴旋转一周的时间内完成的．在四冲程内燃机中，常把排气过程和进气过程合称为换气过程．在二冲程内燃机中，换气过程是指废气从汽缸内被新气扫除并取代的过程．这两种内燃机工作循环的不同之处主要在于换气过程．二冲程内燃机的构造和工作过程如图10-4-1所示．它的汽缸上有三个气孔，分别在不同的时刻被活塞所关闭或打开．进气孔与化油器相通，可燃混合气先经过进气孔进入曲轴箱内，当扫气孔被活塞打开时再进入汽缸内，而废气经过排气孔排出．这种换气形式为横流式，但它没有专用的扫气泵，而是利用活塞往复运动时，造成曲轴箱内容积的变化，来吸入可燃混合气或将混合气压缩，提高其压强后进行扫气． 图10-4-1 二冲程内燃机的两个冲程工作情况如下： 第一冲程：活塞自下向上运动，当活塞上行时，汽缸上的进气孔、排气孔和扫气孔均被关闭后，汽缸内的可燃混合气被压缩．活塞继续上行，曲轴箱内压强降低，待活塞上行到进气孔被打开时，新鲜的可燃混合气进入曲轴箱内． 第二冲程：当活塞上行接近上部顶点时，火花塞点火，可燃混合气燃烧，其压力和温度都迅速升高，推动活塞下行做功．当活塞下行到排气孔被打开时，汽缸内的废气通过排气孔排出，活塞下方曲轴箱内的可燃混合气被压缩，压强可达0.13 MPa．活塞继续下行至扫气孔被打开时，被压缩的可燃混合气通过扫气孔进入汽缸内，进行扫气过程．这一过程一直延续到活塞转过下部顶点后关闭扫气孔为止． ●柴油机 在介绍柴油机时，教科书采用了对比的方法，结合柴油机的构造简图图10-31，说明了它与汽油机在构造上的异同．对于它们相似的地方，只做简略的说明，着重介绍它们在吸气冲程、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．最后简单介绍了汽油机和柴油机的优缺点以及运用． 柴油机和汽油机的主要区别是：在结构上，柴油机汽缸顶部有一个喷油嘴，而汽油机是一个火花塞；在工作过程中，柴油机在吸气冲程中吸进的是空气，而汽油机吸进的是汽油和空气的混合物；在点火方式上，柴油机采用的是压燃式，而汽油机采用的是点燃式． ◆汽油机的基本原理 汽轮机是将蒸汽的内能转换为机械能的回转式原动机，是火电和核电的主要设备之一，主要用于拖动发电机发电．变速汽轮机还用于拖动风机、压气机、泵及舰船的螺旋桨等，在大型火电机组中还用于拖动锅炉给水