第2节 热机（表格式教学设计）物理人教版2024九年级全一册

第2节 热机（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第2节 热机 教学 目标 物理观念 知道热机的概念，初步了解热机的工作原理；知道内燃机是热机的一种；了解四冲程内燃机的构造及工作过程。 科学思维 知道内燃机各冲程的工作状态和能量转化；体会内能的利用对人类发展的重要作用。 科学探究 通过演示实验了解可以利用内能做功；通过实物模型结合课堂活动，自主探究学习理解四冲程内燃机的基本构造和原理。 科学态度 与责任 通过演示实验培养学生观察和分析问题的能力；通过阅读“科学世界——现代汽车”扩展学生的知识面。 教材 分析 从燃料的燃烧中获得内能是人类使用能量的主要来源，热机是一种广泛使用的动力设备，通过本节内容的学习，学生不仅可以学到一些有用的实际知识，还可以了解物理知识对解决实际问题的重要作用。教科书对于汽油机和柴油机都是从构造、工作过程和优缺点三方面来讲述的。构造只介绍了那些为讲清工作过程所必须知道的部件，优缺点只作了简略介绍，工作过程讲得比较详细。 本节内容由“热机”“汽油机”和“柴油机”三部分组成。了解四冲程汽油机的基本工作原理是本节教学的重点，也是难点。 学情分析 1. 知识储备分析：九年级的学生在之前的学习中，已经学过内能、热量、热传递、能量转化和能量守恒等基本知识。学生在日常生活中对热机有一定的感性认识，如汽车、火车等交通工具的使用。然而，对于热机这一具体的应用领域，他们可能还缺乏直观的认识和深入的理解。因此，在教授《热机》这节时，需要充分考虑学生的实际情况，采用适当的教学方法，引导学生建立起对热机的正确认识。 2. 思维能力分析：学生的抽象思维能力正在逐步发展，但仍需要借助具体实例和直观演示来加深理解。 3. 学习兴趣与态度分析：九年级的学生对新鲜事物充满好奇心，对热机的工作原理和效率有浓厚的兴趣。他们具备一定的观察、分析和实验能力，喜欢通过实验和探究来学习物理知识。但是学生的个性化学习风格各异，有的喜欢独立思考，有的善于合作交流。因此在教学中，可以通过引入实际案例和实验来激发学生的学习兴趣。 教学重点 了解四冲程汽油机的基本工作原理。 教学难点 了解四冲程汽油机的基本工作原理。 教学 器材 汽油机和柴油机机模型.　酒精灯、试管、塞子、水等。 多媒体ppt，包含视频：《汽油机的工作过程分解》、《四冲程汽油机工作过程》、《课堂总结》等。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 【播放图片并提问】18世纪第一辆汽车问世时，它的速度只有几千米每小时，而目前最快汽车的速度已经超过了声速。 汽车是如何获得机械能的呢? 观察超音速汽车图片，思考问题。 学习新课 一、热机 1. 实验探究：不同形式能量之间的转化 【演示实验】在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间，观察现象。讨论这个过程中不同形式能量之间转化的情况。 【实验现象】①瓶塞被冲出来；②管口附近出现“白雾”。 【分析归纳】①酒精燃烧放出热量，酒精的化学能转化为水的内能。 ②水吸热沸腾，产生大量水蒸气，水蒸气膨胀对瓶塞做功，水蒸气的内能转化为瓶塞的机械能。 【实验结论】利用内能可以做功。 这个实验虽然简单，却基本展示了蒸汽机的工作原理。 2. 热机 【出示图片同时讲解以下内容】 （1）热机：各种利用内能做功的机械叫作热机。 （2）热机的工作原理：热机利用内能做功，将内能转化为机械能。 （3）热机的种类：蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 （4）常见的热机——内燃机 ①内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。 ②内燃机的分类：汽油机和柴油机。 【例题1】如图所示实验，在橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出的过程中，以下说法正确的是（　D　） A．试管口出现的“白雾”是气体 B．水蒸气对外做功，内能增加 C．水蒸气对外做功，温度升高 D．这个实验基本展示了蒸汽机的工作原理 观察并分析实验现象，讨论这个过程中不同形式能量之间转化的情况。归纳出结论。 观察图片，知道热机的定义、原理及分类。 知道内燃机的定义及其分类。 做例题1并回答，知道热机的工作原理。 学习新课 二、汽油机 【利用图片、视频进行讲解】 1. 工作原理 利用汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。 2. 汽油机的构造 由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆组成。 3. 工作过程 （1）冲程：汽油机在工作时，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。 （2）四个冲程：汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 （3）汽油机的工作过程分析 【通过播放视频学习】 ①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被吸入气缸。 ②压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，内能增加，温度升高。机械能转化为内能。 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 ③做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生高温高压的气体。高温高压的气体推动活塞做功，并通过连杆带动曲轴转动，对外做功。内能转化为机械能。 ④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。 （4）总结：汽油机一个工作循环情况 汽油机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。 【例题2】内燃机有四个工作冲程，如图所示是内燃机的_______冲程，活塞上升时，汽缸内气体的内能______（选填“减少”或“增加”），_____能转化为______能。 【答案】压缩，增加，机械，内。 【例题3】内燃机的一个工作循环由_____ 、_____ 、_____ 、______四个冲程组成。一台某型号单缸四冲程汽油机的飞轮速度是1200r/min，则汽油机每秒钟对外做功_____次。 【答案】吸气、压缩、做功、排气，10. 观察图片，了解汽油机的工作原理、主要构造。 观察四冲程汽油机工作示意图。了解各个冲程进、排气门的关闭、打开情况，分析压缩和做功冲程能量的转化情况。 做例题2并回答，了解汽油机的四个工作冲程及能量转化情况。 做例题3并回答。会根据汽油机的飞轮转速计算做功问题。 学习新课 三、柴油机 1. 工作原理 利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。 2. 柴油机的构造 与汽油机的大致相同，不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞而是一个喷油嘴。 3. 工作过程 【出示图片，与汽油机对比讲解】 （1）柴油机的工作过程与汽油机大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。 （2）柴油机和汽油机构造及工作过程的不同点： ①汽油机汽缸顶部有火花塞，在压缩冲程末，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生高温高压的气体（俗称“点燃式”）；柴油机汽缸顶部没有火花塞，只有喷油嘴，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来（俗称“压燃式”）。 ②汽油机吸气冲程吸入空气和汽油的混合物；柴油机吸入气缸内的物质只有空气。 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，使用维修方便.汽油机在摩托车、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。 【例题4】关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是（　A　） A．柴油机汽缸顶部有个火花塞，汽油机汽缸顶部有个喷油嘴 B．柴油机通过压缩空气直接点燃柴油 C．汽油机与柴油机的工作过程都分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程 D．汽油机与柴油机使用的燃料不同 【例题5】热机是将内能转化成 能的机器，如图所示是热机的 冲程。一台四冲程柴油机飞轮转速是1200r/min，则柴油机每秒完成 个冲程，燃气做功 次，如果一次做功为1000 J，则柴油机的功率为 W。 【答案】 机械 做功 40 10 104 【提示】一台四冲程柴油机飞轮转速是1200r/min= 20r/s 因一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，所以柴油机每秒完成40个冲程，燃气做功10次。 1s内柴油机做的功W=1000J×10=10000J，则柴油机的功率 5. 科学世界——现代汽车 学生阅读“科学世界”，了解燃油汽车的主要构造、原理及发展情况。 （1）燃油汽车的主要构造与原理：汽车由发动机、底盘、车身和电器设备四大部分组成。发动机把燃料燃烧产生的内能变为机械能，再通过底盘上的传动机构，将动力传给车轮，使汽车行驶。 （2）多缸发动机：现代汽车多数采用四缸或六缸等多缸发动机，每个汽缸都进行这种四冲程循环。由于各个汽缸交替做功，所以发动机转动平稳。 （3）电子燃油喷射系统：随着电子技术的发展，许多汽车已经采用了电子燃油喷射系统。微电脑可以根据内燃机的工作状态和空气的温度等多种因素精确控制喷油的数量和时机，提高燃烧效率。采用电子燃油喷射系统的发动机与过去的发动机相比，可以减少有害气体的排放，降低燃料的消耗，同时提高发动机的功率。 电子技术的应用，使燃油汽车有了更广阔的发展空间。此外，利用电能、氢能等的各种新能源汽车也在快速发展。未来的汽车将更加节能、安全，对环境的影响会更小。 与汽油机对比，分析柴油机和汽油机在构造上和工作过程中有哪些不同之处，从而了解柴油机的工作过程。 做例题4并回答，知道柴油机与汽油机构造及工作过程的不同点。 做例题5并回答，会根据飞轮转速计算做功的次数及做功的功率问题。 阅读“科学世界”，了解现代汽车的主要构造、原理及发展情况。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1. 如图所示，用酒精灯对试管加热，等水沸腾后，可以看到蒸汽把软木塞顶跑。下列说法正确的是（　　） A．用酒精灯加热试管，水内能的增加是通过做功的方式实现的 B．蒸气把软木塞顶跑的过程，实现了内能向机械能的转化 C．蒸气把软木塞顶跑的过程，相当于汽油机的排气冲程 D．试管口出现的白雾是水汽化后形成的水蒸气 【答案】B 【详解】A．加热水的过程中，酒精灯火焰的温度较高，水温较低，热量从火焰转移到水，通过热传递的方式，使水的内能增加，故A错误； BC．蒸气把软木塞顶跑的过程，水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，在汽油机的做功冲程中，内能转化为机械能，故B正确，C错误； D．水蒸气把软木塞向上冲起时，水蒸气的内能减少，温度降低，液化为小水滴，在试管口形成“白雾”，故D错误。故选B。 2. 如图1所示，工作中的四冲程汽油机正处于_______冲程，该冲程将______能转化为机械能，若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功_______次。 【答案】做功，内，10。 【解析】如图，进气门和排气门都是关闭的，火花塞放电，活塞下行，可以判断是做功冲程，做功冲程中内能转化为机械能。热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功10次，飞轮转动20周。 图1 图2 3. 如图2所示是某种内燃机某一冲程的示意图，由图可知： （1）这种内燃机是______机； （2）它表示的是______冲程； （3）在这个冲程中______能转化为______能； （4）完成这一冲程，曲轴和飞轮转______转。 【答案】（1）柴油机；（2）压缩；（3）机械，内能；（4）半。 【解析】（1）由图可知，内燃机的顶端是喷油嘴，所以该内燃机是柴油机。 （2）图中的气门闭合、活塞上行，所以是压缩冲程； （3）压缩冲程活塞对缸内气体做功，是机械能转化为内能的冲程。 （4）曲轴转一圈可以完成2个冲程，故完成一个压缩冲程时曲轴转动半圈。 4. 如图甲是某汽油机的吸气冲程时的气门开闭情况和活塞的运动方向，仿照甲图在乙图中画出压缩冲程时的气门开闭和活塞和连杆的大致位置。 【答案】丙图。 【解析】在内燃机的压缩冲程中，两个气门都关闭，活塞向上运动，如图所示。 甲 乙 丙 5. 根据汽油机和柴油机的区别，下列说法错误的是（　　） A．汽油机气缸顶部有一个火花塞，柴油机气缸顶部是一个喷油嘴 B．汽油机吸入的是空气，柴油机吸入的是空气和柴油的混合物 C．做功冲程是内能转化为机械能 D．压缩冲程是机械能转化为内能 【答案】B。 【解析】A．汽油机汽缸顶部有一个火花塞，柴油机汽缸顶部是一个喷油嘴，故A正确，不符合题意； B．工作过程中，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入的是空气，故B错误，符合题意； C．做功冲程将内能转化为机械能，故C正确，不符合题意； D．压缩冲程将机械能转化为内能，故D正确，不符合题意。所以选B. 6. 国产油电混合动力汽车。 （1）汽油机是热机的一种，如图所示是四冲程汽油机工作状态示意图，此时它正处在 冲程。该冲程将内能转化为 能； （2）汽油机的飞轮转速为2400r/min，则在1s内，汽油机完成 个冲程，对外做功的次数是 次； （3）该汽车在高速公路上以108km/h的速度匀速行驶了1min，发动机的功率始终保持72kW不变，该过程中发动机做的功为 J，发动机牵引力的大小为 N。 【答案】 做功 机械 80 20 4.32×106 2400 【详解】（1）从图中可以看出，两气门关闭，火花塞点火和活塞向下移动的特点，可以判断这个冲程是做功冲程，将内能转化为了机械能。 （2）汽油机的飞轮的转速为2400r/min=40r/s 即飞轮在1内转40圈，由于飞轮转动两圈，完成一个工作循环，四个冲程，对外做功一次，所以1s内该汽油机完成80个冲程，对外做功20次。 （3）发动机所做的功W=Pt=72×103 W×60s=4.32×106J 汽车的速度v=108km/h=30m/s 根据P=W/t=Fs/t=Fv得，发动机牵引力的大小为 板 书 设 计 第2节 热机 一、热机 热机是把内能转化为机械能的机器。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. 工作过程：一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次. 3. 能量转化情况：压缩冲程，机械能转化为内能；做功冲程，内能转化为机械能。 三、柴油机 柴油机与汽油机的不同点： 1. 构造：汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴。 2. 点火方式：汽油机是点燃式点火，柴油机为压燃式点火。 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、轮船等。 课 堂 小 结 第2节 热机 项目 汽油机 柴油机 相同点 把内能转化为机械能；一个工作循环有四个冲程。 不 同 点 燃料 汽油 柴油 汽缸构造 汽缸顶部有一个火花塞 汽缸顶部有一个喷油嘴 吸气冲程 空气与汽油的混合物 空气 压缩冲程 在压缩冲程结束时，火花塞 产生电火花，是“点燃式” 在压缩冲程结束时，喷油嘴喷出雾状柴油并燃烧，是“压燃式” 特点与应用 轻巧、功率小、转速高， 适用于轿车和轻型车辆 笨重、功率大，经济性能好， 适用于载重汽车、轮船等 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 $$