第四节 热机 （表格式教学设计）物理新教材北师大版九年级全一册

第四节 热机（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第四节 热机 教学目标 物理观念 让学生了解热机的原理和构造。 掌握热机的工作过程和能量转换，了解汽油机和柴油机的主要区别。了解火箭的工作原理。 科学思维 通过观察、分析热机的工作过程，总结汽油机与柴油机的异同点，培养学生的观察能力和逻辑思维能力。 科学探究 通过探究等活动，掌握四冲程汽油机的构造和工作原理，让学生体验科学探究的过程，提高学生的实践能力和合作交流能力。 科学态度 与责任 通过学习热机的应用，感受到技术进步在社会发展中的重要作用。培养学生关注社会、关注生活的责任感。 教材分析 本节内容围绕热机的种类及其工作原理展开，属于能量转化与利用的典型实例，衔接了内能与机械能的核心概念，体现物理与科技、社会的联系。知识体系以热机为载体，涵盖汽油机、柴油机、喷气发动机和火箭的工作过程，突出能量转换路径：化学能→内能→机械能。重点在于四冲程汽油机的工作循环及能量转化，难点在于理解做功冲程与其他辅助冲程的协同机制，以及点燃式与压燃式的区别。教学应通过示意图和动态模型帮助学生构建工作过程的物理图景，采用对比法分析汽油机与柴油机的异同。学习活动可设计冲程排序、能量流向图绘制等任务，促进学生主动建构知识。目标定位为能描述常见热机的基本原理，理解飞轮惯性作用和多缸协作意义，达成对热机连续工作的认知进阶，发展工程思维与科学推理能力。 学情分析 学生此前已学习内能、能量转化等知识，具备一定能量认知基础。此阶段学生逻辑思维能力增强，渴望探索新知识，但对复杂热机原理理解可能存困难。教材重难点为热机工作原理及能量转化过程，尤其是内燃机四个冲程的特点及能量变化。要求学生能清晰区分不同热机，深入理解各冲程作用及能量转化，还要了解热机在生活中的应用，体会物理与生活的紧密联系。。 教学重点 热机的工作过程和能量转换。 教学难点 汽油机和柴油机的主要区别。 教学准备 铁架台、水、试管、橡皮塞、汽油机模型、柴油机模型等。 教学过程 导入新课 看一看 想一想 还记得图10.2-11 所示的实验吗？用酒精灯对装有水的密闭试管持续加热，随着温度的升高，水蒸气膨胀对外做功，最终将橡胶塞顶出管口。如图10.4-1所示，在塑料盒内喷入少量酒精，将盒盖密封，用压电点火器引燃盒内酒精与空气的混合物，盒盖被顶出。 这些看似简单的装置，都与热机类似。那么热机的基本工作原理是什么？它又有哪些种类呢？？ 本节课将学习有关的内容。 学习新课 一、热机的种类 1. 实验探究：利用内能可以做功 【做一做】在一个试管中装一些水，用橡胶塞塞紧；然后对试管加热使水沸腾，观察现象。分析实验中的能量是怎样转化的？ 观察到的现象有：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，气体膨胀对瓶塞做功，气体的内能转化为瓶塞的机械能. ③结论：利用内能可以做功。 2. 热机 （1）热机：各种利用内能做功的机械叫做热机. （2）工作原理：热机利用内能做功，将内能转化为机械能. （3）种类：蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等. （4）常见热机——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分类：汽油机和柴油机. 课堂练习一 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 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 【答案】D. 【解析】A．试管口出现的“白雾”是小液滴，即水蒸气遇冷液化而成的小液滴，故A错误； BC．水蒸气对外做功，内能转化为机械能，内能减小，温度降低，故BC错误； D．蒸汽机的工作原理，是把内能转化为机械能.试管内水蒸气的内能可以转化为塞子的机械能，与做功冲程相同，故该实验基本展示了蒸汽机的工作原理，故D正确。所以选D. 2. 人们制造了各种利用内能做功的机械统称________机，其中最早出现的是_____。 【答案】热，蒸汽机。 【详解】人们发现内能可以做功，并制造了各种利用内能做功的机械，统称热机，其中最早出现的是蒸汽机。 3．目前我国已将发动机研发列为国家重大科技专项。下列我国“陆、海、空、天”装备中动力机械不属于热机（利用内能做功的机械）的是（　　） A．共享电动汽车 B．052D型导弹驱逐舰燃气轮机 C．歼-20战机涡扇-15煤油发动机 D．长征五号火箭液氢液氧发动机 【答案】A 【详解】燃气轮机、煤油发动机和火箭液氢液氧发动机都是热机，工作时把内能转化成机械能，而电动汽车是把电能转化成机械能，不符合热机的特点，不属于热机。故选A。 学习新课 二、汽油机 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，叫做一个冲程。 （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 1.吸气冲程： 活塞：向下运动。 进气门：开。 排气门：关。 2.压缩冲程： 活塞：向上运动。 进气门：关。 排气门：关_。 机械能转化为内能。 3. 做功冲程： 活塞：向下运动。 进气门：关。 排气门：关。 内能转化为机械能 4.排气冲程： 活塞：向上运动。 进气门：关。 排气门：开。 （4）汽油机一个工作循环情况总结 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。 4.汽油机的应用 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。汽油机在汽车、飞机、快艇、赛车、小型农机、园林机械甚至航模等都大量采用。 课堂练习二 1. 汽油机完成一个工作循环，活塞经历四个冲程，分别为______、______、______、______，其中机械能转化为内能的是________冲程；一个工作循环中，曲轴旋转______圈，活塞往复运动______次，对外做功_____次，某单缸四冲程汽油机飞轮转速 1200r/min，则该汽油机每秒钟对外做功______次。 【答案】吸气冲程，压缩冲程，做功冲程，排气冲程，压缩，2，2，1，10。 【详解】汽油机的一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。其中，压缩冲程中机械能转化为内能。 在内燃机的一个工作循环中，完成4个冲程，曲轴旋转2周，活塞往复2次，对外做功1次。 某单缸四冲程汽油机飞轮转速1200r/min，即每秒钟转20圈，完成40个冲程，做功10次。 2．如图为四冲程汽油机未按工作循环排列的各冲程示意图，工作时，属于做功冲程的是（ ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．图中的排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，故A不符合题意； B．图中的气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，故B不符合题意； C．进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，故C不符合题意； D．图中的气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，故D符合题意。 故选D。 3．如图所示，在试管里盛适量的水，用带玻璃管的胶塞塞住试管口，加热试管使水沸腾，玻璃管口冒出的“白气”推动管口处的小叶轮转动。下列说法正确的是（　　） A．水在沸腾过程中，不断吸收热量，温度升高 B．实验过程中通过热传递使试管内水的内能增大 C．玻璃管口冒出的“白气”是水汽化形成的水蒸气 D．“白气”使小叶轮转动的过程相当于汽油机的压缩冲程 【答案】B 【详解】A．水在沸腾过程中，不断吸收热量，温度保持不变，故A错误； B．实验过程中加热试管使水沸腾，试管内的水吸收热量，这是通过热传递使试管内水的内能增大，故B正确； C．玻璃管口冒出的“白气”是水蒸气液化形成的小水珠，故C错误； D．“白气”使小叶轮转动的过程是内能转化为机械能，相当于汽油机的做功冲程，故D错误。 故选B。 4．某品牌汽车以72km/h的速度匀速行驶时，仪表盘显示发动机转速是1800r/min，若做功冲程每次做功6000J，则下列有关该汽车发动机的说法错误的是（　　） A．每秒完成60个冲程 B．每秒对外做功15次 C．发动机提供的牵引力为4500N D．发动机的输出功率是80kW 【答案】D 【详解】AB．发动机转速是1800r/min，则飞轮1s转动的圈数n= =30r/s 飞轮转动两圈对外做功一次，所以该发动机1s对外做功15次，每对外做功一次完成四个冲程，故1s完成的冲程个数为15×4=60 故A、B正确，不符合题意； C．汽车的速度v=72km/s=20m/s 1s汽车运动的路程s=vt=20m/s×1s=20m 做功冲程每次做功6000J，发动机1s对外做功15次，则发动机1s做功 W=6000J×15=9×104 J 由W=Fs可知，发动机提供的牵引力F= = =4500N 故C正确，不符合题意； D．发动机的输出功率P= =Fv=4500N×20m/s=9×104 W=90kW 故D错误，符合题意。 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 （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，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（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. 课堂练习三 1．下列关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是（　　） 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．汽油机与柴油机使用的燃料不同 D．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 【答案】A 【详解】A．柴油机汽缸顶部有个喷油嘴，汽油机汽缸顶部有个火花塞，故A错误，符合题意； B．柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，采用压燃式，故B正确，不符合题意； C．汽油机与柴油机使用的燃料不同，汽油机的燃料是汽油，柴油机的燃料是柴油，故C正确，不符合题意； D．柴油机和汽油机的工作过程分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程，故D正确，不符合题意。 故选A。 2. 内燃机，是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。让你描述你对内燃机的一些认识，你会怎样描述（　　） A．柴油机吸气冲程吸入的是柴油和空气的混合物 B．汽油机气缸顶部有喷油嘴 C．内燃机功率越大，效率越高 D．做功冲程中内能转化为机械能 【答案】D 【详解】A．柴油机在吸气冲程中，将空气吸入气缸，故A错误； B．汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，故B错误； C．功率是物体做功快慢的物理量，与热机效率是两个完全不同的概念，故C错误； D．内燃机的做功冲程中，将内能转化成了机械能，故D正确。 故选D。 3．如图所示，甲为四冲程柴油机吸气冲程的示意图，图中正确地画出了吸气冲程中活塞和曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况。图乙、丙、丁分别是小明同学自己画的压缩、做功、排气冲程，其中有误的是（　　） A．乙 B．丙 C．乙和丁 D．丁 【答案】D 【详解】A．由图知道，甲图中正确地画出了吸气冲程中曲轴的位置，即曲轴下端在右侧，此时活塞向下运动，故A不符合题意； B．乙图中，两个气门都关闭，根据曲轴的转动方向知道，此时活塞向上运动，符合压缩冲程的特点，故乙图正确，不符合题意； C．丙图中，两个气门都关闭，根据曲轴的转动方向可知，此时活塞向下运动，符合做功冲程的特点，故丙图正确，不符合题意； D．丁图中，进气门关闭，排气门打开，根据曲轴的转动方向可知，此时活塞向下运动，不符合排气冲程的特点，故丁图错误，符合题意。 故选D。 学习新课 四、火箭 1. 中国古代科技----火箭 我国古代最早的实用火箭大约出现在唐末宋初，由箭头、箭杆、箭羽和火药筒四部分组成，火药筒外壳用竹筒或硬纸筒制作，里面填充火药，简上端封闭、下端开口，筒侧小孔引出导火线。 2. 中国现代火箭 现代火箭使用的是喷气发动机，装置如图，输送装置按时按量地把燃料和氧化剂输送到燃烧室中，最初用电火花点燃，产生高温、高压气体。燃烧产生的气体以很大的速度从喷口喷出，对火箭产生强大的反冲推力，使火箭前进。 2016年11月3日，长征五号运载火箭首飞成功，标志着我国运载火箭实现升级换代，是我国由航天大国迈向航天强国的关键一步。 板 书 设 计 第四节 热机 1.热机种类 · 定义：将燃料内能转化为机械能的机器 · 主要类型： 蒸汽机、内燃机（汽油机/柴油机）、汽轮机、喷气发动机（空气喷气/火箭） 2.汽油机 · 构造：气缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞 · 工作循环： 吸气冲程（吸入混合气）压缩冲程（压缩混合气）做功冲程（火花塞点火）排气冲程（排出废气） 3.柴油机 · 特点：无火花塞，有喷油嘴 · 工作差异： 吸入纯空气、压缩后喷油自燃（压燃式） · 应用：重型机械、船舶等 火箭发动机 · 原理：燃料燃烧产生反冲推力 · 特点：自带氧化剂，可太空飞行 · 我国成就：长征系列运载火箭 课 堂 小 结 课 后 作 业 1.习题作业：完成课本P26页“自我检测”1--4小题； 教 学 反 思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $