人教版九年级全册第1节 热机教学设计

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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。