第十四章 內能的利用第1節熱機【教學目標】1、知識與技能了解四沖程內燃機的基本構造和工作原理。知道四沖程內燃機的工作過程和能量轉化情況。知道柴油機與汽油機在構造和工作過程中的異同點。了解內能的利用在人類發展史上的重要意義。2過程與方法通過演示實驗使學生了解可以利用內能來做功。利用動畫、圖片或模型講解四沖程內燃機的基本結構和工作過程。通過分析汽油機和柴油機的構造及工作過程的異同，學習分析和比較的研究方法。3情感態度與價值觀通過演示實驗養成學生觀察和分析問題的能力。通過閱讀“科學世界” ，了解現代汽車的一些常識，擴展學生的知識面，養成學生的環保意識。了解這些內燃機在生產和生活中的應用，提高學生將科學技術應用于日常生活和社會的意識。【教學重點】熱機的工作原理和汽油機的工作過程【教學難點】汽油機和柴油機的異同點和能量轉化【教學準備】教師準備：PPT課件、flash動畫（汽油機和柴油機工作過程）、試管、水、橡皮塞、酒精燈、鐵架臺、火柴、四沖程汽油機模型（J2255型）和柴油機模型等。學生每組準備：四沖程汽油機模型（J2255型）、四沖程柴油機模型【教學過程】教 學 過 程教學內容教 師 活 動學生活動一、創設情境，激趣導入【創設情境】。師：我們知道蒸汽機是由瓦特來發明的，那么大家想不想了解蒸汽機的發明過程呢？生：想。師：好，那么讓我們班的“瓦特”來告訴你吧。現在有請我們班的小演員為我們表演“科學家瓦特的故事”。傾聽講述。聽講，愉快地進入新課學習。二、探究過程：（一）熱機1、熱機的原理2、熱機種類及發展史3、內燃機【演示實驗】如圖：在試管內裝少許水，用一層紅色塑料薄膜裹著棉花塞在試管中上部，利用點燃的酒精燈對封閉試管中的水加熱一段時間，當水沸騰時，水蒸汽會慢慢推動塞子向試管口運動，讓學生觀察現象。（提示：為節約時間，可用熱水或提前加熱；試管口對著空處，塞子不要塞得太緊，以防危險。）出示問題讓學生思考：（1）看到什么現象？（2）棉花塞被頂向管口，推動塞子的能量來自哪里？ （3）水蒸氣具有的內能從何得到？ 總結：在這個實驗中，酒精燃燒的化學能水和水蒸氣的內能塞子的機械能，這個實驗雖然簡單，我們也可以從中發現，利用內能可以做功，人們由此發明了利用內能做功的機械熱機。（設計意圖：通過圖片的展示，簡單的小實驗，引發學生的思考，調動學習的興趣，活躍課堂氣氛。體現從生活走向物理。）【列舉實例】熱機的發明和廣泛使用，使人類邁入了工業化社會，熱機的種類很多，它們都是把內能轉化為機械能的，有蒸汽機、內燃機、汽輪機、噴氣發動機等，你知道哪些地方用到了熱機嗎?鼓勵學生大膽回答，并出示圖片，簡單介紹熱機發展過程。蒸汽機 噴氣發動機汽輪機（設計意圖：講述熱機的發展歷程，了解這些內燃機在生產和生活中的應用，提高學生將科學技術應用于日常生活和社會的意識。）【過渡問題】在上面的演示實驗中用酒精燈給試管中的水加熱，由于燃料在試管外燃燒，熱量損失較大，內能的利用率較低。為獲得更大的動力，怎么辦？哪種熱機能夠做到？【認識內燃機】什么是內燃機？內燃機分為幾類？總結并展示汽油機、柴油機圖片。汽油機 柴油機仔細觀察現象。結合看到的現象討論交流，回答問題：塞子慢慢向試管口運動。水蒸氣的內能轉化為塞子的機械能。酒精燃燒的化學能轉化為水蒸汽的內能。理解熱機的原理：內能轉化為機械能。結合生活經驗回答：飛機、火箭、汽車、摩托車、拖拉機等。傾聽老師的講述，了解熱機的分類和熱機的發展過程。思考討論：將燃料在封閉的環境下燃燒，利用內燃機可以獲得更大的動力。回答：燃料直接在發動機汽缸內燃燒產生動力的熱機叫內燃機。內燃機按照所需燃料的不同分為汽油機和柴油機兩類。（二）汽油機1、汽油機構造2、汽油機工作原理【過渡】內燃機是現代社會中最常見的一種熱機，目前人們生活中重要的交通工具汽車，其動力機械多數就是汽油機，我們重點學習汽油機的工作原理。【認識構造】展示汽油機模型，指導學生認識構造，并簡要介紹其作用。【演示沖程】轉動汽油機的手柄，讓學生觀察活塞在汽缸內的運動情況，向學生介紹沖程：活塞在汽缸內往復運動時，從汽缸一端運動到另一端的過程叫做一個沖程。【自學工作原理】要使汽油機連續工作，活塞必須能在汽缸內往復運動，提問：1、四沖程汽油機的一個工作循環包括哪四個沖程?2、這幾個沖程的工作過程是怎樣的？有沒有能量的轉化？吸氣沖程 壓縮沖程做功沖程 排氣沖程讓學生自學教材，利用汽油機模型進行操作，再結合汽油機工作的flash動畫，仔細觀察四個沖程的工作過程，并完成下表（答案見附件1）沖程名稱進氣門開閉情況排氣門開閉情況活塞運動方向沖程的作用能量的轉化吸氣沖程壓縮沖程做功沖程排氣沖程巡視學生自學情況，提示注意觀察的問題。【歸納總結】學生展示自己的表格完成情況，教師引導學生進行評價、補充。適時點撥：可根據汽油機活塞運動方向和進氣門、排氣門的開閉情況來判斷汽油機的四個沖程。【反饋練習】提出以下問題，讓學生結合汽油機的工作過程回答： 在四個沖程中，哪些沖程發生了能量轉化？如何轉化的？ 哪個沖程使汽車獲得動力？其它幾個沖程中活塞的運動是靠什么來完成的？四個沖程順序能否顛倒？哪個沖程排出了汽車的廢氣？一個工作循環有 個沖程，曲軸（或飛輪）轉 圈，活塞往復 次，做 次功。師生交流矯正，加深對汽油機工作原理的理解。 強調：一個工作循環，“四沖二轉一做功”（設計意圖：運用模型演示和學生模型操作，讓學生自主學習，主動得出結論，調動了學生學習的積極性，既有利于學生對知識的理解，又培養了學生觀察和分析問題的能力。）【典例精煉】四沖程汽油機進排氣門都關閉、活塞向下運動的是_____沖程，若其轉速為1800r/min，每秒鐘經過 個沖程, 做功___次。組內同學互指幫助，認識各個組成部分。觀察活塞的運動情況，理解沖程的概念。閱讀課本，操作汽油機模型，仔細觀察氣門的開閉情況和活塞、曲軸的工作情況，自主學習汽油機的工作過程，完成表格。小組代表積極發言，其余同學糾正、補充別的同學的答案，最后較完整的描述出汽油機的四沖程工作過程，并知道能量的轉化情況。組內討論交流，回答：壓縮沖程是把內能轉化為機械能；做功沖程是把機械能轉化為內能。做功沖程使汽車獲得動力，其他沖程靠飛輪的慣性完成，順序不能顛倒。排氣沖程排出了汽車的廢氣。四個沖程，轉2周，往復2次，對外做功1次。結合所學知識討論回答：做功沖程；60個沖程；做功15次。（三）柴油機1、柴油機構造2、柴油機工作原理3、內燃機的應用【過渡】柴油機也是內燃機，那么，它又是怎么工作的呢？【認識構造】把汽油機模型和柴油機模型的構造進行對比，你有什么發現？【工作原理】讓學生閱讀課本，動手操作柴油機模型，接著播放柴油機工作過程的flash動畫，讓學生仔細觀察后思考下列問題：（1）你能描述柴油機的工作過程嗎？先讓學生描述，再引導學生糾正補充。（2）柴油機和汽油機除了在構造上的區別外，還有什么異同？請完成下表（答案見附件2）：汽油機柴油機構造不同點吸氣沖程壓縮沖程點火方式效率應用相同點【提出問題】提出以下問題讓學生思考：(1)從柴油機的工作過程，你能說出柴油機的功率為什么更大嗎？(2)汽油機輕巧但效率較低，柴油機笨重但效率較高，各有優點，它們在生活中各應用在哪些地方？（設計意圖：利用實物演示與動畫模擬，對比汽油機學習柴油機，增加知識的趣味性，加深對知識的理解記憶，有效地解決了重點。）仔細對比后回答：汽油機汽缸頂部有火花塞，而柴油機汽缸頂部有噴油嘴。仔細閱讀課本，動手操作柴油機模型，認真觀看動畫。組內討論，根據汽油機的工作過程描述柴油機的工作過程。思考，組內交流比較兩者的不同之處，然后代表展示，其余同學進一步完善，得出異同之處，完成表格。回憶柴油機的工作過程，回答：由于柴油機對空氣的壓縮程度比汽油更高，因此在做功沖程中氣體的壓強也大于汽油機，因而可以輸出更大的功率。汽油機主要應用在汽車、飛機、摩托車等；柴油機主要應用在載重汽車、拖拉機、坦克、火車、輪船、重型機械等。三、盤點收獲引導學生總結收獲：1、熱機的原理是什么？2、四沖程汽油機的工作過程是怎樣的？3、柴油機和汽油機有何異同點？師生共同解決存在的問題。學生討論發言，梳理本節知識要點。四、課堂檢測老師巡視、講評反饋完成檢測題。見附件3五、布置作業出示作業題課下完成。見附件4【板書設計】14.1熱機一熱機1定義：利用內能做功的機械2熱機的工作原理:把內能轉化為機械能二汽油機1構造：2工作原理：吸氣沖程:壓縮沖程: 機械能內能 做功沖程: 內能機械能 排氣沖程:三柴油機柴油機與汽油機的異同點【教學反思】一、案例的“亮點”1、對課本中的“用酒精燈給密閉在試管中的水加熱”的實驗進行了改進，利用紅色薄塑料紙裹著棉花的塞子代替膠塞，將塞子飛出的現象改為棉花塞子在試管中慢慢向管口移動的現象，并通過引導學生對這個實驗的分析，讓學生深刻地理解了熱機的原理，體現從生活走向物理的理念。2、主要采用學生自主探究的方法，運用實驗、實物模型展示、多媒體視頻和flash動畫等現代化教學手段，較形象演示四沖程內燃機的工作過程，增加感性認識，幫助學生理解知識，再配合一定數量的針對性練習，能讓絕大多數學生對所學內容當堂消化和吸收。二、教學中易出現的問題1、汽油機和柴油機模型的操作和多媒體的使用，雖較形象地演示了活塞的運動情況和進、排氣門的開閉情況，但如火花塞產生電火花、噴油嘴噴油、能量的轉化等內容還不能很形象地演示，致使學生理解不透徹。2在觀看現象時有部分同學抓不住要點的問題，有極少數學生對汽油機和柴油機的工作過程及曲軸旋轉的圈數存在疑惑，應在以后的教學中注重培養這方面的能力。附件1:汽油機的工作過程沖程名稱進氣門開閉情況排氣門開閉情況活塞運動方向沖程的作用能量的轉化吸氣沖程打開關閉向下空氣和汽油的混合物被吸入汽缸。無能量轉化壓縮沖程關閉關閉向上燃料混合物被壓縮，使其溫度升高。在壓縮沖程末，火花塞產生電火花。機械能轉化為內能做功沖程關閉關閉向下燃料猛烈燃燒，產生高溫高壓氣體，高溫高壓燃氣推動活塞由上向下運動，通過連桿帶動曲軸轉動，對外做功。內能轉化為機械能排氣沖程關閉打開向上排出廢氣無能量轉化附件2：比較汽油機和柴油機的異同：汽油機柴油機不同點構造汽缸頂部是火花塞汽缸頂部是噴油嘴吸氣沖程吸入汽油和空氣的混合氣體，只吸入空氣。壓縮沖程壓縮程度較小壓縮程度較大點火方式點燃式（火花塞點火）壓燃式（柴油遇到熱空氣而燃燒）效率較低較高應用機體較輕，主要用于汽車、飛機、摩托車等。機體較重，主要用于載重汽車、火車、輪船等。相同點汽油機的火花塞和柴油機的噴油嘴的工作時刻都是在壓縮沖程末。都是由吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程構成一個工作循環，曲軸和飛輪轉兩周，對外做功一次。排氣沖程排出廢氣的過程相同。附件3：課堂檢測1單缸四沖程內燃機的四個沖程的示意圖如圖所示，下列關于這種內燃機一個工作循環的四個沖程的順序排列正確的是（ ）甲 乙 丙 丁A丙、丁、乙、甲 B. 丁、甲、丙、乙C. 乙、甲、丁、丙 D. 甲、乙、丙、丁2下列流程如圖是用來說明單缸四沖程汽油機的一個工作循環及涉及到的主要能量轉化情況關于對圖中的補充正確的是（）A做功沖程，內能轉化為機械能，壓縮沖程，機械能轉化為內能B壓縮沖程，內能轉化為機械能，做功沖程，機械能轉化為內能C做功沖程，機械能轉化為內能，壓縮沖程，內能轉化為機械能D壓縮沖程，機械能轉化為內能，做功沖程，內能轉化為機械能3汽油機和柴油機相比較，下列敘述中正確的是（ ）A柴油機吸入汽缸的是柴油和空氣的混合物，汽油機吸入的是空氣B在壓縮沖程中它們的壓縮程度是一樣的C柴油機里推動活塞做功的燃氣的壓強比汽油機里的高D在壓縮沖程末，汽油機汽缸內的溫度比柴油機的高4熱機是把_______能轉化為_______能的機器，四沖程汽油機的一個工作循環是由 、 、 、 組成的，其中只有 是燃氣對活塞做功，其它三個要靠 來完成。 5如圖所示，試管內水蒸氣將塞子推出的過程，水蒸氣的______能轉化為塞子的________能。四沖程汽油機工作過程中的 沖程與上述能量轉化過程相同。6如圖所示，是某種內燃機某一沖程的示意圖，由圖可知：（1）這種內燃機是 （選填“汽油機”或“柴油機”）；（2）它在吸氣沖程吸入的物質是 （選填“空氣”或“汽油”或“柴油”或“空氣和汽油的混合物”）（3）圖中內燃機處在 沖程；該沖程中其能量轉化是把 能轉化為 能（4）若此內燃機飛輪速度為3000r/min，則每秒鐘內燃氣推動活塞做功______ 次，有 個沖程。第5題圖 第6題圖參考答案：1B 2D 3C 4內能 機械能 吸氣沖程 壓縮沖程做功沖程 排氣沖程 做功沖程 飛輪的慣性 5內能 機械能 做功沖程 6（1）柴油機；（2）空氣（3）壓縮 內能 機械能（4）25 100附件4：作業題查閱資料，了解二沖程發動機和六沖程發動機的特點及原理。參考答案：略