2025年初中九年級上冊【物理(人教版)】熱機-教學設計

教學設計

課程基本信息課例編號學科物理年級9年級學期第1學期課題熱機教科書書名：物理九年級出版社：人教版出版日期：教學目標教學目標：知識目標：1.了解人類“利用內能做功”的歷史發(fā)展進程，了解四沖程內燃機的基本工作原理和工作過程。2．通過觀察汽油機工作過程的動畫，知道壓縮沖程和做功沖程中的能量轉化。3．通過觀察、對比汽油機和柴油機的模型和工作過程，了解二者的異同。能力目標：1．通過觀察演示實驗、動畫等活動側重培養(yǎng)學生的觀察能力和表述能力。2．通過查閱資料，培養(yǎng)學生獲取信息的能力。情感目標：通過對熱機發(fā)展簡史、汽油機的結構以及工作過程的學習，感受到人類對美好事物孜孜不倦的追求，逐步培養(yǎng)學生崇尚科學、愛科學、學科學的興趣。教學重點：1．熱機的工作原理。2．四沖程汽油機的工作過程。教學難點：熱機工作過程中，能量的轉化。教學過程時間教學環(huán)節(jié)主要師生活動約6分鐘約12分鐘約2分鐘約1分鐘約2分鐘引入、蒸汽機原理及特點的學習內燃機的原理、分類以及汽油機的四個沖程柴油機的工作過程以及與汽油機的主要區(qū)別熱機概念及分類小結及作業(yè)●我們先來看一個實驗——【PPT視頻】在試管中，裝入一些水，將試管中的水加熱至沸騰，然后用橡膠塞塞緊管口，繼續(xù)加熱。請同學們注意觀察橡膠塞?！締枴磕憧吹搅耸裁船F(xiàn)象？【答】說得很好！橡膠塞被推出去了！【問】是誰把橡膠塞推出去的呢？【答】沒錯！是水蒸氣！【問】在這個過程中發(fā)生了怎樣的能量轉化呢？【答】是的，在這個過程中，水蒸氣推動橡膠塞做了功，水蒸氣的內能轉化為了橡膠塞的機械能?！襁@個實驗雖然簡單，但卻向我們展示了蒸汽機的工作原理。提到蒸汽機，你的腦海中是不是浮現(xiàn)出了“瓦特”“第一次工業(yè)革命”這樣的字眼呢？還是先讓我們來重溫一下那個流傳至今的經(jīng)典故事吧！——【PPT視頻】●怎么樣？是不是勾起了大家一些童年的回憶呢？其實蒸汽機并不是瓦特發(fā)明的，這只是后人一個善意的杜撰而已。●”蒸汽機”的雛形，是在公元1世紀，由古希臘數(shù)學家希羅發(fā)明的“汽轉球”，但它在當時只不過是一種玩具，并沒有什么實用價值?！竦谝慌_實用型蒸汽機，是在1712年，由英國人紐可門發(fā)明的。但紐可門蒸汽機的效率很低，對燃料的消耗量很大，因此僅僅適用于煤礦等燃料充足的地方?！裢咛貜?765年開始，在前人的基礎上，對蒸汽機進行了一系列重大改進，使其在工業(yè)上得到了廣泛應用?！裾羝麢C在之后的一百多年里，對工業(yè)的發(fā)展起著至關重要的作用。瓦特開辟了人類利用能源的新時代，標志著第一次工業(yè)革命的開始。圖中展示的是利用蒸汽機制造的蒸汽機車這是蒸汽火車●那么蒸汽機是如何工作的呢？下面我們就來了解一下——這是一個蒸汽機的模型。點燃燃料，將鍋爐內的水加熱至沸騰，沸騰的水產(chǎn)生大量熱蒸汽，熱蒸汽通過管道被輸送到汽缸中，推動活塞運動，通過連桿曲柄機構帶動飛輪轉動。在這個過程中，利用高溫水蒸氣的內能對活塞做功，使機械獲得了機械能?！竦拇_，熱蒸氣可以為我們提供強大的推力，把人們從繁重的體力勞動中解放出來?！竦瑫r我們也可以看到，蒸汽機車的鍋爐和汽缸是分離的，這就造成了蒸汽機車的體積太過龐大，車身太過笨重。而且它的熱量損失大，效率很低?！耠S著人類文明的進步以及礦產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，蒸汽機逐漸不能滿足人們的生產(chǎn)生活需要了。交通運輸?shù)陌l(fā)展迫切需要比較輕便的發(fā)動機，于是內燃機應運而生了?！袷裁词莾热紮C呢？簡單說，內燃機沒有外在的鍋爐，而是燃料直接在汽缸內燃燒產(chǎn)生動力?！裣旅婢妥屛覀兺ㄟ^一段視頻來了解一下內燃機的工作原理?！綪PT視頻】在注射器針管內滴入少許酒精，裝好活塞，靜置片刻。按下電子打火器開關，注意觀察出現(xiàn)的現(xiàn)象。【問】砰！發(fā)生了什么？【答】噢，活塞被崩出去了！【問】大家注意到針筒內的變化了嗎？●我們再看一遍，這次請同學們注意觀察針筒部位?！翊蠹铱辞宄藛?？對，你們看到的火光就是酒精在針筒內燃燒產(chǎn)生的！這就是一臺小小的“內燃機”。●其中針筒是它的汽缸，酒精是它的燃料。●酒精在汽缸內燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃氣，推動活塞做功，將燃氣的內能轉化為活塞的機械能?！裎覀儊砜偨Y一下：內燃機指的就是燃料直接在發(fā)動機汽缸內燃燒產(chǎn)生動力的機械?！裼捎谒辉傩枰庵玫腻仩t，因此具有體積小、重量輕、啟動快、效率高等優(yōu)點?！駜热紮C的發(fā)明，解決了交通工具的發(fā)動機問題，引起了這一領域的革命性變革。許多國家開始建立起汽車工業(yè)，并牽動了遠洋輪船、飛機等的制造和使用，也促使石油開采與煉制業(yè)迅速發(fā)展起來。●右圖展示的就是1886年所制造的最早的內燃機汽車?！駜热紮C按照燃料的不同又可以分為汽油機和柴油機。以汽油作為燃料的叫汽油機，多用于汽車、賽車、小型農(nóng)機等；●以柴油作為燃料的叫柴油機。多用于載重汽車、拖拉機、坦克、火車、輪船上。●汽油機的主要結構有哪些，它又是如何工作的呢？●這是汽油機的剖面圖汽油機的主要結構有：汽缸，氣缸上部有進氣門、排氣門，頂部有火花塞，下部有活塞，這是曲軸，曲軸與活塞通過連桿相連。●下面我們通過一段動畫來初步了解一下汽油機的工作過程?！裎覀兛梢钥吹剑钊谄變韧鶑瓦\動。我們把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一個沖程。多數(shù)汽油機是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程的不斷循環(huán)來保證連續(xù)工作的?！裎覀兿葋矸治鑫鼩鉀_程——進氣門打開，排氣門關閉，活塞向下運動。【問】汽缸內的氣體體積是增大還是減小呢？【答】對！氣缸內氣體的體積增大了。【問】那汽缸內氣壓如何變化呢?！敬稹繘]錯！汽缸內氣壓變小?！締枴科變鹊臍鈮汉屯饨绱髿鈮合啾?，誰更大呢？【答】外界大氣壓大于汽缸內的氣壓，于是大氣壓就把汽油和空氣的混合物壓入汽缸中。●我們通過動畫，來展示一下完整的吸氣沖程進氣門打開，排氣門關閉，活塞向下運動，汽油和空氣的混合物進入汽缸。【問】吸氣沖程結束時，活塞在氣缸最底端，接下來活塞會向哪兒運動？【答】沒錯！活塞會向上運動。汽油機的第二個沖程，即壓縮沖程開始?！襁M氣門和排氣門都關閉，此時汽缸內形成一個密閉空間。隨著活塞向上運動，燃料混合物會被壓縮，【問】在這個過程中是否伴隨著能量的轉化呢？【答】同學們說得很好！在這個過程中，活塞的機械能轉化為燃料混合物的內能。燃料混合物的內能增加，溫度會升高。●我們來回顧壓縮沖程的全過程，進氣門和排氣門都關閉，活塞向上運動，燃料混合物被壓縮，活塞的機械能轉化為燃料混合物的內能，燃料混合物溫度升高。在壓縮沖程結束時，火花塞產(chǎn)生電火花，使燃料燃燒。汽油機進入第三個沖程——做功沖程?！褡龉_程，進氣門排氣門依然關閉，●火花塞產(chǎn)生電火花，燃料猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃氣?！締枴扛邷馗邏旱娜細?，會對活塞有什么作用呢？【答】沒錯！高溫高壓的燃氣會推動活塞向下運動，進而帶動曲軸轉動，對外做功，【問】做功沖程中是否發(fā)生了能量轉化呢？【答】是的，燃氣的內能會轉化為活塞的機械能。這個沖程正是使內燃機獲得動力的沖程。●我們來重溫一下做功沖程：在壓縮沖程結束時，火花塞產(chǎn)生電火花，使燃料猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃氣。高溫高壓的燃氣推動活塞向下運動，對外做功?！締枴孔龉_程結束后，燃燒產(chǎn)生的廢氣如何排出呢？汽油機進入排氣沖程——●排氣沖程：進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，就像推動注射器一樣，將廢氣排出汽缸?！裎覀儊砜匆豢磁艢鉀_程的全過程進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，把廢氣排出汽缸。【問】汽油機完成一個工作循環(huán)后，活塞會不會立刻就靜止不動了呢？【答】不會的！活塞會在飛輪慣性的帶動下繼續(xù)往復運動。這樣汽油機就可以連續(xù)工作了?！裣嘈磐瑢W們已經(jīng)對汽油機的四沖程有了一定的了解。老師在整理四沖程圖片的時候，忘記粘貼它們的名稱了。同學們能否幫助老師，在圖片中寫出對名的沖程名稱呢？●先來看圖1：兩氣門都關閉，活塞向下運動，這是做功沖程，內能轉化為機械能，做功沖程是使內燃機獲得動力的沖程。圖2：進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，這是排氣沖程。圖3：進氣門打開。排氣門關閉，活塞向下運動，這是吸氣沖程。圖4：進氣門、排氣門都關閉，活塞向上運動，這是壓縮沖程，此沖程中，機械能轉化為內能?！裢瑢W們，你都判斷對了嗎？你能進一步按照正確的順序給它們編上序號嗎？相信這也一定難不倒你！正確的順序就是3、4、1、2以上我們學習的就是汽油機的工作過程。●汽油機多用于汽車，特別是小型汽車上。而現(xiàn)代汽車多采用四缸或六缸發(fā)動機，每個汽缸都進行吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程的循環(huán)。由于各個汽缸交替做功，所以發(fā)動機轉動比較平穩(wěn)?！窳私饬似蜋C，我們再來看看柴油機——【PPT視頻】●柴油機的結構和汽油機相似；它的工作過程也分為吸氣、壓縮、做功和排氣四個沖程?！裣旅嫖覀儊砜匆幌虏裼蜋C和汽油機的主要區(qū)別：首先：柴油機的汽缸頂部沒有火花塞，而有一個噴油嘴，其次：柴油機在吸氣沖程里吸進汽缸的只有空氣（汽油機吸入的是汽油和空氣的混合物）；第三：在壓縮沖程中，柴油機把氣體體積壓縮得更小，汽缸內空氣的溫度更高。壓縮沖程結束時，汽缸內空氣的溫度已經(jīng)超過柴油的燃點，此時從噴油嘴噴出的霧狀柴油遇到熱空氣就立刻燃燒起來。相對于汽油機的火花塞點燃式，這種方式稱為壓燃式。也正是由于柴油機對空氣的壓縮程度比汽油機更高，因此在做功沖程中氣體的壓強也大于汽油機，因而輸出的功率也更大。柴油機主要用于所需功率較大的載重汽車、坦克、火車、輪船上?！裢瑢W們，學習到這里，相信大家對蒸汽機和內燃機都有了一定的了解?！締枴克鼈冊谕庥^和結構上都有很大差別，但它們也有一個共同的特點，你發(fā)現(xiàn)了嗎？【答】說得非常好！它們的工作原理是相似的，也就是它們都是利用內能做功的機械——蒸汽機利用的是熱蒸汽的內能，而內燃機利用的是汽油和柴油燃燒后產(chǎn)生的高溫燃氣的內能，我們把這種利用內能做功的機械，統(tǒng)稱為熱機?！駸釞C的種類很多，除了蒸汽機、內燃機，還有火電站的汽輪機、飛機火箭的噴氣發(fā)動機等。熱機在人類社會發(fā)展過程中起著巨大的推動作用。好了，同學們，今天的內容我們就已經(jīng)全部學完了。下面我們來簡單梳理一下：●通過今天的學習，我們知道了熱機就是利用內能做功的機械。熱機種類很多，包括