沪粤版九年级物理上册教案第十二章第四节热机与社会发展（表格式）

第十二章 内能与热机
第四节 热机与社会发展
设计说明 本节主要内容有：热机的共同特点，汽油机的构造和工作原理，热机效率，热机与环境，热机发展简介。在人类工业化发展的进程中，热机曾经起过而且还在起着非常重要的作用。让学生了解热机的工作原理和作用，树立效率和环保意识，对于提高学生的科学素养，进行STS教育，是非常有必要的。 本节教学时首先介绍热机的共同特点，即热机工作过程中的能量转化情况，这是后面分析汽油机工作过程的理论依据。然后通过一个学生活动介绍汽油机的构造、工作原理、工作过程，再简单比较柴油机与汽油机的不同。在前面了解热机原理和工作过程的基础上，提出热机效率和环境保护，利用STS栏目介绍热机发展简史，向学生渗透效率意识和环保意识，领悟科学技术对社会发展产生的重要作用，激发学生的爱国主义情感。 教学目标 【知识与技能】 1.知道热机工作过程中的能量转化过程。 2.了解汽油机的工作原理和工作过程，提高读图视图能力。 【过程与方法】 利用模型或挂图，研究并认识汽油机的结构、工作原理和工作过程。 【情感态度和价值观】 1.通过对热机效率和热机与环境等问题的分析和讨论，树立效率意识和环保意识，培养学生通过交流讨论来学习的习惯。 2.通过介绍热机的发明和发展，树立科学技术是第一生产力的观点。通过介绍我国长征系列火箭的伟大成就，激发学生的爱国主义情感，树立为祖国强盛做出自己贡献的信心。 重点难点 教学重点 热机的共同特点，汽油机的构造、工作原理和过程，热机效率，热机与环境保护等。 教学难点 热机工作过程的能量转化，汽油机与柴油机的区别和联系。 教学方法 学生自主学习和教师讲解相结合的教学方法 教具、学具 多媒体课件、汽油机和柴油机的挂图和模型。 授课时数 1课时 教学过程 导入新课 汽车奔驰，列车飞驶，舰船劈波斩浪，飞机凌空穿云，火箭直冲太空……，人们日行千里遨游太空的愿望已成现实。它们之所以能大展神威，是因为有了发动机。那么这些发动机是怎样来工作的呢？下面让我们一块去探索其中的奥秘吧！ 讲授新课 一、热机 【观察】如图所示的装置中，当点燃酒精灯后一段时间，你观察到了什么现象？在该现象中发生的能量转化是什么？ 让学生观察后回答看到的现象：瓶子中冒出的水蒸气推动着叶轮转动。在此过程中发生的能量转化是：酒精燃烧时，化学能转化为内能；内能传递给瓶子里的水，水沸腾后，高温的水蒸气从瓶中冲出，推动叶轮转动，此时，内能转化为机械能。 【教师点拨】从上述现象可以看出能量转化的过程： 这就是热机的工作特点，它是人类历史上最伟大的发明之一。 【归纳总结】 1.热机：把燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的装置。 2.分类：热机的种类很多，例如：蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机等，尽管它们的构造不同，但它们有一个共同的特点就是把内能转化为机械能。 二、汽油机 用多媒体展示汽油机的结构图片让学生观察后，回答汽油机的主要构造及各部件的作用。 学生回答后，师生共同小结。 1．汽油机构造和作用 (1)气缸：汽油在气缸的顶部燃烧从而产生高温、高压燃气。 (2)活塞：在气缸内，高温、高压燃气推动活塞做功，将燃气的内能转化为机械能。 (3)连杆和曲轴：连杆跟活塞相连，曲轴通过传动装置跟工作机相连，将活塞的动力传给工作机。 (4)进气门：汽油和空气形成的燃料混合气的进口。 (5)排气门：燃料燃烧后废气的出口。 (6)火花塞：点火装置，能产生电火花使燃料混合物猛烈燃烧。 2.结合汽油机的挂图和模型，讲解汽油机的工作过程。 【教师讲解】汽油机工作时，活塞在气缸里做往复运动，活塞从气缸的一端运动到另一端叫做一个冲程(也叫做“行程”)。常见的汽油机要能正常工作，必须连续完成吸气、压缩、做功、排气四个冲程，且不断循环往复进行下去。 (1)吸气冲程：旋转的飞轮通过曲轴连杆带动活塞，使活塞向下运动，进气门打开，排气门关闭，空气和汽油的混合气体通过进气门进入气缸。 (2)压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞在飞轮带动下，由下向上运动。缸内混合气体被压缩，内能增加，温度升高。 (3)做功冲程：压缩冲程结束时，气缸顶部的火花塞产生电火花，缸内气体猛烈燃烧，燃烧产生的高温、高压气体迅速膨胀向下推动活塞。向下运动的活塞利用曲轴连杆推动飞轮旋转做功。 (4)排气冲程：飞轮因惯性继续转动使活塞上升，进气门关闭，排气门打开，将燃烧后的废气排出。 【归纳总结】 吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程示意图进气门开闭闭闭排气门闭闭闭开活塞运动方向向下向上向下向上能量转化机械能转化为内能内能转化为机械能
【教师点拨】 (1)四冲程内燃机在一个工作循环中，活塞往复运动2次，曲轴转动2周，气缸内的燃料燃烧爆发1次，对外做功1次；在不做功的冲程，活塞靠飞轮的惯性来运动。 (2)一个工作循环中有2次内能与机械能的转化过程：压缩冲程中机械能转化为内能；做功冲程中内能转化为机械能。 三、柴油机 用多媒体展示汽油机、柴油机的模型图片让学生观察后，结合柴油机的模型，与汽油机对比简单讲解柴油机的工作过程。 【教师点拨】 1.汽油机与柴油机的相同点 （1）都是燃料在气缸中燃烧。 （2）都是将内能转化为机械能的装置。 （3）汽油机的火花塞与柴油机的喷油嘴的工作时刻都是在压缩冲程末。 （4）都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，曲轴和飞轮转2周，对外做功1次。 （5）排气冲程均排出废气。 （6）启动时，都是靠外力先使飞轮和曲轴转动起来。 2.汽油机与柴油机的不同点 （1）构造不同：汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴。 （2）吸气冲程不同：汽油机吸入气缸的是空气和汽油的混合气，柴油机吸入的是空气。 （3）点火方式不同：汽油机是点燃式，柴油机是压燃式。 （4）应用不同：汽油机轻便，应用在汽车、飞机、摩托车上等；柴油机笨重，应用在载重汽车、火车、轮船上。 （5）效率不同：汽油机的效率较低，柴油机的效率较高。 教师提问：在不做功的冲程，活塞为什么还会运动呢？ 【归纳总结】 1.启动内燃机，要靠外力(人力或电动机的驱动力)先使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，消耗机械能来帮助内燃机完成吸气、压缩两个冲程。 2.在做功冲程，燃气对活塞做功，内能转化为活塞的机械能，并有一部分机械能通过飞轮储存起来，然后依靠飞轮的惯性带动活塞，完成排气冲程及下一循环的吸气和压缩冲程。 四、热机效率 教师导入：同学们知道使用任何机械都存在效率问题，那么热机的效率是怎样的呢？ 【教师点拨】 1.在内燃机中，由于燃料不完全燃烧，损失一小部分能量；排出废气温度较高，损失一大部分能量，还有一部分能量损失在机件向外散热及克服摩擦做功上，真正向外输出的有用机械能并不多，只占燃料所含化学能的一小部分。 内燃机中能量损失图解： 2.用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。 3.公式： 4.热机的效率是衡量热机性能好坏的一个重要参数，两辆同样的汽车以相同的速度行驶相同的路程，即做同样多的有用功，效率高的耗油量小。 5.由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1，汽油机的效率为20%～30%，柴油机的效率可达45%。柴油机的效率比汽油机的效率高，这主要是因为柴油机的构造和工作过程与汽油机有所不同，因为柴油机在压缩冲程中的压缩比比汽油机更大。 6.提高热机效率的主要途径 (1)使燃料充分燃烧； (2)尽量减少各种热损失； (3)在热机的设计和制造上，采用先进的技术； (4)使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整运动零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的功。 五、热机与环境 指导学生阅读教材第39页内容，并回答下列问题。 1.热机的使用给人类带来了什么？ 2.为什么燃料燃烧会造成环境污染？ 3.环境污染有何危害？ 4.热机排出的废气含有哪些有害物质？ 5.热机造成的环境污染有哪些？ 6.如何正确地处理热机的利用与环境保护的关系？ 学生回答后教师订正： 1.人们利用热机给人类文明带来了巨大的进步，促进了人类社会的发展，但在利用热机的同时，带来了环境污染，给人类生存造成了严重的威胁。 2.燃料中有杂质，致使燃烧生成二氧化硫等有害物质；燃烧时的高温还会促使氮的氧化物的生成；燃烧不完全会产生粉尘和一氧化碳。 3.影响人类健康；影响植物正常生长；影响全球气候；大气中的二氧化硫和氮氧化物经化学反应溶于水会产生酸雨。 4.含有铅、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳等有害物质。 5.热机造成的环境污染 (1)废气污染：热机在工作过程中都要排放废气，这些废气含有铅、二氧化硫、二氧化碳等物质，严重污染空气，有害于人类健康和动植物的正常生长，产生的酸雨有害于农、林、渔业。导致城市空气污染的主要原因是各种车辆排放的废气，导致环境污染的主要原因是燃料燃烧后的废气、废渣以及各种废液的排放。 (2)噪声污染：热机以及热机带动的机器产生的噪声是环境污染的又一方面。 6.减少热机造成的环境污染的措施 (1)减少热机废气中的有害物质，如使用无铅汽油； (2)控制废气排放的总量； (3)充分开发、利用污染少和无污染的能源，如使用太阳能汽车； (4)在内燃机排气管上安装消声器，以减少噪声污染。 课堂小结 一、热机 1.概念：把内能转化为机械能的装置。 2.分类：蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机、火箭发动机。 二、汽油机 1.构造：气缸、活塞、连杆和曲轴、进气门、排气门、火花塞。 2.工作原理：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 三、柴油机 1.构造：气缸、活塞、连杆和曲轴、进气门、排气门、喷油嘴。 2.工作原理：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 四、热机效率 1.用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。 2.公式： 3.提高热机效率的途径： (1)使燃料充分燃烧。 (2)尽量减少各种热损失。 (3)在热机的设计和制造上，采用先进的技术。 (4)使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整运动零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的功。 五、热机与环境 1.热机造成的环境污染：废气污染、噪声污染 2.减少热机造成的环境污染的措施： (1)减少热机废气中的有害物质，如使用无铅汽油； (2)控制废气排放的总量； (3)充分开发、利用污染少和无污染的能源，如使用太阳能汽车； (4)在内燃机排气管上安装消声器，以减少噪声污染。 当堂达标 1.内燃机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而做功，此过程中气体的温度、内能、压强的变化的情况是（ ） A.温度升高，内能增大，压强增大 B.温度升高，内能增大，压强减小 C.温度降低，内能减小，压强减小 D.温度降低，内能减小，压强增大 2.如图为四冲程汽油机工作过程的示意图，其中表示做功冲程的是（ ） 3.将如图所示试管里的水加热一段时间后，塞在管口的橡皮塞会冲出去，汽油机的四个冲程中与此现象的能量转化情况相同的是（ ） A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程 4.下列提高热机效率的方法中，不可行的是（ ） A.减少各种热损失 B.加润滑油减少机器各部件之间的摩擦 C.充分利用废气的能量，如建热电站 D.采取少消耗总能量的办法 5.关于汽油机和柴油机，下列说法正确的是（ ） A.汽油机气缸顶部有喷油嘴，柴油机气缸顶部有火花塞 B.柴油机吸入的是柴油和空气的混合物，汽油机吸入的是空气 C.汽油机在做功冲程中，进气门关闭，排气门打开 D.汽油机在做功冲程中，是把内能转化为机械能 6.汽油机的工作过程中，将机械能转化为内能的是______冲程。一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1 200 r/min，该汽油机每秒钟内做功______次，活塞往复______次，完成______个冲程。 7.热机是把内能转化为_____能的装置。图是某内燃机的构造示意图，则该内燃机为_______（选填“汽油机”或“柴油机”），此时为______冲程。 8.一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：气缸散热损失占，废气带走的能量占，摩擦等机械损耗占，则内燃机的热机效率为______。 参考答案 1.C 2.A 3.C 4.D 5.D 6.压缩 10 20 40 7.机械 柴油机 压缩 8.35％ 板书设计 一、热机 1.概念：把内能转化为机械能的装置。 2.分类：蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机、火箭发动机。 二、汽油机和柴油机 1.构造 2.工作原理 3.提高热机效率的途径 三、热机与环境 1.热机造成的环境污染 2.减少热机造成的环境污染的措施 教学反思