14.1热机教学设计 人教版物理九年级

<14.1 热机>教学设计
一：课时教学目标
1.通过观察演示、观看视频，了解蒸汽机、内燃机的基本原理并比较其不同；了解内、外燃机不同，感受到技术进步在工业文明发展中的重要作用。
2.通过观看动画或模型模拟知道四冲程汽油机的基本结构和工作原理；将科学技术应 用于日常生活和社会的意识得到提高。
3.通过分析汽油机和柴油机的构造个工作过程的异同，学习分析和比较的研究方法
二、教学重点与难点
重点：汽油机的工作原理及能的转化过程．
难点：汽油机的基本工作原理的理解．
三、教学方法与手段
本课采用以演示实验为导入，汽油机模型模拟、观看视频为主并结合对比法的综合启发式教学，初步渗透探究式学习方法。
四、使用教材的构想
由于教材中只能呈现文字、图片，而内燃机工作过程本身是动态的、连续的、对初中生来说是抽象的.为帮助学生更好理解内燃机工作过程，我在本节教学中特别加入演示、视频、汽油机模型等动态资料.
1.演示“水蒸气推动塞子做功”引入蒸汽机，然后观看“蒸汽机结构、工作视频”，观察到燃料在气缸外燃烧，水蒸汽在汽缸内推动活塞做功；内燃机、汽轮机”的视频，围绕热机效率的提高简单了解各自工作原理和不同.
2. 演示“酒精燃气推动瓶子做功”引入内燃机，紧密围绕内燃机能量转化学习工作过程，先学习做功——吸气——压缩——排气，根据学生思维，学情安排学习内容.
3. 对于重点汽油机的基本工作原理，我采用“先部分，再整体”教学策略，先结合动画介绍每个冲程，然后利用完整视频了解一个工作循环。
五、课　时　教　学　流　程
（一）导入新课
师： 通过13章学习，认识内能。生活中常利用内能来加热物体，比如热水、取暖等，学习了热量计算；除此以外，还能利用内能来做什么？（展示13章知识网络）
生思考：利用内能做功，获得机械能
（二）新课教学
1.热机的工作种类、原理
师：（提问）你见过生活中内能做功吗？
你知道哪些地方利用内能做功吗？
生：（预设）暖壶木塞被水蒸气顶起
开水锅盖被顶起
师：演示1:
（仿照锅盖被顶起）
装置介绍：在试管（锅）内装些水，用木塞（锅盖）塞住管口，将水加热一段时间，观察现象：
解释现象：
（从能量转化角度；较大水蒸气内能从哪来？）
酒精燃烧，化学能转化为内能，放出热量，通过热传递将一部分内能转移给了水，水的内能增加、温度逐渐升高直至沸腾，产生大量水蒸气，水蒸气变多，对塞的压力变大，将软木塞推出试管口，这就是水蒸气膨胀对软木塞做功。
生： 描述现象：塞子飞出，同时管口有“白气”产生
讨论能量转化：塞子飞出，塞子获得机械能；
“白气”水蒸气对塞子做功，内能转化为塞子机械能之后，内能减小，温度降低，液化为小液滴。
师：（总结）酒精燃烧，化学能转化为内能，放出热量，通过热传递将一部分内能转移给了水，水的内能增加、温度逐渐升高直至沸腾，产生大量水蒸气，水蒸气变多，对塞的压力变大，将软木塞推出试管口，这就是水蒸气膨胀对软木塞做功。
燃烧 做功
燃料的化学能 水蒸气内能 机械能 从而使机械获得动力。
点拨：该实验中能量转化即蒸汽机工作原理。
播放：蒸汽火车工作视频
思考：蒸汽火车的两次能量转化分别在什么装置进行的？
蒸汽火车上的蒸汽机时利用内能做功的机器(发动机)就是热机一种
生：（预设） 锅炉附近（蒸汽机利用燃料加热锅炉中的水产生高压水蒸气），
汽缸（高压水蒸气被输送到汽缸内推动活塞做功）。
师：（过渡）常见的交通工具——汽车，摩托车上也有利用内能做功的热机。此处热机也是利用水蒸气内能做功获得机械能吗吗？
演示2:一个沾有酒精的瓶子，盖上有孔的盖，用蜡烛火苗对准瓶口，
观察现象：
解释现象：（能量转化；
谁对谁做功？
生：（分析）酒精燃烧产生高温燃气直接对外做功，获得较大机械能
酒精燃烧时，将储存的化学能转化为燃气的内能，将燃气的内能转化为机械能
师： 热机定义由于做功物质不同，应用地方不同，热机种类很多
种类：例如外燃机（蒸汽机）、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
定义（工作原理）
燃料燃烧时，将储存的化学能转化为蒸汽或燃气的内能，各种将蒸汽或燃气的内能转化为机械能的发动机统称为热机。
燃料直接在发动机的汽缸内燃烧产生动力的热机即内燃机。
2.内燃机
汽油机
师：重点学习内燃机中汽油机工作过程，如何完成能量转化获得机械能！
构造
（结合汽油机模型，边演示边讲解，认识各元件名称）
② 工作过程
内燃机的工作过程以一个循环为一个单元，一个循环又分为四个冲程，了解什么叫一个冲程？
大家结合动画，再次阅读课本18、19页，学案上画出用箭头表示出各冲程活塞运动方向和画出进气门、排气门的开闭情况。完成填空。
完成学习导航9页【合作探究】【探究一】部分
生：（自主学习）
构造：进气门，排气门，火花塞，气缸，活塞，连杆，曲轴。
一个冲程：活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端
师：模型演示（边动作，学生能说出汽油机模型正处于一个工作循环中哪个冲程）
提问 1：哪个冲程使汽车获得动力？
2：在四个冲程中，哪些冲程发生了能量的转化？如何转化？
（吸气、压缩、排气冲程均为辅助冲程）
3. 为什么能将空气和汽油的混合气体被吸入气缸？
生：介绍每个冲程各元件工作情况
（提问1：哪个冲程使汽车获得动力？）
做功冲程：
火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体，
化学能转化为内能，高温高压燃气推动活塞由上向下运动，通过连杆带动曲轴转动。实现了内能向机械能的转化
压缩冲程:
活塞运动到最下端，就开始转为向上运动。
这时进气门、排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被强行压缩，使气体的温度升高，压强增大。
（提问）
3. 为什么能将空气和汽油的混合气体被吸入气缸？
吸气冲程:
开始工作前，活塞位于气缸上端，进、排气门均关闭.
工作时，活塞由上向下运动，进气门打开，排气门仍关闭。
由于缸内体积增大，压强减小，空气和汽油的混合气体被吸入气缸。这是第一个冲程
做功冲程结束，
活塞继续由下向上运动，
进气门关闭，排气门打开，燃烧后的废气被活塞推出缸外。
此后，活塞又由上向下运动，从此进入下一轮循环
师：结合汽油机各冲程工作动画，总结下图：
师：（拓展）
4.在四个冲程中，只有做功冲程对外做功，吸气、压缩、排气冲程均为辅助冲程，无法使汽车获得动力，在这三个冲程中，活塞、曲轴从哪获得动力持续运转呢？
生：（思考）工作过程中，要靠飞轮的惯性来完成，
师：（点拨）
飞轮在汽缸外与曲轴相连
内燃机一旦开始做功，内能就会转化成曲轴的机械能。这时曲轴获得的机械能一部分通过做功，一部分通过飞轮（与曲轴相连的质量较大的轮子）保存起来。
然后依靠飞轮的惯性再反过来向外输出带动曲轴转动，靠消耗飞轮的机械能完成排气以及下一循环的吸气、压缩。这样内燃机就可连续工作下去了。
师：（拓展）
5.汽车在开动前，是如何使内燃机起动的？
汽油机在开始工作时要靠外力带动。
通过外力（汽车电动机）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、压缩两个冲程内
内燃机只有在做功冲程才有动力输出，所以启动内燃机，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
【设计意图：汽油机的这部分知识离学生较远，较抽象.于是分为几个小目标逐步达成.尤其是对各个冲程工作情况采取先分后合的教学策略；为使学生了解更清楚，又拓展了汽车如何启动；并采用类比惯性工程车认识飞轮.】
3.柴油机的工作过程
师：阅读教材19页，对比汽油机，学习柴油机的相关知识，你发现有什么不同吗？完成下表。
生：（自主学习，展示）
柴油机与汽油机的不同点：
构造方面：柴油机没有火花塞，而在相应位置上安装的是喷油嘴；
工作过程上：
吸气冲程：吸入的气体不同（汽油机吸入的是什么？柴油机吸入的只是空气）；
点火方式不同（汽油机靠火花塞点火。柴油机由于压缩气体温度已超过柴油燃点，从喷油嘴喷入雾状柴油便可立即燃烧。这种方式称为压燃式）；
用途方面：柴油机比汽油机便宜，但汽油机一般比柴油机轻巧，所以汽油机通常用在飞机、小汽车、摩托车及一些小型农用机械上。而柴油机一般用在舰船、载重汽车、拖拉机、坦克以及发电机等大型设
柴油机与汽油机的相同点：
都是内燃机；一个工作循环都要经历四个冲程
（三）课后小结
师：今天学到了那些内容？方法？
生：（代表发言）