九年级上册物理人教版教学案：第十四章 第1节 热机

第1节 热机
教学目标
知道热机的概念，初步了解热机的工作原理，体会内能的利用对人类发展的重要
作用。
了解汽油机的构造和工作过程。
了解柴油机的构造和工作过程。
教学重点
了解四冲程汽油机的基本工作原理。
教学难点
整个工作过程中，能量的转移和转化。
教学过程
一、导入新课
用酒精灯给试管中的水加热，试管口用一个橡胶塞塞住，一段时间后，橡胶塞飞了出去。这个过程中橡胶塞是如何获得动力的？橡胶塞获得动力的方式在生活中有哪些应用呢？
进行新课
（一）热机
1．热机的原理
【活动设计】引导学生按下列要求做实验，并让学生注意观察现象：
将酒精灯放在铁架台上。
将试管口斜向上地固定在铁架台上，在试管中装入适量的水并使酒精灯的外焰刚好可以给试管加热。
用橡胶塞塞住试管口，然后点燃酒精灯。
持续加热一段时间，并观察现象。
当观察到橡胶塞飞出时，让小组进行讨论（老师根据个小组的情况进行引导）。
结论：燃料燃烧时化学能转化为内能，传给水和水蒸气；水蒸气把塞子冲出去，水蒸气的内能转化为塞子的机械能。即利用内能做功的机械叫做热机。
热机的种类
日常生活中，我们看到的小汽车、摩托车、大卡车等，它们所利用的都是热机，由于它们的燃料都是在机器内部燃烧的，所以被称为内燃机。
迄今为止，已经出现的热机有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
汽油机
1.汽油机内部各部分的名称
老师按照四冲程汽油机的剖面图介绍各部分的名称，然后让小组讨论各部分的功能与运转情况（老师提醒学生注意观察活塞、气门、连杆、曲轴的动作情况，并根据各小组的讨论情况进行适当的引导)。
2.什么是冲程？
活塞在汽缸内从一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
3.汽油机工作过程
（1）吸气冲程：开始工作前，活塞位于气缸上端，进、排气阀门关闭。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汽缸。这是第一个冲程。
（2）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，混合气体被强行压缩，使气体的温度升高，压强增大。这是第二个冲程。
（3）做功冲程：压缩结束时虽然温度较高，但未能达到燃料的燃点。在压缩冲程结束的瞬间，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体，高温高压燃气推动活塞向上向下运动，通过连杆带动曲轴转动，实现了内能向机械能的转化。这是第三个冲程。
（4）排气冲程：做功冲程结束，活塞继续向下向上运动，进气门关闭，排气门打开，燃烧后的废气被活塞推出缸外。这是第四个冲程。
（5）以下四个图分别代表什么冲程？每四个冲程构成一个完整的工作循环，那么在一个工作循环中曲轴转了几周？活塞往复几次？
针对以上问题进行小组讨论，老师根据讨论情况，进行适当的引导。
结论：吸气冲程、压缩冲程、做工冲程、排气冲程依次进行构成了一个完整的工作循环，在一个工作循环中，汽油机做功一次，曲轴转动两周，活塞往复两次。
4.柴油机
（1）柴油机和汽油机有哪些相同的地方呢？
小组进行猜测与讨论（老师根据讨论情况进行适当引导）。
结论：①柴油机和汽油机一样，都是内燃机；②柴油机的一个工作循环也由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成；③一个工作循环中，活塞也往复两次，曲轴也转动两周。
（2）经过讨论，发现了柴油机和汽油机有很多的相同点，那么为什么汽车多用汽油机，而载重卡车多用柴油机呢？
小组进行猜测与讨论（老师根据讨论情况进行适当引导）。
结论：柴油机和汽油机有许多不同的地方，主要是构造、燃料、点火方式及应用等方面的不同，具体情况如下表所示。
汽油机 柴油机
构造 火花塞 喷油嘴
燃料 汽油 柴油
吸入气体 汽油和空气的混合物 空气
点火方式 点燃式 压燃式
应用 汽车 小型飞机 小型农业机械 拖拉机 坦克、轮船 载重汽车
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