教科版九年级上2.2内燃机教案
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文档简介
2.2内燃机
【学习目标】
1.理解内燃机的基本原理。
2.了解汽油机的工作过程。
3.了解汽油机与柴油机的异同。
4.了解火箭发动机的原理和中国火箭的发展史。
【教学重难点】
重点：认识汽油机各个冲程，弄清楚各个冲程的作用。
难点：理解汽油机四个冲程的主要工作情况。
【教学方法】
讲解法，集体讨论法。
【教学过程】
新课导入：
多媒体展示图片，图片中的各种机械动力都来自于热机。其中内燃机是应用最广泛也是最常见的一种热机，那么内燃机是怎样工作的？内燃机有哪些特点呢？
新课讲授：
知识点1：什么是内燃机
定义：燃料直接在汽缸内燃烧，产生动力的热机。
种类：汽油机、柴油机。
工作原理：燃料在汽缸中燃烧时，将化学能转化为高温高压的燃气的内能，又通过燃气推动活塞做功，由内能转变为机械能。
冲程：内燃机工作时，活塞从汽缸的一端到另一端的过程。
②工作循环：一个工作循环有四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
知识点2：汽油机的工作过程
汽油机的构造
汽油机的工作过程
吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。消耗机械能。
压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高。活塞对燃料混合物做功机械能转化为燃料内能，温度升高。
做功冲程：在压缩冲程未尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气。高温高压燃气推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。燃气的内能转化为活塞的机械能。
排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。消耗机械能。废气带走不少的内能。
应用：汽油机比较轻巧，噪音较低，常用在汽车、飞机和小型农业机械（如插秧机、机动喷雾器）上面。
知识点3：柴油机的工作过程
柴油机的构造
柴油机的工作过程
吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下运动，空气进入气缸。消耗机械能。
压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气的体积压缩得很小，空气的压强增大，温度升高，该冲程末，缸内空气的温度已经超过柴油的燃点。活塞压缩空气体积对空气做功，机械能转化为燃料内能，空气温度升高，超过柴油着火点。
做功冲程：从喷油嘴喷出雾状柴油，柴油遇到热空气立即燃烧起来，高温高压燃气推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。燃气的内能转化为活塞的机械能。
排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。消耗机械能。废气带走不少的内能。
应用：柴油比汽油便宜，但柴油比较笨重，主要应用在载重汽车、火车、拖拉机、坦克、轮船上，有的地方还用它带动发电机发电。
知识点4：汽油机和柴油机的异同
1.相同点：
基本构造和主要部件作用相似。
每个工作循环都一样，有吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。
四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。
一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两圈，飞轮转两圈，做功一次。
2.不同点：
构造不同：汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机汽缸顶部有喷油嘴。
燃料不同：汽油机燃烧汽油，而柴油机燃烧柴油。
吸气冲程不同：汽油机吸进汽油和空气和燃料混合物，柴油机只吸进空气。
点火方式不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。
知识点5：飞向太空
1.火箭的起源：火箭的起源在中国，14世纪末，中国有一个官吏叫万户，精心制作了一个靠47支火箭作动力的装置.进行了“飞天”的尝试。
2.万户火箭：火药燃烧后产生的气体，从竹筒的尾端向后高速喷出，推动箭筒向前飞行。
3. 火箭：是以热气流高速向后喷出，产生的反作用力向前运动的喷气推进装置。它自身携带燃烧剂与氧化剂，不依赖空气中的氧助燃，既可在大气中，又可在外层空间飞行。现代火箭可用作快速远距离运送工具，如作为探空、发射人造卫星、载人飞船、空间站的运载工具，以及其他飞行器的助推器等。
4.多级火箭：现代火箭在很多时候使用的是多级火箭。一级火箭完成工作后就会被抛掉，点燃下一级火箭。
想一想：火箭能做什么？
课堂练习：
1．某台四冲程内燃机，转速为3000 revs/min，它的一个工作冲程如图所示，下列关于汽油机工作的说法正确的是（ ）
A．汽油机每秒完成50个工作循环，做功25次
B．图示冲程中，机械能转化为内能
C．这台内燃机完成一个冲程的时间 s
D．汽油燃烧时，内能增大，汽油的热值不变
【解答】解：A.内燃机转速为3000 revs/min＝50 r/s，则1 s内飞轮转50转，共25个工作循环，对外做功25次，故A错误；
B.由图可知，进气门和排气门关闭，活塞向上运动，所以该冲程是压缩冲程，发生的能量转化是机械能转化为内能，故B正确；
C.该内燃机1 s内完成25个工作循环，共100个冲程，所以这台内燃机完成一个冲程的时间s，故C错误；
D.汽油燃烧时，汽油的化学能转化为内能，所以内能增大，热值是燃料本身的一种性质，与燃料的种类有关，所以当燃料燃烧时热值不变，故D正确。
故选：BD。
2．如图所示为汽油机工作过程的几个乱序示意图，下列说法正确的是（ ）
A．图甲是压缩冲程，内能转化为机械能
B．该内燃机一个工作循环有四个冲程正确的顺序是乙、丁、甲、丙
C．丁是做功冲程，把绝大部分的内能转化为机械能
D．靠惯性完成的冲程是甲、乙、丁
【解答】解：甲图中两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，乙图中进气门开启，气体流入汽缸，是吸气冲程；丙图中排气门开启，气体流出汽缸，是排气冲程；丁图中两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程；
A.图甲是吸气冲程，没有能量的转化，故A错误；
B.该内燃机一个工作循环有四个冲程正确的顺序是乙、甲、丁、丙，故B错误；
C.汽油机的效率约为20%，汽油机燃料释放的能量少部分转化为机械能，燃料燃烧放出的热量中，一部分用来克服机件摩擦，一部分由机件直接向外散热，废气的温度很高，带走了大部分的热量，故C错误；
D.内燃机的一个工作循环有四个冲程，只有在做功冲程中使机车获得动力，内能转化为机械能，其它三个冲程均为辅助冲程，依靠惯性完成，即依靠飞轮惯性完成冲程的是甲、乙、丁，故D正确。
故选：D。
3．关于热机，下列说法正确的是（ ）
A．吸气冲程中，汽油机吸入的是空气
B．做功冲程是把机械能转化为内能
C．柴油机有喷油嘴而没有火花塞
D．做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的
【解答】解：A.吸气冲程中，柴油机将空气吸入气缸，汽油机将空气和汽油的混合气体吸入气缸，故A错误；
B.汽油机和柴油机的做功冲程中，将内能转化成了机械能，故B错误；
C.汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，故C正确；
D.汽油机和柴油机在做功冲程中，燃气推动活塞运动，其他冲程活塞都是靠飞轮的惯性运动的，故D错误。
故选：C。
4．小明将开水灌入暖水瓶时，发现刚盖住的瓶塞被顶起。这个过程中的能量转化与四冲程内燃机的哪个冲程相同（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
【解答】解：小明将开水灌入暖水瓶时，发现刚盖住的瓶塞被顶起，此过程中，内能转化为机械能；内燃机四个冲程中压缩冲程是机械能转化为内能，做功冲程是内能转化为机械能，排气和吸气冲程没有能的转化，故C正确。
故选：C。
课堂小结：
内燃机：
内燃机活塞在汽缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
四冲程内燃机包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环，每个工作循环曲轴转2周，活塞上下往复2次，做功1次。
在这四个冲程中只有做功冲程是燃气对活塞做功，而其它三个冲程（吸气冲程、压缩冲程和排气冲程）是依靠飞轮的惯性来完成的。
压缩冲程将机械能转化为内能。
做功冲程是由内能转化为机械能。
作业布置：
【板书设计】
第二节 内燃机
一、什么是内燃机
1.活塞式内燃机：热机工作时，燃料在汽缸内燃烧，产生的燃气直接推动活塞做功.
2.分类：汽油机、柴油机.
二、汽油机的工作过程1.汽油机的构造.
2.汽油机的工作过程：吸气、压缩、做功和排气四个冲程.
3.能量转化：压缩冲程：机械能转化为内能；做功冲程：内能转化为机械能。
4.点火方式：引燃式.
三、飞向太空火箭发动机
【课后反思】
判断四个冲程的方法
判断四个冲程的关键是看两个气门的关闭情况和活塞的运动方向，具体情况如表所示。
冲程 进气门 排气门 活塞运动方向
吸气冲程 打开 关闭 向下运动
压缩冲程 关闭 关闭 向上运动
做功冲程 关闭 关闭 向下运动
排气冲程 关闭 打开 向上运动
1
【学习目标】
1.理解内燃机的基本原理。
2.了解汽油机的工作过程。
3.了解汽油机与柴油机的异同。
4.了解火箭发动机的原理和中国火箭的发展史。
【教学重难点】
重点：认识汽油机各个冲程，弄清楚各个冲程的作用。
难点：理解汽油机四个冲程的主要工作情况。
【教学方法】
讲解法，集体讨论法。
【教学过程】
新课导入：
多媒体展示图片，图片中的各种机械动力都来自于热机。其中内燃机是应用最广泛也是最常见的一种热机，那么内燃机是怎样工作的？内燃机有哪些特点呢？
新课讲授：
知识点1：什么是内燃机
定义：燃料直接在汽缸内燃烧，产生动力的热机。
种类：汽油机、柴油机。
工作原理：燃料在汽缸中燃烧时，将化学能转化为高温高压的燃气的内能，又通过燃气推动活塞做功，由内能转变为机械能。
冲程：内燃机工作时，活塞从汽缸的一端到另一端的过程。
②工作循环：一个工作循环有四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
知识点2：汽油机的工作过程
汽油机的构造
汽油机的工作过程
吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。消耗机械能。
压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高。活塞对燃料混合物做功机械能转化为燃料内能，温度升高。
做功冲程：在压缩冲程未尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气。高温高压燃气推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。燃气的内能转化为活塞的机械能。
排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。消耗机械能。废气带走不少的内能。
应用：汽油机比较轻巧，噪音较低，常用在汽车、飞机和小型农业机械（如插秧机、机动喷雾器）上面。
知识点3：柴油机的工作过程
柴油机的构造
柴油机的工作过程
吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下运动，空气进入气缸。消耗机械能。
压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气的体积压缩得很小，空气的压强增大，温度升高，该冲程末，缸内空气的温度已经超过柴油的燃点。活塞压缩空气体积对空气做功，机械能转化为燃料内能，空气温度升高，超过柴油着火点。
做功冲程：从喷油嘴喷出雾状柴油，柴油遇到热空气立即燃烧起来，高温高压燃气推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。燃气的内能转化为活塞的机械能。
排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。消耗机械能。废气带走不少的内能。
应用：柴油比汽油便宜，但柴油比较笨重，主要应用在载重汽车、火车、拖拉机、坦克、轮船上，有的地方还用它带动发电机发电。
知识点4：汽油机和柴油机的异同
1.相同点：
基本构造和主要部件作用相似。
每个工作循环都一样，有吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。
四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。
一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两圈，飞轮转两圈，做功一次。
2.不同点：
构造不同：汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机汽缸顶部有喷油嘴。
燃料不同：汽油机燃烧汽油，而柴油机燃烧柴油。
吸气冲程不同：汽油机吸进汽油和空气和燃料混合物，柴油机只吸进空气。
点火方式不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。
知识点5：飞向太空
1.火箭的起源：火箭的起源在中国，14世纪末，中国有一个官吏叫万户，精心制作了一个靠47支火箭作动力的装置.进行了“飞天”的尝试。
2.万户火箭：火药燃烧后产生的气体，从竹筒的尾端向后高速喷出，推动箭筒向前飞行。
3. 火箭：是以热气流高速向后喷出，产生的反作用力向前运动的喷气推进装置。它自身携带燃烧剂与氧化剂，不依赖空气中的氧助燃，既可在大气中，又可在外层空间飞行。现代火箭可用作快速远距离运送工具，如作为探空、发射人造卫星、载人飞船、空间站的运载工具，以及其他飞行器的助推器等。
4.多级火箭：现代火箭在很多时候使用的是多级火箭。一级火箭完成工作后就会被抛掉，点燃下一级火箭。
想一想：火箭能做什么？
课堂练习：
1．某台四冲程内燃机，转速为3000 revs/min，它的一个工作冲程如图所示，下列关于汽油机工作的说法正确的是（ ）
A．汽油机每秒完成50个工作循环，做功25次
B．图示冲程中，机械能转化为内能
C．这台内燃机完成一个冲程的时间 s
D．汽油燃烧时，内能增大，汽油的热值不变
【解答】解：A.内燃机转速为3000 revs/min＝50 r/s，则1 s内飞轮转50转，共25个工作循环，对外做功25次，故A错误；
B.由图可知，进气门和排气门关闭，活塞向上运动，所以该冲程是压缩冲程，发生的能量转化是机械能转化为内能，故B正确；
C.该内燃机1 s内完成25个工作循环，共100个冲程，所以这台内燃机完成一个冲程的时间s，故C错误；
D.汽油燃烧时，汽油的化学能转化为内能，所以内能增大，热值是燃料本身的一种性质，与燃料的种类有关，所以当燃料燃烧时热值不变，故D正确。
故选：BD。
2．如图所示为汽油机工作过程的几个乱序示意图，下列说法正确的是（ ）
A．图甲是压缩冲程，内能转化为机械能
B．该内燃机一个工作循环有四个冲程正确的顺序是乙、丁、甲、丙
C．丁是做功冲程，把绝大部分的内能转化为机械能
D．靠惯性完成的冲程是甲、乙、丁
【解答】解：甲图中两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，乙图中进气门开启，气体流入汽缸，是吸气冲程；丙图中排气门开启，气体流出汽缸，是排气冲程；丁图中两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程；
A.图甲是吸气冲程，没有能量的转化，故A错误；
B.该内燃机一个工作循环有四个冲程正确的顺序是乙、甲、丁、丙，故B错误；
C.汽油机的效率约为20%，汽油机燃料释放的能量少部分转化为机械能，燃料燃烧放出的热量中，一部分用来克服机件摩擦，一部分由机件直接向外散热，废气的温度很高，带走了大部分的热量，故C错误；
D.内燃机的一个工作循环有四个冲程，只有在做功冲程中使机车获得动力，内能转化为机械能，其它三个冲程均为辅助冲程，依靠惯性完成，即依靠飞轮惯性完成冲程的是甲、乙、丁，故D正确。
故选：D。
3．关于热机，下列说法正确的是（ ）
A．吸气冲程中，汽油机吸入的是空气
B．做功冲程是把机械能转化为内能
C．柴油机有喷油嘴而没有火花塞
D．做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的
【解答】解：A.吸气冲程中，柴油机将空气吸入气缸，汽油机将空气和汽油的混合气体吸入气缸，故A错误；
B.汽油机和柴油机的做功冲程中，将内能转化成了机械能，故B错误；
C.汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，故C正确；
D.汽油机和柴油机在做功冲程中，燃气推动活塞运动，其他冲程活塞都是靠飞轮的惯性运动的，故D错误。
故选：C。
4．小明将开水灌入暖水瓶时，发现刚盖住的瓶塞被顶起。这个过程中的能量转化与四冲程内燃机的哪个冲程相同（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
【解答】解：小明将开水灌入暖水瓶时，发现刚盖住的瓶塞被顶起，此过程中，内能转化为机械能；内燃机四个冲程中压缩冲程是机械能转化为内能，做功冲程是内能转化为机械能，排气和吸气冲程没有能的转化，故C正确。
故选：C。
课堂小结：
内燃机：
内燃机活塞在汽缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
四冲程内燃机包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环，每个工作循环曲轴转2周，活塞上下往复2次，做功1次。
在这四个冲程中只有做功冲程是燃气对活塞做功，而其它三个冲程（吸气冲程、压缩冲程和排气冲程）是依靠飞轮的惯性来完成的。
压缩冲程将机械能转化为内能。
做功冲程是由内能转化为机械能。
作业布置：
【板书设计】
第二节 内燃机
一、什么是内燃机
1.活塞式内燃机：热机工作时，燃料在汽缸内燃烧，产生的燃气直接推动活塞做功.
2.分类：汽油机、柴油机.
二、汽油机的工作过程1.汽油机的构造.
2.汽油机的工作过程：吸气、压缩、做功和排气四个冲程.
3.能量转化：压缩冲程：机械能转化为内能；做功冲程：内能转化为机械能。
4.点火方式：引燃式.
三、飞向太空火箭发动机
【课后反思】
判断四个冲程的方法
判断四个冲程的关键是看两个气门的关闭情况和活塞的运动方向，具体情况如表所示。
冲程 进气门 排气门 活塞运动方向
吸气冲程 打开 关闭 向下运动
压缩冲程 关闭 关闭 向上运动
做功冲程 关闭 关闭 向下运动
排气冲程 关闭 打开 向上运动
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