第十四章 内能的利用
第1节 热机
【教学目标】
知识与技能
1.了解四冲程汽油机的基本结构和工作原理。
2. 知道热机中能量的转化。
3.了解人类使用热机的情况和热机对人类发展史上的重要意义。
过程与方法
1.通过演示实验使学生了解可以利用内能来做功。
2.利用热机的模型和课件动画演示并探究四冲程汽油机的基本结构和工作原理。
情感态度与价值观
1.通过演示实验培养学生观察和分析问题的能力。
2.通过阅读“科学世界”，扩展学生的知识面，进一步养成热爱科学的情感。
【教学重点】
四冲程汽油机的基本工作原理。
【教学难点】
汽油机和柴油机的异同，热机中的能量转化。
【教学准备】
教师用：铁架台一台、酒精灯一盏、试管一只、试管夹一个，火柴一盒、水、软木塞一个金属网、汽油机实物模型、柴油机实物模型、多媒体等
学生用：每个学习小组一个汽油机实物模型和一个柴油机实物模型。
【教学过程】
主 要 教 学 过 程
教学环节
教师活动
学生活动
一、创设情境导入新课
【情景设置】多媒体投影，钻天猴图片
【提问】：你见过我们元宵节燃放的钻天猴吗？
【讲授】：是的，不少同学也亲手燃放过，它的工作原理实际和公路上行驶的汽车的发动机的原理是类似的，我们这节课就来学习一下它们的工作原理，板书课题——第1节 热机。
【观察、思考回答】
见过
（设计意图：抓住学生好奇的心理特点，由生活中常见情景导入新课，让学生对即将学习的知识产生浓厚的学习兴趣。）
二．新课讲授
1.内能可以对外做功
2.观察热机模型
3.自学内燃机的基础知识
4.学习汽油机的工作原理
(1).理解记忆汽油机的结构
(2).四冲程汽油机的工作过程
(3).易错典题分析
.强化训练
(5).加深对汽油机的了解
(6).从物理走向生活
5.柴油机的工作过程
①吸气冲程
②压缩冲程
③做功冲程
④排气冲程
【演示实验】：水蒸气冲开橡皮塞
【提出问题】多媒体投影下列问题
思考并回答：
1.看到了什么现象？
2.木塞被顶开，是谁对它做了功？
3.水蒸气既然能够对木塞做功，说明水蒸气具有能，它具有的是什么能？
4.在加热过程中水蒸气内能的变化情况怎样？
5.在此过程中，有无不同形式能量的相互转化？
【总结及过渡】
根据这个原理可以制造出很多利用内能转化为机械能来产生动力的机器。这些机器统称为热机。
多媒体投影下列下列图片：几种热机
使用蒸汽机的火车 汽轮机
飞机上的喷气发动机 火箭上的喷气发动机
汽油机 柴油机
在大家看到的以上几种热机中，在日常生活中人们使用的最多的热机就是汽油机和柴油机这两种内燃机
【指导自学】请同学们看书第18页，对照汽油机模型，解决以下问题
1.理解并记忆内燃机的概念
2.内燃机主要分为 和 两大类，它们分别用 和 作为燃料。
3.看课本教材14.1-3，了解汽油机的结构名称
4.什么是一个冲程？
5.四冲程汽油机的四个冲程是 、 、
、 。
6.什么是一个工作循环？
【自学成果展示】在同学们展示汽油机的结构名称时，多媒体投影下列图片
要求学生按事先分好的组，结合汽油机模型，选代表回答以上几个问题，回答不完整的，本组其他同学优先补充，其他组的同学也可以补充，老师根据学生的回答情况进行点评。
【汽油机的四个冲程】
多媒体投影汽油机四冲程图片，请同学们观察汽油机的各个冲程图片，观察进气门、排气门是打开的，还是关闭的，活塞向上运动还是向下运动。
1.吸气冲程
_______打开，______关闭，活塞向_____运动，________被吸入气缸。
【点拨】
汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。
2.压缩冲程
进气门和排气门都______，活塞向____运动，燃料混合物被压缩，压强_____，温度_____。
【提问】
在压缩冲程中是什么形式能量转化成什么形式能量？
【点拨】
燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高。机械能转化成内能。
3.做功冲程
在压缩冲程末尾，______电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向_____运动，并通过连杆带动曲轴转动。
【提问】
在做功冲程中是什么形式能量转化成什么形式能量？
【点拨】内能转化成机械能。
4.排气冲程
进气门_______，_______打开，活塞向_____运动，把废气排出气缸。
【点拨】
进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
【易错典题】：某混合动力型汽车的动力装置由汽油发动机和电动机组成．一般情况下，蓄电池为电动机供电，由电动机提供动力；当需要较大动力时，由汽油发动机和电动机共同提供动力；当汽车制动减速时，电动机还可以作为发电机的蓄电池充电．关于该车动力装置在工作时的能量转化情况，以下分析正确的是（ ）
?A．汽油发动机做功冲程把内能转化为机械能
?B．?电动机在提供动力时把电能转化为机械能
?C．发动机为蓄电池充电把电能转化为化学能
?D．制动减速发电的过程把内能转化为电能
【考点知识】：内燃机的四个冲程．
【点拨分析】：
（1）汽油机利用内能来做功的冲程是做功冲程，它是将内能转化为机械能的；
（2）电动机消耗电能得到机械能，将电能转化为机械能；?
（3）发动机为蓄电池充电时，蓄电池发生化学反应，将电能转化为化学能储存在蓄电池中；?
（4）制动减速发电的过程是将电动机作为发电机来使用的，将机械能转化为电能．?
【解答分析】：?
A、汽油发动机做功冲程是利用内能来做功的冲程，把内能转化为机械能，正确；
? B、电动机在提供动力时把电能转化为机械能，正确；?
C、发动机为蓄电池充电时，蓄电池发生化学反应，将电能转化为化学能，正确；
?D、当汽车制动减速时，电动机还可以作为发电机为蓄电池充电，将机械能转化为电
能，故D错误．
?故选ABC．
【点评分析】：此题主要考查的是学生对汽油机和发动机、发电机工作过程中能量转化情况的了解和掌握，基础性题目．?
【强化训练】：
下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况．关于对图中①②③④的补充正确的是 （ ）
A．①做功冲程 ②内能转化为机械能 ③压缩冲程 ④机械能转化为内能
B．①压缩冲程 ②内能转化为机械能 ③做功冲程 ④机械能转化为内能
C．①做功冲程 ②机械能转化为内能 ③压缩冲程 ④内能转化为机械能
D．①压缩冲程 ②机械能转化为内能 ③做功冲程 ④内能转化为机械能
【规律总结】：内燃机的四个冲程是：
吸气冲程（进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动）。?
压缩冲程（进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动）；内能转化为机械能。
做功冲程（进气门关闭，排气门关闭，活塞向下运动）；机械能转化为内能。?
排气冲程（进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动）。
【提出问题】多媒体投影下列问题
汽油机的一个工作循环活塞往复几次？曲轴转动几周？对外做功几次？
【点拨】
活塞上下来回一次叫一个往复
【提出问题】
我们知道了汽油机的工作原理，四个冲程只有一个冲程对外做功，但实际使用汽油机的汽车并不是忽快互慢的运动，这是什么原因呢？
【点拨】多媒体投影下列图片
实际的汽油机里面并不是一个气缸，而是四缸，八缸，甚至更多。
【跟踪训练】：
1.汽油机在某个冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，此冲程是?
A.吸气冲程? B.压缩冲程?
C.做功冲程? D.排气冲程?
2.在图15—5所示的内燃机工作的一个循环中，其四个冲程的顺序应当是?
A.乙、甲、丁、丙? B.甲、乙、丙、丁?
C.乙、丁、甲、丙? D.甲、乙、丁、丙?
【自主探究】
让学生学习柴油机的工作过程主要和汽油机对比学习。
1.柴油机的构造和汽油机相似，主要有哪些不同？
柴油机的构造
2.柴油机和汽油机的吸气冲程有哪些不同？
3.柴油机和汽油机的压缩冲程有哪些不同？
4.柴油机和汽油机的做功冲程有哪些不同？
5.柴油机和汽油机的排气冲程有哪些不同？
6.在应用上柴油机比汽油机有哪些优点？
【跟踪训练】：
3.下面关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是 （ ）
A．汽油机与柴油机使用的燃料不同
B．柴油机采用压燃式点火，汽油机采用点燃式点火
C．柴油机气缸顶部有个喷油嘴，汽油机气缸顶部有个火花塞
D．柴油机与汽油机除使用的燃料不同外，在构造上完全相同
4.一台四冲程内燃机的飞轮转速为1800r／min，它１s完成（ ）
A.30个冲程，做了30次功
B.60个冲程，做了60次功
C.120个冲程，做了30次功
D.60个冲程，做了15次功
观察分析、交流思考，得出：
1.现象：水沸腾，橡皮塞被推开；
2.是水蒸气对橡皮塞做了功；
3.水蒸气具有内能；
4.在加热过程中水蒸气内能越来越大
5.能量转化：燃料（酒精）燃烧把化学能转化成了水的和水蒸气的内_能；水蒸气推动橡皮塞把_内能转化成了塞子的_机械_能。
观看多媒体投影的图片
体会热机的应用。
学生阅读课文后回答:
1.燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机
2.汽油机和柴油机
汽油和柴油
3.气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、连杆、曲轴等
4.活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程
5、吸气冲程、压缩冲程、
做功冲程、排气冲程
6、把以上四个冲程称为发动机的一个工作循环。
（设计意图：抓住学生有集体荣誉感的心理特点，分小组讨论学习，提高了学生的学习积极性。）
【实验、讨论、交流、回答】
可以动手操作汽油机模型进行探究，并回答气门的闭合情况及活塞的运动情况
进气门 排气门
下端 汽油和空气组成的燃料混合物
关闭 向上
增大 升高
机械能转化成内能
火花塞 下
内能转化成机械能
关闭 排气门 上端
学生思考：
学生讨论：
学生完成
学生识记
利用汽油机模型进行探究
汽油机的一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动,2周，对外做功,1次.
【思考讨论】
看内燃机的剖面图，讨论思考老师提出的问题
在任意一时间内，总有一个做功冲程对外做功
（设计意图:从物理走向生活，进一步激发学生学习物理的兴趣）
学生独立完成
学生讨论交流后回答：
1、柴油机汽缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。
2、柴油机在吸气冲程里吸进汽缸的只有空气。
3、柴油机在压缩冲程中，活塞把空气的体积压缩得非常小，使得空气的温度很高。
4、在压缩冲程结束时，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气便立刻燃烧起来。燃烧放出的热使得气体的压强和温度急剧升高，从而推动活塞对外做功。
5、和汽油机基本相同
6、主要应用在载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船上，有的地方还用它带动发电机发电。
学生独立完成
3.科学世界
请同学们阅读课本的 “现代汽车”，
1.汽车由哪几部分组成？汽车电器设备的作用是什么？
现代汽车 汽车的内部结构
2.现代的汽车采用了电子燃油喷射系统，取代了传统的化油器系统有什么好处？这样的内燃机工作过程又是怎样的？
汽车动力系统
3.由于电子技术在汽车上的应用，请同学们谈谈未来汽车发展的方向和前景？
电子技术在汽车的应用
学生思考、讨论
发动机 底盘 车身 电器设备
产生电火花点燃气缸中的可燃气体
提高燃烧效率
汽缸吸入的不是汽油和空气的混合物，而是纯净的空气，在压缩冲程结束时，喷油嘴喷一定数量的汽油喷入。
未来汽车将更加节能、安全，对环境的影响会更小。
（设计意图：学生阅读“现代汽车”，激起学生对汽车发展的关注，知道未来汽车将更加节能、安全，对环境的无污染）
三、课堂小结
见附件一
归纳所学的知识和研究方法
四、课堂检测
教师巡视、讲评
完成检测题
见附件二
五、布置作业
物理助学
课后完成
【板书设计】
第1节 热机
【教学反思】
一、教案的亮点
在学习柴油机的有关知识时，在教学中采用了类比汽油机的有关内容，让学生自学，学生易于接受；在学生自学时提出具体的学习内容，学习目标明确；学生利用汽油机和柴油机的模型亲自动手探究汽油机和柴油机的工作原理，学习印象深刻；演示内能做功实验时，明确观察目标，学生观察细致准确；在探究活动中，小组交流讨论，培养了学生的探究和创造能力及合作精神，提高了学生学习物理的兴趣；在教学中注重理论联系实际，让学生根据所学内燃机的知识应用到实际中解决实际问题，体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。
二、教学中易出现的问题
少部分学生对内燃机工作过程掌握不好，最好在课前布置学生回到家观看农用机动车（如：摩托车、拖拉机、三轮车、大型收割机、小轿车、重型车等），有条件的最好到汽车修理厂观察内燃机的构造，倾听工人师傅的讲解，对学习本节知识会更有帮助。
附件一：
附件二：【课堂检测题】
A基础题：
1.汽油机是由 、 、 和 四个冲程的不断循环来保证连续工作的。其中能将机械能转化为内能的冲程是_________冲程。
2.压缩冲程末尾， 产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生 的燃气，高温高压燃气对 做功。
3.四冲程柴油机的工作过程中，内能转化为机械能的是（ ）
A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程
B提高题：
4、汽油机和柴油机相比较，下列叙述中错误的是（ ）
A. 柴油机吸入汽缸的是空气，汽油机吸入汽缸中的工作物质是汽油和空气的混合物
B. 在压缩冲程中他们的压缩程度是一样的
C. 柴油机里推动活塞做功的燃气的压强比汽油机里的高
D. 在压缩冲程中，柴油机汽缸的温度比汽油机的高
5、在四冲程内燃机的一个工作循环中，存在着能量的转化，则有能量的转化的冲程是（ ）
A. 吸气冲程和压缩冲程 B. 压缩冲程和做功冲程
C. 做功冲程和排气冲程 D. 吸气冲程和排气冲程
C、链接中考：
6、（2014潍坊）下列说法错误的是（ ）
A．断裂的玻璃不能复原，是因为分子间有斥力
?B．沿海地区昼夜温差较小，主要原因是水的比热容较大
?C．切割机切铁片时火星四溅，这是用做功的方式改变了物体的内能
?D．柴油机在吸气冲程中，进气门打开排气门关闭，将空气吸入气缸
评测练习
1.汽油机吸入汽缸的是( ),点火方式是( ).柴油机吸入汽缸的是( ),点火方式是( ) .
2.某四冲程汽油机飞轮的转速是3600R/min,则它每秒钟对外做功( )次，完成（ ）个工作循环，完成（ ）个冲程.
3.四冲程汽油机的三个辅助冲程靠飞轮的( )来完成.
4．热机是把______能转化______能的机器，汽油机和柴油机统称为______。因为它们都是让燃料在____________内燃烧而生成 ，利用这种______作为工作物质去推动______。
5.你知道下列的各个图，表示的是汽油机的哪个工作过程吗？ 排序
6．汽油机在压缩冲程中工作物质被压缩，气缸中的 ( )
A．压强增大，温度降低。 B．压强减小，温度升高。 C．压强增大，温度升高。 D．压强减小，温度降低。
课件30张PPT。热机义务教育教科书人教版九年级物理第十四章内能的利用
第一节会看到什么现象？塞子被冲出
瓶口有白雾在此过程中，能量是如何转化的？热机：热机是把内能转化为机械能的机器热机的种类蒸气机
内燃机
汽轮机
喷气发动机1.内燃机和种类(1)汽油机(2)柴油机①构造
②工作原理
③汽油机完整工作过程①构造
②工作原理汽油机的构造火花塞气缸进气门活塞连杆排气门曲轴内燃机的 冲程和工作循环汽油机工作原理吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程吸气冲程汽油和空气 进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。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。把机械能转化内能做功冲程 在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。把内能转化机械能，获得动力。排气冲程燃烧后的废气 进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。柴油机的构造喷油嘴进气门活塞连杆排气门气缸曲轴柴油机工作原理吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程吸气冲程空气 进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，将空气吸进气缸。压缩冲程 进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气压缩得很小，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。机械能转化为内能做功冲程 在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动.把内能转化机械能，获得动力。排气冲程燃烧后的废气 进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。2.内燃机的启动 内燃机不能自行启动。开始运转时，要靠外力使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，以后内燃机才能自己工作。3.内燃机的应用 汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞机和小型农业机械上面。
(1)汽油机的应用(2)柴油机的应用
柴油比较便宜，但柴油机比较笨重，主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上面。想想议议： 汽油机和柴油机的工作过程有什么相同点，有什么不同点？1．基本构造和主要部件的作用相似。
2 ．每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
3 ．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。
4 ．一个工作冲程中，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次。相同点不同点1．构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。
2 ．燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴油机的燃料是柴油。
3 ．吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混合气体，柴油机只吸进空气。
4 ．点火不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。请说出你的收获，我们一起分享。
请说出你的疑惑，我们一起解决。谈收获1.汽油机吸入汽缸的是( ),点火方式是( ).柴油机吸入汽缸的是( ),点火方式是( ) .
2.某四冲程汽油机飞轮的转速是3600R/min,则它每秒钟对外做功( )次，完成（ ）个工作循环，完成（ ）个冲程.
3.四冲程汽油机的三个辅助冲程靠飞轮的( )来完成.
练习:4．热机是把______能转化______能的机器，汽油机和柴油机统称为______。因为它们都是让燃料在____________内燃烧而生成 ，利用这种______作为工作物质去推动______。5.你知道下列的各个图，表示的是汽油机的哪个工作过程吗？ 排序 1 2 3 46．汽油机在压缩冲程中工作物质被压缩，气缸中的 ( )
A．压强增大，温度降低。 B．压强减小，温度升高。 C．压强增大，温度升高。 D．压强减小，温度降低。再见
