10.4 热机 教案 （2024 新课标）（核心素养目标）

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第十章 机械能、内能及其转化
10.4 热机
教学目标：
1.物理观念：
（1）理解热机的原理就是将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能。
（2）了解历史上和现实社会中的几种热机。
（3）了解汽油机和柴油机的工作过程。
2.科学思维：
通过加热装水的试管，水管口的塞子被冲出分析得出热机的工作原理。
3.科学探究：
通过演示实验，加热装水的试管。观察试管口的塞子发生的现象。
4.科学态度与责任：
通过汽油机和柴油机的工作原理的学习，了解内燃机对人类文明的进步和对环境造成污染。
教学重点： 认识汽油机的工作过程。
教学难点： 了解汽油机的工作过程能量转化。
教学课时：1课时
教学用具：酒精灯、铁架台、试管、水、软木塞、汽油机模型、柴油机模型
教学互动设计：
1、 创设情景，导入新课
2023年10月26日11时14分，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，航天员乘组状态良好，发射取得圆满成功。
2023年10月26日17时46分，神舟十七号载人飞船入轨后，成功对接于空间站天和核心舱前向端口。
2023年10月26日19时34分，神舟十七号3名航天员顺利进驻中国空间站。10月29日，神舟十六号、神舟十七号航天员乘组进行交接仪式，两个乘组移交了中国空间站的钥匙。
2023年12月21日21时35分，经过约7.5小时的出舱活动，神舟十七号航天员汤洪波、唐胜杰、江新林密切协同，在空间站机械臂和地面科研人员的配合支持下，完成了天和核心舱太阳翼修复试验等既定任务，航天员汤洪波、唐胜杰已安全返回问天实验舱，出舱活动取得圆满成功。
你知道火箭就是一种热机吗？
二、新课讲授，师生互动
将由燃料燃烧产生的高温高压气体的内能转化为机械能的机器，统称为热机(heat engine) 。
如图所示，在一个试管里装一些水，用软木塞塞紧。用酒精灯对试管加热，等水沸腾后，可以看到蒸汽把软木塞顶跑。
酒精通过燃烧释放热量，热量传给试管中的水，水的内能增加，直至汽化为水蒸气；然后是水蒸气对软木塞做功，把它的内能转化为软木塞的机械能。
（1） 汽油机
问题与思考
汽油机是利用燃烧汽油来工作的。那么，需要怎样的装置才能通过燃烧汽油使机器不断地运转起来呢
如图所示，汽油机的主体是一个汽缸，汽缸内有一个活塞，活塞通过连杆与曲轴相连。汽缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞。
汽油机是怎样工作的呢？
汽油机工作时活塞在汽缸内做往复运动。活塞从一端运动到另一端叫作一个冲程。四冲程汽油机的工作过程由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。
第一冲程：吸气冲程。进气门打开，排气门关闭，活塞由汽缸的最上端向下运动，汽油和空气的混合物从进气门被吸入汽缸。当活塞运动到汽缸的最下端时，进气门关闭。
第二冲程：压缩冲程。进气门和排气门都关闭，活塞由汽缸的最下端向上运动，燃料混合物被压缩，汽缸内温度升高，气压增大。
第三冲程：做功冲程。在压缩冲程结束后，火花塞产生电火花，点燃燃料混合物。燃料混合物剧烈燃烧，产生高温、高压燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆驱使曲轴转动。
第四冲程：排气冲程。进气门关闭，排气门打开，活塞从汽缸最下端向上运动，把废气排出汽缸，为下一循环做好准备。
汽油机工作的四个冲程中，只有做功冲程中燃气对外做功，其他三个冲程都是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。
如图所示的是一台汽车使用的多缸内燃机，这是汽车里最为精密和复杂的机械部件。
（二）柴油机
观察与思考
柴油机是用柴油作燃料的热机，它的工作原理与汽油机大致相同。如图所示的是柴油机的主要构造，看一看它与汽油机的构造有什么不同，想一想柴油机是怎样工作的。
从构造上看，柴油机和汽油机的区别主要是柴油机汽缸的顶部有一个喷油嘴，但没有火花塞。
柴油机和汽油机的工作过程基本相同，一个工作循环也包括四个冲程。
吸气冲程：柴油机吸入汽缸中的只是空气，而不像汽油机那样吸入的是汽油和空气的混合物。
压缩冲程：活塞将汽缸内的空气压缩成高温的气体，其温度超过柴油的燃点。
做功冲程：在压缩冲程结束后，由喷油嘴向汽缸内喷射雾状的柴油，这些雾状的柴油在汽缸内高温的空气中剧烈燃烧，这种点火方式称为压燃式。由于雾状柴油的燃烧，使得汽缸内的压强急剧增大，气体对活塞做功，将活塞推向汽缸的下端。
排气冲程：与汽油机的情况相同，都是把废气排出汽缸，为下一个工作循环做好准备。
在实际应用中，柴油机比汽油机要笨重些。但柴油机的效率高，功率较大，并且柴油的价格通常又比汽油便宜，因而多用在拖拉机、坦克、轮船、内燃机车、载重汽车以及小型发电机上。
想一想 汽油机和柴油机有那些相同点和不同点？
科学窗
实际中热机的种类很多，按其工作方式可分为蒸汽机、内燃机(其中包括汽油机、柴油机)、汽轮机、喷气式发动机等，如图所示。
不同的热机有其不同的工作特点和适用条件，它们将内能转化为机械能的效率也不尽相同，如早期使用的蒸汽机，其效率只有5%左右；汽油机的效率在30%左右；柴油机的效率可达到40%以上；汽轮机和喷气式发动机的功率都较大，通常用于大型发电厂和飞机，它们的效率在50%左右。
三、总结反思，超越自我
1. 将由燃料燃烧产生的高温高压气体的内能转化为机械能的机器，统称为热机。
2.汽油机和柴油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。每个工作循环活塞往复各2次，曲轴转动2周。
压缩冲程将机械能转化为内能；做功冲出将内能转化为机械能。
3.汽油机有火花塞，吸入汽油和空气混合物，点燃式；柴油机有喷油嘴，吸入空气，压燃式。柴油机笨重，应用载重汽车、坦克、轮船。
四、板书设计，整合提升
1. 将由燃料燃烧产生的高温高压气体的内能转化为机械能的机器，统称为热机。
2.汽油机和柴油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。每个工作循环活塞往复各2次，曲轴转动2周。
压缩冲程将机械能转化为内能；做功冲出将内能转化为机械能。
3.汽油机有火花塞，吸入汽油和空气混合物，点燃式；柴油机有喷油嘴，吸入空气，压燃式。柴油机笨重，应用载重汽车、坦克、轮船。
五、大海扬帆，尝试远航
1. 下列说法不正确的是（ ）
A.将由燃料燃烧产生的高温高压气体的内能转化为机械能的机器，统称为热机
B. 汽油机的活塞从一端运动到另一端叫做一个冲程
C. 汽油机的工作过程由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成
D. 柴油机吸入气缸的是柴油和空气混合物
2．汽油机中存在着内能转化为机械能的过程的冲程是（ ）
A.吸气冲程
B.压缩冲程
C.做功冲程
D.排气冲程
3．汽油机有明显的机械能转化为内能的过程的冲程是（ ）
A.吸气冲程
B.压缩冲程
C.做功冲程
D.排气冲程
4．汽油机中存在着内能转化为机械能的过程的冲程是（ ）
5．燃气对外做功的冲程是（ ）
参考答案1.D；2.C；3.B；4.C；5.C。
六、作业：P23.T2
课外作业P23-24.T1、T3、T4。
P24阅读材料 汽车的缸数和排量
教学反思：
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