【核心素养目标】14.1热机（教学设计）—初中物理人教版九年级全一册

热机
【学情分析】
学生已具备一定的动手实验能力和运用所学知识解决简单实际问题的能力，已基本能够运用观察、分析、归纳、比较等科学方法来探求新知识。学生在生活中经常接触到发动机的信息，本节课中学生对热机在日常生活中的应用已有感性认识，有一定的知识储备，但是还不能较好地理解和诠释热机工作原理。教学过程设计了许多与生活联系密切的事物及相关课件和视频，可以由此引起学生探究的兴趣进入新课。
【教学目标】
1.物理观念
（1）了解汽油机和柴油机的基本构造和工作原理。
（2）知道内燃机各冲程的工作状态和能量转化。
（3）了解汽油机与柴油机在构造上和工作过程中的异同点。
2.科学思维
通过模型认识内燃机的构造。
3.科学探究
（1）通过演示实验，使学生了解可以利用内能来做功。
（2）利用动画、图片或模型讲解四冲程汽油机的基本结构和工作原理。
4.科学态度与责任
知道内燃机工作时有废气污染，树立环保意识。
【重点难点】
重点：热机的工作原理能量转化。
难点：热机（汽油机）的工作原理。
【新课导入】
【创设情境】同学们，飞机、汽车已经是我们现代生活中不可缺少的交通工具，你想知道飞机、汽车是如何获得这么大的机械能的吗？我们这节课要学习的知识——热机，将会揭开它神秘的面纱。
【新课讲解】
你想知道这些机器是怎么工作的吗？请带着下列问题阅读教材。（5分钟）
1、什么叫热机？热机工作过程中能量如何转化？
2、四冲程热机工作过程中有哪四个冲程？每个冲程活塞怎么运动？能量怎么转化？
3、汽油机和柴油机工作过程有什么异同？
一、热机
1.热机：热机是指把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置。
2.工作原理：热机利用内能做功，将内能转化为机械能。
3.热机种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
生活中你见过什么热机？这些热机有哪些特点？
4.内燃机
（1）工作原理：燃料直接在发动机气缸内燃烧，产生高温高压的燃气，燃气对外做功，把内能转化成机械能。
（2）种类：汽油机、柴油机
二、汽油机
汽油机：用汽油作燃料的内燃机（出示动画或示意图）
①构造（出示模型、动画演示，边指示边讲解）。
进气门，排气门，火花塞，气缸，活塞，连杆，曲轴。（介绍名称的同时，介绍各部分的功能）
②工作原理解说。
冲程：活塞从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程
（结合图示讲解，提醒学生注意观察活塞、气门、连杆、曲轴的动作情况）
热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开始工作前，活塞位于气缸上端，进、排气门均关闭。
吸气冲程：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。
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。
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。
排气冲程：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。这是最后一个冲程
此后，活塞又由上向下运动，从此进入下一轮循环。
三、内燃机
柴油机：用柴油作燃料的内燃机
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；
结构图：
工作过程上：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备上。
四、汽油机与柴油机的异同
1.相同点：
（1）基本构造和主要部件作用相似。
（2）每个工作循环都一样，有吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。
（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：
（1）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。
（2）燃料不同：汽油机燃烧汽油，而柴油机燃烧柴油。
（3）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。
（4）点火方式不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。
【课堂小结】
1.热机工作原理：燃料的化学能通过燃烧释放内能，传给工作物质，通过做功，将内能转化为机械能。
2.燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。内燃机分为汽油机和柴油机。
3.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。
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。
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。
【教学反思】
生活离不开物理，物理离不开生活。物理知识来源于生活，最终又服务于生活。本节课从生活实际中的汽油机和柴油机是怎样工作的引出物理问题，最后又用物理知识来解释，让学生体会到物理就在身边。感受到物理的趣味和价值，体验到物理的魅力。教学中注意了学生的主体地位，让学生充分发挥自己的观察能力、分析能力。本课用了大量的多媒体课件进行教学，增加了教学的可观度，让学生有一种身临其境的感觉，很好地激发了他们学习物理的兴趣，效果很好。