第十四章 第1节 热机 教案 2024-2025学年物理人教版九年级全一册

第十四章　内能的利用
第1节　热机
【教学目标】
1．了解热机的工作原理及分类。
2．了解四冲程汽油机的结构和基本工作原理。
3．了解柴油机的结构特点和优点。
【教学重难点】
1．重点：四冲程汽油机的工作原理及能量转化过程。
2．难点：能量的转化过程和四个冲程的识别。
【课前准备】
教师：多媒体课件、铁架台、试管、橡皮塞、酒精灯、水、火柴、汽油机与柴油机实物模型。
学生：课前收集关于各种热机的资料。
【教学过程】
【情境引入】
利用多媒体出示图片：汽车行驶、飞机起飞、火箭升空等，引导学生观察，提出问题：汽车行驶、飞机起飞、火箭升空的动力都是从哪里来的？从而引入本节课题。
【互动新授】
(一)热机
1．热机的工作原理：
演示实验：在试管内装些水，用橡皮塞塞住，再用酒精灯加热，提醒学生观察水沸腾时会看到什么现象？
组织学生观察实验并讨论：推动橡皮塞的能量是怎么来的？这个过程中能量是怎么转化的？
学生回答：酒精燃烧放出热量，使水的温度逐渐升高直至沸腾，试管内产生大量水蒸气，对橡皮塞的压力越来越大，最后推动橡皮塞做功，冲出试管口。
师生总结：燃料燃烧放出热量，将化学能转化为水和水蒸气的内能，又通过做功将内能转化为橡皮塞的机械能，生活中有很多机械是利用内能来获得机械能的，叫热机。热机的工作原理是将内能转化为机械能。
2．生活中的热机：
指导学生自主学习，了解人类根据热机的原理，制成了蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。汽车行驶、飞机起飞、火箭升空的动力都是通过热机获得的。
热机的广泛应用，将人类带入了工业化时代，这种用酒精灯加热的方式是将燃料放在试管外燃烧，热量损失很大，内能的利用率很低。将燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫作内燃机。内燃机是在汽缸内燃烧汽油或柴油。大多数汽车里的内燃机是燃烧汽油的，又叫汽油机。也有一些汽车是燃烧柴油的，称为柴油机。即内燃机分为汽油机和柴油机两大类，分别用汽油和柴油作为燃料在汽缸内燃烧生成高温高压的燃气，用于推动活塞做功。
(二)汽油机
1．结构：
利用多媒体课件展示四冲程汽油机的剖面图，向学生介绍汽油机的构造。
2．工作过程：
展示汽油机模型，提醒学生注意观察活塞、气门、连杆、曲轴的运动情况。让学生明确：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，叫作一个冲程。
展示汽油机的工作过程，学生观察，思考下列问题：
第一冲程是什么冲程？该冲程中汽油和空气的混合物为什么会进入汽缸？活塞由哪端向哪端运动？
第二冲程是什么冲程？该冲程中活塞压缩燃料混合物是什么能向什么能转化？该冲程末产生什么结果？
第三冲程是什么冲程？该冲程中汽油机是利用什么方式点火？该冲程是什么能向什么能转化？
第四冲程是什么冲程？该冲程有什么作用？
由以上工作过程可以看出，汽油机的一个工作循环由哪几个冲程组成？在这几个冲程中，只有哪个冲程是燃气对外做功？其他几个冲程是靠什么来完成的？
学生观察后分组讨论以上几个问题，总结归纳。 教师演示汽油机模型并讲解上述问题，并列表对比分析。
冲程 进气门 排气门 活塞运动 能量转化情况 温度变化
吸气 打开 关闭 由上到下 无
压缩 关闭 关闭 由下到上 机械能转化成内能 内能增加，温度升高
做功 关闭 关闭 由上到下 内能转化为机械能 内能减少，温度降低
排气 关闭 打开 由下到上 无
　　结合上述分析，让学生自主完成“想想议议”的问题，加深对所学知识的理解和应用。最后教师说明：汽油机的四个冲程是周而复始的循环过程，每完成一个循环，活塞往复两次，曲轴转动两周，对外做功一次。
(三)柴油机
利用多媒体展示柴油机各部分结构，让学生说出各部分名称，并说明柴油机与汽油机的不同之处：柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，因此柴油机汽缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。
引导学生自主学习教材内容，结合下图了解柴油机的工作过程，并将汽油机和柴油机进行对比，找出它们工作过程中的相同点和不同点。
师生总结柴油机的工作原理和汽油机一样，结构也相似，但汽油机顶部有一个火花塞，在压缩冲程结束时，产生电火花，使汽油和空气的混合物被点燃，形成高温高压的气体；而柴油机顶部是一个喷油嘴，喷出雾状柴油，在压缩冲程结束时，利用压缩空气点燃雾状柴油，燃烧放出的热使气体的压强和温度都急剧升高，从而推动活塞做功。
引导学生分析柴油机工作的优缺点，举出柴油机主要应用于哪些机械中，使学生了解柴油机的更多知识。
(四)了解“现代汽车”
学生阅读“科学世界”，了解汽车的组成部分及动力系统和电气设备的作用。
汽车的动力系统
用课件展示汽车采用的电子燃油喷射系统的作用。
【课堂小结】
教师：通过今天的学习你学到了什么，有什么成功的经验和收获？
学生：1.热机的工作原理、种类和常见的内燃机。
2．汽油机的结构和工作过程。
3．柴油机的工作过程及与汽油机的区别。
4．柴油机的优缺点。
【板书设计】
第1节　热机