沪科版物理九年级全一册13.3内燃机 教案

第三节内燃机
课题
热机
课型
新授课
备注
教学目标
知识与技能
1.通过演示实验使学生了解可以利用内能来做功；知道热机的概念，知道内燃机是热机的一种，体会现代化交通工具对人们生活的巨大影响。2.通过模型或挂图了解四冲程汽油机和柴油机的构造。3.能用文字或口头表述内燃机各冲程的工作状态和能量转化。
过程与方法
1.学生通过观察汽油机、柴油机的工作过程，能够简单地描述它们的主要特征，培养和提高学生的观察能力。2.通过对汽油机、柴油机结构的观察，有对观察到的现象做出判断的意识。3.通过上网等各种途径收集整理有关蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机的原理、特点的相关资料，培养学生收集信息和整理信息的能力。
情感态度与价值观
1.通过对本节课的学习，培养学生乐于探究生活中的物理学道理的良好习惯。2.通过学习热机的应用，激发学生的学习兴趣，培养学生将科学知识应用于人类社会的意识，进一步认识科学技术和社会之间的关系。
教学重点
四冲程汽油机的工作原理及能的转化过程。
教具准备
多媒体课件、铁架台、试管、金属网罩、胶塞、酒精灯、水；汽油机与柴油机的实物模型。
教学难点
汽油机与柴油机之间的区别。
教学课时
1课时
课前预习
1.热机：将燃料燃烧时放出的
内
能转化为
机械能
的机械（即利用内能做功的机械）。热机的常见种类有蒸汽机、
内燃机
、汽轮机、
喷气发动机
等。
2.内燃机：燃料直接在
发动机
汽缸内燃烧产生动力的热机叫做内燃机。内燃机是现代社会中最常见的一种热机。生活中，汽车的动力机械就是
内燃机
。内燃机可以分为
汽油机
和
柴油机
两大类，它们分别用汽油和柴油作为燃料。
3.汽油机：①四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，其中真正把燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的是
做功
冲程，其他三个冲程不仅不能向外输出机械能，反而要依靠贮存在飞轮上的机械能来运行，即靠飞轮的惯性来完成。②分辨内燃机的四个冲程主要看
活塞
的上、下运动情况及
进气门和排气门
的开闭情况。
4.柴油机：①柴油机的构造和汽油机相似，但是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
；②柴油机对空气的压缩程度比汽油机高，因此可以输出更大的功率，但是柴油机比较笨重。
巩固复习
教师引导学生复习上一节所学内容，并讲解课后作业（教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固。
新课导入
教师利用音像资料，展示汽车运动，坦克前进的画面，然后设问：你知道汽车、坦克为什么会运动起来吗？汽车、坦克的发动机是怎么获得能量的？学生思考、讨论、发表各自的看法。师
汽车、坦克的发动机其实是个内燃机，它通过将燃料燃烧时产生的内能转化成机械能，从而使汽车、坦克运动起来。下面我们就一起来学习吧。
进行新课
知识点1　热机师
我们开始做个实验，请大家细心观察，并注意以下几个问题：①实验中有哪些能量转换？②用酒精灯给试管中的水加热，有哪些物体吸热？③能否把燃料移到容器内部去燃烧来获得更大的动能？教师演示实验。（提醒：用金属网罩套在试管外面，并且胶塞不要塞得太紧，以免试管炸裂伤人）学生回忆并思考，发表各自的建议：水吸收热量，变成水蒸气推动塞子做功，水蒸气的内能转化为塞子的机械能；塞子冲开时有“白气”产生，这是水蒸气液化放热……师
同学们回答得很好，酒精燃烧时，将化学能转化为内能，水蒸气推动塞子做功，内能又转化为机械能。通过这个实验我们知道利用内能可以对外做功，那接下来请大家想一想，如果把燃料移到类似试管的容器中燃烧，那么能量的利用率将会更高，推动塞子做的功将会更多。而且如果设法让这种推动塞子的运动往复进行，那就有了真正的利用价值。而科学家早就将这种设想应用到实际当中，我们经常乘坐的汽车中的热机——“发动机”正是利用这种原理来工作的。下面我们一起来认识热机。板书：热机：（1）定义：利用内能做功的机械。（2）工作原理：将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，再对外做功，把内能转化为机械能。（3）热机的种类：①蒸汽机；②内燃机；③汽轮机；④喷气发动机等。教师用多媒体播放课件“热机的分类”。热机的分类（多媒体课件）通常根据燃料燃烧方式，将热机分为内燃机与蒸汽发动机两类。凡燃料直接在汽缸内燃烧，全部能量转变过程在汽缸内完成的热机称内燃机，如汽油机、柴油机等都属于此类。先把燃料燃烧时释放的能量的一部分传给工质，再由工质将得到的能量的一部分转变为机械能的称蒸汽发动机，又称外燃式热机。内燃机的工质是燃烧的烟气，而蒸汽发动机的工质是水蒸气。蒸汽机在热机中是最早出现的，以后是内燃机、汽轮机、燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机相继出现。其中内燃机应用范围最广，天空、地上、水中都有内燃机的身影。蒸汽发动机由于笨重、效率低，现在应用已不多。
板书：（1）内燃机：凡燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。（2）内燃机主要分为汽油机和柴油机两大类，它们分别用汽油和柴油作为燃料。
特别提醒：内能的两种应用1.利用内能加热物体。2.利用内能做功。
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知识点2　汽油机师
在现代社会中，内燃机是最常见的热机，内燃机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，也叫汽油机。下面我们就一起来学习汽油机。教师展示汽油机的实物模型，讲解结构部件名称（如图），引导学生了解汽油机的构造。
板书：汽油机的构造：排气门、进气门、火花塞、汽缸、活塞、连杆、曲轴。师
从汽油机的实物模型中我们知道了汽油机的构造，那汽油机是如何工作的呢？下面我们观看一个动画视频。教师用多媒体播放汽油机工作过程中的flash视频动画：汽油在汽缸里面燃烧时生成高温高压的燃气，推动活塞做功。活塞移动带动曲轴转动。要使汽油机连续工作，活塞必须能在汽缸内往复运动。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，叫做一个冲程。多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。（启发学生注意四个冲程中工作情况及能量变化）板书：（1）冲程：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做一个冲程。（2）汽油机的四个冲程：吸气、压缩、做功、排气。教师再次播放汽油机工作的视频动画，并提醒学生带着以下问题观察和思考：（1）四个冲程中气门开启、闭合状态如何？活塞运动方向如何？（2）吸气冲程中为什么能将汽油和空气的混合物吸进汽缸？（3）压缩冲程中压缩的是什么？压缩到最后会有什么结果？（4）四个冲程中哪些冲程发生了怎样的能量转化？（5）哪个冲程使机器获得动力？哪个冲程排出了汽车的尾气？学生看完视频后分组讨论，并积极回答问题：生1：①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入汽缸。②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。③做功冲程：进气门和排气门都关闭。在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体。高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸。生2：吸气冲程中当活塞向下运动时，汽缸内气体的体积增大，压强变小，大气压将油气混合物吸进汽缸。生3：压缩冲程中，活塞对油气混合物进行压缩做功，结果是使油气混合物的内能增加，温度升高。生4：四冲程中“压缩冲程”和“做功冲程”中发生了能量转化，其中“压缩冲程”中是将机械能转化为内能；“做功冲程”中，燃料燃烧，燃料的化学能转化为燃气的内能，产生高温高压气体，推动活塞运动，又使燃气的内能转化为机械能。生5：做功冲程中机器获得动力，排气冲程中排出了汽车的尾气。教师鼓励学生的回答，然后用多媒体展示“四冲程汽油机的工作循环示意图”（如图），并进行比较，强调压缩冲程和做功冲程中的能量转化。板书：（1）汽油机的一个工作循环由四个冲程组成，曲轴和飞轮均转动两周，对外做功一次。（2）压缩冲程：机械能转化为内能；做功冲程：内能转化为机械能。（3）汽油机的四个冲程中，只有做功冲程产生动力，其他三个冲程都要靠飞轮的惯性来完成，且消耗机械能。【例1】
如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程,它是（
）A.压缩冲程,将化学能转化成内能B.压缩冲程,将机械能转化成内能C.做功冲程,将内能转化成机械能D.做功冲程,将机械能转化成内能解析：判断内燃机工作过程属于哪一个冲程，需分两步：一是看气门开闭状况，二是看活塞运动情况，具体判断方法是：一气门打开，若进气为吸气冲程，若排气为排气冲程；两气门都关闭，活塞向上是压缩冲程，活塞向下为做功冲程。本题是两气门都关闭，活塞向上是压缩冲程。压缩冲程是将机械能转化为内能。答案：B
规律总结：可根据汽油机活塞运动方向、进气门和排气门的开闭情况判断汽油机处于什么冲程。四冲程内燃机在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴、飞轮转动两周，对外做功一次。
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知识点3　柴油机师
坦克和轮船上使用的是柴油机，柴油机是如何工作的？它的构造又如何呢？下面我们就一起来学习“柴油机”。柴油机是利用汽缸内燃烧柴油所产生的高温高压的燃气来推动活塞做功的热机。它的构造和汽油机的构造大致相同，所不同的是柴油机的汽缸顶部无火花塞而有喷油嘴。（教师可展示柴油机的实物模型，也可以展示图片引导学生观察汽油机与柴油机结构的异同）教师用多媒体播放课件“柴油机的工作过程”，并讲解。柴油机的工作过程（多媒体课件）柴油机的一个工作循环也是由四个冲程组成，曲轴和飞轮均转两周，对外做功一次，活塞往复两次，除做功冲程外的其他三个冲程，也是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。教师引导学生简单叙述汽油机与柴油机的相同点和不同点。（帮助学生了解柴油机的结构，同时增强对四冲程特点的理解）提示：汽油机与柴油机的比较：①相同点：都是燃料在汽缸内燃烧；都是将内能转化为机械能的装置；都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，曲轴和飞轮转动两周，对外做功一次；启动时，都是靠外力先使飞轮和曲轴转动起来。②不同点：补充说明：（1）汽油容易雾化并汽化，柴油不易雾化，所以汽油机是通过雾化汽油与空气混合后从进气道吸入汽缸，柴油机采用在压缩冲程结束时从汽缸顶部喷入的方式。（2）汽油的燃点高但挥发性强，易于点火，故采用电火花点燃式点火；柴油的燃点低但挥发性差，不易点燃易压燃，故采用压燃式点火，即利用压缩冲程将密闭空气温度压缩到柴油的燃点以上，喷入的柴油遇高温立即燃烧。（3）由于柴油机的压缩程度高于汽油机，燃烧生成的燃气的温度和压强都高于汽油机，从做功的角度来看，在柴油机里作用在活塞上的压力较大，做的功也较多；从能量的转化角度来看，柴油机燃气的温度较高，内能较大，转化成的机械能也较多，单位时间里做功较多。板书：在一个工作循环中，柴油机的四个冲程和汽油机一样，曲轴转两周，活塞上下往复运动两次，对外做功一次，且开始时都需要外力启动。【例2】
下列关于柴油机的叙述中，正确的是（
）A.柴油机是把内能转化为机械能的装置B.四冲程柴油机每经过一个工作循环，曲轴就要转动四周C.汽油机有喷油嘴，柴油机有火花塞D.汽油机用压燃式点火，柴油机用点燃式点火解析：由热机的概念知，把内能转化为机械能的装置称为热机，柴油机属于热机，故A是正确的；四冲程内燃机每经过一个工作循环，有四个冲程，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次，故B错误；在做功冲程中，汽油机是通过火花塞产生电火花点燃高温高压的油气混合物，是点燃式，而柴油机是用喷油嘴向远高于柴油燃点的空气喷射雾状柴油而使柴油燃烧的，称之为压燃式，故C、D选项错误。答案：A
小组问题探讨：1.柴油机的构造与汽油机有什么不同？2.柴油机的工作过程与汽油机有什么不同？3.跟汽油机比起来，柴油机有什么优点和缺点？
教学板书
课堂小结
同学们，我们通过这节课的学习，收获了不少知识。我们知道了热机的工作过程和原理，知道了内能的利用在现代生产、生活中有着重要的地位和作用，这节课我们就学到这，谢谢。
教学反思
1.本节课的教学设计通过创设问题情景，提出让学生感兴趣的问题，引导学生思考热机中能量的转化，并通过播放flash动画，让学生认识掌握汽油机和柴油机的构造和工作原理。2.教学时，教师主要从构造、工作过程及优缺点等几个方面对汽油机和柴油机进行介绍，重点讲述汽油机的四个冲程，通过视频和插图对四个冲程逐一进行介绍，使学生对汽油机的工作过程有一个完整的了解。在讲解柴油机时，教师可以采用对比的方法，结合柴油机的构造简图，讲述它与汽油机在构造上的异同，对于它们相似的地方，只需做简略的说明，而重点介绍它们的吸气冲程、压缩程度、点火方式上的不同。这样安排有利于学生抓住重点。最后简单介绍了汽油机和柴油机的优缺点及其运用。