沪教版（上海）物理八年级下册-5.5 热机 教案

§5.5
热机
【学习目标】
(1)知道热机工作过程中能量转化的情况，知道四冲程内燃机的工作过程。
(2)通过进行“热机对环境造成的影响”的社会调查，增强环境保护意识。
(3)通过了解热机发展的历史，感受热机的发明和发展对人类文明进步的作用。
【重点和难点】
本节的重点是四冲程内燃机的工作过程；难点是工作过程相互关系和动态分析。
【教学设计】
(1)做学习活动卡P38活动，知道内能可以转化为机械能。
(2)分析热机工作原理时，在上一节改变内能方式的基础上进一步阐明：燃料燃烧时将存贮的化学能转变为燃气(蒸汽)的内能，又通过燃气(蒸汽)对外做功，由内能转变为机械能。结合学习活动卡P38上的两个活动说明：
①热机是通过做功改变内能的装置；②热机的工作物质是蒸汽或燃气，而不是燃料本身；③注意分析压缩冲程和做功冲程中能的转化。
(3)用多媒体模拟汽油机和柴油机的工作过程，直观地了解它们的区别，也可以列表区别。
(4)充分运用教学挂图、模型帮助学生理解。有条件可用教学录像和多媒体动画展示热机的工作过程。
(5)了解热机对人类文明发展进程的作用，同时也给世界带来了能源紧缺和环境污染问题，知道热机对环境的污染主要来自废气和噪音。
(6)汽车已进人家庭，可以选择几款常见汽车，介绍其发动机的工作原理及性能，拉近热机与学生生活的距离。
【教学资源】热机课件
【教学过程】
一、热机
将蒸汽或燃气的内能转化为机械能的发动机统称为热机。
世界上最早的热机是在18世纪发明的蒸汽机，它的出现导致了第一次工业革命。蒸汽机利用燃料加热锅炉中的水产生高压水蒸气，高压水蒸气推动活塞做功。但蒸汽对燃料的利用率不到10％。
二、内燃机
19世纪人们又发明了一种热机——内燃机。与蒸汽机不同，燃料在内燃机的汽缸内直接燃烧，产生高温高压燃气推动活塞做功。内燃机将燃料的利用率提高到25％一40％。至今，内燃机仍是使用最广泛的一类热机，大部分交通工具如汽车、火车机车和轮船的发动机都是内燃机。
1.
最早出现的内燃机是四冲程汽油机，
它的构造如图5-5-2所示。汽油机工作时，活塞在汽缸内做一次单向运动称为一个冲程。它的一次工作全过程包括四个冲程：
1）吸气冲程：活塞向下运动，进气阀门开启，空气和汽油的混合气体进入汽缸。
2）压缩冲程：两个阀门都关闭。活塞向上运动，将混合气体压缩至原来体积的
1/8左右。
3）做功冲程：汽缸顶端的电火花塞通电点火，混合气体爆发性燃烧，高温高压气体向下推动活塞做功。在此过程中，燃气的内能部分转化为机械能。
4）排气冲程：活塞向上运动，排气阀开启，废气被排出汽缸。
以上四个冲程中除了做功冲程外，其余三个冲程中，活塞均靠旋转飞轮带动曲轴连杆而运动。一般现代汽车的发动机有四至六个汽缸，它们的活塞与曲轴连杆相连，飞轮使曲轴连杆机构转动更加平稳。汽油机的燃料利用率约为1/4-1/3。
2.
在汽油机之后，科学家和工程师又发明了柴油机，它的工作过程也包括四个冲程。除了燃料使用柴油外，它与汽油机的不同之处还在于：吸气冲程中只有空气通过进气阀进入汽缸；压缩冲程中活塞将空气压缩至原来体积的左右，使空气压强增加，
从而使温度升高至柴油燃点。此时，喷油嘴喷出雾状柴油，达到燃点的柴油立即燃烧，使汽缸内的气体压强大大增加，从而有力地推动活塞对外做功。柴油机功率大，燃料利用率可达40％左右，但柴油机噪声大，排放出来的废气多，需要采用特殊的清洁措施。柴油机主要用作大型机械和载重车、机车、舰船的发动机。
三、其它热机
汽轮发动机
汽鸵发动机包括蒸汽轮机和燃气轮机。它们通过高温高压的水蒸气或燃烧燃料产生的燃气推动系列涡轮叶片旋转，从而带动发电机或其他大型机械工作。
喷气发动机
空气从喷气发动机的前部进入，并被涡轮机压缩。压缩空气进入燃烧室与燃料混合后燃烧，高温高压燃气向后部喷射产生推进力。它们的工作过程可归纳为：进气、压缩、燃烧、排气。喷气式飞机靠喷气发动机提供的动力飞行。
火箭发动机
火箭发动机除带有燃料(如液态氢)之外，还带有助燃剂(如液态氧)，因此它可以在地球大气层外工作。燃料和助燃剂混合燃烧产生的高温高压燃气向后喷出，产生巨大的推进力。
5—5—8航天飞机的发射
【板书】
§5.5
热机
热机
热机：将蒸汽或燃气的内能转化为机械能的发动机统称为热机。
种类：蒸汽机→内燃机→汽轮发动机→喷气发动机→火箭发动机
内燃机
1.
四冲程汽油机
吸气冲程：活塞向下运动，进气阀门开启，空气和汽油的混合气体进入汽缸。
压缩冲程：两个阀门都关闭。活塞向上运动，将混合气体压缩。机械能转化为气体的内能
做功冲程：汽缸顶端的电火花塞通电点火，混合气体爆发性燃烧，高温高压气体向下推动活塞做功。在此过程中，燃气的内能部分转化为机械能。
排气冲程：活塞向上运动，排气阀开启，废气被排出汽缸。
四个冲程叫一个工作循环，活塞往复两次，曲轴转动两周，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程叫辅助冲程，靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。
2.
四冲程柴油机
吸气冲程：只有空气通过进气阀进入汽缸；
压缩冲程：活塞将空气压缩至原来体积的左右，使空气压强增加，
从而使温度升高至柴油燃点。
做功冲程：喷油嘴喷出雾状柴油，达到燃点的柴油立即燃烧，使汽缸内的气体压强大大增加，从而有力地推动活塞对外做功。
柴油机功率大，燃料利用率可达40％左右，但柴油机噪声大，排放出来的废气多。