2020－2021学年沪教版八年级物理第二学期5.5 热机 教学设计
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| 名称 | 2020－2021学年沪教版八年级物理第二学期5.5 热机 教学设计 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 72.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 沪教版（试用本） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-02-21 14:52:33 | ||
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文档简介
初中物理电子教案
年级 课题 日 期
八年级（下） 热机
教学 目标 知识与技能 了解热机的基本工作原理，知道热机工作过程中的能量转化情况，知道四冲程内燃机的工作过程，了解常见的热机。
过程与方法 了解热机的能量的转化情况，关注提高热机效率的方法。
情 感 态 度
与 价 值 观 感受热机发明和发展对人类文明进步的作用，认识热机对环境造成的影响，增强保护环境意识。
教材 分析 教学重点 热机的工作原理。
教学难点 四冲程的工作过程。
实验器材 柴油发动机的模型、电池、导线。
课件内容 教学过程（师生活动及预测和对策） 教后记
新课引入： 情景一：
火箭升空。
情景二：
悍马卡车翻越泥沼。
情景三：
F22猛禽战斗机在空中飞行。
新课探究一：
一、热机：
问题1：
在上列事件中，各种形式的能是怎样发生转化的？
师：火箭加满燃料之后，点火升空。请问，在火箭升空的过程中，什么能量转化为了什么能量？
生：内能转化为了机械能。
师：悍马卡车使美国的军用车辆，马力非常大，可以轻松地在各种崎岖的路面上行驶，请问，悍马在行驶的时候，什么能量转化为了什么能量？
生：内能转化为了机械能。
师：F22猛禽战斗机是美国最新研制的喷气式战斗机，它不仅速度极快，而且机动性也很好，可以在空中灵活地做出各种高难度的动作。请问，F22在飞行的时候，什么能量转化为了什么能量？
生：内能转化为了机械能。
师：综合上面几个例子，请大家想一想，在上列事件中，各种形式的机械中，都是什么能量转化为了什么能量？
生：内能转化为了机械能。
用一连串的有趣的生活中的情景来提高学生的学习兴趣。
将三个不同的例子做一个归纳和总结。
通过燃烧燃料，产生内能，再将内能转化为机械能。
新课探究二：
二、蒸汽机：
问题2：
在这些机器中，能的转化过程是怎样进行的呢？
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，将内能转化为机械能。 师：通过燃烧燃料，将化学能转化为内能，再将内能转化为机械能。比如，悍马，就是燃烧柴油，使得柴油的温度升高，这样就产生了内能，随后内能就转化为了机械能，使得悍马车可以行驶。那么，F22呢？
生：也是燃烧汽油，产生内能，随后内能转化为机械能，使得战斗机可以在空中飞行。
师：很好，火箭也是同样的道理，这里就不再一一敖述了。
师：这些内能是通过汽车或者飞机的那个部分转化成为机械能的呢？是车子的外壳？椅子？驾驶员？
生：发动机。
师：很好，比如，悍马的发动机能将燃料燃烧时具有的内能转化成机械能。战斗机也是通过发动机，将燃料的内能转化为机械能。那么这样的机器称为什么呢？
生：热机。
师：刚才的汽车、飞机、火箭的发动机属于热机，那么，在热机中，能的转化过程是怎样进行的呢？
师：我们平时在家里用煤气烧开水的时候，煤气的火焰在水壶的下面燃烧。等水烧开了以后，蒸汽就会把壶盖顶起来。
总结特点之后，得到物理定义。
蒸汽机是一个能够将蒸汽中的热能转换为功的热机。泵、铁路机车和轮船曾使用蒸汽机驱动。蒸汽机在工业革命中起了基本的作用。今天人们还使用气轮机来发电。蒸汽机需要一个使水沸腾产生高压蒸汽的锅炉，这个锅炉可以使用木头、煤、石油或天然气甚至垃圾作为热源。
蒸汽膨胀推动活塞做功。发明世界上第一台蒸汽机是古希腊的亚历山大利亚城的希罗于1世纪发明的风光管，不过它只不过是一个玩具而已。约1679年法国物理学家丹尼斯制造了第一台蒸汽机的工作模型。1698年瓦特制造了早期的工业蒸汽机，他对蒸汽机的发展都做出了自己的贡献。1807年罗伯特第一个成功地用蒸汽机来驱动轮船。
蒸汽机的应用：蒸汽火车
师：当壶盖向上跳动的时候，盖子具有了什么能量？
生：机械能。
师：很好，那么机械能是谁给的呢？
生：水。
师：很好，加热水，产生水蒸气，水蒸气的内能转化成了壶盖的机械能。把壶盖换成活塞，那么这个就是蒸汽机的原理。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，将内能转化为机械能。
师：正是因为蒸汽机可以将燃料燃烧后产生的热能，通过高压水蒸气转化为机械能，所以，蒸汽机就是最早的热机。人们利用蒸汽机的原理制造出了最早的蒸汽火车、蒸汽轮船，甚至可以利用蒸汽机来发电。
师：比如下图，就是我们常常可以在近代的欧美电影，比如《哈利波特》中常常可以见到的蒸汽火车，它的发动机――蒸汽机，就是典型的热机。 从原理上分析物理现象，对于生活中的物理现象有更加深刻的理解。
新课探究三：
三、内燃机：
师：蒸汽机有一个明显的特点，就是燃料的燃烧是在锅炉的外面，这样的热机有一个非常明显的缺点，煤气燃烧后产生的热量能不能全部被锅炉内水吸收呢？
生：不能。
师：很好，一部分燃料燃烧后放出的热量转移到了水中，而另外一部分的热量就被白白地浪费在了锅炉的外面，燃料的能量隔着一大锅水再转化成活塞的机械能的话，势必导致燃料没有被充分地利用。所以蒸汽机对于燃料的利用率是非常低的，大约只有10% 左右，而其余的90%都被白白浪费掉了。
师：随着世界能源危机的深化，人们愈发感觉到，必须提高燃料的利用率。由于蒸汽机的燃料是在锅炉的外面燃烧的，很多燃料产生的能量要通过水再给活塞，燃料的浪费就会很大。人们想，能不能有另外一种热机，可以使燃料不隔着水，直接在锅炉的里面燃烧，再直接转化为机械能呢？于是，19世纪，内燃机被发明了出来。之所以叫内燃机，它和蒸汽机最大的区别在于，燃料是在内燃机的汽缸内部直接燃烧的，使得它所产生的高温高压的燃气直接转化为机械能，推动活塞做功，不必再通过大量的水了。这样，就减少了一个能量损耗的环节，燃料的利用率就可以大大提高了，达到了25%~40%，比原来的蒸汽机大了好几倍！这项伟大的发明沿用至今，汽车、火车、轮船等现代化交通工具所使用的发动机大部分都是内燃机。
为何要制造内燃机？说明科技在不断地进步。
情景四： 内燃机模型演示与讲解。
（一）汽油机工作原理：
1、吸气冲程
师：老师这里就有一个内燃机的模型，这个内燃机是燃烧汽油的，叫做汽油机，停在我们学校内的这几辆轿车的发动机都是汽油机。我们接着就一起来研究内燃机的工作过程。这台是最简单的四冲程内燃机。什么叫做冲程呢？
生：活塞单向运动一次。
师：很好，比如，我摇动汽油机的手柄，活塞从最下面单方向地向上运动到最上面，就表示一个冲程；接着活塞再从最上面也单方向地向下运动到最下面，就表示第二个冲程；然后，活塞又从最下面单方向地向上运动到最上面，就表示第三个冲程。以此类推，一个最简单的汽油机完整地工作一次，需要经历四个冲程，就是活塞需要单方向地运动几次？
生：四次。
师：很好，下面我就来一一介绍这四个冲程。首先，就拿汽车为例，每辆汽车都有一个电瓶，在发动汽车时，先要用电瓶里的电将飞轮带动着旋转起来。以前的汽车没有电瓶，我们经常可以看到，有人会用车子前面的手柄摇一圈来带动飞轮的旋转。最明显的例子，就是以前的老式飞机，螺旋桨不会自动旋转，而是需要有人用手先拨动让它转起来。等飞轮转起来以后，再把电瓶关闭，飞轮会不会马上停止转动？
生：不会。
师：很好，依靠飞轮具有的惯性，飞轮会继续保持高速转动。我们看到，通过飞轮的机械装置，将左边的进气阀门打开了，同时活塞向哪里运动？
生：向下。
师：很好，这个就像在使用针管，这样就会通过打开的进气阀，把空气和汽油的混合气体吸入到汽缸中来。在这个过程中，电瓶已经关闭，没有动力了，活塞向下运动完全是依靠惯性来完成第一个冲程的，叫做吸气冲程。 内燃机的工作原理比较复杂，要结合试验，进行一步步的深入分析，便于学生理解。
分析阀门的开闭和活塞的运动方向。阀门开一个，活塞向下运动。
2、压缩冲程
3、做功冲程
师：接着，活塞会不会运动到最下面就突然和飞轮一起停止呢？
生：不会。
师：很好，由于飞轮具有惯性，活塞会继续向上运动，同时两边的阀门全部关闭，刚才吸入的空气和汽油被完全封闭在了汽缸中，由于活塞继续向上运动，活塞会对气体做功，将气体压缩在一起。
师：这个时候，是什么能转化为什么能？
生：机械能转化为内能。
师：气体的温度会如何变化？
生：温度升高。
师：很好，等活塞运动到顶端的时候，气体的体积，变成了原来的1/8左右。依靠飞轮的惯性，完成了第二个冲程，叫做压缩冲程。
师：在活塞处于最顶端的时候，突然在汽缸的顶部电火花塞打出一个小的火星来，火星碰到了易燃的空气和汽油的混合气体，会怎么样？
生：会爆炸！
师：很好，由于汽缸内的温度没有到达汽油的燃烧点，所以需要点火，帮助燃烧，这个时候汽缸内的所有气体一下子全部被点燃，发生了爆发性的燃烧，形成了一股压力和温度都非常高的气体，内能非常的大，气体就迫切地要释放这股能量，由于汽缸内的左右和上面都是封住的，而且是固定不动的，所以气体会向哪里运动？
生：向下面。
师：很好气体会向下运动，在其向下运动的过程中，就把活塞向下推了，这样活塞就受到了气体对它的推力，而且在推力的方向上运动了一段距离，说明，气体对活塞如何了？
生：做了功。
师：将什么能转化为什么能？
生：内能转化为机械能。 阀门全部关闭，活塞向上运动。此外还要分析其中的能量的转化，机械能转为内能。
阀门全部关闭，活塞向下运动。此外还要分析其中的能量的转化，内能转为机械能。
4、排气冲程
师：气体的温度会如何变化？
生：温度降低。
师：很好，气体的推力使得活塞从最上面运动到了最下面，又完成了第三次冲程，但是在这个冲程中，活塞主要是依靠什么向下运动的？
生：依靠气体的推力。
师：很好，这里没有依靠惯性，而是依靠气体的推力，使得活塞运动的，活塞在运动的时候，气体对活塞做了功，将内能转化为了机械能，叫做做功冲程。
师：当活塞运动到底端的时候，气体就不再推动活塞了，那么飞轮和活塞会不会马上停止运动呢？
生：由于惯性，不会。
师：所以活塞会依靠惯性，继续向上运动，而与此同时，汽缸的右边的排气阀会打开，随着活塞的上升，就像打针一样，将汽缸里面的燃烧后产生的废气通过排气阀排到汽缸的外面，所以我们平时见到的汽车排气管排除的尾气，就是从汽缸的排气阀所排出的废气。同样地，也是依靠飞轮的惯性，完成了第四次冲程，叫做排气冲程。
师：接着，我们来总结一下这四个冲程的特点，请大家看书上的图，在活塞向下运动，且有一个口打开的时候，是吸气冲程；在活塞向上运动，且两个口都关闭的时候，是压缩冲程；在活塞向下运动，且两个口都关闭的时候，是做功冲程；在活塞向上运动，且有一个口打开的时候，是排气冲程。一台四冲程汽油机完整的工作一次需要经历这四个步骤，那么飞轮转了几圈呢？
分析阀门的开闭和活塞的运动方向。阀门开一个，活塞向上运动。
总结四个冲程的特点，分析工作规律。
（一）柴油机工作原理：
生：2圈。
师：一次冲程，飞轮转了半圈，四次冲程就转了2圈。在这四个冲程中，哪几个的活塞是靠惯性运动的？
生：吸气冲程、压缩冲程、排气冲程。
师：很好，只有做功冲程中，活塞是依靠气体做功运动的。
师：那么在这四个冲程中，哪些有能量的转化？
生：压缩冲程和做功冲程。
师：分别是什么能转化为什么能？
生：压缩冲程是机械能转化为内能；做功冲程是内能转化为机械能。
师：压缩冲程中，气体温度升高；做功冲程中，气体温度降低。
师：现今的汽车一般会使用4至6个汽缸，比如奇瑞QQ就是采用的四缸汽油机。而奥迪A6就是使用六缸汽油机。汽缸多，不仅马力大，而且行驶也更加的平稳、顺畅。使用汽油机，可以使燃料的利用率达到25%～33%左右。
师：在汽油机发明后不就，另外一种内燃机——柴油机又出现了，首先，我们来一起研究一下柴油机的工作原理。和汽油机一样，柴油机完成一次工作，也需要经历四个冲程，它们分别是什么？
生：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。
师：但是不同的是，汽油机在吸气冲程中，吸入的是空气和汽油的混合气体；而柴油机吸入的只是空气，并没有吸入柴油。然后是什么冲程？
生：是压缩冲程。
师：很好，在压缩气体时，汽油机能将汽缸内的气体压缩成了原来的1/8左右；但是柴油机能将汽缸内的空气压缩成了原来的1/16左右。请问，将气体压缩得更厉害了，那么活塞对气体所做的功是变大还是变小？
主要讲解两种不同的内燃机的主要区别。
（三）柴油机和汽油机的异同点：
1、相同点：
2、不同点：
生：变大。
师：很好，活塞要对汽缸内的气体做更多的功，将更多的机械能转化为气体的内能了，那么，气体温度就会怎么样？
生：更高。
师：很好，柴油机内的气体的温度就要比汽油机内气体的温度更高，可以达到500℃。但是由于汽油的燃点比较高，要560℃才会自燃，所以我们需要借助火花塞，帮助它燃烧。但是，柴油机则不需要，因为柴油机使用的燃料是燃点相对较低的柴油，柴油中含更多的可燃物质碳，所以燃点只有360℃，所以，我们不需要在柴油机的汽缸顶部安装火花塞，只要安装一个喷油嘴，通过喷油嘴喷出雾状的柴油，柴油在接触到温度高达500℃的空气后，就会立刻自行燃烧了。这时，汽缸内燃烧的气体的温度会瞬间达到2000℃以上，气体的内能非常的大。这样就能通过活塞的运动，在做功冲程中，将内能转化为更多的机械能。然后气体的温度会怎么变化？
生：温度下降。
师：很好，最后再通过排气冲程，将燃烧后的废气排放到汽缸外面。这样，柴油机就完成了一次工作。
师：我们一起来总结一下柴油机和汽油机有哪些相同点？
生：基本构造和主要部件相似。
生：也有四个冲程。
生：只有做功冲程对外做功。其余的冲程靠飞轮的惯性。
生：完整工作一次，飞轮转两圈，活塞往返两次，做功一次。
师：那么它们之间有什么不同点吗？
生：一个有火花塞，一个有喷油嘴。
新课探究四：
四、其它热机： 师：很好，首先是构造不同，汽油机的汽缸顶端有火花塞，而柴油机的汽缸顶端是喷油嘴。还有吗？生：汽油机用汽油，柴油机用柴油。
师：对，燃料不同，汽油机燃烧汽油，柴油机燃烧柴油。还有吗？
生：汽油机吸入空气和汽油，柴油机吸入空气。
师：很好，吸气冲程不同，汽油机吸进汽油和空气的燃料混合物，柴油机只吸进空气。还能找出来吗？
生：汽油机是点燃的，柴油机是压燃的。
师：对，汽油机是靠点火点燃的，属于点燃式点火，而柴油机是靠压缩空气压燃的，属于压燃式点火。
师：柴油机比汽油机做功更有力，功率更大，而且，使用柴油机，可以将燃料的利用率可以提升到40%左右，而且去除了复杂的火花塞，结构也简单，使用寿命比汽油机要长20%左右。所以，柴油机常常用在集装箱卡车、坦克、拖拉机、等重型大马力的大型机械上。既然柴油机有这么多的优点，那我们使用的主要内燃机还是汽油机呢？因为首先，柴油机由于功率大，所以活塞运动极快，噪声就变得非常的大，会影响环境。再者，柴油机使用的燃料是柴油，柴油中含有较多的可燃物质——碳，就是制作铅芯的主要材料，柴油中的碳不能被完全燃烧，就会被直接排放出来，这样排出的废气，颜色就会显得很黑、很脏，污染比汽油要大很多。而汽油机噪声小，污染少，所以城市中的车辆大多使用汽油机。
师：最后，我们大致地来了解一下其它几种常用的热机。
1、汽轮发动机：
通过高温高压的水蒸气或燃烧燃料将产生的燃气推动一系列涡轮叶片旋转，从而带动发动机工作。
A、蒸汽轮机：
B、燃气轮机：
师：汽轮发动机包括蒸汽轮机和燃气轮机。一般应用在火力发电厂、大型工厂内，也可以作为航空母舰、核潜艇、万吨轮等超大型船只的发动机。图中就是大型火力发电站中所使用的汽轮发动机，而这幅图是它的内部结构，我们可以看到，汽轮发动机的内部是一大排金属叶片，类似于一排排风车的叶片。
师：蒸汽轮机是依靠高压高温的蒸汽冲击在叶片上，使得叶片快速转动了起来，这个时候，什么能转化为什么能？
生：内能转化为机械能。
师：很好，高温的蒸汽内能转化为了叶片转动的机械能，蒸汽的内能就减小了，温度会怎么变化？
生：温度降低。
师：很好，蒸汽温度降低之后变成了水，从蒸汽轮机中流出来，然后上面又会再次喷射高压高温的蒸汽，使叶片再次转动。这样蒸汽轮机就会一直保持高速的转动了。这样的蒸汽轮机的燃料利用率大约在25%～30%左右。
师：燃气轮机的工作原理和蒸汽轮机大致相同，区别在于它是依靠燃料燃烧后产生的高温高压气体推动叶片转动的。
可以适当的补充一些其他生活中常见的不同种类的热机，丰富学生的物理知识。
2、喷气发动机：
3、火箭发动机：
问题：上列机器有什么共同点？
热机：
各种将蒸汽或燃气的内能转化为机械能的发动机统称为热机。
课堂练习： 师：喷气发动机被广泛地运用在喷气式飞机上。比如这架喷气式客机就使用了四台喷气式发动机，它可以将空气从前面吸入，利用压缩机将气体压缩，将压缩机做功产生的机械能转化为空气的内能。之后压缩的空气再与燃料混合并迅速在燃烧室内燃烧，产生具有很大内能的高温高压气体。最后发动机把气体喷射在发动机后面的叶片上，使得叶片高速旋转。将巨大的内能转化为巨大的机械能，使飞机向前运动。
师：由于火箭、航天飞机需要在没有氧气的太空中飞行，所以火箭发动机通常要携带燃料（液态氢）和助燃剂（液态氧），当氢流过火箭发动机的时候，不断释放氧，会产生剧烈的化学反应，瞬间膨胀变成高温高压的燃气，然后向发动机的后面喷出，可以产生巨大的推力，可以将质量达到3000吨的火箭推上天空，这也是将内能转化为了机械能。
师：上列机器有什么共同点？
生：将内能转化为了机械能。
师：很好，所以他们都属于热机。
课堂小结：
热机：
各种将蒸汽或燃气的内能转化为机械能的发动机统称为热机。
内燃机的四个冲程：
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
板书设计：
蒸汽机
汽油机
热机 内燃机
柴油机
其它热机
年级 课题 日 期
八年级（下） 热机
教学 目标 知识与技能 了解热机的基本工作原理，知道热机工作过程中的能量转化情况，知道四冲程内燃机的工作过程，了解常见的热机。
过程与方法 了解热机的能量的转化情况，关注提高热机效率的方法。
情 感 态 度
与 价 值 观 感受热机发明和发展对人类文明进步的作用，认识热机对环境造成的影响，增强保护环境意识。
教材 分析 教学重点 热机的工作原理。
教学难点 四冲程的工作过程。
实验器材 柴油发动机的模型、电池、导线。
课件内容 教学过程（师生活动及预测和对策） 教后记
新课引入： 情景一：
火箭升空。
情景二：
悍马卡车翻越泥沼。
情景三：
F22猛禽战斗机在空中飞行。
新课探究一：
一、热机：
问题1：
在上列事件中，各种形式的能是怎样发生转化的？
师：火箭加满燃料之后，点火升空。请问，在火箭升空的过程中，什么能量转化为了什么能量？
生：内能转化为了机械能。
师：悍马卡车使美国的军用车辆，马力非常大，可以轻松地在各种崎岖的路面上行驶，请问，悍马在行驶的时候，什么能量转化为了什么能量？
生：内能转化为了机械能。
师：F22猛禽战斗机是美国最新研制的喷气式战斗机，它不仅速度极快，而且机动性也很好，可以在空中灵活地做出各种高难度的动作。请问，F22在飞行的时候，什么能量转化为了什么能量？
生：内能转化为了机械能。
师：综合上面几个例子，请大家想一想，在上列事件中，各种形式的机械中，都是什么能量转化为了什么能量？
生：内能转化为了机械能。
用一连串的有趣的生活中的情景来提高学生的学习兴趣。
将三个不同的例子做一个归纳和总结。
通过燃烧燃料，产生内能，再将内能转化为机械能。
新课探究二：
二、蒸汽机：
问题2：
在这些机器中，能的转化过程是怎样进行的呢？
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，将内能转化为机械能。 师：通过燃烧燃料，将化学能转化为内能，再将内能转化为机械能。比如，悍马，就是燃烧柴油，使得柴油的温度升高，这样就产生了内能，随后内能就转化为了机械能，使得悍马车可以行驶。那么，F22呢？
生：也是燃烧汽油，产生内能，随后内能转化为机械能，使得战斗机可以在空中飞行。
师：很好，火箭也是同样的道理，这里就不再一一敖述了。
师：这些内能是通过汽车或者飞机的那个部分转化成为机械能的呢？是车子的外壳？椅子？驾驶员？
生：发动机。
师：很好，比如，悍马的发动机能将燃料燃烧时具有的内能转化成机械能。战斗机也是通过发动机，将燃料的内能转化为机械能。那么这样的机器称为什么呢？
生：热机。
师：刚才的汽车、飞机、火箭的发动机属于热机，那么，在热机中，能的转化过程是怎样进行的呢？
师：我们平时在家里用煤气烧开水的时候，煤气的火焰在水壶的下面燃烧。等水烧开了以后，蒸汽就会把壶盖顶起来。
总结特点之后，得到物理定义。
蒸汽机是一个能够将蒸汽中的热能转换为功的热机。泵、铁路机车和轮船曾使用蒸汽机驱动。蒸汽机在工业革命中起了基本的作用。今天人们还使用气轮机来发电。蒸汽机需要一个使水沸腾产生高压蒸汽的锅炉，这个锅炉可以使用木头、煤、石油或天然气甚至垃圾作为热源。
蒸汽膨胀推动活塞做功。发明世界上第一台蒸汽机是古希腊的亚历山大利亚城的希罗于1世纪发明的风光管，不过它只不过是一个玩具而已。约1679年法国物理学家丹尼斯制造了第一台蒸汽机的工作模型。1698年瓦特制造了早期的工业蒸汽机，他对蒸汽机的发展都做出了自己的贡献。1807年罗伯特第一个成功地用蒸汽机来驱动轮船。
蒸汽机的应用：蒸汽火车
师：当壶盖向上跳动的时候，盖子具有了什么能量？
生：机械能。
师：很好，那么机械能是谁给的呢？
生：水。
师：很好，加热水，产生水蒸气，水蒸气的内能转化成了壶盖的机械能。把壶盖换成活塞，那么这个就是蒸汽机的原理。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，将内能转化为机械能。
师：正是因为蒸汽机可以将燃料燃烧后产生的热能，通过高压水蒸气转化为机械能，所以，蒸汽机就是最早的热机。人们利用蒸汽机的原理制造出了最早的蒸汽火车、蒸汽轮船，甚至可以利用蒸汽机来发电。
师：比如下图，就是我们常常可以在近代的欧美电影，比如《哈利波特》中常常可以见到的蒸汽火车，它的发动机――蒸汽机，就是典型的热机。 从原理上分析物理现象，对于生活中的物理现象有更加深刻的理解。
新课探究三：
三、内燃机：
师：蒸汽机有一个明显的特点，就是燃料的燃烧是在锅炉的外面，这样的热机有一个非常明显的缺点，煤气燃烧后产生的热量能不能全部被锅炉内水吸收呢？
生：不能。
师：很好，一部分燃料燃烧后放出的热量转移到了水中，而另外一部分的热量就被白白地浪费在了锅炉的外面，燃料的能量隔着一大锅水再转化成活塞的机械能的话，势必导致燃料没有被充分地利用。所以蒸汽机对于燃料的利用率是非常低的，大约只有10% 左右，而其余的90%都被白白浪费掉了。
师：随着世界能源危机的深化，人们愈发感觉到，必须提高燃料的利用率。由于蒸汽机的燃料是在锅炉的外面燃烧的，很多燃料产生的能量要通过水再给活塞，燃料的浪费就会很大。人们想，能不能有另外一种热机，可以使燃料不隔着水，直接在锅炉的里面燃烧，再直接转化为机械能呢？于是，19世纪，内燃机被发明了出来。之所以叫内燃机，它和蒸汽机最大的区别在于，燃料是在内燃机的汽缸内部直接燃烧的，使得它所产生的高温高压的燃气直接转化为机械能，推动活塞做功，不必再通过大量的水了。这样，就减少了一个能量损耗的环节，燃料的利用率就可以大大提高了，达到了25%~40%，比原来的蒸汽机大了好几倍！这项伟大的发明沿用至今，汽车、火车、轮船等现代化交通工具所使用的发动机大部分都是内燃机。
为何要制造内燃机？说明科技在不断地进步。
情景四： 内燃机模型演示与讲解。
（一）汽油机工作原理：
1、吸气冲程
师：老师这里就有一个内燃机的模型，这个内燃机是燃烧汽油的，叫做汽油机，停在我们学校内的这几辆轿车的发动机都是汽油机。我们接着就一起来研究内燃机的工作过程。这台是最简单的四冲程内燃机。什么叫做冲程呢？
生：活塞单向运动一次。
师：很好，比如，我摇动汽油机的手柄，活塞从最下面单方向地向上运动到最上面，就表示一个冲程；接着活塞再从最上面也单方向地向下运动到最下面，就表示第二个冲程；然后，活塞又从最下面单方向地向上运动到最上面，就表示第三个冲程。以此类推，一个最简单的汽油机完整地工作一次，需要经历四个冲程，就是活塞需要单方向地运动几次？
生：四次。
师：很好，下面我就来一一介绍这四个冲程。首先，就拿汽车为例，每辆汽车都有一个电瓶，在发动汽车时，先要用电瓶里的电将飞轮带动着旋转起来。以前的汽车没有电瓶，我们经常可以看到，有人会用车子前面的手柄摇一圈来带动飞轮的旋转。最明显的例子，就是以前的老式飞机，螺旋桨不会自动旋转，而是需要有人用手先拨动让它转起来。等飞轮转起来以后，再把电瓶关闭，飞轮会不会马上停止转动？
生：不会。
师：很好，依靠飞轮具有的惯性，飞轮会继续保持高速转动。我们看到，通过飞轮的机械装置，将左边的进气阀门打开了，同时活塞向哪里运动？
生：向下。
师：很好，这个就像在使用针管，这样就会通过打开的进气阀，把空气和汽油的混合气体吸入到汽缸中来。在这个过程中，电瓶已经关闭，没有动力了，活塞向下运动完全是依靠惯性来完成第一个冲程的，叫做吸气冲程。 内燃机的工作原理比较复杂，要结合试验，进行一步步的深入分析，便于学生理解。
分析阀门的开闭和活塞的运动方向。阀门开一个，活塞向下运动。
2、压缩冲程
3、做功冲程
师：接着，活塞会不会运动到最下面就突然和飞轮一起停止呢？
生：不会。
师：很好，由于飞轮具有惯性，活塞会继续向上运动，同时两边的阀门全部关闭，刚才吸入的空气和汽油被完全封闭在了汽缸中，由于活塞继续向上运动，活塞会对气体做功，将气体压缩在一起。
师：这个时候，是什么能转化为什么能？
生：机械能转化为内能。
师：气体的温度会如何变化？
生：温度升高。
师：很好，等活塞运动到顶端的时候，气体的体积，变成了原来的1/8左右。依靠飞轮的惯性，完成了第二个冲程，叫做压缩冲程。
师：在活塞处于最顶端的时候，突然在汽缸的顶部电火花塞打出一个小的火星来，火星碰到了易燃的空气和汽油的混合气体，会怎么样？
生：会爆炸！
师：很好，由于汽缸内的温度没有到达汽油的燃烧点，所以需要点火，帮助燃烧，这个时候汽缸内的所有气体一下子全部被点燃，发生了爆发性的燃烧，形成了一股压力和温度都非常高的气体，内能非常的大，气体就迫切地要释放这股能量，由于汽缸内的左右和上面都是封住的，而且是固定不动的，所以气体会向哪里运动？
生：向下面。
师：很好气体会向下运动，在其向下运动的过程中，就把活塞向下推了，这样活塞就受到了气体对它的推力，而且在推力的方向上运动了一段距离，说明，气体对活塞如何了？
生：做了功。
师：将什么能转化为什么能？
生：内能转化为机械能。 阀门全部关闭，活塞向上运动。此外还要分析其中的能量的转化，机械能转为内能。
阀门全部关闭，活塞向下运动。此外还要分析其中的能量的转化，内能转为机械能。
4、排气冲程
师：气体的温度会如何变化？
生：温度降低。
师：很好，气体的推力使得活塞从最上面运动到了最下面，又完成了第三次冲程，但是在这个冲程中，活塞主要是依靠什么向下运动的？
生：依靠气体的推力。
师：很好，这里没有依靠惯性，而是依靠气体的推力，使得活塞运动的，活塞在运动的时候，气体对活塞做了功，将内能转化为了机械能，叫做做功冲程。
师：当活塞运动到底端的时候，气体就不再推动活塞了，那么飞轮和活塞会不会马上停止运动呢？
生：由于惯性，不会。
师：所以活塞会依靠惯性，继续向上运动，而与此同时，汽缸的右边的排气阀会打开，随着活塞的上升，就像打针一样，将汽缸里面的燃烧后产生的废气通过排气阀排到汽缸的外面，所以我们平时见到的汽车排气管排除的尾气，就是从汽缸的排气阀所排出的废气。同样地，也是依靠飞轮的惯性，完成了第四次冲程，叫做排气冲程。
师：接着，我们来总结一下这四个冲程的特点，请大家看书上的图，在活塞向下运动，且有一个口打开的时候，是吸气冲程；在活塞向上运动，且两个口都关闭的时候，是压缩冲程；在活塞向下运动，且两个口都关闭的时候，是做功冲程；在活塞向上运动，且有一个口打开的时候，是排气冲程。一台四冲程汽油机完整的工作一次需要经历这四个步骤，那么飞轮转了几圈呢？
分析阀门的开闭和活塞的运动方向。阀门开一个，活塞向上运动。
总结四个冲程的特点，分析工作规律。
（一）柴油机工作原理：
生：2圈。
师：一次冲程，飞轮转了半圈，四次冲程就转了2圈。在这四个冲程中，哪几个的活塞是靠惯性运动的？
生：吸气冲程、压缩冲程、排气冲程。
师：很好，只有做功冲程中，活塞是依靠气体做功运动的。
师：那么在这四个冲程中，哪些有能量的转化？
生：压缩冲程和做功冲程。
师：分别是什么能转化为什么能？
生：压缩冲程是机械能转化为内能；做功冲程是内能转化为机械能。
师：压缩冲程中，气体温度升高；做功冲程中，气体温度降低。
师：现今的汽车一般会使用4至6个汽缸，比如奇瑞QQ就是采用的四缸汽油机。而奥迪A6就是使用六缸汽油机。汽缸多，不仅马力大，而且行驶也更加的平稳、顺畅。使用汽油机，可以使燃料的利用率达到25%～33%左右。
师：在汽油机发明后不就，另外一种内燃机——柴油机又出现了，首先，我们来一起研究一下柴油机的工作原理。和汽油机一样，柴油机完成一次工作，也需要经历四个冲程，它们分别是什么？
生：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。
师：但是不同的是，汽油机在吸气冲程中，吸入的是空气和汽油的混合气体；而柴油机吸入的只是空气，并没有吸入柴油。然后是什么冲程？
生：是压缩冲程。
师：很好，在压缩气体时，汽油机能将汽缸内的气体压缩成了原来的1/8左右；但是柴油机能将汽缸内的空气压缩成了原来的1/16左右。请问，将气体压缩得更厉害了，那么活塞对气体所做的功是变大还是变小？
主要讲解两种不同的内燃机的主要区别。
（三）柴油机和汽油机的异同点：
1、相同点：
2、不同点：
生：变大。
师：很好，活塞要对汽缸内的气体做更多的功，将更多的机械能转化为气体的内能了，那么，气体温度就会怎么样？
生：更高。
师：很好，柴油机内的气体的温度就要比汽油机内气体的温度更高，可以达到500℃。但是由于汽油的燃点比较高，要560℃才会自燃，所以我们需要借助火花塞，帮助它燃烧。但是，柴油机则不需要，因为柴油机使用的燃料是燃点相对较低的柴油，柴油中含更多的可燃物质碳，所以燃点只有360℃，所以，我们不需要在柴油机的汽缸顶部安装火花塞，只要安装一个喷油嘴，通过喷油嘴喷出雾状的柴油，柴油在接触到温度高达500℃的空气后，就会立刻自行燃烧了。这时，汽缸内燃烧的气体的温度会瞬间达到2000℃以上，气体的内能非常的大。这样就能通过活塞的运动，在做功冲程中，将内能转化为更多的机械能。然后气体的温度会怎么变化？
生：温度下降。
师：很好，最后再通过排气冲程，将燃烧后的废气排放到汽缸外面。这样，柴油机就完成了一次工作。
师：我们一起来总结一下柴油机和汽油机有哪些相同点？
生：基本构造和主要部件相似。
生：也有四个冲程。
生：只有做功冲程对外做功。其余的冲程靠飞轮的惯性。
生：完整工作一次，飞轮转两圈，活塞往返两次，做功一次。
师：那么它们之间有什么不同点吗？
生：一个有火花塞，一个有喷油嘴。
新课探究四：
四、其它热机： 师：很好，首先是构造不同，汽油机的汽缸顶端有火花塞，而柴油机的汽缸顶端是喷油嘴。还有吗？生：汽油机用汽油，柴油机用柴油。
师：对，燃料不同，汽油机燃烧汽油，柴油机燃烧柴油。还有吗？
生：汽油机吸入空气和汽油，柴油机吸入空气。
师：很好，吸气冲程不同，汽油机吸进汽油和空气的燃料混合物，柴油机只吸进空气。还能找出来吗？
生：汽油机是点燃的，柴油机是压燃的。
师：对，汽油机是靠点火点燃的，属于点燃式点火，而柴油机是靠压缩空气压燃的，属于压燃式点火。
师：柴油机比汽油机做功更有力，功率更大，而且，使用柴油机，可以将燃料的利用率可以提升到40%左右，而且去除了复杂的火花塞，结构也简单，使用寿命比汽油机要长20%左右。所以，柴油机常常用在集装箱卡车、坦克、拖拉机、等重型大马力的大型机械上。既然柴油机有这么多的优点，那我们使用的主要内燃机还是汽油机呢？因为首先，柴油机由于功率大，所以活塞运动极快，噪声就变得非常的大，会影响环境。再者，柴油机使用的燃料是柴油，柴油中含有较多的可燃物质——碳，就是制作铅芯的主要材料，柴油中的碳不能被完全燃烧，就会被直接排放出来，这样排出的废气，颜色就会显得很黑、很脏，污染比汽油要大很多。而汽油机噪声小，污染少，所以城市中的车辆大多使用汽油机。
师：最后，我们大致地来了解一下其它几种常用的热机。
1、汽轮发动机：
通过高温高压的水蒸气或燃烧燃料将产生的燃气推动一系列涡轮叶片旋转，从而带动发动机工作。
A、蒸汽轮机：
B、燃气轮机：
师：汽轮发动机包括蒸汽轮机和燃气轮机。一般应用在火力发电厂、大型工厂内，也可以作为航空母舰、核潜艇、万吨轮等超大型船只的发动机。图中就是大型火力发电站中所使用的汽轮发动机，而这幅图是它的内部结构，我们可以看到，汽轮发动机的内部是一大排金属叶片，类似于一排排风车的叶片。
师：蒸汽轮机是依靠高压高温的蒸汽冲击在叶片上，使得叶片快速转动了起来，这个时候，什么能转化为什么能？
生：内能转化为机械能。
师：很好，高温的蒸汽内能转化为了叶片转动的机械能，蒸汽的内能就减小了，温度会怎么变化？
生：温度降低。
师：很好，蒸汽温度降低之后变成了水，从蒸汽轮机中流出来，然后上面又会再次喷射高压高温的蒸汽，使叶片再次转动。这样蒸汽轮机就会一直保持高速的转动了。这样的蒸汽轮机的燃料利用率大约在25%～30%左右。
师：燃气轮机的工作原理和蒸汽轮机大致相同，区别在于它是依靠燃料燃烧后产生的高温高压气体推动叶片转动的。
可以适当的补充一些其他生活中常见的不同种类的热机，丰富学生的物理知识。
2、喷气发动机：
3、火箭发动机：
问题：上列机器有什么共同点？
热机：
各种将蒸汽或燃气的内能转化为机械能的发动机统称为热机。
课堂练习： 师：喷气发动机被广泛地运用在喷气式飞机上。比如这架喷气式客机就使用了四台喷气式发动机，它可以将空气从前面吸入，利用压缩机将气体压缩，将压缩机做功产生的机械能转化为空气的内能。之后压缩的空气再与燃料混合并迅速在燃烧室内燃烧，产生具有很大内能的高温高压气体。最后发动机把气体喷射在发动机后面的叶片上，使得叶片高速旋转。将巨大的内能转化为巨大的机械能，使飞机向前运动。
师：由于火箭、航天飞机需要在没有氧气的太空中飞行，所以火箭发动机通常要携带燃料（液态氢）和助燃剂（液态氧），当氢流过火箭发动机的时候，不断释放氧，会产生剧烈的化学反应，瞬间膨胀变成高温高压的燃气，然后向发动机的后面喷出，可以产生巨大的推力，可以将质量达到3000吨的火箭推上天空，这也是将内能转化为了机械能。
师：上列机器有什么共同点？
生：将内能转化为了机械能。
师：很好，所以他们都属于热机。
课堂小结：
热机：
各种将蒸汽或燃气的内能转化为机械能的发动机统称为热机。
内燃机的四个冲程：
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
板书设计：
蒸汽机
汽油机
热机 内燃机
柴油机
其它热机