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第十六章 热和能 第四节 热机
新授课 1课时
【教学目标】
知识与技能
1.了解四冲程汽油机的基本工作原理。
2.从能量转化的角度认识燃料的热值。
3.了解内能的利用在人类发展史上的重要意义。
4.通过能量的转化和转移认识效率。
过程与方法
1.通过演示实验使学生了解可以利用内能来做功。
2.利用挂图或模型讲解四冲程汽油机的基本结构和工作原理。
3.通过学生讨论和教师讲解了解燃料的热值和热机的效率。
情感态度与价值观
1.通过演示实验培养学生观察和分析问题的能力。
2.通过阅读“科学世界 现代汽车”扩展学生的知识面。
【教学重点】
汽油机的工作原理和热值的概念是重点。
【教学难点】
汽油机的基本工作原理的理解是难点。
【教学用具】
教师用：试管、水、酒精灯、铁架台、汽油机模型、火柴、等、多媒体课件。
学生用：等。
【教学方法】
本课采用以实验为主导的综合启发式教学，自学、实验探究、 引导发现法、讲解法、关键点拨、练习巩固等相结合。
【教学过程】
主 要 教 学 过 程
教学环节及内容 教师活动 学生活动
一、新课导入二、新课讲授1、热机的工作原理.2、内燃机（1）定义（2）种类: 汽油机和柴油机.（3）工作原理（4）构造：（5）工作过程:【吸气冲程】【压缩冲程】【做功冲程】【排气冲程】(4) 比较汽油机和柴油机3燃料的热值（1）定义（2）单位（3）公式4、热机效率 【复习】什么是内能？举例说明如何才能改变物体的内能？ 【演示】：在试管内加些水，用橡皮塞塞住，加热使水沸腾。注意：在做这一演示实验时应注意：软木塞不要塞的太紧，免得试管炸裂伤人。【观察讨论】（1）会看到什么现象？（2）讨论这个过程中能量转化的情况？结论：这个实验虽然简单，它却能启发学生：可以利用内能来做功。【思考】（1）像汽车奔驰，列车飞驶，舰船劈波斩浪，飞机凌空飞去，火箭升空等，你知道它们为什么能大展神威吗？他们的动力机械是什么？（2）其中的能量转化是怎样的？师总结： 人们是如何利用内能转化为机械能的呢？这一节我们就来讨论这个问题。【媒体】播放热机的发展史【问题】（1）热机的种类？（2）热机的工作原理？总结：热机的工作原理: 内能转化为机械能【提出问题】：（1）什么是内燃机？（2）内燃机的种类？（3）内燃机的工作原理？【汽油机构造】出示汽油机模型【提出问题】：汽油机是由几部分构成的，指出各部分的名称【出示自学提纲】（1）什么是一个冲程（2）汽油机一个作循环包括几个冲程【媒体模拟汽油机的工作过程】【思考下列问题】（1）进气门、排气门的关闭情况？（2）汽缸里是什么气体？其压强和温度如何变化？（3）活塞是怎样运动的？（4）能量的转化情况？【吸气冲程】 【压缩冲程】 【做功冲程】 【排气冲程】 【总结】：（1）内燃机的主要特点:燃料直接在汽缸内燃烧（2）工作原理是内能转化为机械能的机器（3）内燃机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。（4）在一个工作循环中,活塞往复运动两次,曲柄转动两周,燃气对外做功一次。（5）在压缩冲程中,机械能转化为内能,在做功冲程中，内能转化为机械能。 （6）内燃机的能量来源于燃油燃烧时的化学能。【讨论交流】（1）柴油机的构造和工作过程是怎样的？（2）与汽油机的相比，它有哪些相同之处和不同之处【燃料的热值】【提出问题】：（1）燃料的种类？（2）燃烧相同质量的不同燃料放出的热量相同吗？（3）热值的定义 符合？单位？（4）热值的特性？（5）总结小资料中燃料热值的规律？（6）煤油的热值是 4. 6 × 107J/kg，它的物理意义是？（7）燃料完全燃烧放出的热量的计算公式？【有效利用燃料】从家用煤炉怎样节能谈起,引导学生结合实际来讨论怎样提高燃料的利用率？【思考问题】在内燃机中，燃料所释放的能量都到哪里去了？如下图，解释内燃机的能流图。【教师总结】：在热机里用来做有用功的那部分能量只占燃料完全燃烧放出能量的一部分。对比机械效率我们得出热机效率热机效率：在热机里用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比叫做热公式：η=W有用/ Q总提高热机效率的途径：（1）使燃料充分燃烧，尽量减小各种热量损失。 （2）机件间保持良好的润滑、减小摩擦。 学生回答：(1)指物体内部所有分子做无规则运动的动能 和分子势能 的总和。加热：举例：煮饭、取暖、工厂的热处理等做功：弯折粗铁丝发热或搓搓手使手发热。学生回答：（1）软木塞被推出试管口（2）、燃料的化学能通过燃烧转化为水和水蒸汽内能，又通过做功，把内能转化为机械能。学生回答：（1）是热机（2）内能转化为机械能。学生观看学生回答：（1）、蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。（2）把内能转化为机械能学生回答：（1）、使燃料在机器内部燃烧，将其内能直接转换为机械能的动力机械。（2）按燃料分汽油机和柴油机。 （3）内燃机的工作原理：把内能转化为机械能。学生回答：学生回答：（1）活塞从气缸的一端运动到另一端的过程叫做一个冲程。（2）、吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、 排气冲程四个冲程。 学生观看回答【吸气冲程】（1）进气门打开，排气门关闭。（2）吸进汽油和空气的混合物。（3）活塞由上端向下运动【压缩冲程】（1）进气门和排气门都关闭（2）活塞由下端向上运动活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高（3）机械能转化为内能【做功冲程】（1）进气门和排气门都关闭（2）在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，高温高压燃气推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。（3）内能—→机械能【排气冲程】（1）进气门关闭，排气门打开。（2）活塞向上运动，把废气排出汽缸。学生回答：汽油机和柴油机热机汽油机柴油机不同点构造顶部有一个火花塞顶部有一个喷油嘴吸气冲程吸入汽油与空气的混合气体吸入空气点燃方式点燃式压燃式效率低高应用小型汽车与摩托车载重汽车与大型拖拉机相同点一个工作循环活塞往复运动2次，曲轴和飞轮转动2周，经历四个冲程，做功1次。
(1)燃料的种类很多,固体燃料有木柴、煤等,液体燃料有汽油、柴油等,气体燃料有煤气、天然气等。(2)不同(3)定义：热值是指1kg某种燃料完全燃烧所放出的热量。符合：q单位： J/kg (或J/m3)（4）它是燃料本身的一种特性,只与燃料的种类有关,与燃料的形态、质量、体积、是否燃烧均无关系。（5）不同燃料的热值一般不同；不同燃料的热值有时还相同等。（6）物理意义是：1千克煤油完全燃烧后放出的能量是4. 6 × 107J(7) Q放=qm Q放=qV学生回答：一是要让燃料尽可能燃烧充分;二是要减小热量的散失。学生回答： 在内燃机中，用来做有用功的能量只占燃料燃烧形成的燃气内能的一小部分，内能损失的途径是：燃料燃烧不完全损失小部分能量。高温废气和热机部件散热损失一部分内能。还有一部分能量消耗在热机工作时克服摩擦做功上。
四、练习 学生阅读 STS 了解从火车到火箭 【达标反馈】见附件1 学生阅读设计意图：从生活走向物理，从物理走向社会”、科学-技术-社会(STS)等新课程理念
三、课堂小结 回顾本节课“你学到了什么？”见附件2 学生讨论发言，梳理本节知识要点
四、课堂检测 见附件3 独立完成课堂检测
五、布置作业 1、完成质量检测习题。 课后完成
【板书设计】
第四节 热机
一、热机
1. 定义：
2. 内燃机:汽油机 柴油机
A.吸气冲程
B.压缩冲程(机械能→内能)
C.做功冲程(内能→化机械能)
D.排气冲程
二、热值
1. 定义：
2. 单位： J/kg(或J/m3)
3. 公式： Q = m q
三、热机的效率：
1.定义：
2.公式：η=W有用/ Q总
3.提高热机效率的方法：
【教学反思】
教材通过演示实验展示通过做功把内能转化为机械能的过程，从而表现出热机中能量转化的基本过程。教材通过介绍了四冲程汽油机的基本工作过程，展示热机是如何持续做功的。通过学生讨论引出热值的概念，并分析了热机效率不高的原因。最后通过STS介绍了热机的发展及其对人类社会发展的作用。
教学重点内燃机各冲程的工作状态和能量转化
教学难点文字或口头表述内燃机各冲程的工作状态和能量转化
本教学设计是以学生自主学习为基础，教师指导的学习模式，在本节教学中用简单的事例、形象的动画展示、生动的实验，激发学生求知兴趣，同时又点明主题。
　 培养学生的求知欲和乐于探索自然现象能力得到了展示。探究活动应成为点亮学生智慧火花的过程发现、创新是人的一种天性，教育的目的之一就是要发展这种天性。作为教师，就是将学科知识的内容与人类文化的长链联结起来，使学科知识具有整体性和发展性，使文化富有历史感，成为学生探索真理、创造世界的动力。注重学用结合。不少学生对物理这门学科感兴趣，觉得很好玩，但要他们用所学的知识去解释日常生活中的现象，他们便会感到不知所措，这是因为理论与实践脱节的缘故。因此，教师应重视培养学生学用结合的能力，把物理学活学透。每当向学生传授新的物理知识时，都应联系它在实际生产或生活中的某些应用，同时要求学生细心观察周围的世界，找出与所学知识相关的事例。
当然本堂课还是有一些不足的：本堂课实验不多，不能体现物理课作为一门实验性课程的课程特色。
附件1
【达标反馈】
1.柴油机四个冲程中,内能转化为机械能的是 机械能转化为内能的是( )
A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
2.一桶煤油用掉一半,剩下的煤油 ( )
A.密度和热值不变,比热容减为原来的一半
B.比热容和密度不变,热值减为原来的一半
C.热值和比热容不变,密度减为原来的一半
D.密度、热值、比热容都不变
3.酒精的热值是3.0×107J/kg,由此可知 ( )
A.无论采用何种方式燃烧1 kg酒精,都可得到3.0×107J热量
B.如果燃烧1 kg的燃料时,得到3.0×107J的热量,这种燃料一定是酒精
C.每1 kg的酒精燃烧放出3.0×107J的热量
D. 1 kg的酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J
4.现代火箭使用液态氢作燃料,是因为它具有 ( )
A.较轻的质量 B.较大的热值 C.较特殊的密度 D.较大的热量
附件2
附件3
1．有关四冲程内燃机的叙述中，不正确的是（ ）
A．工作中只有做功冲程把内能转化为机械能
B．工作中压缩冲程是把内能转化为机械能
C．工作开始时要靠外力启动
D．每一个工作循环，燃气只做功一次
2．汽油机是由四个冲程不断循环而工作的，图中表示内能转化为机械能的冲程是（ ）
3．一个单缸四冲程柴油机的转速为1800r/min（转/分），则此柴油机每秒钟
A．完成30个工作循环，做功30次 B．完成30个工作循环，做功15次
C．完成15个工作循环，做功15次 D．完成15个工作循环，做功30次
4. 煤的热值大于干木柴的热值，这里是指( )
A．煤比干木柴含有的热量多一些
B．烧煤比烧干木柴产生的温度高一些
C．烧煤比烧干木烧产生的热量多一些
D．要使它们放出相同的热量，烧煤用的质量较少
5．为了提高热机效率，可采取的措施是（ ）
A．采用热值高的燃料 B．降低热机功率
C．保证良好的润滑减少摩擦 D．以上措施都可以
6．汽油机的一个工作循环是由四个冲程组成，其中在做功冲程中燃气对活塞做功，实现了___________能向___________能的转化．图表示的是汽油机的________冲程（填冲程的名称）。
7．内燃机每完成一个工作循环时，活塞往复 次，曲轴转动 周，燃气做功 次。
8. 燃料的燃烧是一种_______变化；在燃烧过程中，燃料的______能转化为______能。有一瓶煤油的热值是 4.6 × 107J/Kg，它的物理意义是 ；若将它倒去1/3，余下2/3的煤油的热值是 。
9．用煤气灶既方便又环保，一般的煤气灶正常工作时。15min可使质量为4kg、温度为23℃的水沸腾，该城市水的沸点为93℃，求：
（1）水吸收的热量；
（2）若煤气灶放出的热量70%被水吸收，煤气灶实际放出的热量为多少？
分析与解答：
1、B 2、C 3、C 4、D 5、C 6、内 机械 7、2 2 1
8、 化学 化学 内 1千克的煤油完全燃烧放出4. 6 × 107J的热量
9、略。
单 位
燃料的利用率
定 义
燃料的热值
热 机 的 效 率
能 量 的 转 化
汽油机的工作原理
热 机
生活拓展
内能的利用
PAGE
8

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