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第十四章　内能的利用
第1节　热　机
◇教学目标◇
知识目标
（1）了解汽油机和柴油机的基本构造和工作原理。
（2）了解四冲程内燃机工作过程中的能量转化。
能力目标
（1）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，具有对观察到的现象作出判断的意识。
素养目标
通过对本节课的学习，培养学生乐于探究机械中的物理学知识的良好习惯。
◇教学重难点◇
教学重点
热机的工作原理，四冲程内燃机的工作过程。
教学难点
四冲程内燃机工作冲程的异同点和能量转化。
◇教学过程◇
一、新课导入
物体吸收的热量与物体的质量、物体本身和升高的温度有关，烧水时需要热量，这些热量是怎么得到的？为什么水烧开了，茶壶还会报警？为什么哨子会响？这些能量从哪里来的？
二、教学步骤
探究点1　热机
［阅读课本］P17~P18“热机”
［演示实验］在试管内装入少量水，用橡胶塞轻轻塞住试管口，用酒精灯对试管进行加热。
［小组讨论］观察实验所产生的现象，并分析实验过程中能量是怎样转化的？
［分析］酒精燃烧把化学能转化为内能，放出热量；热量通过试管传递给水使其内能增加，温度升高，汽化形成大量水蒸气；试管内压强增大，气体将橡胶塞推出试管口，气体的内能转化为橡胶塞的机械能。
［注意］（1）橡胶塞不要塞太紧，否则塞子不容易冲出，可能导致试管炸裂而伤到人。
（2）为了避免水蒸气和沸腾的水随塞子冲出时伤到人，试管口不能对着人。
［归纳提升］这个实验虽然简单，却基本展示了蒸汽机的工作原理，人们据此制造了热机。
［思考］（1）什么是热机？热机的种类有哪些？
（2）什么是内燃机？内燃机分为哪两类？分别按照什么标准来分的？
［提示］（1）热机：利用内能做功的机械。热机可分为蒸汽机、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。
内燃机分为汽油机和柴油机，按照所用燃料的种类不同来分类。
探究点2　汽油机
［阅读课本］P18~P19“汽油机”
［思考］汽油机的主要构造是什么？
［提示］汽油机主要由进气门、排气门、火花塞、汽缸、活塞、连杆、曲轴组成，如图。
［思考］什么是冲程？一个工作循环包括几个冲程？汽油机在工作过程中是如何运作的？
［提示］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。
一个工作循环包括四个冲程：吸气冲程→压缩冲程→做功冲程→排气冲程。
1.吸气冲程特点： 活塞：向下运动 进气门：打开 排气门：关闭 吸入：汽油和空气的混合物 2.压缩冲程特点： 活塞：向上运动 进气门：关闭 排气门：关闭 机械能转化为内能
3.做功冲程特点： 活塞：向下运动 进气门：关闭 排气门：关闭 内能转化为机械能 4.排气冲程特点： 活塞：向上运动 进气门：关闭 排气门：打开 排出：燃烧后的废气
［归纳提升］内燃机完成一个工作循环活塞往复两次，曲轴转动两周，飞轮转两周，向外输出一次功。除做功冲程，其他三个冲程都是由飞轮的惯性来完成的。
压缩冲程：机械能转化为内能。
做功冲程：内能转化为机械能。
探究点3　柴油机
［阅读课本］P19~P20“柴油机”
［思考］柴油机的主要构造是什么？
［提示］柴油机主要由进气门、排气门、喷油嘴、汽缸、活塞、连杆、曲轴组成，如图。
［思考］柴油机在工作过程中是如何运作的？
［提示］开始工作前，活塞位于汽缸上端，进气门、排气门均关闭；工作时，活塞由上向下运动，进气门打开，排气门仍关闭，由于缸内体积增大，压强减小，空气被吸入汽缸，这是第一个冲程，吸气冲程；进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气压缩得很小，空气的压强变大，温度升高，在该冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点，这是第二个冲程，压缩冲程；在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即剧烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动，这是第三个冲程，做功冲程；进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸，这是最后一个冲程，排气冲程。此后，活塞又由上向下运动，从此进入下一轮循环。
［小组讨论］汽油机和柴油机的异同点。
［归纳提升］
汽油机 柴油机
不 同 点 燃料 汽油 柴油
结构 火花塞 喷油嘴
吸气冲程 吸入的是汽油和空气的混合物 吸入的是空气
压缩冲程 气压、温度相对较低 气压、温度相对较高
点火方式 点燃式 压燃式
相 同 点 工作循环 都有四个冲程
能量转化 （1）压缩冲程：机械能转化成内能 （2）做功冲程：内能转化成机械能
活塞、 曲轴运动 每一个工作循环，活塞往复两次，曲轴转动两周，对外做功一次
运动 都需要外力
优缺点 汽油机比柴油机轻巧，柴油机比汽油机效率高。但两者都带来了废气和噪声污染
三、板书设计
热机
◇教学反思◇
本节的教学内容属于应用性的知识，与生产、生活有密切的关系。热机本质上是将化学能转化为内能，再将内能转化为机械能的能量转化器。就其相关知识的延伸来说，热机的教学可以和人类社会生产力的发展、环境保护和人类的可持续发展等相联系，可拓展的范围相当广泛。
在教学中可以改进的措施：
（1）多联系实际，多给学生展示热机的有关模型。
（2）多做实验，体验实验的魅力。
（3）适当增加练习题，巩固所学知识。
努力方向：在今后的教学中，努力增加课堂容量，提高教学效果，以适应中考的需要。
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