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人教版九年级物理 第十四章内能的利用
第1节 能量的转化与守恒 （教学设计）
【课题】第1节 能量的转化与守恒
【学习目标】
1.知道热机的概念，了解热机的工作原理。
2.了解汽油机、柴油机的构造和工作过程。
3.知道内能的利用在人类社会发展史中的重要意义。
【学习重点】了解热机的工作原理。
【学习难点】汽油机和柴油机的构造、工作原理及工作过程的相同点和不同点。
【教学器材】铁架台、试管、胶塞、酒精灯、水、火柴、汽油机和柴油机模型等。
【新课导入】问题：18世纪第一辆汽车问世时， 它的速度只有几千米每小时，而目前最快汽车的速度已经超过了声速。汽车是如何获得机械能的呢
【新课学习】知识点一 热机
【演示实验】（并播放演示实验视频）
说出观察到的现象，讨论发生的能量转化
实验中，燃料燃烧时释放的热（内能）传给水和水蒸气，塞子受到水蒸气的压力而冲出去，水蒸气的内能转化为塞子的机械能。
这个实验基本展示了蒸汽机的工作原理。
知识点一 热机
1.各种利用内能做功的机械叫做热机。
2.工作原理：热机利用内能做功，将内能转化为机械能。
3.种类：蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
4.常见热机——内燃机
①内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。
②分类：汽油机和柴油机.
知识点二 汽油机
【展示汽油机模型】
结合四冲程汽油机的剖面图，引导学生找出气缸、进气门、排气门、活塞、连杆、曲轴、火花塞等各部分构造的位置。
【引导学生阅读教材】归纳出冲程的定义，以及汽油机的四个冲程。
1.活塞在气缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。
2.汽油机的四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
结合四冲程汽油机的模型，分析汽油机的工作过程。（并播放视频）
提出问题并请学生回答，重点是活塞运动方向和进气门、排气门的开启、关闭情况，以及能量转化情况。
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被吸入气缸。
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，压强增大，内能增加，温度升高。
能量转化：机械能转化为内能。
③做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生高温高压的气体。高温高压的气体推动活塞做功，并通过连杆带动曲轴转动，对外做功。
能量转化：内能转化为机械能。
④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
3.汽油机一个工作循环总结
汽油机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。
【例题1】（2025年四川自贡中考题）如图所示为内燃机的______冲程，该过程是将______转化为机械能。
【答案】做功 内能
【解析】如图所示，两个气门都关闭，火花塞产生电火花点燃燃料，活塞向下运动，是内燃机的做功冲程，该冲程中燃气推动活塞对活塞做功，将燃气的一部分内能转化为活塞的机械能。
【例题2】在图中， 图甲为四冲程内燃机吸气冲程的示意图，图中画出了吸气冲程中活塞、曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况。请在图乙、丙、丁中，分别画出压缩、做功、排气冲程中活塞、曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况。
【解答】
【想想议议】1.在四个冲程中，压缩冲程和做功冲程各发生了怎样的能量转化
2.哪个冲程使汽车获得动力
3.哪个冲程排出了气缸的废气
【解答】压缩冲程,活塞压缩气缸内燃料混合物做功，把机械能转化为内能；做功冲程，高温高压燃气推动活塞做功，把内能转化为机械能。
做功冲程，高温高压燃气推动活塞做功，把内能转化为机械能，使汽车获得动力。
排气冲程排出了气缸中的废气。
知识点三 柴油机
展示柴油机模型
【提出问题】柴油机在构造上，和汽油机有哪些不同 燃料是怎么点燃的
【知识归纳】①柴油机气缸顶部没有火花塞，有一个喷油嘴。②吸气冲程只吸入空气。③在压缩冲程结束时，气缸内空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气便立刻燃烧起来。
【引导学生思考】柴油机与汽油机在工作过程中，有什么相同之处和不同之处呢
引导学生分析比较出柴油机和汽油机工作过程的区别。
项目 汽油机 柴油机
相同点 把内能转化为机械能；一个工作循环有四个冲程.
不 同 点 燃料 汽油 柴油
气缸构造 气缸顶部有一个火花塞 气缸顶部有一个喷油嘴
吸气冲程 空气与汽油的混合物 空气
压缩冲程 在压缩冲程结束时，火花塞 产生电火花，是“点燃式” 在压缩冲程结束时，喷油嘴喷出雾状柴油并燃烧，是“压燃式”
特点与应用 轻巧、功率小、转速高， 适用于轿车和轻型车辆 笨重、功率大，经济性能好， 适用于载重汽车、轮船等
【例题3】柴油机和汽油机的工作过程有什么相同点，有什么不同点？
【解答】【相同点】一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，曲轴和飞轮均转两周，对外做功一次，活塞往复运动两次，除做功冲程以外的其他三个冲程，都是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成的。
【不同点】在吸气冲程中，汽油机吸进的是汽油和空气的混合物，柴油机吸进的是空气；在压缩冲程结束时，汽油机的火花塞产生火花，柴油机的喷油嘴喷出雾状柴油，而且在压缩冲程中，柴油机对气体的压缩程度比汽油机更高。
【例题4】从能量转化的角度看，一台四冲程内燃机在一个循环中
（1）哪个冲程存在着化学能转化成内能的过程？
（2）哪个冲程存在着内能转化成机械能的过程？
（3）哪个冲程具有很明显的机械能转化为内能的过程？
【解答】（1）在做功冲程中（压缩冲程结束时）存在着化学能转化为内能的过程；
（2）在做功冲程中存在着内能转化为机械能的过程；
（3）在压缩冲程中有很明显的机械能转化为内能的过程。
【阅读教材】科学世界 现代汽车
燃油汽车由发动机、底盘、车身和电气设备四大部分组成。发动机把燃料燃烧产生的内能变为机械能，再通过底盘上的传动机构，将动力传给车轮，使汽车行驶。电气设备的作用
主要是产生电火花以点燃气缸中的可燃气体、启动发动机时用电机带动飞轮旋转、提供照明等。
【课时知识总结】
【课堂练习】
1.图展示的是我国传统的走马灯。点燃底部的蜡烛，上升的热空气驱动扇叶转动，带动纸片小人转动。在这一过程中，不同形式的能量是如何转化的 这一能量转化过程与四冲程汽油机的哪个冲程相似
【解答】点燃蜡烛，蜡烛储存的化学能转化为空气的内能， 上升的热空气驱动扇叶转动。带动纸片小人转动， 将热空气的一部分内能转化为纸片小人机械能， 此过程中的能量转化与四冲程汽油机的做功冲程相似。
2. 除了飞机、汽车、摩托车，你还知道哪些地方用到了热机 你列举的热机中哪些是内燃机
【解答】导弹驱逐舰、火箭、轮船都利用了热机，其中轮船用的热机是内燃机。
3. 某同学看到爸爸启动汽车时，转速表如图所示。转速表中的示数反映了发动机曲轴每分钟的转动次数。如果汽车用的是四冲程汽油机，请根据图中信息计算此时发动机一个气缸每分钟完成做功冲程的次数。
【解答】由图可知，转速表刻度盘分度值是250转每分钟，从转速表指针位置可以看出， 发动机曲轴每分钟转3×259转=750转， 四冲程发动机曲轴每转动2周， 完成一个做功冲程， 所以此时发动机一个气缸每分钟完成做功冲程的次数n=750÷2=375.
【课后作业】练习与应用： 1、2、3、4、5、6题

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