资源简介 第十四章 第2节 《热机》新课标核心素养教案(人教版2024)核心素养目标物理观念了解热机的工作原理,知道热机是将内能转化为机械能的机器。(1)能阐述热机工作过程中能量转化的具体环节。(2)识别常见热机在生活中的应用实例。理解四冲程内燃机的工作过程,掌握每个冲程的特点和作用。(1)清晰描述吸气、压缩、做功、排气四个冲程中活塞、气门的运动状态以及能量的转化情况。(2)通过对比不同冲程,明确各冲程间的联系与区别。知道热机效率的概念,认识提高热机效率的重要性。(1)能说出热机效率的定义及表达式。(2)理解提高热机效率对节约能源和保护环境的意义。科学思维通过分析热机的工作过程,培养逻辑推理能力。(1)从热机的结构和工作现象出发,推理出各部件的功能和能量转化的逻辑关系。(2)运用逻辑思维,分析热机工作过程中可能出现的问题及解决方法。构建热机工作过程的物理模型,培养模型建构能力。(1)将复杂的热机工作过程简化为易于理解的物理模型,如用示意图表示各冲程的工作状态。(2)借助模型,理解热机工作原理,解决与热机相关的实际问题。科学探究通过观察热机模型或实验视频,探究热机的工作过程,培养观察能力和分析能力。(1)在观察过程中,准确捕捉热机各部件的运动细节和工作特征。(2)根据观察到的现象,分析热机工作过程中能量的转化和传递。通过探究提高热机效率的方法,经历科学探究过程,培养解决问题的能力。提出关于提高热机效率的探究问题,如“如何减少热机工作过程中的能量损失?”设计探究方案,通过查阅资料、分析数据等方式,寻找提高热机效率的途径。根据探究结果,提出合理的提高热机效率的建议。科学态度与责任培养严谨、认真的科学态度,尊重实验事实和数据。(1)在观察热机实验或分析热机数据时,如实记录现象和数据,不随意更改。(2)依据事实和数据进行分析和推理,得出客观的结论。认识热机在社会发展中的重要作用,以及热机使用对环境的影响,增强环保意识和社会责任感。(1)了解热机在交通运输、工业生产等领域的广泛应用,体会其对社会发展的推动作用。(2)关注热机排放对环境造成的污染,思考如何在利用热机的同时减少对环境的破坏。教学重难点教学重点热机的工作原理和四冲程内燃机的工作过程。(1)透彻理解热机将内能转化为机械能的原理。(2)熟练掌握四冲程内燃机每个冲程的工作过程、活塞和气门的运动情况以及能量转化。热机效率的概念及提高热机效率的方法。(1)准确把握热机效率的定义和计算方法。(2)掌握提高热机效率的常见措施,并能解释其原理。教学难点理解四冲程内燃机工作过程中能量的转化以及各冲程之间的配合。(1)从微观角度分析能量在不同冲程中的转化机制。(2)清晰理解四个冲程如何相互配合,实现热机的连续工作。热机效率的概念及相关计算,以及如何在实际中提高热机效率。(1)深入理解热机效率概念中有用能量和总能量的含义。(2)结合实际情况,分析影响热机效率的因素,并提出切实可行的提高效率的方法。教学方法讲授法:讲解热机的基本概念、工作原理、四冲程内燃机的工作过程以及热机效率等重要知识,确保学生掌握系统的理论知识。直观演示法:利用热机模型、动画演示或实验视频,直观展示热机的工作过程,帮助学生理解抽象的工作原理和能量转化过程。讨论法:组织学生讨论提高热机效率的方法、热机对环境的影响等问题,激发学生的思维,促进学生之间的交流与合作。案例分析法:通过分析实际生活中的热机应用案例,如汽车发动机、摩托车发动机等,加深学生对热机知识的理解和应用能力。教学道具素材实验器材:四冲程内燃机模型、多媒体设备(用于播放热机工作过程的动画、视频)。教学资料:收集各种热机的图片、热机工作过程的动画、热机效率相关的数据分析图表等资料,制作成多媒体课件。教学过程新课导入1.生活场景引入:展示一段高速公路上车辆川流不息、建筑工地机械轰鸣的视频。(1)提问学生:“这些车辆和机械能够运转,背后的动力来源是什么?”(2)引导学生思考这些动力与热机的联系,从而引入本节课关于热机的学习。新课教学热机的工作原理演示与讲解:利用多媒体动画展示蒸汽机的工作过程,讲解燃料燃烧释放内能,使水变成高温高压的水蒸气,水蒸气膨胀推动活塞做功,将内能转化为机械能。(1)强调热机是利用内能来做功的机器,其核心原理是将燃料燃烧产生的内能转化为机械能。(2)通过动画演示,让学生直观看到能量的转化过程,从燃料的化学能到水蒸气的内能,再到活塞的机械能。生活实例讨论:让学生列举生活中见到的利用内能做功的例子,如摩托车、轮船等,讨论这些热机工作时能量的转化情况。(1)鼓励学生积极发言,分享自己的观察和思考。(2)教师对学生的回答进行点评和总结,强化学生对热机工作原理的理解。四冲程内燃机的工作过程模型展示与讲解:拿出四冲程内燃机模型,向学生介绍内燃机的主要结构,如气缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门等。(1)结合模型,通过手动操作演示吸气冲程:进气门打开,排气门关闭,活塞向下运动,吸入汽油和空气的混合物(以汽油机为例)。讲解此时是依靠飞轮的惯性带动活塞运动,完成吸气过程。(2)演示压缩冲程:进气门和排气门都关闭,活塞向上运动,压缩混合气体,使气体的温度升高,内能增大。强调这一冲程中机械能转化为内能。(3)演示做功冲程:在压缩冲程结束时,火花塞点火(汽油机),使混合气体剧烈燃烧,产生高温高压的燃气,推动活塞向下运动,通过连杆带动曲轴转动对外做功。讲解此冲程是内能转化为机械能,是内燃机获得动力的冲程。(4)演示排气冲程:进气门关闭,排气门打开,活塞向上运动,将燃烧后的废气排出气缸。说明这一冲程也是依靠飞轮的惯性完成的。动画辅助理解:播放四冲程内燃机工作过程的动画,让学生再次直观地观察四个冲程的连续工作过程,加深对各冲程特点、活塞和气门运动状态以及能量转化的理解。对比总结:引导学生对比四个冲程,总结每个冲程的特点和作用,填写以下表格:冲程名称 气门状态 活塞运动方向 能量转化情况 作用吸气冲程 进气门打开,排气门关闭 向下 / 吸入燃料和空气的混合物压缩冲程 进气门和排气门都关闭 向上 机械能转化为内能 为做功冲程做准备,提高气缸内气体的温度和压强做功冲程 进气门和排气门都关闭 向下 内能转化为机械能 对外做功,提供动力排气冲程 进气门关闭,排气门打开 向上 / 排出废气,为下一个工作循环做准备热机效率概念引入:通过案例分析,如汽车消耗一定量的汽油,但只有一部分能量用来驱动汽车前进,其余部分能量在散热、克服摩擦等过程中损失掉了。由此引出热机效率的概念,即用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。公式讲解:给出热机效率的表达式:有用放,其中有用表示用来做有用功的能量,放表示燃料完全燃烧放出的能量。通过具体数据示例,如某热机消耗汽油(汽油的热值为),对外做的有用功为,计算该热机的效率,让学生熟悉公式的应用。提高热机效率的方法讨论:组织学生分组讨论提高热机效率的方法。(1)引导学生从减少能量损失的角度思考,如减少废气带走的热量、减小摩擦等。(2)每个小组派代表发言,分享讨论结果。教师对各小组的发言进行点评和总结,归纳出提高热机效率的常见方法,如使燃料充分燃烧、保证良好的润滑、改进热机结构等,并解释这些方法提高效率的原理。课堂活动热机工作过程角色扮演将学生分成小组,每组分别模拟四冲程内燃机的一个冲程,每个学生扮演不同的部件,如活塞、气门等,通过肢体动作展示该冲程中部件的运动状态。各小组依次展示,其他小组进行观察和评价,指出展示过程中存在的问题和不准确之处。设计意图:通过角色扮演,让学生更直观、深入地理解四冲程内燃机各冲程的工作过程和部件运动情况,增强学生的参与度和学习兴趣。及时性评价:对学生的表演和评价进行及时反馈,肯定学生的创意和对知识的理解,纠正不准确的展示,强化学生对四冲程内燃机工作过程的认识。热机效率提升方案设计竞赛假设学生是热机研发团队成员,要求各小组针对某一特定热机(如汽车发动机),设计提高其热机效率的具体方案。小组讨论后,制定详细的方案,包括改进措施、预期效果等,并以海报形式展示。各小组轮流展示海报,其他小组进行提问和评价,最后评选出最具可行性和创新性的方案。设计意图:培养学生运用所学知识解决实际问题的能力,激发学生的创新思维和团队协作精神,加深对热机效率概念的理解。及时性评价:对各小组的方案展示和答辩进行全面评价,肯定学生的创新点和合理建议,引导学生进一步完善方案,对优秀方案给予奖励。热机利弊辩论会将学生分成正反两方,正方观点为“热机对社会发展利大于弊”,反方观点为“热机对社会发展弊大于利”。双方学生通过查阅资料、分析数据等方式准备辩论内容,然后进行辩论。设计意图:引导学生全面认识热机在社会发展中的作用,培养学生的批判性思维和语言表达能力,增强学生的环保意识和社会责任感。及时性评价:在辩论过程中,对学生的观点阐述、论据运用和辩论技巧进行评价,引导学生客观看待热机的利弊,鼓励学生从多个角度思考问题。典型例题分析例题1:一台单缸四冲程汽油机,飞轮转速是,该汽油机每秒钟内完成______个冲程,对外做功______次。分析:本题考查四冲程内燃机工作过程中飞轮转速与冲程数、做功次数的关系,培养学生对四冲程内燃机工作规律的理解和应用能力,体现科学思维素养。解答:因为飞轮转速是,飞轮每转圈完成个冲程,对外做功次。所以每秒完成冲程数为个,对外做功次数为次。答案依次为、。例题2:某热机用来做有用功的那部分能量是燃料完全燃烧放出能量的四分之一,则此热机的效率是( )A. B. C. D.分析:本题直接考查热机效率的概念,培养学生对热机效率定义的理解和简单计算能力,属于科学思维素养的考查。解答:根据热机效率的定义有用放,已知有用放,则放放。所以答案是B。例题3:关于提高热机效率的途径,下列说法错误的是( )尽量使燃料充分燃烧尽量减少输出功率尽量减少摩擦尽量减少热量损失分析:本题考查提高热机效率的方法,培养学生对提高热机效率措施的理解和判断能力,体现科学思维素养。解答:使燃料充分燃烧、减少摩擦、减少热量损失都可以提高热机效率,而减少输出功率并不能提高热机效率,反而会降低热机的工作能力。所以答案是B。课堂小结知识总结热机工作原理:热机是利用内能做功的机器,将燃料燃烧产生的内能转化为机械能。四冲程内燃机工作过程:包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程,每个冲程有其特定的气门状态、活塞运动方向、能量转化情况和作用,四个冲程相互配合实现热机连续工作。热机效率:是用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,提高热机效率可通过使燃料充分燃烧、减少摩擦、减少热量损失等方法。方法归纳(1)通过观察模型、动画演示和实验视频等直观手段,理解热机的工作过程和原理。(2)运用对比分析、案例计算等方法,掌握热机效率的概念和提高热机效率的途径。课后作业基础性作业:课本练习与应用的1、2、3题。(1)通过这些题目,巩固学生对热机工作原理、四冲程内燃机工作过程以及热机效率概念的理解。(2)强化学生运用相关知识进行简单计算和分析问题的能力。拓展性作业:调查市场上不同类型汽车发动机的热机效率,并分析造成效率差异的原因,撰写一篇调查报告。(1)培养学生的调查研究能力和数据分析能力。(2)加深学生对热机效率在实际应用中的理解,提高学生将物理知识与实际生活联系的能力。达成性评价通过课堂提问,了解学生对热机工作原理、四冲程内燃机工作过程和热机效率概念的掌握程度。(1)观察学生回答问题的准确性和流畅性,判断学生对基础知识的理解情况。(2)根据学生回答,及时发现学生存在的知识漏洞,进行针对性辅导。通过课堂活动,评价学生的观察能力、分析能力、创新思维能力和团队协作能力。在热机工作过程角色扮演活动中,观察学生对各冲程的理解和展示能力,评价学生的观察能力和对知识的应用能力。在热机效率提升方案设计竞赛中,评估学生的创新思维和团队协作能力,以及运用知识解决实际问题的能力。在热机利弊辩论会中,观察学生的批判性思维和语言表达能力,评价学生对热机全面的认识程度。通过课后作业,评估学生对知识点的掌握和应用能力,以及调查研究和综合分析能力。 展开更多...... 收起↑ 资源预览