资源简介

§14．1热机
一、教学目标
1．理解内能可以转化为机械能
2．知道热机中能量的转化
3．理解四冲程汽油机的构造和工作原理
二、教学重点
1．知道热机中能量的转化
2．理解四冲程汽油机的构造和工作原理
三、教学难点
1．知道热机中能量的转化
2．理解四冲程汽油机的构造和工作原理
四、教具
试管、水、橡皮塞、酒精灯、火柴、汽油机模型、汽油机活动挂图等。
五、教学教程设计
（一）导入新课
引入：生活中，我们会通过燃料的燃烧获得内能，那么获得的内能我们可以用来干什么呢？一方面利用内能来加热，另一方面利用内能来做功，前者本质上来说是能量的转移，后者在本质上是能量的转化。
（二）热机
1．演示实验：水蒸气冲开橡皮塞
问题1：出现了什么现象？在水沸腾一段时间后，橡皮塞被水蒸气冲开，在试管口还有少量“白雾”生成。
问题2：实验中有能量的转化吗？水蒸气的内能转化为塞子的机械能。
问题3：水蒸气的内能从何而来？酒精燃烧放出热量被水吸收，转化为水蒸气内能。也就是说燃料燃烧获得的内能最终转化为了塞子的机械能。
问题4：生活中，还有没有其他的燃料燃烧的获得的内能转化为机械的事例？比如小汽车的燃料在气缸中燃烧，汽车获得了机械能。
2．热机（热力发动机）
（1）原理：将燃料燃烧时放出的内能转化为机械能的机器，即利用内能来做功的机器。
讲解：用酒精灯给试管中的水加热，由于燃料在试管外燃烧，热量损失较大，内能转化为机械能的效率较低。如果把燃料移到容器的内部去燃烧，可以获得更大的机械能。
（2）内燃机：燃料在气缸内燃烧的热机，常见的内燃机有汽油机、柴油机。
（3）类型：蒸汽机、内燃机、喷气发动机、火箭发动机。
（三）汽油机
1．构造：进气门、排气门、火花塞、汽缸、活塞、连杆、曲轴、飞轮。（介绍名称的同时，介绍各部分的功能）。
2．冲程：活塞从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程。
3．工作原理：
引入：先从整体上分析，讲解燃烧需要的四个冲程。
（1）吸气冲程：开始工作前，活塞位于气缸上端，进、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，空气和汽油的混合气体被吸入气缸；
（2）压缩冲程：活塞运动到最下端，就开始转为向上运动。这时进气门、排气门都关闭，混合气体被强行压缩，使气体的温度升高，压强增大。此时是的机械能转化为内能；
（3）做功冲程：压缩结束时虽然温度较高，但未能达到燃料的燃点。在压缩冲程结束的瞬间，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体，高温高压燃气推动活塞由上向下运动，通过连杆带动曲轴转动。此时是内能转化为机械能；
（4）排气冲程：做功冲程结束，活塞继续由下向上运动，进气门关闭，排气门打开，燃烧后的废气被活塞推出缸外。此后，活塞又由上向下运动，从此进入下一轮循环。
5．总结：
（1）能量转化：压缩冲程中活塞向上运动压缩汽缸中汽油和空气的混合气体，少量机械能转化为少量内能；做功冲程燃气对活塞做功，大量内能转化为大量机械能；
（2）四个冲程中，只有做功冲程气体对活塞做功推动活塞向下运动，活塞获得能量，其它三个冲程中活塞能上下运动需要消耗的能量从何而来呢？其余三个冲程靠飞轮的惯性来完成；
（3）最开始的两个冲程候靠什么启动呢？热机不能自行启动，开始运转时要靠外力使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，以后内燃机才能自己工作；
（4）做功冲程中气体内能减少，是不是只通过对活塞做功减小了内能？其一：对活塞做功；其二：热传递；其三：一部分能量储存在飞轮上，然后利用飞轮的惯性完成其他三个冲程；
（5）一个工作循环：内燃机完成4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴和飞轮转2转，对外做功1次。（4211）
练习：
（1）一个单缸四冲程汽油机每秒钟完成40个冲程，则该汽油机的飞轮每秒旋转几次？对活塞做功多少次？
（2）一个单缸四冲程汽油机的飞轮转数为480r/min，则此汽油机每秒完成多少次工作循环？对外做功几次？
（四）柴油机和汽油机区别
1．柴油机与汽油机的相同点：
（1）基本构造和主要部件的作用相似；
（2）每个工件循环都有四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
2．柴油机与汽油机的不同点：
（1）构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴；
（2）燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴油机的燃料是柴油；
（3）吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混合气体，柴油机只吸进空气；
（4）点火不同：汽油机里燃气温度和压强都较低，需要点燃式点火；柴油机里燃气温度和压强都高，属压燃式点火；
（5）汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞机和小型农业机械上面；柴油比较便宜，但柴油机比较笨重，主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上面。
六、板书设计
§14.1热机
一、内能利用
1．加热（能量的转移）
2．做功（能量的转化）
二、热机
1．概念：将内能（热能）转化为机械能的机器
2．能量转化：内能（热能）
机械能
3．常见热机：蒸气机、内燃机、喷气发动机、火箭发动机
三、内燃机
1．分类：汽油机、柴油机
2．汽油机
（1）原理：内能（热能）
机械能
（2）
吸气冲程：
一个
压缩冲程：机械能
内能
工作循环
做功冲程：内能
机械能
排气冲程：
（3）总结：一个工作循环，包括4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴（飞轮）转2转，对外做功1次（4211）
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