第14.1節(jié)《熱機(jī)》教學(xué)設(shè)計(jì)【教學(xué)目標(biāo)】知識(shí)與技能1.知道什么是熱機(jī)。2.了解四沖程內(nèi)燃機(jī)的基本構(gòu)造和工作原理。3.知道四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作過程和能量轉(zhuǎn)化情況。4.知道柴油機(jī)與汽油機(jī)在構(gòu)造和工作過程中的異同點(diǎn)。5.了解內(nèi)能的利用在人類發(fā)展史上的重要意義。過程與方法1.通過演示實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解可以利用內(nèi)能來做功。2.利用動(dòng)畫、圖片或模型講解四沖程內(nèi)燃機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作過程。3.通過分析汽油機(jī)和柴油機(jī)的構(gòu)造及工作過程的異同，學(xué)習(xí)分析和比較的研究方法。情感、態(tài)度與價(jià)值觀1.通過演示實(shí)驗(yàn)養(yǎng)成學(xué)生觀察和分析問題的能力。2.通過閱讀“科學(xué)世界”，了解現(xiàn)代汽車的一些常識(shí)，擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)而，養(yǎng)成學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。3.了解這些內(nèi)燃機(jī)在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用，提高學(xué)生將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于日常生活和社會(huì)的意識(shí)?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】熱機(jī)的工作原理和汽油機(jī)的工作過程?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】汽油機(jī)和柴油機(jī)的異同點(diǎn)和能量轉(zhuǎn)化?！拘抡n導(dǎo)入】[課件展示]汽車已經(jīng)是現(xiàn)代生活中不可缺少的交通工具.18世紀(jì)第-輛汽車向世時(shí)，速度很小，而目前最快的汽車速度已經(jīng)是聲速的1.37倍.達(dá)到了1678km/h.想知道汽車是如何獲得這么大的機(jī)械能的嗎？我們這節(jié)課學(xué)習(xí)熱機(jī)的知識(shí)?！就七M(jìn)新課】（一）熱機(jī)在試管內(nèi)裝少許水，用一層紅色塑料薄紙裹著棉花塞塞在試管中上部，利用點(diǎn)燃的酒精燈對(duì)封閉試管中的水加熱一段時(shí)間，當(dāng)水沸騰時(shí)，水蒸氣會(huì)慢慢推動(dòng)塞子向試管口運(yùn)動(dòng)，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象。注意事項(xiàng)：為節(jié)約時(shí)間，可用熱水或提前加熱；試管口對(duì)著空處，塞子不要塞得太緊，以防發(fā)生危險(xiǎn)。問題：塞子被頂向試管口，推動(dòng)塞子的能量來自哪里？答案點(diǎn)撥：酒精燃燒的化學(xué)能水和水蒸氣的內(nèi)能>塞子的機(jī)械能。[過渡問題]在上面的演示實(shí)驗(yàn)中用酒精燈給試管中的水加熱，由于燃料在試管外燃燒，熱量損失較大，內(nèi)能的利用率較低。為了提高內(nèi)能的利用率，應(yīng)該怎么辦？答案點(diǎn)撥：將燃料在封閉的環(huán)境下燃燒，利用內(nèi)燃機(jī)可以提高效率。[過渡問題]在上面的演示實(shí)驗(yàn)中用酒精燈給試管中的水加熱，由于燃料在試管外燃燒，熱量損失較大，內(nèi)能的利用率較低。為了提高內(nèi)能的利用率，應(yīng)該怎么辦？答案點(diǎn)撥：將燃料在封閉的環(huán)境下燃燒，利用內(nèi)燃機(jī)可以提高效率。（設(shè)計(jì)意圖：通過簡(jiǎn)單的小實(shí)驗(yàn)，引發(fā)學(xué)生的思考，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，活躍課堂氣氛。）[列舉實(shí)例]利用內(nèi)能可以做功，人們由此發(fā)明了利用內(nèi)能做功的機(jī)械熱機(jī)。熱機(jī)的發(fā)明及廣泛使用，使人類邁人了工業(yè)化社會(huì)，熱機(jī)的種類很多，它們都是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的，有蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等，你知道哪些地方用到熱機(jī)了嗎？鼓勵(lì)學(xué)生大膽回答，利用多媒體課件展示圖片，并簡(jiǎn)單介紹熱機(jī)的發(fā)展過程。（設(shè)計(jì)意圖：講述熱機(jī)的發(fā)展歷程，提高學(xué)生將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于日常生活和社會(huì)的意識(shí)。）[自主學(xué)習(xí)]閱讀課本P18，了解什么是內(nèi)燃機(jī)？?jī)?nèi)燃機(jī)分為哪幾類？歸納總結(jié)：1.燃料直接在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動(dòng)力的熱機(jī)，叫做內(nèi)燃機(jī)。2.內(nèi)燃機(jī)分為汽油機(jī)和柴油機(jī)兩大類，分別用汽油和柴油作為燃料。（二）汽油機(jī)[課件展示]內(nèi)燃機(jī)是現(xiàn)代社會(huì)中最常見的一種熱機(jī)，目前人們生活中重要的交通工具一汽車，其動(dòng)力機(jī)械多數(shù)就是汽油機(jī)，我們重點(diǎn)學(xué)習(xí)汽油機(jī)的工作原理。展示汽油機(jī)模型，指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)構(gòu)造，并簡(jiǎn)要介紹其作用。[演示過程]轉(zhuǎn)動(dòng)汽油機(jī)的手柄，演示活塞在汽缸內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況?；钊谄變?nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從汽缸的一端運(yùn)動(dòng)到另一端的過程，叫做一個(gè)沖程。吸氣沖程壓縮沖程做功沖程排氣沖程利用汽油機(jī)模型進(jìn)行操作，再結(jié)合汽油機(jī)工作的視頻資料，仔細(xì)觀察汽油機(jī)四個(gè)沖程的工作過程，并完成下表。次序1234沖程名稱吸氣沖程壓縮沖程做功沖程排氣沖程工作示意圖氣門開閉進(jìn)開、排閉進(jìn)閉、排閉進(jìn)閉、排閉進(jìn)閉、排開活塞運(yùn)動(dòng)方向向下向上向下向上火花塞熄滅熄滅點(diǎn)燃熄滅相同原理的實(shí)驗(yàn)沖程的作用吸入汽油和空氣的混合物壓縮空氣和汽油的混合物，使其內(nèi)能增加、溫度升高在壓縮沖程結(jié)束后，火花塞產(chǎn)生電火花，使燃料猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體，高溫高壓氣體推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)外做功排出廢氣能的轉(zhuǎn)化機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能說明1個(gè)工作循環(huán)，包含4個(gè)沖程，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)2次，曲軸和飛輪運(yùn)轉(zhuǎn)2周，對(duì)外做功1次[重點(diǎn)點(diǎn)撥]可根據(jù)汽油機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)方向和進(jìn)氣門、排氣門的開閉情況來判斷汽油機(jī)的四個(gè)沖程。[提出問題]（1）在四個(gè)沖程中，哪些沖程發(fā)生了能量轉(zhuǎn)化？（2）哪個(gè)沖程使機(jī)械獲得動(dòng)力？其他幾個(gè)沖程中活塞的運(yùn)動(dòng)是靠什么來完成的？（3）哪個(gè)沖程排出了廢氣？答案點(diǎn)撥：（1）壓縮沖程是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；做功沖程是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。（2）做功沖程使機(jī)械獲得動(dòng)力，其他沖程靠飛輪的慣性完成。（3）排氣沖程排出廢氣。[反饋練習(xí)]四沖程汽油機(jī)進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉、活塞向下運(yùn)動(dòng)的是沖程，若其轉(zhuǎn)速為1800r/min，每秒鐘經(jīng)過_______個(gè)沖程，做功次。（設(shè)計(jì)意圖：運(yùn)用模型演示和學(xué)生模型操作，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，主動(dòng)得出結(jié)論，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，既有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，又培養(yǎng)了學(xué)生觀察和分析問題的能力。）（三）柴油機(jī)把汽油機(jī)模型和柴油機(jī)模型的構(gòu)造進(jìn)行對(duì)比，你會(huì)發(fā)現(xiàn)汽油機(jī)汽缸頂部有火花塞，而柴油機(jī)汽缸頂部有噴油嘴。[工作原理]引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手操作柴油機(jī)模型，利用多媒體播放柴油機(jī)工作過程的視頻。問題：（1）你能描述柴油機(jī)的工作過程嗎？（2）請(qǐng)分析汽油機(jī)和柴油機(jī)的區(qū)別完成下表。比較柴油機(jī)汽油機(jī)構(gòu)造燃料柴油汽油一個(gè)工作循環(huán)吸氣沖程只吸入空氣吸入汽油和空氣的混合物壓縮沖程壓縮程度較大機(jī)械能→內(nèi)能壓縮程度較小機(jī)械能→內(nèi)能做功沖程壓燃式（柴油遇到高溫高壓的熱空氣而燃燒）點(diǎn)燃式（火花塞點(diǎn)火）（內(nèi)能→機(jī)械能）排氣沖程排出廢氣排出廢氣主要特點(diǎn)笨重、效率高輕巧、但效率低效率30%-45%20%-30%適用范圍載重汽車、火車等小汽車等相同點(diǎn)①都是燃料在汽缸中燃燒；②汽油機(jī)的火花塞與柴油機(jī)的噴油嘴的工作時(shí)刻都是壓縮沖程結(jié)束時(shí)；③都是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程構(gòu)成一個(gè)工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)兩周，對(duì)外做功一次；③排氣沖程排出廢氣的過程相同；④啟動(dòng)時(shí)都是靠外力先使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來答案點(diǎn)撥：（1）柴油機(jī)的工作過程也分為吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程。在吸氣沖程里吸進(jìn)汽缸里的只有空氣。在壓縮沖程中，活塞把空氣的體積壓縮得非常小，使得空氣的溫度很高。在壓縮沖程結(jié)束時(shí)，汽缸內(nèi)空氣的溫度已經(jīng)超過了柴油的燃點(diǎn)，此時(shí)從噴油嘴噴出的霧狀柴油遇到熱空氣便立刻燃燒起來。在做功沖程中，燃燒放出的熱使得氣體的壓強(qiáng)和溫度急劇升高，從而推動(dòng)活塞對(duì)外做功。在排氣沖程中，曲軸推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，把產(chǎn)生的廢氣排出汽缸。[自主學(xué)習(xí)]引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本P19-P20?！?柴油機(jī)”的內(nèi)容，學(xué)習(xí)有關(guān)的知識(shí)。1.由于柴油機(jī)對(duì)空氣的壓縮程度比汽油機(jī)更高，因此在做功沖程中氣體的壓強(qiáng)也大于汽油機(jī)中氣體的壓強(qiáng)，因而可以輸出更大的功率。2.由于柴油機(jī)工作的過程中壓強(qiáng)較大，要求各有關(guān)零件具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因此柴油機(jī)比較笨重?！菊n堂小結(jié)】【課堂檢測(cè)】1．關(guān)于柴油機(jī)和汽油機(jī)，下列說法錯(cuò)誤的是（）A．柴油機(jī)以柴油為燃料 B．汽油機(jī)以汽油為燃料 C．柴油機(jī)頂部有一個(gè)噴油嘴 D．汽油機(jī)對(duì)環(huán)境沒有污染【解析】A、柴油機(jī)使用的燃料是柴油，故A正確；B、汽油機(jī)的使用的燃料是汽油，故B正確；C、柴油機(jī)氣缸頂端有個(gè)噴油嘴，汽油機(jī)氣缸頂端有個(gè)火花塞，故C正確；D、汽油機(jī)排放出的SO2和CO2，污染環(huán)境，還會(huì)形成酸雨，故D錯(cuò)誤。故選：D。2．如圖是單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程的示意圖，符合內(nèi)燃機(jī)的工作循環(huán)順序的是（）A．丙、丁、乙、甲 B．乙、甲、丁、丙 C．乙、丁、甲、丙 D．甲、乙、丙、丁【解析】甲圖中兩氣門都關(guān)閉，活塞下行，汽缸容積變大，是做功沖程；乙圖中進(jìn)氣門開啟，活塞下移，氣體流入汽缸，是吸氣沖程；丙圖中排氣門開啟，活塞上行，氣體流出汽缸，是排氣沖程；丁圖中兩氣門都關(guān)閉，活塞上行，汽缸容積變小，是壓縮沖程；所以正確的排序是乙、丁、甲、丙。故選：C。3．如圖所示是四沖程汽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)示意圖，其中屬于利用機(jī)械能轉(zhuǎn)化內(nèi)能沖程的是（）A． B． C． D．【解析】A、進(jìn)氣門開啟，氣體流入汽缸，是吸氣沖程，此沖程無能量轉(zhuǎn)化，故A不符合題意；B、兩氣門都關(guān)閉，活塞上行，汽缸容積變小，是壓縮沖程，此沖程機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故B符合題意；C、兩氣門都關(guān)閉，活塞下行，汽缸容積變大，是做功沖程，此沖程內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故C不符合題意；D、排氣門開啟，氣體流出汽缸，是排氣沖程，此沖程無能量轉(zhuǎn)化，故D符合題意。故選：B。4．下列流程圖是用來說明單缸四沖程汽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)及涉及到的主要能量轉(zhuǎn)化情況。關(guān)于對(duì)圖中①②③④的補(bǔ)充正確的是（）A．①做功沖程②內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能③壓縮沖程④機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 B．①壓縮沖程②內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能③做功沖程④機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 C．①壓縮沖程②機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能③做功沖程④內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 D．①做功沖程②機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能③壓縮沖程④內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能【解析】根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作過程可知，第二個(gè)沖程是壓縮沖程，在此過程中活塞壓縮氣缸內(nèi)的氣體，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，氣缸內(nèi)的氣體溫度升高。第三個(gè)沖程是做功沖程，此時(shí)燃料燃燒生成的高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞對(duì)外做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。故選：C。5．一項(xiàng)被命名為“原子自組裝納米球固體潤(rùn)滑劑”的新型節(jié)能產(chǎn)品，在30輛汽車的測(cè)試中表明，這種新型潤(rùn)滑劑105m平均節(jié)省燃油量1.405L，平均節(jié)油率為20.18%，說明我國(guó)在合金基成分潤(rùn)滑添加劑方面達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。若某臺(tái)測(cè)試車為單缸四沖程柴油機(jī)，飛輪轉(zhuǎn)速為3600r/min，該柴油機(jī)活塞ls對(duì)外做功30次。使用該潤(rùn)滑劑可減小額外功，起到提高效率的作用?！窘馕觥浚?）已知飛輪轉(zhuǎn)速為3600r/min，即：60r/s，一個(gè)工作循環(huán)活塞往復(fù)2次，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)2周，做功1次，60r/s即每秒做功30次；（2）使用該潤(rùn)滑劑可減小額外功，提高機(jī)械效率。故答案為：30；減??；提高效率。6．內(nèi)能有不同的用途，題圖甲和乙共同之處都是通過燃燒酒精獲得內(nèi)能，不同之處在于圖甲中燒杯中的水獲得的內(nèi)能用來對(duì)試管加熱。圖乙中試管中的水獲得了內(nèi)能變?yōu)樗魵庥脕韺?duì)瓶塞做功，這與內(nèi)燃機(jī)的做功沖程類似?！窘馕觥繄D甲中燒杯中的水獲得的內(nèi)能用來對(duì)試管加熱。圖乙中試管中的水獲得了內(nèi)能變?yōu)樗魵庥脕韺?duì)瓶塞做功，這與內(nèi)燃機(jī)的做功沖程類似。故答案為：加熱；做功；做功。7．老師用如圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置，加熱試管使水沸騰，發(fā)現(xiàn)試管上方的小風(fēng)車，開始不停地轉(zhuǎn)動(dòng)；由此引出以下問題，請(qǐng)利用所學(xué)的知識(shí)回答。（1）圖1實(shí)驗(yàn)中能量轉(zhuǎn)化方式與圖2中汽油機(jī)的哪個(gè)沖程相同？?。?）若某四沖程汽油機(jī)的功率為36千瓦，做功沖程每次對(duì)外做功800焦耳，則在1秒鐘內(nèi)該汽油機(jī)能完成180個(gè)沖程，此汽油機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速為5400轉(zhuǎn)/分。（3）如圖3所示的是等質(zhì)量?jī)煞N液體吸收的熱量與溫度變化情況的圖象。根據(jù)圖中提供的信息判斷，這兩種液體中，選擇乙液體作為汽車?yán)鋮s液效果會(huì)更好?！窘馕觥浚?）由圖1知，加熱試管使水沸騰，水蒸氣推動(dòng)小風(fēng)車做功，使之不停地轉(zhuǎn)動(dòng)；這一過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。圖2中：甲、兩個(gè)氣門都關(guān)閉，活塞向上運(yùn)動(dòng)，是壓縮沖程，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；乙、一個(gè)氣門關(guān)閉，一個(gè)氣門打開，活塞向上運(yùn)動(dòng)，屬排氣沖程，沒有能量轉(zhuǎn)化；丙、一個(gè)氣門關(guān)閉，一個(gè)氣門打開，活塞向下運(yùn)動(dòng)，是吸氣沖程，沒有能量轉(zhuǎn)化；丁、兩個(gè)氣門都關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動(dòng)，是做功沖程，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；可見，圖1實(shí)驗(yàn)中能量轉(zhuǎn)化方式與圖2中汽油機(jī)的丁沖程相同；（2）某四沖程汽油機(jī)的功率P＝36kW＝36000W，每秒做功36000J，每秒做功次數(shù)n＝＝