九年級物理全冊 第十三章 第三節(jié) 內燃機教案 新版滬科版

第三節(jié) 內燃機【教學目標】一、知識與技能1.知道熱機、內燃機的概念，知道內燃機是熱機的一種，體會現(xiàn)代交通工具對人們生活的巨大影響.2.通過模型或掛圖了解四沖程汽油機和柴油機的構造.3.能用文字或口頭表述內燃機各沖程的工作狀態(tài)和能量轉化.二、過程與方法1.學生通過觀察汽油機、柴油機的工作過程，能夠簡單地描述它們的主要特征，培養(yǎng)和提高學生的觀察能力.2.通過對汽油機、柴油機結構的觀察，有對觀察到的現(xiàn)象做出判斷的意識.3.通過上網(wǎng)等各種途徑收集整理有關蒸汽機、內燃機、汽輪機、噴氣式發(fā)動機的原理、特點的相關資料，培養(yǎng)學生收集信息和整理信息的能力.三、情感、態(tài)度與價值觀1.通過對本節(jié)課的學習，培養(yǎng)學生樂于探究生活中的物理學道理的良好習慣.2.通過學習熱機的應用，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生將科學知識應用于人類社會的意識，進一步認識科學技術和社會的關系.【教學重點】四沖程汽油機的工作原理及能的轉化過程.【教學難點】汽油機和柴油機之間的區(qū)別.【教具準備】多媒體課件、鐵架臺、試管、金屬網(wǎng)罩、膠塞、酒精燈、水；汽油機和柴油機的實物模型.【教學課時】1.5課時【鞏固復習】教師引導學生復習上一課時所學內容，并講解學生所做的課后作業(yè)（教師可針對性地挑選部分難題講解），加強學生對知識的鞏固.【新課引入】教師利用音像資料，展示汽車運動，坦克前進的畫面，然后設問：你知道汽車、坦克為什么會運動起來嗎？汽車、坦克的發(fā)動機是怎樣獲得能量的？學生思考、討論、發(fā)表各自的看法.師 汽車、坦克的發(fā)動機其實是個內燃機，它通過將燃料燃燒時產(chǎn)生的內能轉化為機械能，從而使汽車、坦克運動起來.下面我們就一起來學習第三節(jié)內燃機.【預習指導】閱讀課本P45-48文字內容和插圖，把基本概念、規(guī)律、規(guī)定，以及汽油機和柴油機的異同點，用紅色筆做上記號，并完成對應練習冊中“課前預習”部分，然后，各小組內部交流討論，提出預習疑問，組長做好記錄，準備展示.【交流展示】1.各小組代表舉手發(fā)言，報告“課前預習”答案，教師評價訂正.2.學生質疑，教師指導釋疑.【拓展探究】 熱機一、學生內部討論交流，回答下列問題.師 什么是熱機？什么是內燃機？生：把燃料燃燒時釋放的內能轉化為機械能的裝置稱為熱機；燃料直接在發(fā)動機氣缸內燃燒產(chǎn)生動力的熱機，叫做內燃機.教師用多媒體播放課件“熱機的分類和幾種發(fā)動機原理”.熱機的分類和幾種發(fā)動機原理（多媒體課件）（1）熱機的分類通常根據(jù)燃料燃燒方式，將熱機分為內燃機與蒸汽發(fā)動機兩類.凡燃料直接在氣缸內燃燒，全部能量轉變過程在氣缸內完成的熱機稱為內燃機，如汽油機、柴油機等都屬于此類.先把燃料燃燒時釋放的能量的一部分傳給工質，再由工質將得到的能量的一部分轉變?yōu)闄C械能的稱蒸汽發(fā)動機，又稱外燃式發(fā)動機.內燃機的工質是燃燒的煙氣，而蒸汽發(fā)動機的工質是水蒸氣.蒸汽機在熱機中是最早出現(xiàn)的，以后是內燃機、汽輪機、燃氣輪機、噴氣發(fā)動機和火箭發(fā)動機相繼交叉出現(xiàn)，其中內燃機應用范圍最廣，天空、地上、水中都有內燃機的身影.蒸汽發(fā)動機由于笨重、效率低，現(xiàn)在應用已不多.（2）幾種發(fā)動機原理簡介蒸汽輪機利用鍋爐產(chǎn)生的高溫、高壓蒸汽從噴嘴高速噴出，沖擊葉輪，使葉輪與機軸一同旋轉.蒸汽輪機的輸出功率很大，大型的蒸汽輪機輸出功率可達幾十萬千瓦.燃氣輪機基本原理與蒸汽輪機相似，但工質不是蒸汽，而是燃料燃燒后生成的煙氣.中國民間工藝品“走馬燈”即是一種原始簡單的燃氣輪機，早在800年前就已在我國出現(xiàn).燃氣輪機不僅輸出功率大（可達十幾萬千瓦），而且效率高，可達50%60%.空氣噴氣發(fā)動機燃料在發(fā)動機的燃燒室內燃燒，生成的煙氣從噴口高速噴出，根據(jù)反沖原理，發(fā)動機機身將向反方向運動.火箭發(fā)動機其結構與原理和噴氣發(fā)動機相似.區(qū)別是空氣噴氣發(fā)動機燃料燃燒時的氧化劑（氧氣）取自空氣，因此空氣噴氣發(fā)動機只能在大氣層內工作，主要用在飛機上；火箭發(fā)動機則自帶氧化劑，燃料燃燒時不依賴于空氣，因此可在大氣層外工作，是發(fā)射人造衛(wèi)星和宇宙飛船的動力源.中國在節(jié)日放的“起花”也即是火箭的原型，中國是火箭的故鄉(xiāng).【師生互動歸納總結】（1）熱機定義：把燃料燃燒時釋放的內能轉化為機械能的裝置.（2）工作原理：將燃料的化學能通過燃燒轉化為內能，再對外做功，把內能轉化為機械能.（3）熱機的種類：蒸汽機；內燃機；汽輪機；噴氣發(fā)動機等.（4）內燃機：燃料直接在發(fā)動機氣缸內燃燒產(chǎn)生動力的熱機，常見的有汽油機和柴油機.【課堂訓練】教師引導學生做對應練習冊中的題目. 汽油機教師展示汽油機的實物模型，講解結構部件名稱（如圖），引導學生了解汽油機的構造.【師生互動歸納總結】汽油機的構造：主要由氣缸、活塞、進氣道、進氣閥、排氣道、排氣閥、曲軸連桿、飛輪和火花塞組成.教師用多媒體播放汽油機工作過程中的flash視頻動畫：汽油在氣缸里面燃燒時生成高溫高壓的燃氣，推動活塞做功.活塞移動帶動曲軸轉動.要使汽油機連續(xù)工作，活塞必須能在氣缸內往復運動.活塞在氣缸內做一次單向運動，叫做一個沖程（或行程）.多數(shù)汽油機是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程的不斷循環(huán)來保證連續(xù)工作的.（啟發(fā)學生注意四個沖程中工作情況及能量變化）.【師生互動歸納總結】（1）沖程：汽油機工作時，活塞在氣缸內做一次單向運動叫做一個沖程（或行程）.（2）汽油機的四個沖程：吸氣、壓縮、做功、排氣.教師再次播放汽油機工作的視頻動畫，并提醒學生帶著以下問題觀察和思考：（1）四個沖程中氣閥開啟、閉合狀態(tài)如何？活塞運動方向如何？（2）吸氣沖程中為什么能將汽油和空氣的混合物吸進汽缸？（3）壓縮沖程中壓縮的是什么？壓縮到最后會有什么結果？（4）四個沖程中哪些沖程發(fā)生了怎樣的能量轉化？（5）哪個沖程使機器獲得動力？哪個沖程排出了汽車的尾氣？學生看完視頻后分組討論，并積極回答問題：生1：吸氣沖程：進氣閥打開，排氣閥關閉，活塞向下運動，汽油和空氣的混合物進入氣缸.壓縮沖程：進氣閥和排氣閥都關閉，活塞向上運動，燃料混合物被壓縮.做功沖程：進氣閥和排氣閥都關閉.在壓縮沖程結束時，火花塞產(chǎn)生電火花，使燃料猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的氣體.高溫高壓的氣體推動活塞向下運動，帶動曲軸轉動，對外做功.排氣沖程：進氣閥關閉，排氣閥打開，活塞向上運動，把廢氣排出氣缸.生2：吸氣沖程中當活塞向下運動時，氣缸內氣體的體積增大，壓強變小，大氣壓將油氣混合物吸進氣缸.生3：壓縮沖程中，活塞對油氣混合物進行壓縮做功，結果是使油氣混合物的內能增加，溫度升高.生4：四沖程中“壓縮沖程”和“做功沖程”中發(fā)生了能量轉化，其中“壓縮沖程”中是將機械能轉化為內能；“做功沖程”中，燃料燃燒，燃料的化學能轉化為燃氣的內能，產(chǎn)生高溫高壓氣體，推動活塞運動，又使燃氣的內能轉化為機械能.生5：做功沖程中機器獲得動力，排氣沖程中排出了汽車的尾氣.教師鼓勵學生的回答，然后用多媒體展示“四沖程汽油機的工作循環(huán)示意圖”（如圖），并進行比較，強調壓縮沖程和做功沖程中的能量轉化.【師生互動歸納總結】（1）汽油機的一個工作循環(huán)由四個沖程組成，曲軸和飛輪均轉動兩周，對外做功一次. （2）壓縮沖程：機械能轉化為內能；做功沖程：內能轉化為機械能.（3）汽油機的四個沖程中，只有做功沖程產(chǎn)生動力，其他三個沖程都要靠飛輪的慣性來完成，且消耗機械能.例題1（多媒體展示）如圖所示是內燃機工作循環(huán)中的一個沖程，它是（ ）A.壓縮沖程,將化學能轉化成內能B.壓縮沖程,將機械能轉化成內能C.做功沖程,將內能轉化成機械能D.做功沖程,將機械能轉化成內能解析：判斷內燃機工作過程屬于哪一個沖程，需分兩步：一是看氣門開閉狀況，二是看活塞運動情況，具體判斷方法是：一氣門打開，若進氣為吸氣沖程，若排氣為排氣沖程；兩氣門都關閉，活塞向上是壓縮沖程，活塞向下為做功沖程.本題是兩氣門都關閉，活塞向上是壓縮沖程.壓縮沖程是將機械能轉化為內能.答案：B例題2（多媒體展示）一臺單缸四沖程汽油機，飛輪轉速為6000r/min，則每秒鐘發(fā)動機完成_個沖程，對外做功_次.解析：由6000r/min，算出飛輪每秒轉動的轉數(shù)為6000r/60s100r/s.飛輪轉一周完成2個沖程，一個工作循環(huán)為4個沖程，做1次功，飛輪需要轉動2周，則每秒完成沖程數(shù)為1002200（個），每秒做功次數(shù)為1/210050（次）.答案：20050【課堂訓練】教師引導學生做對應練習冊中的題目. 柴油機師坦克和輪船上使用的是柴油機，柴油機是如何工作的？它的構造又如何呢？下面我們就一起來學習“柴油機”.柴油機是利用汽缸內燃燒柴油所產(chǎn)生的高溫高壓的燃氣來推動活塞做功的熱機.它的構造和汽油機的構造大致相同，所不同的是柴油機的汽缸頂部無火花塞而有噴油嘴.（教師可展示柴油機的實物模型，也可以展示圖片引導學生觀察汽油機與柴油機結構的異同）教師用多媒體播放課件“柴油機的工作過程”，并講解.柴油機的工作過程（多媒體課件）柴油機的一個工作循環(huán)也是由四個沖程組成，曲軸和飛輪均轉兩周，對外做功一次，活塞往復兩次，除做功沖程外的其他三個沖程，也是靠安裝在曲軸上的飛輪的慣性來完成.教師引導學生簡單敘述汽油機與柴油機的相同點和不同點.（幫助學生了解柴油機的結構，同時增強對四沖程特點的理解）【師生互動歸納總結】汽油機與柴油機的比較：相同點：都是燃料在汽缸內燃燒；都是將內能轉化為機械能的裝置；都是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程構成一個工作循環(huán)，曲軸和飛輪轉動兩周，對外做功一次；啟動時，都是靠外力先使飛輪和曲軸轉動起來.不同點：教師引導學生思考內燃機的使用與環(huán)境保護的關系，指出汽車尾氣（廢氣）的危害及減小危害措施，鼓勵學生課外上網(wǎng)查閱相關資料.例題3（多媒體展示）下列關于柴油機的敘述中，正確的是（ ）A.柴油機是把內能轉化為機械能的裝置B.四沖程柴油機每經(jīng)過一個工作循環(huán)，曲軸就要轉動四周C.汽油機有噴油嘴，柴油機有火花塞D.汽油機用壓燃式點火，柴油機用點燃式點火解析：由熱機的概念知，把內能轉化為機械能的裝置稱為熱機，柴油機屬于熱機，故A是正確的；四沖程內燃機每經(jīng)過一個工作循環(huán)，有四個沖程，活塞往復運動兩次，曲軸轉動兩周，對外做功一次，故B錯誤；在做功沖程中，汽油機是通過火花塞產(chǎn)生電火花點燃高溫高壓的油氣混合物，是點燃式，而柴油機是用噴油嘴向遠高于柴油燃點的空氣噴射霧狀柴油而使柴油燃燒的，稱之為壓燃式，故C、D選項錯誤.答案：A例題4（多媒體展示）某單缸四沖程柴油機的汽缸活塞面積為30cm2，一個做功沖程活塞在汽缸中移動的距離是50mm，滿負荷工作時做功沖程中燃氣的平均壓強為9.0105Pa，飛輪1min轉動1800周，當柴油機滿負荷工作時（不計摩擦），求：（1）做功沖程中燃氣對活塞的平均壓力；（2）一個做功沖程中燃氣對活塞做的功；（3）柴油機的功率.分析：本題綜合考查了壓力與壓強的關系、功和功率的計算、柴油機的工作原理等知識.（1）已知壓強p和受力面積S，根據(jù)壓強定義式p=F/S的變形式FpS，可直接求出；（2）根據(jù)求出的壓力和已知壓力移動的距離s，根據(jù)公式WFs可求出做的功；（3）柴油機工作時，飛輪轉動兩周，對外做功一次，由此可根據(jù)飛輪的轉速求出飛輪1s做功的次數(shù)，從而可以求出柴油機的功率.解：（1）做功沖程燃氣對活塞的平均壓力FpS=9.0105Pa3010-4m2=2.7103N；（2）一個做功沖程燃氣對活塞的功WFs=2.7103N5010-3m=135J；（3）因為飛輪的轉速是1800r/min=30r/s，每秒做功次數(shù)n=1/230=15次，柴油機的功率P=nWt135J151s=2025W.【課堂訓練】教師引導學生做對應練習冊中的題目.【課堂小結】教師引導學生歸納總結本節(jié)課學到了什么？【課后作業(yè)】1.請同學們做課本P48-49作業(yè)1 2 3 4.2.請同學們完成對應練習冊中的題目.【課后作業(yè)答案】1. 吸氣、壓縮、做功、排氣壓縮做功2.B 3.D1.本節(jié)課的教學設計通過創(chuàng)設問題情景，提出讓學生感興趣的問題，引導學生思考熱機中能量的轉化，并通過播放flash動畫，讓學生認識掌握汽油機和柴油機的構造和工作原理.2.教學時，教師主要從構造、工作過程及優(yōu)缺點等幾個方面對汽油機和柴油機進行介紹，重點講述汽油機的四個沖程，通過視頻和插圖對四個沖程逐一進行介紹，使學生對汽油機的工作過程有一個完整的了解.在講解柴油機時，教師可以采用對比的方法，結合柴油機的構造簡圖，講述它與汽油機在構造上的異同，對于它們相似的地方，只需做簡略的說明，而重點介紹它們的吸氣沖程、壓縮程度、點火方式上的不同.這樣安排有利于學生抓住重點.最后簡單介紹了汽油機和柴油機的優(yōu)缺點及其運用.3.在幫助學生了解汽車的發(fā)展史的過程中，鼓勵學生通過多種途徑，如采訪工人，查閱資料，上網(wǎng)搜集等，了解汽車在現(xiàn)代社會生活中的重要作用，同時給人類生活環(huán)境帶來的負面影響.明白科學是一把雙刃劍.號召同學們刻苦學習，勇攀科學高峰，為人類社會進步做出應有的貢獻.6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375