初中物理四 热机教学设计

10.4热机

教学目标

【知识与能力】

1．了解四冲程内燃机的基本工作原理和工作过程。

2．通过分析汽油机工作过程，知道压缩冲程和做功冲程中的能量转化。

3．通过观察、对比汽油机和柴油机的模型和工作过程，了解二者的异同。

【过程与方法】

1．通过分析汽油机和柴油机的构造和工作过程的异同，学习分析和比较的研究方法。

2．通过阅读“科学世界”，了解现代汽车的一些常识，培养自学能力。

【情感态度价值观】

1．通过对热机发展简史、汽油机的结构以及工作过程的学习，感受到人类对美好事物孜孜不倦的追求，逐步培养学生崇尚科学、爱科学、学科学的兴趣。

2．了解生活中各种常见的热机工作时的利弊，唤起学生节约能源、保护环境的意识。

教学重难点

【教学重点】

了解四冲程汽油机的基本工作原理。

【教学难点】

了解四冲程汽油机的基本工作原理。

教学过程

一、新课引入

提问学生几个问题。　

（1）我们曾经乘坐的交通工具有哪些？

（2）当今社会主要的交通工具有哪些？

（3）能说出它们的动力装置是什么吗？

汽车是我们生活中不可缺少的交通工具，那么汽车在行驶过程中靠什么提供动力？火箭为什么又能上天呢？在这些过程中能量是如何转化的？

二、新课教学

（一）热机

1．热机的原理

（1）实验演示

讨论：实验中能量转化的情况。

结果：燃料燃烧时化学能转化为内能，传给水和水蒸气；水蒸气膨胀做功，把塞子冲出去，内能转化为塞子的动能（机械能）。

（2）热机：热机是指把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置。

2．热机的种类

迄今为止，已经出现的热机有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。

3.内燃机

（1）定义：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机叫内燃机；

（2）分类：根据所使用燃料分为汽油机和柴油机两大类。

（二）汽油机

1.构造

观看汽油机剖面图，介绍进气门、排气门、火花塞、活塞、汽缸、连杆、曲轴等重点结构。

2.工作过程

（1）冲程的定义

活塞在汽缸内从一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。

（2）学生阅读课本，了解四冲程汽油机的工作过程。

播放汽油机工作过程的动画，放慢播放速度，边放映，边请学生解说。

吸气冲程：热机的工作过程以一个循环为一个单元，一个循环又分为四个冲程。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。这是第一个冲程。

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。这是第二个冲程。

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。实现了内能向机械能的转化。这是第三个冲程。

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。这是最后一个冲程。

此后，活塞又由上向下运动，从此进入下一轮循环。

（3）讨论与分析

①在四个冲程中，哪些冲程发生了能量的转化？

答题要点：压缩冲程发生了机械能向内能的转化，获得了温度较高的混合气体；做功冲程发生了内能向机械能的转化，汽车从做功冲程中获得的机械能，远远超过了压缩冲程中消耗的机械能。

②哪个冲程使汽车获得动力？

答题要点：做功冲程获得了动力。

③哪个冲程排出了汽车的尾气？

答题要点：排气冲程。

④老式摩托在启动时，需踏动启动杆，这是为什么？
答题要点：提供第一次启动时的初动力，主要完成吸气和压缩冲程。当做功冲程如约发生后，其余的冲程就依靠飞轮的惯性完成了。

依靠飞轮惯性完成的冲程是：吸气冲程、压缩冲程和排气冲程。

⑤现代汽车里的马达起什么作用？

答题要点：是一个电动机，依靠电力转动的机器。当马达帮助发动机完成吸气和压缩冲程，假如做功冲程能如约完成，马达就完成启动任务了。过去的老式汽车都是靠手摇完成第一次启动的。现在，一些简单的农机，比如小拖拉机，在启动时，还有用手摇方式启动的。

（4）总结

①在四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程称为辅助冲程，要靠飞轮的惯性来完成，所以汽油机在开始工作时要靠外力带动。

②把四个冲程称为一个工作循环。

③一个工作循环活塞往复两次，曲轴转动两转，对外做一次功，飞轮转动两圈。

④压缩冲程中机械能转化为内能，做功冲程中内能转化为机械能。

（三）柴油机

1.柴油机的工作过程

播放动画，让学生看到柴油机和汽油机在构造、工作过程上是大致相同的。

2.学生观察，柴油机在构造上的不同，会引起哪些变化？

（1）柴油机燃烧室顶端有一个喷油嘴，柴油直接喷入。

（2）吸入物质不同，吸气冲程只吸入空气。

（3）没有火花塞，如何点燃？压缩点燃。

3．汽油机与柴油机的优缺点

（1）汽油机转速高，结构简单，质量轻，造价低廉，运转平稳，使用维修方便。汽油机在汽车上，特别是小型汽车上大量使用，至今不衰。

（2）柴油机比较笨重，主要用于载重汽车、拖拉机、火车、轮船上。

（3）柴油发动机与汽油发动机相比，热效率高30%，因而从节约能源、降低燃料成本角度上讲，柴油发动机轿车的推广使用具有重大意义。

4.分析汽油机和柴油机的异同点

三、课堂练习

1．常见汽油机工作时，一个工作循环有_________个冲程，包括；_________、_________、_________、_________。在一个工作循环中，活塞往复________次，曲轴转动________ 周，燃气做功_________次。

2．一台单缸四冲程柴油机飞轮转速为1800r/min，则柴油机1s内    （     ）

A．完成30个冲程，做功30次     B．完成60个冲程，做功60次

C．完成60个冲程，做功15次     D．完成120个冲程，做功30次

3．如图所示是热机的四个冲程，其中属于做功冲程的是         （     ）

      A                   B                 C                D

板书设计

（一）热机

1．热机的原理

2．热机的种类

3.内燃机

（二）汽油机

1.构造

观看汽油机剖面图，介绍进气门、排气门、火花塞、活塞、汽缸、连杆、曲轴等重点结构。

2.工作过程

（三）柴油机