初中三年级上学期物理《热机》教学设计

教学设计课题热机授课班级授课教师授课时间教学目标1、了解人类“利用内能做功”的历史发展进程，了解四冲程内燃机的基本工作原理和工作过程。2、通过观察汽油机工作过程的动画，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。教学重点四冲程内燃机的基本工作原理教学难点四冲程内燃机的工作过程教学环节教师活动学生活动设计意图【创设情境】同学们大家好，我是来石柱第一初级中学的周代胜老师。请同学们准备好学习用具，和老师一起开始今天的学习。我们先来看一个实验，在试管中加入一些水，将试管中的水加热至沸腾。你看到了什么现象？那是谁把橡胶塞推出去的了？在这个过程中发生了怎样的能量转换？这个实验是很简单，但却向我们展示了蒸汽机的工作原理。提到蒸汽机，大家是不是立刻联想到一个人？观察实验，回答问题：橡胶塞被推出去了。是水蒸气把橡胶塞被推出去了。在这个过程中，水蒸气推动橡胶塞做的功，水蒸气内能转化为橡胶塞的机械能。联想到了瓦特。根据学生切身体会设置疑问，调动学习积极性。【物理学史】其实，蒸汽机并不是瓦特发明的，这只不过是后人的一个善意杜撰而已。蒸汽机的雏形，是古希腊数学家希罗于一世纪发明的气传球。但在当时只不过是一种玩具，并没有什么实用价值。第一台实用型蒸汽机是在1712年由英国人纽可门发明的，但纽可门的蒸汽机效率很低，对燃料的消耗量很大。因此，仅仅只能在燃料充足的地方使用。图中展示的就是纽可门的蒸汽机车，那蒸汽机是如何工作的？下面我们就来了解一下。学生讲述，瓦特对蒸汽机做出一系列重大改进，使其在工业上得到广泛应用。蒸汽机在之后的一百多年里，对工业的发展起着至关重要的作用。瓦特开辟了人类利用能源的新时代，标志着第一次工业革命的开始。让学生经历科学发展的基本过程，培养的学习兴趣，加强学生对物理学史的理解和掌握。【汽油机模型建构】但同时我们也可以看到。蒸汽机车的锅炉和汽缸是分离的，这就造成了蒸汽机，它的体积太过庞大，车身太过笨重，而且它的热量损失大，效率很低。随着人类文明的进步以及矿产业的不断发展。蒸汽机逐渐不能满足人们生产生活的需要。交通运输的发展，迫切需要比较轻便的发动机，于是内燃机便应运而生了。什么是内燃机呢？下面我们就通过一个针筒模型来了解一下内燃机的工作原理。内燃机的发明，解决了交通工具的发动机问题。引起了这一领域的革命性变革。许多国家开始建立起汽车工业。并牵动了远洋轮船、飞机等交通工具的制造和使用。右图所展示的就是1886年制造的最早的内燃机汽车。内燃机按照燃料的不同又可以分为汽油机和柴油机。以汽油为燃料的叫汽油机，多用于汽车，赛车，小型农机等。以柴油为燃料的叫柴油机油，多用于载重汽车拖拉机。汽油机的结构如何，它又是如何工作的呢？这是汽油机的截面图，它的主要结构有……下面我们就来初步了解一下汽油机的工作过程。我们把活塞在气缸内往复运动时，从气缸的一段运动到另一端的过程叫做一个冲程。多数汽油机是有吸气、压缩、做功、排气4个冲程的不断循环，来保证连续工作的。学生观察蒸汽机模型，回答问题：点燃燃料，将锅炉内的水加热至沸腾。沸腾后的水会产生大量的热蒸气，热蒸汽通过管道输送到气缸中，推动活塞做功，使机械获得了机械能，利用热蒸气可以为我们提供强大的推力。把人们从繁重的体力劳动中解放出来。学生观察内燃机模型，回答问题：其中针筒是它的汽缸，酒精是他的燃料。酒精在气缸里燃烧产生高温高压的燃气，推动活塞做功，将燃气的内能转化为活塞的机械能。内燃机指的就是燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的机械。由于他不再需要外置的锅炉。因而具有体积小，重量轻，启动快，效率高等优点。新课程要求在教学过程中,应该激发学生浓厚的学习兴趣，以及保持对自然界的好奇心和对科学的求知欲。引导学生关注科学-技术-社会之间的联系,是否有可持续发展的意识,有将科学服务于人类的意识等。能源作为社会发展的基础,是全社会关注的焦点，汽油机作为能源消耗的主要机械，更是需要学生详细了解其工作原理及过程，从而树立节约能源的意识。【汽油机工作过程分析】下面我们就先来分析第1个冲程吸气冲程。在吸气冲程中，进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动。请同学们思考气缸内气体的体积是增大了还是减小了？那气缸内的气压又如何变化呢。气缸内的气压与外界大气的相比，谁更大呢？在吸气冲程结束时，活塞在气缸的最底端。那接下来活塞会向哪儿运动呢？汽油机就进入了第2个冲程压缩冲程。燃料的混合物被压缩，在这个过程中是否伴随着能量转化呢？在压缩冲程结束时。火花塞会产生电火花，使燃料燃烧第3个冲程做工冲程开始。在做功冲程中，进气门和排气门依然关闭，火花塞会产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气。高温高压的燃气会对活塞有什么作用呢？那这个过程中又伴随着怎样的能量转化呢？在做功冲程结束时，燃烧产生的废气，如何排除气缸呢？汽油机进入第4个冲程，排气冲程。在排气冲程中，进气门关闭，排气门打开。活塞向上运动将废气排出气缸。汽油机在完成一个工作循环后，活塞会不会立刻静止不动呢？活塞不会静止，它会在飞轮惯性的带动下继续往复运动。这样汽油机就可以连续工作了。学生观察汽油机冲程模型，回答问题：吸气冲程：气缸内气体的体积增大了，气缸内的气压减小了。外界大气压大于气缸内的气压。于是，在外界大气压的作用下，汽油和空气的混合物被压入气缸。压缩冲程:在压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，气缸内形成一个密闭空间，活塞向上运动。燃料的混合物被压缩，在这个过程中，活塞的机械能会转化为燃料混合物的内能。燃料混合物的内能增加温度会升高。做功冲程:高温高压的燃气会推动活塞向下运动，进而带动曲轴转动对外做功。在这个过程中，燃气的内能会转化为活塞的机械能，而这个冲程正是使内燃机获得动力的冲程。排气冲程:活塞向上运动就像推动注射器一样，将废气排出气缸。通过问题设置，让学生思考汽油机工作过程的内在联系。培养设计和操作简单的能力，以及分析概括物理规律的能力，加强学生对本课重点内容的理解和掌握【汽油机巩固】相信大家对汽油机的四个冲程已经有了一定的了解，老师在整理四冲程图片的时候，把顺序弄错了。同学们能否帮助老师，在图片中写出对应的冲程名称呢？我们一起来看一下。图A，首先观察气门，发现进气门和排气门都关闭。其次，观察活塞，发现活塞向下运动。细心的同学可能还发现，此时火花塞产生的电火花。这些信息都提示我们，它是汽油机的做功冲程。你是这样想的吗？同学们，你都判断对了吗？学生按照同样的思路分析，图B，进气门打开，排气门关闭。活塞向上运动，你一定判断出来了，这是吸气冲程。图C，进气门是关闭的，排气门是打开的。此时，活塞向下运动。很显然，这是排气冲程。再来看图D，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，这是压缩冲程。随堂练习，巩固本节课的重点难点知识，从而形成解决实际问题的能力。【柴油机对比分析】汽油机多用于汽车，尤其是小型汽车上。而现代汽车都采用四缸六缸发动机，每个汽缸都进行吸气、压缩、做功和排气冲程的不断循环。由于各个汽缸交替做功，所以，发动机的转动比较平稳。了解了汽油机，我们再来看看柴油机。柴油机的结构与汽油机相似。他的工作过程也包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程。下面我们就来了解一下柴油机与汽油机的主要区别。相对于汽油机的火花塞点燃式，柴油机的这种点火方式称为压燃式。首先，柴油机的顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。其次，柴油机在吸气冲程中吸入的只有空气，而汽油机吸入的是汽油和空气的混合物。第三柴油机在压缩冲程中将气体的体积压缩得更小，因而气缸内空气的温度会更高。在压缩冲程结束时，气缸内的温度已经超过了柴油的燃点。此时，喷油嘴喷入的雾状柴油遇到热空气便立刻燃烧起来。采用对比法使学生印象深刻，对知识点把握更加牢固。【热机概念形成】同学们。学习到这里，相信大家对蒸汽机和内燃机，都有了一定的了解。他们在外观和结构上都有很大差别，但他们也有一个共同的特点，你发现了吗？热机的种类很多，除了蒸汽机和内燃机，还有火电站的汽轮机、火箭发动机、喷气发动机等等。热机在人类社会的发展过程中起着巨大的推动作用。他们都是利用内能做功的机械，蒸汽机利用的是热蒸汽的内能，而内燃机利用的是汽油和柴油燃烧后产生的高温燃气的内能。我们把这种利用内能做功的机械统称为热机。通过列举生活实例，使学生懂得把物理知识与生活实际相结合。【拓展小结】好了，同学们，今天的内容我们就全部学完了。我们来简单梳理一下。通过学习，我们知道了热机就是利用内能做功的机械。热机的种类很多，包括蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等等。其中，内燃机按照燃料的种类又可以分为汽油机和柴油机。我们重点学习了汽油机