3.5物体的内能教学设计第三课时

教学设计

课程基本信息学科科学年级九年级学期秋季课题物体的内能(第三课时)教科书书名：科学教材出版社：浙江教育出版社教学目标1.科学概念：（1）理解热机的工作原理。（2）说出汽油机的结构和工作过程。2.科学思维：学会发现问题、分析问题、解决问题。3.探究实践：动手实践制作模型，并在分析问题过程中完善设计。4.态度责任：（1）感受科学知识对于科技进步的重要作用。（2）体会人类不懈追求高效低耗的探索过程。教学内容教学重点：1.了解热机、内燃机、汽油机等的原理及相应结构。

2.感受人类为追求高效低耗的不懈努力。教学难点：1.在不断发现问题的过程中，设计和改进内燃机模型。教学过程【历史小剧场】介绍：18世纪60年代，英国发起了第一次工业革命，蒸汽机开始登上历史舞台。热蒸汽为人们提供了强大的推力，把人们从繁重的体力劳作中解放出来。世界上第一台蒸汽机是由古希腊数学家希罗于1世纪发明的汽转球，但当时，它还只不过是一个玩具而已。瓦特在前人的启迪下，对蒸汽机作出一系列重大改进，使其在工业上得到广泛应用。他开辟了人类利用能源新时代，也标志着工业革命的开始。其实，瓦特观察水壶中的水烧开，推动壶盖，从而发明了蒸汽机，是一个善意的杜撰。那蒸汽机是如何工作的呢？【环节一】实验1：我们先来看一个实验，这是一支装有一定量水的试管，管口用塞子密封。用酒精灯对试管加热，使水沸腾。注意观察现象。我们看到塞子冲出试管。设问：为什么塞子会冲出呢？解答：因为我们用酒精灯对试管进行了加热。在这个过程中，涉及了一系列的能量转化：酒精燃烧时，把储存的化学能转化为内能，通过热传递，使水的内能增加，液态的水变为气态的水蒸气，水蒸气又对塞子做功，将内能转化为塞子的机械能。这就是蒸汽机的工作原理。像这样以做功的形式把内能转化为机械能的机器，我们称之为热机。利用热机种类有很多，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等介绍：1769年，世界上第一辆蒸汽机车在法国诞生。我们一起来看下他的工作过程。（链接）蒸汽机的出现，推动了机械工业甚至社会的发展,推动了交通运输空前的进步。但是，从蒸汽机车身上，我们也发现了很多问题，蒸汽机的燃料在机器外燃烧，是外燃机，需要巨大的锅炉和气缸，体积庞大、效率低。设问：如何能提高燃料的利用率呢？解答：同学们肯定想到了，既然外燃的方式提供内能，燃料的利用率低，那我们不妨将燃料放到热机内部去燃烧，将外燃机变为内燃机。想法是有了，但是要具体实施还要克服很多困难，下面我们就一起来当个小小发明家，设计一下这种机器。【环节二】模型1：这是加了红墨水的酒精，我们用一个上端封口的注射器来模拟内燃机的密闭空间，这里也有一个活塞（拉动一下）。设问：问题是怎么把酒精加到这个密闭空间里呢？解答：有同学想到，可以在上面开个口，用来吸取燃料。模型2：为了更方便吸取燃料，我还给它加了个管道。先把注射器放到架子上固定，以放便后期操作。再把管子放入酒精中，吸取酒精。请注意看，注射器吸取酒精之后，上方有一段空气，大家想想看这个空气有没有作用呢？这段空气是有用的，因为如果没有空气，燃料就不会燃烧，所以吸进注射器的应该是燃料和空气的混合物。设问：可新的问题出现了，现在这个空间因为开了一个口，已经不再是密闭空间了，怎样才能把它变回密闭空间呢？解答：我们需要设计一个，方便开合的装置。（停几秒）可以在管子上加一个开关，吸燃料时打开，吸好再关闭（照片）。设问：燃料混合物已经吸入注射器内了，应该可以点燃了吧？解答：可是，我们发现，此时的活塞处于下端，若燃料燃烧产生大量气体，无法继续推动活塞向下运动。所以在点燃前，需要先向上推动活塞。这个过程，相当于活塞在压缩气体做功。在第一课时中，我们已经学过，压缩气体做功，气体内能增加、温度升高，会更有利于点火。设问：燃料的温度也升高了，如何解决内部点燃问题呢？解答：我们需要将点火装置放入这个密闭空间里，因此，可以再开一个孔，用来放点火装置。如照片中的模型所示，此处的铜丝模拟的就是点火装置。模拟点火实验：点火过程的模拟在注射器的装置内没办法完成，我们通过另一个装置来模拟。这是一个装有点火装置的玻璃筒，配有活塞。（开始视频）倒入酒精燃料，压缩活塞，点火，活塞被弹出，（视频停）设问：活塞为什么会被弹出？解答：点火之后，里面的燃气急剧膨胀，推动活塞做功，即气体对外做功，把内能转化为机械能。我们再来一次，（开始视频）设问：咦，怎么没有现象了呢？解答：因为现在容器里都是燃烧后的废气，燃料没法燃烧。如果将废气排出，燃料是不是又可以燃烧了呢？我们排出废气后再试一次。（实验）果然，排出废气后，燃料又可以点燃了。回到内燃机的模型，我们要对其进一步改进。我们可以在原有的基础上，再开个口，再加个管道，再加个开关。（完整模型的照片）我们设计的内燃机的模型已经基本成型了。我们再完整的来演示一遍该装置的工作过程，请看操作。1、一开始，需要吸取燃料。所以左边开关打开，右边开关关闭，活塞向下运动，让燃料和空气的混合物进来。进来后，再将左边开关关闭。2、在点火之前，活塞向上运动，压缩气体。并且在压缩气体结束的瞬间点火引燃。3、引燃后的气体对活塞做功，使活塞向下运动。将燃料的内能转化为活塞的机械能。4、最后，需将燃烧后的废气排出。此时，打开右边的开关，左边开关保持关闭状态。接下来又要吸燃料了，又开始下一个循环。从理论上，我们已经实现了燃料的内置，根据这种原理制造出来的机器，叫内燃机。【环节三】介绍：内燃机主要有两种类型：汽油机和柴油机，区分也很简单，加柴油的是柴油机，加汽油的是汽油机。来认识一下汽油机的结构：1、2是控制燃气和废气进出的开关，1叫进气门，其实从进气门进来的是燃料和空气的混合气体，叫燃气。2叫排气门。3是火花塞，用来点火。4所示的空间是气缸。5是活塞，它可以在气缸里上下运动。活塞从气缸的一端运动到另一端的过程称之为“一个冲程”。也就是说，活塞从下端运动到上端是一个冲程，从上端运动到下端也是一个冲程。设问：根据刚才的模型，想一想，汽油机在一个循环中有几个冲程？（学生思考5S）解答：应该有吸气、压缩、做功、排气，4个冲程。我们通过动画来感受一下汽油机的四个冲程。设问：到目前我们还都是通过模型来了解汽油机的工作原理，那么汽油机到底是不是这样工作的呢？解答：我们通过视频来了解一下。（播放视频，变黑后就暂停）通过视频我们发现，汽油机的确像我们了解的这样在工作。我们再来看一下放慢后的视频，现在是吸气冲程，然后是压缩冲程，再是做功冲程，最后是排气冲程。思考：我们再来回顾下视频中看到的汽油机的工作情况，思考：在4个冲程中，活塞如何运动？气门的开闭情况又如何？设问：我们在视频中看到，活塞是上下运动的，但是汽车轮子是转动的，也就是说汽油机在动力输出时将上下运动变成了转动。这是怎么实现的呢？解答：我们来看汽油机的结构示意图。与活塞相连的结构叫连杆，连杆的另一端连着叫曲轴的装置。当活塞上下运动时，曲轴可以把活塞的上下运动变成转动。介绍：与蒸汽机相比，内燃机的燃料利用率大大的提高了。我们来了解一下汽油机和柴油机的燃料利用率是多少，我们发现，他们的燃料利用率也不是很高，通过科学家们不断的探索，又发明了利用率更高的热机：燃气轮机、喷气发动机。提高热机效率，减少能源消耗，