2024学年九年级物理上册 第2章 改变世界的热机2.2 内燃机教学设计 （新版）教科版

2024学年九年级物理上册第2章改变世界的热机2.2内燃机教学设计（新版）教科版课题：科目：班级：课时：计划1课时教师：单位：一、课程基本信息1.课程名称：2024学年九年级物理上册第2章改变世界的热机2.2内燃机教学设计（新版）教科版

2.教学年级和班级：九年级（1）班

3.授课时间：2024年3月15日星期四第3节课

4.教学时数：1课时

亲爱的小伙伴们，今天我们要一起走进物理的奇妙世界，探索“改变世界的热机”这一章节，重点是内燃机的工作原理。准备好你的好奇心和笔记本，让我们一起点燃智慧的火花吧！🔥📚二、核心素养目标分析三、教学难点与重点1.教学重点，

①内燃机的四个冲程及其能量转换过程：让学生理解吸气、压缩、做功、排气四个冲程的顺序和能量转换的特点，能够描述内燃机在一个工作循环中的能量流动。

②内燃机的效率：通过实验和计算，使学生了解内燃机的效率概念，并学会如何估算内燃机的热效率。

2.教学难点，

①内燃机工作循环的动态理解：帮助学生动态地理解内燃机在工作循环中的活塞运动、气门开闭、燃料燃烧等复杂过程。

②热力学第一定律在热机中的应用：引导学生运用热力学第一定律解释内燃机中的能量守恒问题，理解热机效率与能量损失的关系。

③内燃机效率的影响因素分析：引导学生分析影响内燃机效率的各种因素，如燃料的热值、压缩比、冷却效果等，并探讨提高效率的方法。四、教学方法与策略1.采用讲授与实验相结合的教学方法，首先通过多媒体展示内燃机的结构和工作原理，帮助学生建立直观的认识。

2.设计小组讨论活动，让学生分组分析内燃机效率的影响因素，培养他们的批判性思维和合作能力。

3.进行模拟实验，让学生亲自动手操作，体验内燃机的吸气、压缩、做功、排气四个冲程，加深对理论知识的理解。

4.利用动画软件演示内燃机的工作循环，帮助学生动态理解内燃机的动态过程。

5.课后布置实践项目，要求学生设计并制作简易模型内燃机，增强学生的动手能力和创新意识。五、教学过程设计一、导入环节（5分钟）

1.创设情境：播放一段汽车加速的视频，引导学生思考汽车发动机的工作原理。

2.提出问题：内燃机是如何将燃料的化学能转化为机械能的？它的工作过程是怎样的？

3.学生回答：简要回顾学生已有的知识，为接下来的新课学习做好铺垫。

4.引入新课：今天我们将学习内燃机的工作原理，了解它是如何改变世界的。

二、讲授新课（20分钟）

1.内燃机的基本结构：介绍内燃机的组成，包括气缸、活塞、气门、火花塞等。

2.四个冲程的工作原理：讲解吸气、压缩、做功、排气四个冲程，展示每个冲程的能量转换过程。

-吸气冲程：5分钟

-压缩冲程：5分钟

-做功冲程：5分钟

-排气冲程：5分钟

3.内燃机的效率：讲解内燃机的效率概念，分析影响效率的因素。

-效率概念：2分钟

-影响因素：8分钟

4.内燃机的应用：举例说明内燃机在汽车、摩托车等交通工具中的应用。

-应用实例：5分钟

三、巩固练习（10分钟）

1.课堂练习：给出几个内燃机的工作问题，让学生独立完成，并互相检查答案。

2.讨论交流：分组讨论内燃机效率提升的方法，分享各自的想法。

四、师生互动环节（10分钟）

1.课堂提问：针对内燃机的工作原理和效率问题，提出几个问题，让学生回答。

-提问1：内燃机的工作循环中，哪个冲程将化学能转化为热能？(2分钟)

-提问2：内燃机的效率受到哪些因素的影响？(2分钟)

-提问3：如何提高内燃机的效率？(2分钟)

2.角色扮演：让学生扮演内燃机的各个部件，模拟内燃机的工作过程。

3.小组竞赛：分组进行内燃机知识竞赛，活跃课堂气氛。

五、课堂小结（5分钟）

1.回顾本节课所学内容：内燃机的四个冲程、效率、应用等。

2.强调重点：内燃机的工作原理和效率是本节课的核心内容。

3.布置作业：让学生课后查阅资料，了解内燃机的发展历程和未来趋势。

教学时间总计：45分钟六、拓展与延伸六、拓展与延伸

1.提供与本节课内容相关的拓展阅读材料：

-《汽车内燃机发展史》：介绍内燃机从蒸汽机到现代发动机的发展历程，以及各个阶段的代表性发明和改进。

-《内燃机燃烧原理》：深入探讨内燃机中燃料燃烧的物理化学过程，包括燃烧效率、污染物排放等。

-《内燃机节能技术》：介绍现代内燃机节能技术的应用，如涡轮增压、缸内直喷等。

2.鼓励学生进行课后自主学习和探究：

-学生可以阅读上述拓展阅读材料，了解内燃机的历史和发展趋势。

-鼓励学生收集并分析不同类型内燃机的性能数据，比较它们的效率差异。

-设计一个实验项目，让学生尝试改进内燃机的某个部件，以提高其效率。

-组织学生进行小组讨论，探讨内燃机在环保方面的挑战和可能的解决方案。

3.知识点拓展：

-内燃机的热效率与卡诺循环的关系：学生可以研究卡诺循环，了解理想热机的效率极限，并讨论实际内燃机与理想热机的差异。

-内燃机的排放控制技术：介绍废气再循环（EGR）、选择性催化还原（SCR）等排放控制技术，以及它们在内燃机中的应用。

-内燃机与可再生能源的结合：探讨内燃机与太阳能、风能等可再生能源的结合方式，以及这种结合对环境保护的意义。

4.实用性强的项目：

-学生可以设计一个简单的热机模型，通过改变其结构参数，观察和记录其对效率的影响。

-进行一次能源调查，分析家庭或学校内使用的设备中内燃机的能源效率。

-制作一个展示内燃机工作原理的动画或演示文稿，向同学或社区介绍内燃机的基本知识。七、板书设计1.重点知识点：

①内燃机的四个冲程：吸气、压缩、做功、排气

②能量转换：化学能→热能→机械能

③效率概念：内燃机的有效做功与燃料完全燃烧所放出的热量的比值

2.关键词：

①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入混合气

②压缩冲程：进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，压缩混合气

③做功冲程：火花塞点火，混合气燃烧，产生高温高压气体，推动活塞向下运动

④排气冲程：排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动，排出废气

3.重要句子：

①内燃机的工作循环由四个冲程组成，每个冲程都有其特定的能量转换过程。

②内燃机的效率是指其将燃料的化学能转化为机械能的有效程度。

③内燃机的效率受多种因素影响，包括压缩比、燃料质量、冷却系统设计等。八、课堂小结，当堂检测课堂小结：

1.回顾内燃机的四个冲程：吸气、压缩、做功、排气，强调每个冲程的能量转换过程。

2.强调内燃机的效率概念，指出效率是衡量内燃机性能的重要指标。

3.讨论影响内燃机效率的因素，如压缩比、燃料的热值、冷却系统设计等。

4.通过实例说明内燃机在现代社会中的应用，如汽车、摩托车等交通工具。

当堂检测：

1.选择题（10分钟）

-内燃机的工作循环包括以下哪个冲程？(A)吸气(B)压缩(C)做功(D)排气

-内燃机的效率是指什么？(A)燃料的热值(B)燃料的燃烧速度(C)有效做功与燃料完全燃烧所放出的热量的比值(D)活塞的运动速度

2.判断题（10分钟）

-内燃机的压缩比越高，其效率一定越高。(√/×)

-内燃机在做功冲程中，活塞向下运动，推动曲轴转动。(√/×)

-内燃机的排放控制技术可以减少有害气体的排放。(√/×)

3.填空题（10分钟）

-内燃机的工作循环包括________、________、________、________四个冲程。

-内燃机的效率是指内燃机的________与燃料完全燃烧所放出的________的比值。

4.简答题（10分钟）

-简述内燃机的四个冲程及其能量转换过程。

-解释什么是内燃机的效率，并列举影响内燃机效率的因素。

5.应用题（10分钟）

-一台内燃机的压缩比为10，燃料的热值为40MJ/kg，求该内燃机的理论效率。典型例题讲解1.例题一：

题目：一台内燃机的压缩比是8，燃料的热值为45MJ/kg，求该内燃机的理论效率。

解答步骤：

-首先，计算燃料完全燃烧放出的热量Q放：Q放=m*q，其中m是燃料质量，q是燃料的热值。

-假设燃料质量为1kg，则Q放=1kg*45MJ/kg=45MJ。

-然后，计算内燃机的理论效率η：η=W有/Q放，其中W有是内燃机做的有用功。

-假设内燃机的压缩比为8，则压缩后的气体体积是原来的1/8，根据理想气体状态方程PV=nRT，压力P增加为原来的8倍。

-假设气体初始状态的压力为P0，体积为V0，则压缩后的压力为8P0，体积为V0/8。

-做功W有=(8P0-P0)*(V0/8-V0)=7P0*V0/8。

-因此，理论效率η=W有/Q放=(7P0*V0/8)/45MJ≈0.14。

答案：该内燃机的理论效率约为14%。

2.例题二：

题目：内燃机的压缩比从10增加到15，其他条件不变，求效率的变化。

解答步骤：

-根据理想气体状态方程，压缩比增加意味着气体温度和压力都增加。

-压缩比从10增加到15，压力增加1.5倍，温度也增加1.5倍。

-理论上，效率将增加，因为更高的压力和温度意味着更多的能量可以转化为做功。

-实际效率的变化需要考虑实际燃烧过程和能量损失，但理论上效率将提高。

答案：效率将提高，但具体数值需要根据实际燃烧过程和能量损失计算。

3.例题三：

题目：内燃机的热效率为30%，燃料的热值为50MJ/kg，求内燃机做的有用功。

解答步骤：

-热效率η=W有/Q放，其中Q放是燃料完全燃烧放出的热量。

-Q放=m*q，其中m是燃料质量，q是燃料的热值。

-W有=η*Q放。

-假设燃料质量为1kg，则Q放=1kg*50MJ/kg=50MJ。

-热效率为30%，则W有=0.30*50MJ=15MJ。

答案：内燃机做的有用功为15MJ。

4.例题四：

题目：一个内燃机的压缩比为12，吸入气体的温度为300K，求压缩后气体的温度。

解答步骤：

-根据理想气体状态方程PV=nRT，压缩比增加意味着体积减少，压力增加。

-假设初始状态的压力为P0，体积为V0，温度为T0，压缩比为12，则压缩后的体积为V0/12。

-压缩后的温度T1可以通过等压过程的关系计算：T1/T0=V0/V0/12=12。

-T1=12*T0=12*300K=3600K。

答案：压缩后气体的温度为3600K。

5.例题五：

题目：内燃机的做功冲程中，如果燃料燃烧产生的热量为1000J，求内燃机的理论效率。

解答步骤：

-做功冲程中燃料燃烧产生的热量即为内燃机做的有用功W有。

-理论效率η=W有/Q放，其中Q放是燃料完全燃烧放出的热量。

-假设Q放=1000J，则η=W有/1000J。

-由于没有其他能量损失，W有=Q放，因此η=1。

-答案：内燃机的理论效率为100%。教学反思与改进今天我们完成了内燃机这一章节的教学，回顾一下，我觉得有几个方面值得反思和改进。

首先，我觉得课堂上的互动环节还可以更加丰富。虽然我尝试了小组讨论和角色扮演，但感觉学生们参与的热情并不是特别高。可能是因为我对问题的设计不够吸引人，或者是因为学生们对内燃机的实际应用不够了解，导致讨论的深度和广度有限。今后，我会尝试设计更贴近学生生活实际的问题，比如讨论内燃机在交通工具中的应用，或者探讨未来汽车动力系统的可能发展方向，以此来激发他们的兴趣和参与度。

其次，我发现有些学生对内燃机的四个冲程的理解不够清晰。在课堂上，我尽量用动画和模型来展示这些冲程，但可能还是有些抽象。我意识到，我需要更多的实际操作来辅助教学，比如让学生自己动手操作模型，或者观看真实的内燃机工作视频，这样他们可能更容易理解这些概念。

再次，我在讲解内燃机效率时，可能过于依赖理论计算，而没有足够的时间让学生通过实验来感受效率的变化。我觉得这是一个很大的疏忽，因为物理学习应该以实验为基础。下次，我会在讲解效率的同时，安排一个简单的实验，让学生亲手测量和计算，这样他们不仅能理解效率的概念，还能通过实践加深印象。

此外，我还注意到，有些学生在解答应用题时，对于能量转换和状态方程的应用不够熟练。这可能是由于他们对基本概念掌握不够扎实。因此，我计划在接下来的教学中，加强对基本概念和公式的复习