北师大九上物理第10章第四节 热机教案

北师大九上物理第十章　机械能、内能及其转化

第四节　热机

北部新区实验学校　李莎

一、教学背景分析

本节的教学内容有两方面，一是热机的概念；二是常见的两种内燃机——汽油机和柴油机。教材在最开始直接给出了热机的概念：将燃料燃烧产生的高温高压气体的内能转化为机械能的机器。接着分别利用插图10-28，10-29介绍了汽油机的构造和工作的四个冲程。最后通过与汽油机比较相同点和不同点介绍了效率相对较高的柴油机。

汽油机和柴油机是机械能、内能及其转化的知识在生产生活中的重要应用，充分地体现了生活与物理联系紧密的学科特点，并为后面学习火箭和燃料的燃烧等知识打好了基础。

学生在前两节学习了机械能、内能等知识，了解了不同形式的能量之间可以相互转化，这些知识如何为我们人类所用，正是学生的兴趣所在。教材这样的设计，一方面能激起学生的求知欲和好奇心；另一方面还能借助热机这个具体实例帮助学生更深入地理解和消化前面学习的内容。

本节课的教学设计先由演示加热装水试管使水蒸气内能转化为塞子机械能的实验开始，提问物体的内能可以为我们人类做出什么贡献？从而引出利用内能对外做功转化为机械能，给出热机的概念。通过介绍瓦特利用此原理制造了实用的蒸汽机，解放了人类的事例，让学生体会到科学知识的合理应用可以推动社会进步，接着简单介绍热机的发展，进而引出最常见的汽油机，利用动画或模型演示工作过程的方式帮助学生了解汽油机的构造和四个冲程，了解汽油机是怎样将内能转化为机械能的，最后通过与汽油机对比相同点和不同点简略讲解柴油机。

二、教学目标

1．知道热机是将内能转化为机械能的机器。

2．通过阅读教材了解四冲程汽油机和柴油机工作过程各个冲程的主要特征，提高通过阅读获取信息的能力。

3．通过动画或模型观察四冲程汽油机工作的动态过程，进一步了解四冲程汽油机各个冲程的主要特征，理解压缩冲程和做功冲程的能量转化。

4．通过简单介绍蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机的基本原理及应用，体会科技进步推动人类社会的进步，养成将科学知识应用到社会生活的意识，提升社会责任感。

5．通过阅读本节的科学窗，利用网络或图书馆查找关于热机效率的资料，了解如何提高热机效率，从而养成节约能源的意识。

三、教学重点和难点

教学重点：汽油机四个冲程的工作过程及压缩、做功冲程的能量转化。

教学难点：汽油机和柴油机的结构。

对于任一种热机的深入学习，都能帮助学生理解热机的工作原理，而汽油机是现代生活中最常见的热机，因此以它为例的学习较易激发起学生的兴趣，并能充分地体现出物理与生活的紧密联系，因此将汽油机四个冲程的学习作为本节课的重点。

汽油机虽常见，但生活中能见到的都是外表，基本看不到它的内部结构，所以如何介绍看不见内部的汽油机的工作过程就成为了本节教学的难点，教学中常利用模拟动画的方式来解决这个困难，如果有汽油机模型的学校，借助模型来演示，教学效果会更好。

四、教学过程

1.教学引入

教师演示如图10-4-1所示实验，请学生分析实验过程中的能量转化，并思考内能能够为人类做什么。

学生思考后回答出内能可以对外做功，转化为机械能，为人类所用。

2.“知识点”教学

●热机

教师结合图10-4-2、10-4-3介绍：科学家瓦特在1776年制造出了一台内能转化为机械能的实用蒸汽机。他开辟了人类利用能源的新时代，使人类进入“蒸汽时代”，引起了18世纪的工业革命。

简单介绍蒸汽机的工作原理：蒸汽机需要一个使水沸腾产生高压蒸汽的锅炉，这个锅炉可以使用木头、煤、石油或天然气甚至可燃垃圾作为热源来加热，使蒸汽膨胀推动活塞做功。

教师总结像蒸汽机这样将由燃料燃烧时产生的内能转化为机械能的机器统称为热机，并说明随着科技的进步，热机的种类越来越多，例如：内燃机（汽油机、柴油机）、汽轮机、喷气发动机。

●汽油机

结合教材上的插图10-28，说明汽油机的主要部件名称：汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。

请学生阅读教材，了解汽油机工作的四个冲程，在阅读中回答下列问题：（1）什么叫做一个冲程？

（2）汽油机的工作过程分为几个冲程？

学生阅读后回答活塞从一端运动到另一端叫做一个冲程。四冲程汽油机的工作过程由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。

教师再结合动画或模型对四个冲程逐一进行演示，使学生能从动态过程理解汽油机的工作过程。

第一冲程：吸气冲程。进气门打开，排气门关闭，活塞由汽缸最上端向下运动，汽油和空气的混合物从进气门被吸入汽缸。当活塞运动到汽缸最下端时，进气门关闭；

第二冲程：压缩冲程。进气门和排气门都关闭，活塞由汽缸从最下端向上运动，燃料混合物被压缩，气缸内温度升高，气压增大，此冲程是机械能转化为内能。

第三冲程：做功冲程。在压缩冲程结束后，火花塞产生电火花，点燃燃料混合物，这种点火方式叫做点燃式。燃料混合物剧烈燃烧，产生高温、高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆驱使曲轴转动，实现了内能向机械能的转化。

第四冲程：排气冲程。进气门关闭，排气门打开，活塞由汽缸最下端向上端运动，把废气排出汽缸，为下一个循环做好准备。

教师再通过提问：完成四个冲程曲轮转动了几周？对外做功几次？让学生头脑中再次回忆四个冲程的动态过程，并简单总结曲轴转两周，对外做一次功，只有做功冲程燃气对外做功，其他三个冲程都是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。

●柴油机

教师介绍一般小轿车、摩托车使用汽油机，而大型的卡车、坦克和轮船等使用的并不是汽油机，而是内燃机的另一种——柴油机。

教师提问：柴油机又是怎样工作的？请学生阅读教材p.22，找到柴油机与汽油机的不同点。

引导学生回答出柴油机和汽油机在以下三个方面的区别：（1）构造上，柴油机汽缸顶部有一个喷油嘴，而汽油机是一个火花塞；（2）工作过程中，柴油机在吸气冲程中吸进的是空气，而汽油机吸进的是汽油和空气的混合物；（3）点火方式上，柴油机采用的是压燃式，而汽油机采用的是点燃式。

●了解热机效率

在PPT上展示某辆行驶的小汽车内能量流动的示意图，说明燃料燃烧放出的能量没有被完全转化为机械能，由此给出热机效率的概念：用来做功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。

请学生阅读教材上的科学窗，了解一般情况下柴油机的效率大于汽油机，汽轮机和喷气式发动机的效率更高。同时布置课下任务：通过网络或书籍查找提高热机效率的方法。

3.课堂小结

（1）热机：将由燃料燃烧时产生的内能转化为机械能的机器。

（2）汽油机： 吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，其中压缩冲程是将机械能转化为内能，做功冲程是将内能转化为机械能。

（3）柴油机： 原理和结构与汽油机基本相同，喷油嘴、吸气吸入的成分和点燃方式与汽油机不同。

4.小练习

（1）如图10-4-4所示的流程图可以说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环和涉及的主要能量转化情况,下列关于图中的补充正确的是（ ）

A. 压缩冲程机械能转化为内能做功冲程内能转化为机械能

B. 做功冲程内能转化为机械能压缩冲程机械能转化为内能

C. 压缩冲程内能转化为机械能做功冲程机械能转化为内能

D. 做功冲程机械能转化为内能压缩冲程内能转化为机械能

（2）如图 10-4-5 所示是电子式火花发生器点火爆炸实验，电子式火花发生器点燃盒中洒精蒸气，产生的燃气将塑料盒盖喷出很远。此过程的能量转化方式类似于汽油机的 （ ）

A.吸气冲程 B.压缩冲程

C.做功冲程 D.排气冲程

五、教学反思

本节课以加热装水试管的实验作为引入，让学生分析此实验中的能量转化，通过让学生思考内能转化为机械能如何能为人类所用，引出瓦特制造的蒸汽机，感受科学技术的进步能够提高社会生产的水平，培养学生将课堂所学的内容应用到社会生活的意识。

在介绍汽油机的四个冲程时，一方面让学生阅读教材大致了解汽油机的工作过程，提升学生从文章中提取信息的能力，但是由于教材是用图片的形式介绍的四个冲程，所以不是所有的学生都能理解各个冲程的动态过程，因此另一方面结合更生动的动态动画帮助学生理解四个冲程的工作过程，有效地落实教学目标。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/4fd600e017fc700abb68a98271fe910ef02dae9e.html