資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
第十章 機械能、內能及其轉化
10.4 熱機
教學目標：
1.物理觀念：
（1）理解熱機的原理就是將燃料的化學能轉化成內能再轉化成機械能。
（2）了解歷史上和現實社會中的幾種熱機。
（3）了解汽油機和柴油機的工作過程。
2.科學思維：
通過加熱裝水的試管，水管口的塞子被沖出分析得出熱機的工作原理。
3.科學探究：
通過演示實驗，加熱裝水的試管。觀察試管口的塞子發生的現象。
4.科學態度與責任：
通過汽油機和柴油機的工作原理的學習，了解內燃機對人類文明的進步和對環境造成污染。
教學重點： 認識汽油機的工作過程。
教學難點： 了解汽油機的工作過程能量轉化。
教學課時：1課時
教學用具：酒精燈、鐵架臺、試管、水、軟木塞、汽油機模型、柴油機模型
教學互動設計：
1、 創設情景，導入新課
2023年10月26日11時14分，搭載神舟十七號載人飛船的長征二號F遙十七運載火箭在酒泉衛星發射中心點火發射，航天員乘組狀態良好，發射取得圓滿成功。
2023年10月26日17時46分，神舟十七號載人飛船入軌后，成功對接于空間站天和核心艙前向端口。
2023年10月26日19時34分，神舟十七號3名航天員順利進駐中國空間站。10月29日，神舟十六號、神舟十七號航天員乘組進行交接儀式，兩個乘組移交了中國空間站的鑰匙。
2023年12月21日21時35分，經過約7.5小時的出艙活動，神舟十七號航天員湯洪波、唐勝杰、江新林密切協同，在空間站機械臂和地面科研人員的配合支持下，完成了天和核心艙太陽翼修復試驗等既定任務，航天員湯洪波、唐勝杰已安全返回問天實驗艙，出艙活動取得圓滿成功。
你知道火箭就是一種熱機嗎？
二、新課講授，師生互動
將由燃料燃燒產生的高溫高壓氣體的內能轉化為機械能的機器，統稱為熱機(heat engine) 。
如圖所示，在一個試管里裝一些水，用軟木塞塞緊。用酒精燈對試管加熱，等水沸騰后，可以看到蒸汽把軟木塞頂跑。
酒精通過燃燒釋放熱量，熱量傳給試管中的水，水的內能增加，直至汽化為水蒸氣；然后是水蒸氣對軟木塞做功，把它的內能轉化為軟木塞的機械能。
（1） 汽油機
問題與思考
汽油機是利用燃燒汽油來工作的。那么，需要怎樣的裝置才能通過燃燒汽油使機器不斷地運轉起來呢
如圖所示，汽油機的主體是一個汽缸，汽缸內有一個活塞，活塞通過連桿與曲軸相連。汽缸上部有進氣門和排氣門，頂部有火花塞。
汽油機是怎樣工作的呢？
汽油機工作時活塞在汽缸內做往復運動。活塞從一端運動到另一端叫作一個沖程。四沖程汽油機的工作過程由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程組成。
第一沖程：吸氣沖程。進氣門打開，排氣門關閉，活塞由汽缸的最上端向下運動，汽油和空氣的混合物從進氣門被吸入汽缸。當活塞運動到汽缸的最下端時，進氣門關閉。
第二沖程：壓縮沖程。進氣門和排氣門都關閉，活塞由汽缸的最下端向上運動，燃料混合物被壓縮，汽缸內溫度升高，氣壓增大。
第三沖程：做功沖程。在壓縮沖程結束后，火花塞產生電火花，點燃燃料混合物。燃料混合物劇烈燃燒，產生高溫、高壓燃氣，推動活塞向下運動，并通過連桿驅使曲軸轉動。
第四沖程：排氣沖程。進氣門關閉，排氣門打開，活塞從汽缸最下端向上運動，把廢氣排出汽缸，為下一循環做好準備。
汽油機工作的四個沖程中，只有做功沖程中燃氣對外做功，其他三個沖程都是輔助沖程，要靠安裝在曲軸上的飛輪的慣性來完成。
如圖所示的是一臺汽車使用的多缸內燃機，這是汽車里最為精密和復雜的機械部件。
（二）柴油機
觀察與思考
柴油機是用柴油作燃料的熱機，它的工作原理與汽油機大致相同。如圖所示的是柴油機的主要構造，看一看它與汽油機的構造有什么不同，想一想柴油機是怎樣工作的。
從構造上看，柴油機和汽油機的區別主要是柴油機汽缸的頂部有一個噴油嘴，但沒有火花塞。
柴油機和汽油機的工作過程基本相同，一個工作循環也包括四個沖程。
吸氣沖程：柴油機吸入汽缸中的只是空氣，而不像汽油機那樣吸入的是汽油和空氣的混合物。
壓縮沖程：活塞將汽缸內的空氣壓縮成高溫的氣體，其溫度超過柴油的燃點。
做功沖程：在壓縮沖程結束后，由噴油嘴向汽缸內噴射霧狀的柴油，這些霧狀的柴油在汽缸內高溫的空氣中劇烈燃燒，這種點火方式稱為壓燃式。由于霧狀柴油的燃燒，使得汽缸內的壓強急劇增大，氣體對活塞做功，將活塞推向汽缸的下端。
排氣沖程：與汽油機的情況相同，都是把廢氣排出汽缸，為下一個工作循環做好準備。
在實際應用中，柴油機比汽油機要笨重些。但柴油機的效率高，功率較大，并且柴油的價格通常又比汽油便宜，因而多用在拖拉機、坦克、輪船、內燃機車、載重汽車以及小型發電機上。
想一想 汽油機和柴油機有那些相同點和不同點？
科學窗
實際中熱機的種類很多，按其工作方式可分為蒸汽機、內燃機(其中包括汽油機、柴油機)、汽輪機、噴氣式發動機等，如圖所示。
不同的熱機有其不同的工作特點和適用條件，它們將內能轉化為機械能的效率也不盡相同，如早期使用的蒸汽機，其效率只有5%左右；汽油機的效率在30%左右；柴油機的效率可達到40%以上；汽輪機和噴氣式發動機的功率都較大，通常用于大型發電廠和飛機，它們的效率在50%左右。
三、總結反思，超越自我
1. 將由燃料燃燒產生的高溫高壓氣體的內能轉化為機械能的機器，統稱為熱機。
2.汽油機和柴油機是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程的不斷循環來保證連續工作的。每個工作循環活塞往復各2次，曲軸轉動2周。
壓縮沖程將機械能轉化為內能；做功沖出將內能轉化為機械能。
3.汽油機有火花塞，吸入汽油和空氣混合物，點燃式；柴油機有噴油嘴，吸入空氣，壓燃式。柴油機笨重，應用載重汽車、坦克、輪船。
四、板書設計，整合提升
1. 將由燃料燃燒產生的高溫高壓氣體的內能轉化為機械能的機器，統稱為熱機。
2.汽油機和柴油機是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程的不斷循環來保證連續工作的。每個工作循環活塞往復各2次，曲軸轉動2周。
壓縮沖程將機械能轉化為內能；做功沖出將內能轉化為機械能。
3.汽油機有火花塞，吸入汽油和空氣混合物，點燃式；柴油機有噴油嘴，吸入空氣，壓燃式。柴油機笨重，應用載重汽車、坦克、輪船。
五、大海揚帆，嘗試遠航
1. 下列說法不正確的是（ ）
A.將由燃料燃燒產生的高溫高壓氣體的內能轉化為機械能的機器，統稱為熱機
B. 汽油機的活塞從一端運動到另一端叫做一個沖程
C. 汽油機的工作過程由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程組成
D. 柴油機吸入氣缸的是柴油和空氣混合物
2．汽油機中存在著內能轉化為機械能的過程的沖程是（ ）
A.吸氣沖程
B.壓縮沖程
C.做功沖程
D.排氣沖程
3．汽油機有明顯的機械能轉化為內能的過程的沖程是（ ）
A.吸氣沖程
B.壓縮沖程
C.做功沖程
D.排氣沖程
4．汽油機中存在著內能轉化為機械能的過程的沖程是（ ）
5．燃氣對外做功的沖程是（ ）
參考答案1.D；2.C；3.B；4.C；5.C。
六、作業：P23.T2
課外作業P23-24.T1、T3、T4。
P24閱讀材料 汽車的缸數和排量
教學反思：
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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