教科版九年级物理上册《第2章改变世界的热机》教案.docx

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教科版九年级物理上册《第2章改变世界的热机》教案

九年级物理（教科版）上册

教

学

设

计

第二章改变世界的热机

目录

1热机……………………………………………………………1

2内燃机…………………………………………………………3

第一课时………………………………………………………3

第二课时………………………………………………………6

3热机效率………………………………………………………8

4习题课…………………………………………………………11

第二章改变世界的热机

1热机

教学目标

1.理解内能做功的实质，能判断某一事例是否属于利用内能做功；

2.掌握热机的定义、工作原理、能量转化过程，能判断某一装置是否属于热机的范畴；

3.了解热机的种类。

教学重难点

重点：

内能做功的实质

难点：

热机的工作原理及能量转化过程。

教学过程

一、导入：

改变物体的内能有两种方式，除了热传递还可以通过做功使物体内能增加。

那么，减少物体的内能可以做功吗？

二、利用内能来做功

完成课本P20“观察：

热机的原理”。

1.实验现象：

水沸腾后喷出的水蒸气推动小叶轮转动，同时有白雾生成。

2.现象分析：

酒精燃烧时，酒精的化学能转化为内能，传给水和水蒸气，水蒸气驱动小叶轮转动，内能转化为小叶轮的机械能，水蒸气内能减少，温度降低，水蒸气液化成小水滴形成白雾。

3.实验结论：

剖析说明：

内能的利用有两个方面：

一是利用内能直接对物体加热；二是利用内能做功。

前者实际是内能转移的过程，后者实际是内能转化为其他形式能的过程。

练习：

下列例子中利用内能做功的是（）

A.用热水袋取暖B.用高炉熔化铁块

C.用摩擦的方法使物体的温度升高

D.冬天在室外跑步或跺脚使脚变暖和

E.点燃的爆竹腾空而起

三、热机

1.定义：

通过燃料燃烧获取内能并转化为机械能的装置叫热机。

2.工作原理：

燃料燃烧放出热量，传递给工作物质（水蒸气或燃气），水蒸气或燃气推动活塞或叶轮转动，将内能转化为机械能。

3.热机工作时能量转化过程：

四、蒸汽机

课本P21“讨论交流蒸汽机是怎样工作的”。

五、热机的种类

热机的种类很多，但是它们的主要工作原理都是利用高温高压的气体或蒸汽膨胀做功。

常见的热机有蒸汽机、内燃机、喷气发动机、火箭发动机等，它们都是将内能转化为机械能的装置。

拓展：

蒸汽机、蒸汽轮机的工作物质是高温高压的水蒸气；内燃机、喷气发动机、火箭发动机的工作物质是高温高压的燃气。

练习下列各组设备中都是利用内能做功的是（）

A.电动机、电饭煲、火箭

B.电动机、飞机、水轮机

C.水轮机、（理发用）吹风机、飞机

D.飞机、轮船、汽车

五、小结

六、作业设计

2内燃机

第一课时

教学目标

1.掌握汽油机的工作过程及相应的能量转化。

2.了解火箭发动机。

教学重难点

汽油机的工作过程及相应的能量转化既是重点又是难点。

教学过程

一、引入：

由课本P24“观察：

内能转化为机械能”导入新课。

二、内燃机（掌握）

1.定义：

燃料在汽缸内燃烧，产生的燃气直接推动活塞做功，这种热机就叫做活塞式内燃机。

2.常见的内燃机有两种：

以汽油为燃料的汽油机，以柴油为燃料的柴油机。

3.内燃机的工作原理：

燃料在汽缸内燃烧，化学能转化为内能，产生高温高压的燃气，燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能。

拓展：

活塞式内燃机是把燃气的内能转化为活塞的机械能的装置，而蒸汽机是把水蒸气的内能转化为机械能的装置。

三、汽油机的工作过程（重点、难点）

1.构造如课本P24图2-2-3所示。

2.冲程：

活塞在往复运动中从汽缸一端运动到另一端叫做一个冲程。

3.汽油机的一个工作循环由四个冲程组成，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。

4.汽油机的工作过程详见课本P25“观察：

汽油机工作的四个冲程”，补充如下表所示。

吸气冲程

压缩冲程

做功冲程

排气冲程

工

作

示

意

图

做功及能量转化

不做功，无能量转化

活塞对气体做功，活塞的机械能转化为气体的内能

气体对活塞做功，气体的内能转化为活塞的机械能

不做功，无能量转化

说

明

1.四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程都是辅助冲程，要靠飞轮的惯性完成。

在开始运转时，要靠外力先使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动以后，汽油机才能自己工作。

2.在汽油机压缩冲程末，火花塞产生电火花，点燃燃烧的方式称为点燃式。

3.汽油机的一个工作循环中，活塞往复各运动两次，曲轴和飞轮转两周，对外做功一次。

4.速记区别汽油机的四个冲程方法：

一开上排下吸气，两闭上压下做功。

“一开两闭”指气门打开或关闭；“上下”指活塞向上或向下运动；“排、吸、压、做功”指四个冲程。

5.在实际应用中，为了增大功率和减小震动，常把四个或更多的汽缸组合在一起，它们的做功冲程轮流进行的。

如课本P26图2-2-5所示。

四、飞向太空（了解）

喷气式发动机是热机的一种。

喷气式发动机按照是否需要外界空气可分为：

空气喷气发动机和火箭喷气发动机。

1.喷气式发动机与内燃机的工作原理完全不同。

喷气式发动机的燃料在燃烧室内燃烧后，产生高温高压的气体，这种气体从尾部以极高的速度喷出，同时产生很大的反作用力推动机身向前运动。

可见，喷气式发动机应用了“力的作用是相互的”这一原理。

2.喷气式发动机与内燃机相比，减少了能量的损失，飞行速度大。

3.火箭发动机的工作原理：

火箭发动机是一种自带燃料和氧化剂的热机，工作时燃料在氧化剂的作用下，在燃烧室内燃烧，产生高温高压的燃气，将燃料储存的化学能转化为燃气的内能。

燃气通过喷管向后高速喷出，对火箭产生推力，把火箭发射出去。

将燃气的内能转化为火箭的机械能。

4.火箭发动机自带燃料和氧化剂，因此它工作时不需要空气，可以在大气层外工作，而飞机发动机、内燃机、蒸汽机在工作时，都需要空气中的氧气来助燃，所以只能在大气层内使用。

5.现代火箭的用途：

发射探测器、人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等空间飞行器。

五、小结

六、作业设计

第二课时

教学目标

了解汽油机和柴油机的相同点和区别之处。

教学过程

一、复习汽油机的工作过程及能量转化。

二、柴油机：

利用汽缸内点燃柴油所产生的高温高压燃气来推动活塞做功的热机。

三、汽油机和柴油机的区别

汽油机

柴油机

构造

汽缸顶部有火花塞

汽缸顶部有喷油嘴

燃料

汽油

柴油

吸气冲程

吸入汽油和空气的混合物（新式汽油机只吸入空气）

只吸入空气

压缩冲程

压缩程度小，燃料混合物的压强和温度高

压缩程度大，空气的压强和温度更高

点火方式

点燃式

压燃式

做功冲程

燃气压强可达到30—50个标准大气压

燃气压强可达50—100个标准大气压

效率

效率低：

20%—30%

效率高：

30%—45%

自重

轻便

笨重

应用

汽车、飞机、

摩托车、小型农机

坦克、拖拉机、

轮船、载重汽车

说明

在柴油机压缩冲程末，喷油嘴向汽缸内喷入雾状柴油，遇到高温高压的空气而自动燃烧，所以点燃燃料的方式称为压燃式。

四、汽油机和柴油机的相同点

1.都是燃料在汽缸内燃烧，属于热机。

2.工作原理相同：

都是将内能转化为机械能的机器。

3.燃料燃烧时刻相同：

汽油机的火花塞和柴油机的喷油嘴的工作时刻都是压缩冲程末。

4.工作循环相同：

都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环。

在一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴和飞轮转动两周，对外做功一次。

5.在压缩冲程和做功冲程中能量的转化相同：

在压缩冲程中，活塞把机械能转化为气体的内能；在做功冲程中，燃气的内能转化为活塞的机械能。

6.启动时都是靠外力使飞轮和曲轴转动起来。

3热机效率

教学目标

1.理解热机效率的定义，能用计算公式进行简单的计算。

2.了解造成热机效率低的主要原因，并掌握提高热机效率的途径。

3.了解热机带来的环境污染，并掌握为保护环境可采取的措施。

教学重难点

重点：

提高热机效率的途径，保护环境可采取的措施。

难点：

热机效率的理解与应用。

教学过程

一、由课本P29引言引出新课。

二、热机效率

1.热机里的能量转化（了解）

课本P29“讨论交流：

热机里的能量转化”

小结：

我们利用燃料来做功时，能量并没有被完全有效地利用，只有一部分转化为机械能，而转化为机械能的还有一部分用来克服摩擦做功，只有一部分用来做有用功，即被有效利用的只占燃料完全燃烧时放出总能量的一小部分。

2.热机效率（理解）

（1）定义：

热机所做有用功与所用燃料完全燃烧释放的热量之比叫做热机的效率。

用符号“η”表示。

（2）计算公式：

式中W有用指的是热机对外输出，作用在其他机械上的功，这部分功用于我们想要的地方；Q总指的是燃料在理想的燃烧条件下，完全、充分燃烧所释放出来热量。

由于燃料完全燃烧放出的热量，并不可能全部用来做有用功，故燃料烧烤放出的热量总大于转化成有用功的机械能，即热机的效率总小于1。

不同热机的效率一般不同，见课本P30“一些热机的热机效率”。

易错警示热机效率反映了热机在工作时有用功所占燃料完全燃烧放出热量的比值，即反映了热机对燃料的利用率（内能的利用程度），是热机性能的重要指标，其大小与功率、做功多少、工作时间长短均无关。

例1：

一辆汽车的发动机的输出功率为66150W，每小时耗汽油14kg，计算该发动机的效率（q汽油=4.6×107J/kg）。

（3）造成热机效率低的主要原因

①燃料未能完全燃烧，称为燃烧损失

②废气带走很大一部分能量，称为废气能量损失

③一部分能量消耗在散热上，称为散热损失

④克服摩擦做功，称为机械能损失。

例2：

一汽油机在工作时的能流图如下：

根据图中的数据可知，该汽油机的效率为。

（4）提高热机效率的途径

主要有：

①使燃料充分燃烧；②尽量减少各种热损失；③在热机的设计和制造上，采用先进的技术；④简化机械传动部分，或在使用热机时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整运动零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力消耗的能量。

拓展延伸：

热机的效率和热机的功率是两个不同的物理量，这两个物理量之间不存在因果关系，而是从不同的角度来描述热机的性能：

热机的功率是用来描述热机做功的快慢，功率大，做功快；热机的效率是用来描述热机对内能的利用程度，效率大，利用程度大，性能好。

例3：

通常情况下，汽油机的效率比柴油机的效率低，这说明（）

A.汽油机的功率比柴油机小B.汽油机做的功比柴油机少

C.柴油机消耗柴油多D.柴油机的内能转化为机械能的百分比大

三、热机与环保

1.改变世界的热机

课本P30

2.热机带来的环境污染

（1）大气污染

（2）热污染（3）噪声污染

3.环境保护

为了保护环境，我们可采取以下措施：

2进燃烧设备、消除烟尘；

②提高燃料的综合利用，采取集中供暖，减少热量散失和大气污染；

3分开发利用污染少或无污染的新能源，如太阳能等；

4内燃机排气管上安装消声器，以减少噪声污染；

⑤研究和开发低能耗、污染少的高性能热机。

四、小结

五、作业设计（练习册）

4习题课

1.某厂生产的专用汽车在车型测试中，匀速直线行驶5.6km受到的阻力是3.0×103N，消耗燃油1.5×10-3m3（假设燃油完全燃烧，ρ燃油=0.8×103kg/m3,q燃油=4×107J/kg），求：

（1）专用车牵引力所做的功1.68×107J

（2）该车的热机效率η。

35%

2.一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为3600转/分，该柴油机活塞1s对外做功30次。

若其效率为40%，消耗5kg的柴油转化成的机械能是8.6×107J。

（q柴油=4.3×107J/kg）

3.一台8缸四冲程柴油机，飞轮转速为600r/min，若每个汽缸在做功冲程中，每次做功7300J，那么这台柴油机的功率是2.92×105W，曲轴转过7200.

4.两台汽油机甲的功率是乙的1.5倍，甲的效率是20%，乙的效率是25%，那么甲与乙每小时消耗的油量之比为15：

8.

5.单缸汽油机的飞轮每分钟转300m周，做功冲程中燃料对活塞的平均压强为5×106Pa，活塞在一个冲程中移动的距离为0.3m，活塞的横截面积为1200cm2，求这台汽油机的功率。

450Kw。

6.已知某型号的载重车在一段平直的高速公路上匀速行驶10.08km，所用时间是8min，消耗燃油3L（假设燃油完全燃烧），汽车发动机在这段时间内的功率为63kW。

若ρ燃油=0.8×103kg/m3,q燃油=3.15×107J/kg。

问：

（1）汽车行驶速度是多少？

（2）汽车行驶过程的牵引力是多大？

（3）汽车发动机的效率是多少？

7.一辆汽车要去500km远的地方，司机准备上高速公路，以100km/h的平均速度行驶，这时发动机的效率为40%，平均功率是20kw，那么该车最少应准备多少kg汽油?

合多少L？

（q柴油=4.6×107J/kg，ρ汽油=0.71×103kg/m3）≈19.6kg=27.6L

8.一辆功率是6.615×104W的汽车，用热值是4.6×107J/kg的汽油作燃料，发动机的效率是20%，油箱里装有50kg汽油，使用这些汽油可通过100km的路程，那么汽车的平均速度是多少？

14.4m/s