九年级物理全册 第十四章 第1节 热机课件 （新版）新人教版.ppt

第1节热机 第十四章内能的利用 学习目标 知识与技能 1 通过演示实验使学生了解可以利用内能来做功 知道热机的概念 知道内燃机是热机的一种 体会现代化交通工具对人们生活的巨大影响 2 通过模型或挂图了解四冲程汽油机和柴油机的构造 3 能用文字或口头表述内燃机各冲程的工作状态和能量转化 过程与方法 1 学生通过观察汽油机 柴油机的工作过程 能够简单地描述它们的主要特征 培养和提高学生的观察能力 2 通过对汽油机 柴油机结构的观察 有对观察到的现象做出判断的意识 3 通过上网等各种途径收集整理有关蒸汽机 内燃机 汽轮机 喷气式发动机的原理 特点的相关资料 培养学生收集信息和整理信息的能力 情感 态度与价值观 1 通过对本节课的学习 培养学生乐于探究生活中的物理学道理的良好习惯 2 通过学习热机的应用 激发学生的学习兴趣 培养学生将科学知识应用于人类社会的意识 进一步认识科学技术和社会之间的关系 学习难点 学习重点 学具准备 四冲程汽油机的工作原理及能的转化过程 汽油机与柴油机之间的区别 多媒体课件 铁架台 试管 金属网罩 胶塞 酒精灯 水 汽油机与柴油机的实物模型 1 热机 将燃料燃烧时放出的 能转化为 能的机械 即利用内能做功的机械 热机的常见种类有蒸汽机 汽轮机 等 2 内燃机 燃料直接在 内燃烧产生动力的热机叫做内燃机 内燃机是现代社会中最常见的一种热机 生活中 汽车的动力机械就是 内燃机可以分为 和 两大类 它们分别用汽油和柴油作为燃料 内 机械 内燃机 喷气发动机 发动机汽缸 内燃机 汽油机 柴油机 热蒸汽为我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 蒸汽机带来一场革命 第一次工业革命 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 但它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 在工业上得到广泛应用 他开辟了人类利用能源新时代 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 向瓦特致敬 蒸汽机的遗憾 体积太庞大 最早的汽车 1886年 汽车中的巨无霸 额定核载360吨 内燃机 电气时代第二次工业革命 最快的汽车 1600km h 内燃机分为汽油机和柴油机两大类 使用汽油作为燃料的叫汽油机 使用柴油作为燃料的叫柴油机 内燃机的分类 1 热机 利用内能做功的机械 讨论这个实验中能量转化的情况 一 热机 演示 燃料燃烧时化学能转化为内能 传给水和水蒸气 水蒸气把塞子冲出去 内能转化为塞子的动能 热机视频 利用内能做功的机器有很多 例如蒸汽机 内燃机 汽轮机 喷气发动机等 蒸汽机车 蒸汽机车 喷气发动机 火箭发动机 火电站的汽轮机 2 热机的种类 例1如图所示 在试管内装些水 用橡皮塞塞住 用酒精灯加热一段时间后 会观察到的现象有 实验中的能量转化过程为 酒精燃烧放出热量 酒精的 能转化为水的 能 水吸热沸腾 产生大量水蒸气 气体膨胀对瓶塞做功 气体的 能转化为瓶塞的 能 瓶塞被冲出来 向上跳起来 管口附近出现白雾 化学 内 机械 内 1 构造 二 汽油机 2 工作原理 活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程 叫做一个冲程 汽油在汽缸里面燃烧时生成高温高压的燃气 推动活塞做功 活塞移动带动曲轴转动 3 工作过程 汽油机视频 点火方式 点燃式 吸气 压缩 做功 排气 放映状态观看flash 吸气冲程 汽油和空气 进气门打开 排气门关闭 活塞由上端向下端运动 汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸 进气门和排气门都关闭 活塞向上运动 燃料混合物被压缩 压强增大 温度升高 机械能转化为内能 压缩冲程 做功冲程 在压缩冲程末尾 火花塞产生电火花 使燃料猛烈燃烧 产生高温高压的燃气 推动活塞向下运动 并通过连杆带动曲轴转动 内能转化为机械能 进气门关闭 排气门打开 活塞向上运动 把废气排出气缸 排气冲程 1 在四个冲程中 哪些冲程发生了能量的转化 2 哪个冲程使汽车获得动力 3 哪个冲程排出了汽车的尾气 4 老式摩托在启动时 需踏动启动杆 这是为什么 5 现代汽车里的 马达 起什么作用 想想议议 压缩冲程把机械能转化为内能 做功冲程把内能转化为机械能 做功冲程 排气冲程 例2如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程 它是 a 压缩冲程 将化学能转化成内能b 压缩冲程 将机械能转化成内能c 做功冲程 将内能转化成机械能d 做功冲程 将机械能转化成内能 解析 判断内燃机工作过程属于哪一个冲程 需分两步 一是看气门开闭状况 二是看活塞运动情况 b 具体判断方法是 一气门打开 若进气为吸气冲程 若排气为排气冲程 两气门都关闭 活塞向上是压缩冲程 活塞向下为做功冲程 本题是两气门都关闭 活塞向上是压缩冲程 压缩冲程是将机械能转化为内能 例3一台单缸四冲程汽油机 飞轮转速为6000r min 则每秒钟发动机完成 个冲程 对外做功 次 200 50 解析 由6000r min 算出飞轮每秒转动的转数为 飞轮转一周完成2个冲程 一个工作循环为4个冲程 做1次功 飞轮需要转动2周 则每秒完成冲程数为100 2 200 个 每秒做功次数为12 100 50 次 例4如图所示的是汽油机汽化器的工作原理图 油管的喷嘴为什么要安装在进气管的狭窄处 请作出简要解释 解 将油管的喷嘴安装在进气管的狭窄处 是因为进气管狭窄处的空气流速较大 压强较小 小于油箱内油面的大气压 汽油才能在气压的作用下流出喷嘴 在高速气流的冲击下变成雾状 与空气混合 柴油机结构和汽油机相似 它们的主要区别是 柴油机通过压缩空气直接点燃柴油 柴油机的汽缸顶部没有火花塞 而有一个喷油嘴 吸入物质也只有空气 在压缩冲程结束时 压缩空气的温度已经超过柴油的燃点 此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来 三 柴油机 点火方式 压燃式 喷油嘴 进气门 活塞 连杆 排气门 气缸 曲轴 1 柴油机的构造 2 工作过程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 柴油机视频 进气门打开 排气门关闭 活塞由上端向下端运动 将空气吸进气缸 吸气冲程 空气 压缩冲程 进气门和排气门都关闭 活塞向上运动 活塞把空气压缩得很小 空气的压强更大 温度更高 在压缩冲程末 缸内空气温度已超过柴油的着火点 机械能转化为内能 在压缩冲程末 从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即猛烈燃烧 产生高温高压的燃气 推动活塞向下运动 并通过连杆带动曲轴转动 内能转化为机械能 做功冲程 排气冲程 进气门关闭 排气门打开 活塞向上运动 把废气排出气缸 燃烧后的废气 汽油机转速高 结构简单 质量轻 造价低廉 运转平稳 使用维修方便 汽油机在汽车上 特别是小型汽车上大量使用 至今不衰 柴油机比较笨重 主要用于载重汽车 拖拉机 火车轮船上 柴油发动机与汽油发动机相比热效率高30 因而从节约能源 降低燃料成本角度上讲 柴油发动机轿车的推广使用具有重大意义 汽油机和柴油机的优缺点 柴油机和汽油机的区别与联系 相同点 都是燃料在汽缸内燃烧 都是将内能转化为机械能的装置 都是由吸气 压缩 做功 排气四个冲程构成一个工作循环 曲轴和飞轮转动两周 对外做功一次 启动时 都是靠外力先使飞轮和曲轴转动起来 不同点 汽缸顶部是火花塞 汽缸顶部是喷油嘴 吸入汽油和空气的混合物 吸入纯净的空气 压缩程度较小 压缩程度较大 点燃式 压燃式 轻巧 效率较低 笨重 效率较高 小汽车和小型农业机械 低速飞机等 载重汽车 拖拉机 火车 轮船等 例5下列关于柴油机的叙述中 正确的是 a 柴油机是把内能转化为机械能的装置b 四冲程柴油机每经过一个工作循环 曲轴就要转动两周c 汽油机有喷油嘴 柴油机有火花塞d 汽油机用压燃式点火 柴油机用点燃式点火 热机 b 在做功冲程中 汽油机是通过火花塞产生电火花点燃高温高压的油气混合物 是点燃式 而柴油机是用喷油嘴向远高于柴油燃点的空气喷射雾状柴油而使柴油燃烧的 称之为压燃式 故c d选项错误 阅读教材p20 科学世界 现代汽车 现代汽车多数采用四缸或六缸等多缸发动机 每个汽缸都进行这种四冲程循环 图14 1 5汽车的动力系统 例6某单缸四冲程柴油机的汽缸活塞面积为30cm2 一个做功冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm 满负荷工作时做功冲程中燃气的平均压强为9 0 105pa 飞轮1min转动1800周 当柴油机满负荷工作时 不计摩擦 求 1 做功冲程中燃气对活塞的平均压力 2 一个做功冲程中燃气对活塞做的功 3 柴油机的功率 f ps w fs 解析 3 柴油机工作时 飞轮转动两周 对外做功一次 由此可根据飞轮的转速求出飞轮1s做功的次数 从而可以求出柴油机的功率 s 解 1 做功冲程燃气对活塞的平均压力f ps 9 0 105pa 30 10 4m2 2 7 103n 2 一个做功冲程燃气对活塞的功w fs 2 7 103n 50 10 3m 135j 3 因为飞轮的转速是1800r min 30r s 每秒做功次数次 柴油机的功率 2 内燃机压缩冲程中能转化为能 在做功冲程中能转化为能 机械 内 机械 内 1 请说出汽油机与柴油机的结构和工作过程中的主要不同之处 知识点1热机 3 依靠飞轮惯性完成的冲程是 bcd a d b c 知识点2汽油机 做功 吸气 排气 压缩 4 汽油机在压缩冲程中工作物质被压缩 汽缸中的 a 压强增大 温度降低b 压强减小 温度升高c 压强增大 温度升高d 压强减小 温度降低 c 5 汽油机和柴油机相比较 下列叙述中正确的是 a 柴油机吸入汽缸的是柴油和空气的混合物 汽油机吸入的是空气b 在压缩冲程中它们的压缩程度是一样的c 柴油机里推动活塞做功的燃气的压强比汽油机里的高d 在压缩冲程末 汽油机汽缸内的温度比柴油机的高 c 空气 汽油和空气的混合物 汽油机的压缩程度较小 柴油机的较大 知识点3柴油机 概念 能量转化情况 内燃机 汽油机 柴油机 构造 一个工作循环 能量转化 热机 1 本节课的教学设计通过创设问题情景 提出让学生感兴趣的问题 引导学生思考热机中能量的转化 并通过播放flash动画 让学生认识掌握汽油机和柴油机的构造和工作原理 2 教学时 教师主要从构造 工作过程及优缺点等几个方面对汽油机和柴油机进行介绍 重点讲述汽油机的四个冲程 通过视频和插图对四个冲程逐一进行介绍 使学生对汽油机的工作过程有一个完整的了解 在讲解柴油机时 教师可以采用对比的方法 结合柴油机的构造简图 讲述它与汽油机在构造上的异同 对于它们相似的地方 只需做简略的说明 而重点介绍它们的吸气冲程 压缩程度 点火方式上的不同 这样安排有利于学生抓住重点 最后简单介绍了汽油机和柴油机的优缺点及其运用 3 在帮助学生了解汽车的发展史的过程中 鼓励学生通过多种途径 如采访工人 查阅资料 上网搜集等 了解汽车在现代社会生活中的重要作用 同时给人类生活环境带来的负面影响 明白科学是一把双刃剑 号召同学们刻苦学习 勇攀科学高峰 为人类社会进步做出应有的贡献 1 除了飞机 汽车 摩托车之外 你还知道哪些地方用到了热机 你列举的这些热机中哪些是内燃机 解 还有火车 轮船 坦克 拖拉机 火箭 火力发电站等 其中火车 轮船 坦克 拖拉机用的是内燃机 见教材p21动手动脑学物理 2 在图中 甲为四冲程内燃机吸气冲程的示意图 图中画出了吸气冲程中活塞和曲轴的位置和进气门 排气门的开闭情况 请在图乙 丙 丁中 分别画出压缩 做功 排气冲程中活塞和曲轴的位置和进气门 排气门的开闭情况 3 从能量转化的角度看 一台四冲程内燃机在一个循环中 1 哪个冲程存在着化学能转化为内能的过程 2 哪个冲程存在着内能转化为机械能的过程 3 哪个冲程具有很明显的机械能转化为内能的过程 解 1 做功冲程 2 做功冲程 3 压缩冲程 4 柴油机和汽油机的工作过程有什么相同点 有什么不同点 解 相同点 1 一个工作循环相同 一般都包括吸气 压缩 做功 排气四个冲程 2 能量转化相同 四个冲程的内燃机中 吸气和排气冲程都不发生能量转化 压缩冲程将机械能转