高安市实验中学九年级物理全册 14.1热机教案 新人教版

14.1热机
教学目标
▲知识与技能
1.知道什么是热机。

2.了解四冲程内燃机的基本构造和工作原理。

3.知道四冲程内燃机的工作过程和能量转化情况。

4.知道柴油机与汽油机在构造和工作过程中的异同点。

5.了解内能的利用在人类发展史上的重要意义。

▲过程与方法
1.通过演示实验使学生了解可以利用内能来做功。

2.利用动画、图片或模型讲解四冲程内燃机的基本结构和工作过程。

3.通过分析汽油机和柴油机的构造及工作过程的异同，学习分析和比较的研究方法。

▲情感、态度与价值观
1.通过演示实验养成学生观察和分析问题的能力。

2.通过阅读“科学世界”，了解现代汽车的一些常识，扩展学生的知识而，养成学生的环保意识。

3.了解这些内燃机在生产和生活中的应用，提高学生将科学技术应用于日常生活和社会的意识。

教学重点
热机的工作原理和汽油机的工作过程。

教学难点
汽油机和柴油机的异同点和能量转化。

一、新课导入
[课件展示]
想知道汽车是如何获得这么大的机械能的吗？我们这节课学习热机的知识。

二、推进新课
（一）热机
在试管内装少许水，用一层红色塑料薄纸裹着棉花塞塞在试管中上部，利用点燃的酒精灯对封闭试管中的水加热一段时间，当水沸腾时，水蒸气会慢慢推动塞子向试管口运动，让学生观察现象。

注意事项：为节约时间，可用热水或提前加热；试管口对着空处，塞子不要塞得太紧，以防发生危险。

问题：塞子被顶向试管口，推动塞子的能量来自哪里？
答案点拨：酒精燃烧的化学能水和水蒸气的内能>塞子的机械能。

[过渡问题]
在上面的演示实验中用酒精灯给试管中的水加热，由于燃料在试管外燃烧，热量损失较大，内能的利用率较低。

为了提高内能的利用率，应该怎么办？
答案点拨：将燃料在封闭的环境下燃烧，利用内燃机可以提高效率。

[过渡问题]
在上面的演示实验中用酒精灯给试管中的水加热，由于燃料在试管外燃烧，热量损失较大，内能的利用率较低。

为了提高内能的利用率，应该怎么办？
答案点拨：将燃料在封闭的环境下燃烧，利用内燃机可以提高效率。

（设计意图：通过简单的小实验，引发学生的思考，调动学习的兴趣，活跃课堂气氛。

）
[列举实例]
利用内能可以做功，人们由此发明了利用内能做功的机械热机。

热机的发明及广泛使用，使人类迈人了工业化社会，热机的种类很多，它们都是把内能转化为机械能的，有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等，你知道哪些地方用到热机了吗？
鼓励学生大胆回答，利用多媒体课件展示图片，并简单介绍热机的发展过程。

（设计意图：讲述热机的发展历程，提高学生将科学技术应用于日常生活和社会
的意识。

）
[自主学习]
阅读课本P18，了解什么是内燃机？内燃机分为哪几类？
归纳总结：
1.燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。

2.内燃机分为汽油机和柴油机两大类，分别用汽油和柴油作为燃料。

（二）汽油机
[课件展示]
内燃机是现代社会中最常见的一种热机，目前人们生活中重要的交通工具一汽车，其动力机械多数就是汽油机，我们重点学习汽油机的工作原理。

展示汽油机模型，指导学生认识构造，并简要介绍其作用。

[演示过程]
转动汽油机的手柄，演示活塞在汽缸内的运动情况。

活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。

吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程
利用汽油机模型进行操作，再结合汽油机工作的视频资料，仔细观察汽油机四个冲程的工作过程，并完成下表。

次序 1 2 冲程名称吸气冲程压缩冲程
工作
示意图
气门开闭进开、排闭进闭、排闭
活塞运
向下向上
动方向
火花塞熄灭熄灭
相同原理的实验
吸入汽油和空气的混合物压缩空气和汽油的混合物，使其内能增加、温度升高冲程的
作用
能的转化机械能转化成内能
说明1个工[重点点拨]
可根据汽油机活塞运动方向和进气门、排气门的开闭情况来判断汽油机的四个冲
程。

[提出问题]
（1）在四个冲程中，哪些冲程发生了能量转化？
（2）哪个冲程使机械获得动力？其他几个冲程中活塞的运动是靠什么来完成的？
（3）哪个冲程排出了废气？
答案点拨：
（1）压缩冲程是把机械能转化为内能；做功冲程是把内能转化为机械能。

（2）做功冲程使机械获得动力，其他冲程靠飞轮的惯性完成。

（3）排气冲程排出废气。

[反馈练习]
四冲程汽油机进气门和排气门都关闭、活塞向下运动的是冲程，若其转速为1800r/min，每秒钟经过_______个冲程，做功次。

（设计意图：运用模型演示和学生模型操作，让学生自主学习，主动得出结论，调动了学生学习的积极性，既有利于学生对知识的理解，又培养了学生观察和分析问题的能力。

）
（三）柴油机
把汽油机模型和柴油机模型的构造进行对比，你会发现汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机汽缸顶部有喷油嘴。

[工作原理]
引导学生动手操作柴油机模型，利用多媒体播放柴油机工作过程的视频。

问题：
（1）你能描述柴油机的工作过程吗？
（2）请分析汽油机和柴油机的区别完成下表。

比较
构造
燃 料
一个工作循环吸气冲程
压缩冲程
做功冲程压燃式（柴油遇排气冲程
主要特点
效率
适用范围载相同点
①都是燃料在汽缸中燃烧；②汽油机的火花塞与柴油机的喷油嘴的工作时
答案点拨：
（1）柴油机的工作过程也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。

在吸气冲程里
吸进汽缸里的只有空气。

在压缩冲程中，活塞把空气的体积压缩得非常小，使得空气
的温度很高。

在压缩冲程结束时，汽缸内空气的温度已经超过了柴油的燃点，此时从
喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气便立刻燃烧起来。

在做功冲程中，燃烧放出的热使
得气体的压强和温度急剧升高，从而推动活塞对外做功。

在排气冲程中，曲轴推动活
塞向上运动，把产生的废气排出汽缸。

[自主学习]
引导学生阅读课本P19-P20。

“"柴油机”的内容，学习有关的知识。

1.由于柴油机对空气的压缩程度比汽油机更高，因此在做功冲程中气体的压强也大于汽油机中气体的压强，因而可以输出更大的功率。

2.由于柴油机工作的过程中压强较大，要求各有关零件具有较高的结构强度，因此柴油机比较笨重。

[科学世界]
引导学生阅读P20。

“科学世界”，了解“现代汽车”。

三、课堂小结
四、课堂检测
五、课后反思
第二十二章能源与可持续发展
本章知识结构图：
一、能源
1.凡是能提供能量的物质资源都叫能源。

2.能源的分类：
（1）根据能源来源分，化石能源（煤、石油、天然气等）和生物能源（各种食物）；（2）根据转换过程分，一次能源（直接从自然界获得的能源，比如太阳能、风能、水能）和二次能源（必须消耗一次能源才能得到的能源，比如电能、煤油、汽油、沼气等）。

3.三次能源革命：
（1）第一次钻木取火柴薪；
（2）第二次蒸汽机的发明化石能源；
（3）第三次核反应核能。

二、核能
1.核能：
（1）定义：当原子核发生分裂或相互结合时释放出来的能量。

（2）特点：a.核能十分巨大，能极大地补充人类能源的不足，使用核能大大地节约了常规能源；b.核能能够解决能源分布不平衡的问题。

（3）缺点：a.不可再生；b.核燃料产生核辐射，使用不当会对地球上的生物造成伤害。

2.核裂变和核聚变
（1）核裂变：一个重核（如铀235）裂变成两个原子核，同时释放出大量的能量，这就是核裂变。

比如用中子轰击铀235原子核，就能发生琏式反应。

（2）核聚变：某些轻核（质量很小），如氘和氚，在超高温下结合成一个新核，同时释放出大量的能量，这就是核聚变，即热核反应。

（3）核电站的核心设备是核反应堆，在核反应堆中的链式反应是加以控制的，是在控制下缓慢释放核能的。

而原子弹则是不加控制的核裂变。

但是，核聚变目前还不能完全得到控制。

三、太阳能
1.太阳能的产生及特点
（1）太阳能的产生：太阳是一个巨大的“核能火炉”。

在太阳内部，每时每刻都在发生核裂变，并释放出巨大的能量。

（2）优点：a.太阳能供应时间长；b.太阳能分布广，获取方便；c.太阳能安全清洁。

（3）缺点：太阳辐射到地球表面的能量尽管巨大，但是单位面积上获得的能量却相对较小，而且不同地区的能量分布不均匀。

2.太阳能的利用
（1）光化转换：植物吸收太阳能发生光合作用，转化成生物能，以化学能的形式储存到植物。

（2）光热转换：太阳能被大气和水吸收形成空气流动、水循环，利用太阳能给物体加热。

（3）光电转换：利用太阳能发电，如太阳能电池等。

四、能源与可持续发展
1.能量转移和转化的方向性
（1）方向性：能量的转化和转移都是有方向的。

（2）能量的利用：我们是在能量嗯转化和转移过程中，利用能量的。

（3）能量释放过度失控就会产生灾害。

注意：a.不是什么能量都可以利用，能量的利用是有条件的，也是有代价的。

b.有的东西可以成为能源，有的却不能，因此尽管能量是守恒的，但我们还必须节约能源。

2.能源消耗对环境的影响及可持续发展：
（1）能源消耗对环境的影响：比如大气污染、温室效应、水土流失和土地沙漠化等。

（2）可再生能源与不可再生能源：前者比如化石能源、核能等，后者比如风能、水能、太阳能等。

（3）未来的理想能源：
人类未来的理想能源满足的条件：足够丰富、足够便宜、技术成熟、安全清洁。

未来的理想能源要能够大规模替代石油、煤炭和天然气等常规能源。

（4）解决能源危机的出路：
a.节约使用石油、煤和天然气等常规能源，提高利用率。

b.大力开发新能源。

未来可推广的能源：太阳能、地热能、核能、潮汐能、风能、可燃冰等。

期末复习专题五电能与电功率
一、填空题
1.( 攀枝花中考 )为提倡节能环保,攀枝花市引进大量新能源电动公交车。

为新能源公交车充电的导线较粗是为了减小导线的电阻。

若充电过程中充电电流为100 A,充电电压为380 V,则新能源电动公交车充电2 h消耗的电能为76 kW·h。

2.如图所示,R1=5 Ω,R2=10 Ω,电源电压3 V,则通电10 s电流通过R1、R2产生的热量之比为1∶2 。

3.( 齐齐哈尔中考 )周末,妈妈在家用挂烫机熨烫衣物。

善于观察的小华发现,当家里只有挂烫机单独使用时,30 min后电能表示数由变成了
,则这段时间挂烫机消耗的电能为0.6 kW·h,挂烫机的实际功率为1200 W。

4.如图所示,阻值为8 Ω的定值电阻与一个“6 V 3 W”的小灯泡串联后接到10 V的电路中,则小灯泡的实际功率等于( 选填“大于”“等于”或“小于” )3 W。

5.LED灯具有节能、环保的特点,一个“220 V8.5 W”的LED灯与一个“220 V60 W”的白炽灯亮度相当。

若一个“220 V8.5 W”的LED灯每天正常工作4 h,30天消耗的电能是 1.02 度,这些电能可供“220 V60 W”的白炽灯正常工作17 h。

6.如图所示,电源电压保持12 V不变,小灯泡标有“6 V 6 W”,滑动变阻器标有“20 Ω2 A”,当开关S闭合,滑动变阻器的滑片P移到中点时,小灯泡的实际功率是 3.375 W,通电1 min小灯泡消耗的电能202.5 J( 假设小灯泡的电阻保持不变 )。

7.如图是某电熨斗的原理简图,已知R1∶R2=1∶9,则加热时的功率P1与保温时的功率P2之比为10∶1 。

二、选择题
8.有两个额定电压相同的电热水壶甲和乙,甲的额定功率为1800 W,乙的额定功率为1200 W。

两个电热水壶都正常工作时,下列说法中正确的是( B )
A.甲电热水壶两端的电压较高
B.电流通过甲电热水壶做功较快
C.通过两个电热水壶的电流相等
D.相同时间内,两个电热水壶消耗的电能一样多
9.标有“6 V 3 W”的小灯泡,通过它的电流与电压的关系如图所示。

若把它与电压为4 V 的电源相连,小灯泡仍能发光,此时小灯泡消耗的功率为( C )
10.两灯L1和L2的规格分别为“6 V 3 W”和“3 V 3 W”,忽略灯丝电阻变化,则下列说法正确的是( D )
A.两灯L1和L2灯丝电阻之比为2∶1
B.两灯串联,电路两端允许加的最大电压为9 V
C.两灯并联,当一盏灯正常发光时,通过另一盏灯的电流为1.0 A
D.两灯并联在3 V电压下,灯L1和L2消耗的实际功率之比为1∶4
11.在“探究焦耳定律”的实验中,为了找出电流通过导体产生的热量与导体电阻的关系,必须同时保持( A )
A.通电时间相等和导体中电流相等
B.导体电阻相等和通电时间相等
C.导体电阻相等和导体中电流相等
D.导体电阻相等、通电时间相等、导体中电流相等
12.( 深圳中考 )甲图是小灯泡L和电阻R的I-U图像。

将小灯泡L和电阻R接入乙图所示电路中,只闭合开关S1时,小灯泡L的实际功率为1 W。

下列说法错误的是( D )
A.只闭合开关S1时,小灯泡L的电阻为4 Ω
B.再闭合开关S2时,电流表示数增加0.2 A
C.再闭合开关S2时,电路总功率为1.4 W
D.再闭合开关S2后,在1 min内电阻R产生的热量为240 J
13.如图所示电路,电源电压不变,小灯泡标有“6 V 3 W”字样,闭合开关后,当滑片P移至某一位置时,小灯泡恰好正常发光,此时滑动变阻器消耗的功率为P1;当滑片P移至某一端点时,电流表示数为0.3 A,电压表示数变化了3 V,此时滑动变阻器消耗的功率为P2,且P1∶P2=5∶6。

下列判断正确的( B )
A.滑动变阻器的最大阻值为10 Ω
C.小灯泡正常发光时,滑片P位于滑动变阻器中点位置
D.滑动变阻器消耗的功率由P1变为P2的过程中,小灯泡消耗的功率变化了0.6 W
三、计算题
14.如图所示,电源两端电压保持不变,电阻R1的阻值为10 Ω。

电阻R2的阻值为50 Ω。

闭合开关S,电阻R2两端的电压为10 V。

求:
( 1 )电阻R1两端的电压;
( 2 )电阻R2消耗的电功率。

解:( 1 )由题图可知,R1与R2串联。

因串联电路中各处的电流相等,则电路中的电流
I==0.2 A
电阻R1两端的电压
U1=IR1=0.2 A×10 Ω=2 V
( 2 )电阻R2消耗的电功率
P2=U2I=10 V×0.2 A=2 W
15.如图甲是李红家新购的一款迷你型家用电吹风,图乙是它的电路原理图,其主要参数如下表。

该电吹风工作时通过手推开关条改变电路的工作状态,图乙中开关处于吹热风状态。

求:
型号BHC010
最大功率:1210 W
额定功率
最小功率:110 W
额定电压220 V
频率50 Hz
( 1 )吹冷风时,通过电动机的电流是多大?
( 2 )吹热风时,电热丝工作时的电阻是多大?
( 3 )李红洗头后,用电吹风吹干头发时,先用热风挡吹了10 min,再用冷风挡吹了5 min,则一共消耗了多少电能?
解:( 1 )吹热风时电动机和电热丝同时工作,吹冷风时只有电动机工作。

因为P=UI,所以吹冷风时,通过电动机的电流I冷==0.5 A
( 2 )电热丝的功率P=P大-P小=1210 W-110 W=1100 W
因为P=,所以吹热风时,电热丝工作时的电阻
R丝==44 Ω
( 3 )因为P=,所以热风挡消耗的电能
W1=P大t1=1210 W×10×60 s=7.26×105 J
冷风挡消耗的电能W2=P小t2=110 W×5×60 s=3.3×104 J
一共消耗的电能W总=W1+W2=7.26×105J+3.3×104J=7.59×105 J。