3.5物體的內(nèi)能教學(xué)設(shè)計(jì)第三課時(shí)

教學(xué)設(shè)計(jì)

課程基本信息學(xué)科科學(xué)年級九年級學(xué)期秋季課題物體的內(nèi)能(第三課時(shí))教科書書名：科學(xué)教材出版社：浙江教育出版社教學(xué)目標(biāo)1.科學(xué)概念：（1）理解熱機(jī)的工作原理。（2）說出汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作過程。2.科學(xué)思維：學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題。3.探究實(shí)踐：動(dòng)手實(shí)踐制作模型，并在分析問題過程中完善設(shè)計(jì)。4.態(tài)度責(zé)任：（1）感受科學(xué)知識對于科技進(jìn)步的重要作用。（2）體會人類不懈追求高效低耗的探索過程。教學(xué)內(nèi)容教學(xué)重點(diǎn)：1.了解熱機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽油機(jī)等的原理及相應(yīng)結(jié)構(gòu)。

2.感受人類為追求高效低耗的不懈努力。教學(xué)難點(diǎn)：1.在不斷發(fā)現(xiàn)問題的過程中，設(shè)計(jì)和改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)模型。教學(xué)過程【歷史小劇場】介紹：18世紀(jì)60年代，英國發(fā)起了第一次工業(yè)革命，蒸汽機(jī)開始登上歷史舞臺。熱蒸汽為人們提供了強(qiáng)大的推力，把人們從繁重的體力勞作中解放出來。世界上第一臺蒸汽機(jī)是由古希臘數(shù)學(xué)家希羅于1世紀(jì)發(fā)明的汽轉(zhuǎn)球，但當(dāng)時(shí)，它還只不過是一個(gè)玩具而已。瓦特在前人的啟迪下，對蒸汽機(jī)作出一系列重大改進(jìn)，使其在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。他開辟了人類利用能源新時(shí)代，也標(biāo)志著工業(yè)革命的開始。其實(shí)，瓦特觀察水壺中的水燒開，推動(dòng)壺蓋，從而發(fā)明了蒸汽機(jī)，是一個(gè)善意的杜撰。那蒸汽機(jī)是如何工作的呢？【環(huán)節(jié)一】實(shí)驗(yàn)1：我們先來看一個(gè)實(shí)驗(yàn)，這是一支裝有一定量水的試管，管口用塞子密封。用酒精燈對試管加熱，使水沸騰。注意觀察現(xiàn)象。我們看到塞子沖出試管。設(shè)問：為什么塞子會沖出呢？解答：因?yàn)槲覀冇镁凭珶魧υ嚬苓M(jìn)行了加熱。在這個(gè)過程中，涉及了一系列的能量轉(zhuǎn)化：酒精燃燒時(shí)，把儲存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，通過熱傳遞，使水的內(nèi)能增加，液態(tài)的水變?yōu)闅鈶B(tài)的水蒸氣，水蒸氣又對塞子做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為塞子的機(jī)械能。這就是蒸汽機(jī)的工作原理。像這樣以做功的形式把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器，我們稱之為熱機(jī)。利用熱機(jī)種類有很多，例如蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等介紹：1769年，世界上第一輛蒸汽機(jī)車在法國誕生。我們一起來看下他的工作過程。（鏈接）蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，推動(dòng)了機(jī)械工業(yè)甚至社會的發(fā)展,推動(dòng)了交通運(yùn)輸空前的進(jìn)步。但是，從蒸汽機(jī)車身上，我們也發(fā)現(xiàn)了很多問題，蒸汽機(jī)的燃料在機(jī)器外燃燒，是外燃機(jī)，需要巨大的鍋爐和氣缸，體積龐大、效率低。設(shè)問：如何能提高燃料的利用率呢？解答：同學(xué)們肯定想到了，既然外燃的方式提供內(nèi)能，燃料的利用率低，那我們不妨將燃料放到熱機(jī)內(nèi)部去燃燒，將外燃機(jī)變?yōu)閮?nèi)燃機(jī)。想法是有了，但是要具體實(shí)施還要克服很多困難，下面我們就一起來當(dāng)個(gè)小小發(fā)明家，設(shè)計(jì)一下這種機(jī)器?！经h(huán)節(jié)二】模型1：這是加了紅墨水的酒精，我們用一個(gè)上端封口的注射器來模擬內(nèi)燃機(jī)的密閉空間，這里也有一個(gè)活塞（拉動(dòng)一下）。設(shè)問：問題是怎么把酒精加到這個(gè)密閉空間里呢？解答：有同學(xué)想到，可以在上面開個(gè)口，用來吸取燃料。模型2：為了更方便吸取燃料，我還給它加了個(gè)管道。先把注射器放到架子上固定，以放便后期操作。再把管子放入酒精中，吸取酒精。請注意看，注射器吸取酒精之后，上方有一段空氣，大家想想看這個(gè)空氣有沒有作用呢？這段空氣是有用的，因?yàn)槿绻麤]有空氣，燃料就不會燃燒，所以吸進(jìn)注射器的應(yīng)該是燃料和空氣的混合物。設(shè)問：可新的問題出現(xiàn)了，現(xiàn)在這個(gè)空間因?yàn)殚_了一個(gè)口，已經(jīng)不再是密閉空間了，怎樣才能把它變回密閉空間呢？解答：我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)，方便開合的裝置。（停幾秒）可以在管子上加一個(gè)開關(guān)，吸燃料時(shí)打開，吸好再關(guān)閉（照片）。設(shè)問：燃料混合物已經(jīng)吸入注射器內(nèi)了，應(yīng)該可以點(diǎn)燃了吧？解答：可是，我們發(fā)現(xiàn)，此時(shí)的活塞處于下端，若燃料燃燒產(chǎn)生大量氣體，無法繼續(xù)推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)。所以在點(diǎn)燃前，需要先向上推動(dòng)活塞。這個(gè)過程，相當(dāng)于活塞在壓縮氣體做功。在第一課時(shí)中，我們已經(jīng)學(xué)過，壓縮氣體做功，氣體內(nèi)能增加、溫度升高，會更有利于點(diǎn)火。設(shè)問：燃料的溫度也升高了，如何解決內(nèi)部點(diǎn)燃問題呢？解答：我們需要將點(diǎn)火裝置放入這個(gè)密閉空間里，因此，可以再開一個(gè)孔，用來放點(diǎn)火裝置。如照片中的模型所示，此處的銅絲模擬的就是點(diǎn)火裝置。模擬點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)：點(diǎn)火過程的模擬在注射器的裝置內(nèi)沒辦法完成，我們通過另一個(gè)裝置來模擬。這是一個(gè)裝有點(diǎn)火裝置的玻璃筒，配有活塞。（開始視頻）倒入酒精燃料，壓縮活塞，點(diǎn)火，活塞被彈出，（視頻停）設(shè)問：活塞為什么會被彈出？解答：點(diǎn)火之后，里面的燃?xì)饧眲∨蛎洠苿?dòng)活塞做功，即氣體對外做功，把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。我們再來一次，（開始視頻）設(shè)問：咦，怎么沒有現(xiàn)象了呢？解答：因?yàn)楝F(xiàn)在容器里都是燃燒后的廢氣，燃料沒法燃燒。如果將廢氣排出，燃料是不是又可以燃燒了呢？我們排出廢氣后再試一次。（實(shí)驗(yàn)）果然，排出廢氣后，燃料又可以點(diǎn)燃了?；氐絻?nèi)燃機(jī)的模型，我們要對其進(jìn)一步改進(jìn)。我們可以在原有的基礎(chǔ)上，再開個(gè)口，再加個(gè)管道，再加個(gè)開關(guān)。（完整模型的照片）我們設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)的模型已經(jīng)基本成型了。我們再完整的來演示一遍該裝置的工作過程，請看操作。1、一開始，需要吸取燃料。所以左邊開關(guān)打開，右邊開關(guān)關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動(dòng)，讓燃料和空氣的混合物進(jìn)來。進(jìn)來后，再將左邊開關(guān)關(guān)閉。2、在點(diǎn)火之前，活塞向上運(yùn)動(dòng)，壓縮氣體。并且在壓縮氣體結(jié)束的瞬間點(diǎn)火引燃。3、引燃后的氣體對活塞做功，使活塞向下運(yùn)動(dòng)。將燃料的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為活塞的機(jī)械能。4、最后，需將燃燒后的廢氣排出。此時(shí)，打開右邊的開關(guān)，左邊開關(guān)保持關(guān)閉狀態(tài)。接下來又要吸燃料了，又開始下一個(gè)循環(huán)。從理論上，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了燃料的內(nèi)置，根據(jù)這種原理制造出來的機(jī)器，叫內(nèi)燃機(jī)?！经h(huán)節(jié)三】介紹：內(nèi)燃機(jī)主要有兩種類型：汽油機(jī)和柴油機(jī)，區(qū)分也很簡單，加柴油的是柴油機(jī)，加汽油的是汽油機(jī)。來認(rèn)識一下汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)：1、2是控制燃?xì)夂蛷U氣進(jìn)出的開關(guān)，1叫進(jìn)氣門，其實(shí)從進(jìn)氣門進(jìn)來的是燃料和空氣的混合氣體，叫燃?xì)狻?叫排氣門。3是火花塞，用來點(diǎn)火。4所示的空間是氣缸。5是活塞，它可以在氣缸里上下運(yùn)動(dòng)?；钊麖臍飧椎囊欢诉\(yùn)動(dòng)到另一端的過程稱之為“一個(gè)沖程”。也就是說，活塞從下端運(yùn)動(dòng)到上端是一個(gè)沖程，從上端運(yùn)動(dòng)到下端也是一個(gè)沖程。設(shè)問：根據(jù)剛才的模型，想一想，汽油機(jī)在一個(gè)循環(huán)中有幾個(gè)沖程？（學(xué)生思考5S）解答：應(yīng)該有吸氣、壓縮、做功、排氣，4個(gè)沖程。我們通過動(dòng)畫來感受一下汽油機(jī)的四個(gè)沖程。設(shè)問：到目前我們還都是通過模型來了解汽油機(jī)的工作原理，那么汽油機(jī)到底是不是這樣工作的呢？解答：我們通過視頻來了解一下。（播放視頻，變黑后就暫停）通過視頻我們發(fā)現(xiàn)，汽油機(jī)的確像我們了解的這樣在工作。我們再來看一下放慢后的視頻，現(xiàn)在是吸氣沖程，然后是壓縮沖程，再是做功沖程，最后是排氣沖程。思考：我們再來回顧下視頻中看到的汽油機(jī)的工作情況，思考：在4個(gè)沖程中，活塞如何運(yùn)動(dòng)？氣門的開閉情況又如何？設(shè)問：我們在視頻中看到，活塞是上下運(yùn)動(dòng)的，但是汽車輪子是轉(zhuǎn)動(dòng)的，也就是說汽油機(jī)在動(dòng)力輸出時(shí)將上下運(yùn)動(dòng)變成了轉(zhuǎn)動(dòng)。這是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？解答：我們來看汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。與活塞相連的結(jié)構(gòu)叫連桿，連桿的另一端連著叫曲軸的裝置。當(dāng)活塞上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，曲軸可以把活塞的上下運(yùn)動(dòng)變成轉(zhuǎn)動(dòng)。介紹：與蒸汽機(jī)相比，內(nèi)燃機(jī)的燃料利用率大大的提高了。我們來了解一下汽油機(jī)和柴油機(jī)的燃料利用率是多少，我們發(fā)現(xiàn)，他們的燃料利用率也不是很高，通過科學(xué)家們不斷的探索，又發(fā)明了利用率更高的熱機(jī)：燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。提高熱機(jī)效率，減少能源消耗，