2024學年九年級物理上冊第2章改變世界的熱機2.2內燃機教學設計（新版）教科版課題：科目：班級：課時：計劃1課時教師：單位：一、課程基本信息1.課程名稱：2024學年九年級物理上冊第2章改變世界的熱機2.2內燃機教學設計（新版）教科版

2.教學年級和班級：九年級（1）班

3.授課時間：2024年3月15日星期四第3節課

4.教學時數：1課時

親愛的小伙伴們，今天我們要一起走進物理的奇妙世界，探索“改變世界的熱機”這一章節，重點是內燃機的工作原理。準備好你的好奇心和筆記本，讓我們一起點燃智慧的火花吧！????二、核心素養目標分析三、教學難點與重點1.教學重點，

①內燃機的四個沖程及其能量轉換過程：讓學生理解吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程的順序和能量轉換的特點，能夠描述內燃機在一個工作循環中的能量流動。

②內燃機的效率：通過實驗和計算，使學生了解內燃機的效率概念，并學會如何估算內燃機的熱效率。

2.教學難點，

①內燃機工作循環的動態理解：幫助學生動態地理解內燃機在工作循環中的活塞運動、氣門開閉、燃料燃燒等復雜過程。

②熱力學第一定律在熱機中的應用：引導學生運用熱力學第一定律解釋內燃機中的能量守恒問題，理解熱機效率與能量損失的關系。

③內燃機效率的影響因素分析：引導學生分析影響內燃機效率的各種因素，如燃料的熱值、壓縮比、冷卻效果等，并探討提高效率的方法。四、教學方法與策略1.采用講授與實驗相結合的教學方法，首先通過多媒體展示內燃機的結構和工作原理，幫助學生建立直觀的認識。

2.設計小組討論活動，讓學生分組分析內燃機效率的影響因素，培養他們的批判性思維和合作能力。

3.進行模擬實驗，讓學生親自動手操作，體驗內燃機的吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程，加深對理論知識的理解。

4.利用動畫軟件演示內燃機的工作循環，幫助學生動態理解內燃機的動態過程。

5.課后布置實踐項目，要求學生設計并制作簡易模型內燃機，增強學生的動手能力和創新意識。五、教學過程設計一、導入環節（5分鐘）

1.創設情境：播放一段汽車加速的視頻，引導學生思考汽車發動機的工作原理。

2.提出問題：內燃機是如何將燃料的化學能轉化為機械能的？它的工作過程是怎樣的？

3.學生回答：簡要回顧學生已有的知識，為接下來的新課學習做好鋪墊。

4.引入新課：今天我們將學習內燃機的工作原理，了解它是如何改變世界的。

二、講授新課（20分鐘）

1.內燃機的基本結構：介紹內燃機的組成，包括氣缸、活塞、氣門、火花塞等。

2.四個沖程的工作原理：講解吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程，展示每個沖程的能量轉換過程。

-吸氣沖程：5分鐘

-壓縮沖程：5分鐘

-做功沖程：5分鐘

-排氣沖程：5分鐘

3.內燃機的效率：講解內燃機的效率概念，分析影響效率的因素。

-效率概念：2分鐘

-影響因素：8分鐘

4.內燃機的應用：舉例說明內燃機在汽車、摩托車等交通工具中的應用。

-應用實例：5分鐘

三、鞏固練習（10分鐘）

1.課堂練習：給出幾個內燃機的工作問題，讓學生獨立完成，并互相檢查答案。

2.討論交流：分組討論內燃機效率提升的方法，分享各自的想法。

四、師生互動環節（10分鐘）

1.課堂提問：針對內燃機的工作原理和效率問題，提出幾個問題，讓學生回答。

-提問1：內燃機的工作循環中，哪個沖程將化學能轉化為熱能？(2分鐘)

-提問2：內燃機的效率受到哪些因素的影響？(2分鐘)

-提問3：如何提高內燃機的效率？(2分鐘)

2.角色扮演：讓學生扮演內燃機的各個部件，模擬內燃機的工作過程。

3.小組競賽：分組進行內燃機知識競賽，活躍課堂氣氛。

五、課堂小結（5分鐘）

1.回顧本節課所學內容：內燃機的四個沖程、效率、應用等。

2.強調重點：內燃機的工作原理和效率是本節課的核心內容。

3.布置作業：讓學生課后查閱資料，了解內燃機的發展歷程和未來趨勢。

教學時間總計：45分鐘六、拓展與延伸六、拓展與延伸

1.提供與本節課內容相關的拓展閱讀材料：

-《汽車內燃機發展史》：介紹內燃機從蒸汽機到現代發動機的發展歷程，以及各個階段的代表性發明和改進。

-《內燃機燃燒原理》：深入探討內燃機中燃料燃燒的物理化學過程，包括燃燒效率、污染物排放等。

-《內燃機節能技術》：介紹現代內燃機節能技術的應用，如渦輪增壓、缸內直噴等。

2.鼓勵學生進行課后自主學習和探究：

-學生可以閱讀上述拓展閱讀材料，了解內燃機的歷史和發展趨勢。

-鼓勵學生收集并分析不同類型內燃機的性能數據，比較它們的效率差異。

-設計一個實驗項目，讓學生嘗試改進內燃機的某個部件，以提高其效率。

-組織學生進行小組討論，探討內燃機在環保方面的挑戰和可能的解決方案。

3.知識點拓展：

-內燃機的熱效率與卡諾循環的關系：學生可以研究卡諾循環，了解理想熱機的效率極限，并討論實際內燃機與理想熱機的差異。

-內燃機的排放控制技術：介紹廢氣再循環（EGR）、選擇性催化還原（SCR）等排放控制技術，以及它們在內燃機中的應用。

-內燃機與可再生能源的結合：探討內燃機與太陽能、風能等可再生能源的結合方式，以及這種結合對環境保護的意義。

4.實用性強的項目：

-學生可以設計一個簡單的熱機模型，通過改變其結構參數，觀察和記錄其對效率的影響。

-進行一次能源調查，分析家庭或學校內使用的設備中內燃機的能源效率。

-制作一個展示內燃機工作原理的動畫或演示文稿，向同學或社區介紹內燃機的基本知識。七、板書設計1.重點知識點：

①內燃機的四個沖程：吸氣、壓縮、做功、排氣

②能量轉換：化學能→熱能→機械能

③效率概念：內燃機的有效做功與燃料完全燃燒所放出的熱量的比值

2.關鍵詞：

①吸氣沖程：進氣門打開，排氣門關閉，活塞向下運動，吸入混合氣

②壓縮沖程：進氣門關閉，排氣門關閉，活塞向上運動，壓縮混合氣

③做功沖程：火花塞點火，混合氣燃燒，產生高溫高壓氣體，推動活塞向下運動

④排氣沖程：排氣門打開，進氣門關閉，活塞向上運動，排出廢氣

3.重要句子：

①內燃機的工作循環由四個沖程組成，每個沖程都有其特定的能量轉換過程。

②內燃機的效率是指其將燃料的化學能轉化為機械能的有效程度。

③內燃機的效率受多種因素影響，包括壓縮比、燃料質量、冷卻系統設計等。八、課堂小結，當堂檢測課堂小結：

1.回顧內燃機的四個沖程：吸氣、壓縮、做功、排氣，強調每個沖程的能量轉換過程。

2.強調內燃機的效率概念，指出效率是衡量內燃機性能的重要指標。

3.討論影響內燃機效率的因素，如壓縮比、燃料的熱值、冷卻系統設計等。

4.通過實例說明內燃機在現代社會中的應用，如汽車、摩托車等交通工具。

當堂檢測：

1.選擇題（10分鐘）

-內燃機的工作循環包括以下哪個沖程？(A)吸氣(B)壓縮(C)做功(D)排氣

-內燃機的效率是指什么？(A)燃料的熱值(B)燃料的燃燒速度(C)有效做功與燃料完全燃燒所放出的熱量的比值(D)活塞的運動速度

2.判斷題（10分鐘）

-內燃機的壓縮比越高，其效率一定越高。(√/×)

-內燃機在做功沖程中，活塞向下運動，推動曲軸轉動。(√/×)

-內燃機的排放控制技術可以減少有害氣體的排放。(√/×)

3.填空題（10分鐘）

-內燃機的工作循環包括________、________、________、________四個沖程。

-內燃機的效率是指內燃機的________與燃料完全燃燒所放出的________的比值。

4.簡答題（10分鐘）

-簡述內燃機的四個沖程及其能量轉換過程。

-解釋什么是內燃機的效率，并列舉影響內燃機效率的因素。

5.應用題（10分鐘）

-一臺內燃機的壓縮比為10，燃料的熱值為40MJ/kg，求該內燃機的理論效率。典型例題講解1.例題一：

題目：一臺內燃機的壓縮比是8，燃料的熱值為45MJ/kg，求該內燃機的理論效率。

解答步驟：

-首先，計算燃料完全燃燒放出的熱量Q放：Q放=m*q，其中m是燃料質量，q是燃料的熱值。

-假設燃料質量為1kg，則Q放=1kg*45MJ/kg=45MJ。

-然后，計算內燃機的理論效率η：η=W有/Q放，其中W有是內燃機做的有用功。

-假設內燃機的壓縮比為8，則壓縮后的氣體體積是原來的1/8，根據理想氣體狀態方程PV=nRT，壓力P增加為原來的8倍。

-假設氣體初始狀態的壓力為P0，體積為V0，則壓縮后的壓力為8P0，體積為V0/8。

-做功W有=(8P0-P0)*(V0/8-V0)=7P0*V0/8。

-因此，理論效率η=W有/Q放=(7P0*V0/8)/45MJ≈0.14。

答案：該內燃機的理論效率約為14%。

2.例題二：

題目：內燃機的壓縮比從10增加到15，其他條件不變，求效率的變化。

解答步驟：

-根據理想氣體狀態方程，壓縮比增加意味著氣體溫度和壓力都增加。

-壓縮比從10增加到15，壓力增加1.5倍，溫度也增加1.5倍。

-理論上，效率將增加，因為更高的壓力和溫度意味著更多的能量可以轉化為做功。

-實際效率的變化需要考慮實際燃燒過程和能量損失，但理論上效率將提高。

答案：效率將提高，但具體數值需要根據實際燃燒過程和能量損失計算。

3.例題三：

題目：內燃機的熱效率為30%，燃料的熱值為50MJ/kg，求內燃機做的有用功。

解答步驟：

-熱效率η=W有/Q放，其中Q放是燃料完全燃燒放出的熱量。

-Q放=m*q，其中m是燃料質量，q是燃料的熱值。

-W有=η*Q放。

-假設燃料質量為1kg，則Q放=1kg*50MJ/kg=50MJ。

-熱效率為30%，則W有=0.30*50MJ=15MJ。

答案：內燃機做的有用功為15MJ。

4.例題四：

題目：一個內燃機的壓縮比為12，吸入氣體的溫度為300K，求壓縮后氣體的溫度。

解答步驟：

-根據理想氣體狀態方程PV=nRT，壓縮比增加意味著體積減少，壓力增加。

-假設初始狀態的壓力為P0，體積為V0，溫度為T0，壓縮比為12，則壓縮后的體積為V0/12。

-壓縮后的溫度T1可以通過等壓過程的關系計算：T1/T0=V0/V0/12=12。

-T1=12*T0=12*300K=3600K。

答案：壓縮后氣體的溫度為3600K。

5.例題五：

題目：內燃機的做功沖程中，如果燃料燃燒產生的熱量為1000J，求內燃機的理論效率。

解答步驟：

-做功沖程中燃料燃燒產生的熱量即為內燃機做的有用功W有。

-理論效率η=W有/Q放，其中Q放是燃料完全燃燒放出的熱量。

-假設Q放=1000J，則η=W有/1000J。

-由于沒有其他能量損失，W有=Q放，因此η=1。

-答案：內燃機的理論效率為100%。教學反思與改進今天我們完成了內燃機這一章節的教學，回顧一下，我覺得有幾個方面值得反思和改進。

首先，我覺得課堂上的互動環節還可以更加豐富。雖然我嘗試了小組討論和角色扮演，但感覺學生們參與的熱情并不是特別高。可能是因為我對問題的設計不夠吸引人，或者是因為學生們對內燃機的實際應用不夠了解，導致討論的深度和廣度有限。今后，我會嘗試設計更貼近學生生活實際的問題，比如討論內燃機在交通工具中的應用，或者探討未來汽車動力系統的可能發展方向，以此來激發他們的興趣和參與度。

其次，我發現有些學生對內燃機的四個沖程的理解不夠清晰。在課堂上，我盡量用動畫和模型來展示這些沖程，但可能還是有些抽象。我意識到，我需要更多的實際操作來輔助教學，比如讓學生自己動手操作模型，或者觀看真實的內燃機工作視頻，這樣他們可能更容易理解這些概念。

再次，我在講解內燃機效率時，可能過于依賴理論計算，而沒有足夠的時間讓學生通過實驗來感受效率的變化。我覺得這是一個很大的疏忽，因為物理學習應該以實驗為基礎。下次，我會在講解效率的同時，安排一個簡單的實驗，讓學生親手測量和計算，這樣他們不僅能理解效率的概念，還能通過實踐加深印象。

此外，我還注意到，有些學生在解答應用題時，對于能量轉換和狀態方程的應用不夠熟練。這可能是由于他們對基本概念掌握不夠扎實。因此，我計劃在接下來的教學中，加強對基本概念和公式的復習