师:来,上课!
生:老师好!
师:大家好,请坐。前段时间我们在电视上看到天舟一号发射成功,它是去干什么的?
生:送快递!
师:对,它就相当于一个“太空快递员”。那大家知道神舟飞船和天舟飞船的用途有什么不同吗?
师:张老师来告诉大家。神舟飞船,比如神舟十一号和天宫二号对接,它就相当于“太空公交车”,是运载航天员的客运班车;而天舟系列飞船,相当于“太空货运卡车”,负责把空间站需要的器材送上去,再把空间站产生的废弃物带回来。现在大家知道神舟和天舟的作用了吧?
师:一次次的航天壮举,让我们中国人在航天领域倍感自豪。大家想不想成为航天人?
生:想!
师:航天看上去很高端,但其实它也能走进我们的物理课堂。今天我们就来学习第14章的第一节,大家打开课本,看看第一节的内容是什么。
生:热机!
师:对,就是热机。热机是如何工作的呢?我们先来看一个图。这个图很像我们家里熬粥的场景,酒精灯相当于家里的电磁炉或者煤气灶,试管里的水相当于锅里的粥,活塞就相当于锅盖。大家想想,如果熬粥时火开得足够大,会出现什么现象?
生:锅盖被顶起来了!
师:没错,锅盖会被顶起来。那锅盖被顶起来的时候,还有没有其他现象?
生:有白气!
师:对,会有大量白气产生。我们现在把这个场景对应到实验里:试管里加水,塞紧活塞后加热到水沸腾,就和熬粥时火开得大是一个道理。回忆一下实验现象,活塞被怎么样了?
生:被顶起来了!
师:同时试管口附近会有大量白气产生。这个过程中伴随着怎样的能量变化呢?大家先思考,燃料燃烧是一个什么变化?
生:化学变化!
师:对,燃料燃烧是化学变化,这个过程中是化学能转化为内能。这些内能被水吸收,水的温度升高,沸腾产生大量水蒸气。如果活塞塞得很紧,水蒸气越来越多,试管内的压强就会变——
生:变大!
师:压强变大,就会把活塞顶出去。这个过程中,试管内的气体对外做功,对谁做功?
生:活塞!
师:活塞获得动力被顶出去,这个过程就是内能转化为机械能。最先开始人们把这个过程转化成可以利用的机械,是什么机?
生:蒸汽机!
师:对!蒸汽机的工作原理,就是利用燃料燃烧产生的内能加热水,使水变成水蒸气,水蒸气压强增大推动活塞做功。蒸汽机的出现,开启了第几次工业革命?
生:第一次!
师:没错,它开辟了一个新纪元。像这样利用内能来做功的机械,我们给它起一个统称,叫做热机。大家一起说,热机的工作原理是什么?
生:利用内能转化成机械能来做功!
师:非常好。现在大家看书上18页的内容,除了蒸汽机,热机还有哪些种类?
生:内燃机、汽轮机、喷气发动机!
师:对。我们最初的热机是蒸汽机,之后改进得到内燃机,再到汽轮机、喷气发动机。汽轮机常用于大型发电厂,喷气发动机则用在飞机和火箭上。热机从最初的蒸汽机发展到能推动火箭上天,发展历程非常丰富,有兴趣的同学课后可以去了解它们的工作过程。
师:我们生活当中用得最多的热机是什么?
生:内燃机!
师:没错。从字面意思看,“内燃”就是在内部燃烧。那么燃料在机械内部的哪个部分燃烧呢?大家看这幅图,气缸中间有一团火,这个内部结构就叫做气缸。燃料在气缸内燃烧,获得大量内能再转化为机械能,这样的机器就是内燃机。
师:内燃机燃烧的燃料有什么不同呢?我们身边的内燃机,有的烧汽油,有的烧柴油,还有的烧天然气。以前还有甲醇汽车,后来因为使用不便逐步退出了市场。现在主要的内燃机,烧汽油的叫做汽油机,烧柴油的叫做柴油机。
师:今天我们就来简单了解汽油机和柴油机的工作过程。大家想想,我们学了弹簧测力计可以自制一个,学了天平也可以自制一个,那学了汽油机,我们能自己做一个吗?
生:不能!
师:学了柴油机也不能自制,为什么呢?我们学完今天的内容再来回答这个问题。
师:我们先来看汽油机的构造。大家看这幅图,中间的结构是气缸,气缸下侧的红色部分是什么?
生:活塞!
师:这个活塞看起来比较厚、比较重。活塞下面连着一根杆,叫什么名字?
生:连杆!
师:连杆下方的黄色部分是曲轴。大家有没有见过火车头前面扑通扑通运动的结构?就和这个曲轴的结构很相似。
师:再看气缸的上半部分,中间的装置叫什么?有的同学家里有摩托车,可能见过这个东西,它叫做火花塞。火花塞两边有两个口,左边的口写着三个字——
生:进气门!
师:字面意思,气体从这里进去。右侧的口是排气门,燃烧后的废气从这里排出去。进气门和排气门能不能同时打开呢?
生:不能!
师:对,不能同时打开,不然气体进去又出来,就无法完成工作了。气门的开和关,是靠下面的弹簧和联动装置来控制的。
师:我们再来复习一遍汽油机的主要构造:最中间是气缸,气缸内的红色部分是活塞,活塞下面连连杆,连杆下面连曲轴;气缸上端中间是火花塞,左端是进气门,右端是排气门。
师:了解了构造,我们来看汽油机的工作循环。大家看书上19页的四个插图,看完的同学抬起头。首先我们来明确一个概念——什么叫做冲程?
生:活塞从气缸的一端运动到另一端的过程!
