人教課標實驗版九年級 能源與可持續(xù)發(fā)展物理與STS 全國公開課一等獎

噴氣發(fā)動機的結構及原理活動內(nèi)容科學講座：噴氣發(fā)動機的結構及原理。活動目的1、使學生加深對內(nèi)燃機結構及基本工作過程的認識及應用。2、使學生認識到現(xiàn)代的尖端技術源于他們正在學習的物理基本知識。3、激發(fā)學生學科學、用科學的熱情，培養(yǎng)他們的觀察分析能力和發(fā)明創(chuàng)造意識?；顒訙蕚浣處熇L制有關結構原理圖、投影片，學生閱讀物理課本第二冊第三章有關內(nèi)容。活動過程1、問題的提出同學們在課內(nèi)已學過內(nèi)燃機的一些知識，知道內(nèi)燃機是在蒸汽機的基礎上改進發(fā)展起來，請在坐的同學回憶一下，回答這樣的三個問題(投影儀依次顯示)。問1：內(nèi)燃機在蒸汽機的基礎上作了哪些改進?歸納：最突出的是用輕巧的氣缸代替笨重的鍋爐，這樣做一方面可以使燃料燃燒比較充分，另一方面使燃燒物的散熱損失大大減少，提高了工作效率，而且結構輕巧。問2：柴油機是在汽油機誕生16年后問世的內(nèi)燃機，它是如何改進的呢?歸納：最主要的改進是用噴油嘴代替了火花塞，使燃料在氣缸內(nèi)平穩(wěn)充分地燃燒，壓縮更為徹底，做功更大，因而柴油機效率比汽油機更高。問3：從能量損失的角度看，內(nèi)燃機存在什么不盡人意之處?歸納：從能量損失的角度考慮，不管是汽油機還是柴油機，都存在以下三方面的問題：一是尾氣帶走的內(nèi)能(即廢氣內(nèi)能)占了一大半，客觀上限制了內(nèi)燃機的效率不足50%(汽油機為20%～30%，柴油機為30%～45%)；二是內(nèi)燃機存在散熱損失，如氣缸、活塞等仍會散熱；三是內(nèi)燃機的機件之間存在機械摩擦而導致機械損失，如氣缸與活塞之間，連桿與活塞，連桿與曲柄等連接件之間的摩擦。為了進一步提高效率，人們對內(nèi)燃機作了進一步的改進，發(fā)明了空氣噴氣發(fā)動機(投影課題)。2、空氣噴氣發(fā)動機①出示空氣噴氣發(fā)動機的掛圖169－1，對照掛圖介紹基本結構：進氣口、壓氣機、燃燒室(噴油嘴、火花塞)、輪機、尾噴管等。圖16-1空氣噴氣發(fā)動機示意圖②基本工作原理，學生根據(jù)投影儀顯示的問題分析討論，教師指導。問1：從掛圖上看，壓氣機與實際生活中的什么電器外形極為相似?由此猜想壓氣機的作用是什么?歸納：壓氣機很象電扇，電扇工作時使其后部的空氣迅速往前流動，由此不難想到，壓氣機旋轉(zhuǎn)時壓迫空氣進入燃燒室并一直往前流動，只要外力使壓氣機轉(zhuǎn)動起來，即有空氣自進氣口進入燃燒室。問2：在燃燒室內(nèi)為什么既有噴油嘴，又有火花塞，而內(nèi)燃機僅有其中之一呢?討論后歸納：由于吸入的只是普通空氣，不能燃燒，故要裝噴油嘴以噴入燃料，這就繼承了柴油機的一些特點。但吸入的空氣不像柴油機里那樣壓縮而升溫，與噴下的油充分接觸而達不到燃燒的溫度要求，故需借助火花塞點火，而且可控制噴油嘴與火花塞的動作保持協(xié)調(diào)一致，以使燃燒更充分徹底。問3：燃氣為什么會通過尾噴管噴出?歸納：由于壓氣機的壓迫，同時更由于與壓氣機同軸同形狀的輪機的旋轉(zhuǎn)，促使燃氣不易回顧而順向從尾噴管噴出。問4：氣體向后噴出，為什么能使機體前行呢?歸納：由于物體間力的作用是相互的，燃氣向后噴也同時對機體產(chǎn)生一個向前的作用而使機體前行。③對照內(nèi)燃機，分析討論空氣噴氣發(fā)動機的利與弊。圖169－2使用液體燃料的火箭示意圖投影1：與內(nèi)燃機相比，噴氣發(fā)動機有哪些改進?歸納：噴氣發(fā)動機沒有壓縮沖程和排氣沖程，沒有氣缸及活塞，基本消除了機械摩擦帶來的機械損失，散熱損失也大為減少，因而與內(nèi)燃機相比，它進一步提高了效率。投影2：從結構原理上分析，空氣噴氣發(fā)動機存在一些什么問題?歸納：空氣噴氣發(fā)動機由于燃燒時沒氣缸，使燃氣利用帶來一些問題，由于燃氣具有很高能量，盡管不會回流，但難免會阻礙空氣的順利進入而影響工作效率，另外，吸氣時如吸入異物會影響發(fā)動機的正常運轉(zhuǎn)，更重要的是還要受到氣候條件及飛行范圍(平流層以內(nèi))的限制，因而有待進一步改進。3、氧氣噴氣發(fā)動機——火箭①結構：投影并出示掛圖169－2。簡介：火箭前部是儲運倉，裝載儀器或彈頭等，后部箭體內(nèi)裝有燃料箱，氧化劑箱，均有輸送泵與之相連，輸送泵類似家用煤氣爐的減壓閥，一方面可控制流量，另一方面還可以減壓，通過輸送泵后的兩管道都進入燃燒室，燃燒室尾部有噴口。②原理：投影介紹燃料(主要是液氫)和氧化劑(主要是液氧)按2∶1的比例輸入密閉的燃燒室劇烈燃燒，產(chǎn)生大量高溫高壓的水蒸氣，急劇向后噴出時推動箭體高速飛行。③分析與討論投影1：火箭中為什么使用的是液態(tài)的氫和氧而不是氣態(tài)的氫和氧呢?歸納：主要是因為液化后便于貯存且裝機容量更大。投影2：在空氣噴氣發(fā)動機的基礎上，火箭有哪些改進與提高?歸納：一是自帶氧化劑，可以不受大氣限制，二是燃料是燃燒值最大的氫，氧是純的，具有極大的能量和更徹底的燃燒優(yōu)勢，三是將燃氣用燃燒室密封起來可以克服空氣發(fā)動機這方面的缺點，因此火箭的活動范圍大為拓展，工作效率也有了很大的提高。4、布置下次的內(nèi)容我們將根據(jù)同學們觀察與思考所提出的問題中帶共性并且涉及我們已學過的熱現(xiàn)象知識及內(nèi)能知識，討論兩個問題：一是家用冰箱能否作空調(diào)，二是內(nèi)燃機的“飛車”如何處理，希望有興趣的同學先問一問，試一試，找一些有關讀物學一學，想一想，作好討論的充分準備?；顒有〗Y這一次講座重點探討了熱機在現(xiàn)代科技中的應用，認真分析了熱機的發(fā)展思路與方向，工