〔关键词〕 物理教学;内燃机;效率;冲程;工艺;应用物理
〔中图分类号〕 G633.7〔文献标识码〕 C
〔文章编号〕 1004—0463(2010)
07(A)—0064—01
在物理教学中,应用物理本因无处不在,却受限于课堂与应试模式,课堂中对应用物理的教学涉及非常少。虽然有限于中学物理所学理论少且理想化,但是可以通过某些实验或者小制作来引导学生对物理学的应用进行思考,从而激发学生对物理产生兴趣和对未知领域的探索欲望。
内燃机是初中物理学要求了解的一部分内容,这部分内容起到了承上启下的作用,上是内能的利用,下是热机的效率。若将这部分内容深化,我们会看到更大的希望——学习物理的本意,让学生既学习了知识,也知道如何才能将物理知识应用于日常生活。内燃机本身是将化学能转化为机械能的过程,如果对内燃机进行深入剖析,至少可以了解如何将一种能量转化为我们需要的并且可以控制的能量。从整个过程来看,可以学习的东西是不少的。由于对内燃机的剖析对于初学者是比较困难的,如果将这部分内容安排到复习或者高中阶段,效果会更好。
内燃机的四个冲程是对内燃机的基本了解,而其工作原理与具体运转过程之间还有哪些区别呢?对于需要较大功率时还需要做出什么样的改进呢?这些问题中学生完全可以通过已学知识去思考了。
从燃料燃烧可以得到内能,而如何将内能转化为机械能呢?最简单的办法当然是教科书列举的例子:烧水得到水蒸气,用水蒸气的压力推动物体得到机械能,这样也会出现新的问题,就是如何控制得到的动能使其为生活生产服务,并且如何才能持续地供应机械能呢?因为只有持续的动能才能更好地为生活生产服务。
内燃机的诞生改变了人们的生活,研究与改进内燃机是目前不会落后的一个项目。内燃机是发动机的一部分,内燃机的曲轴运转通过齿轮带动发动机运转,如果使用动画演示的话,将会一目了然。内燃机的四个冲程必须连续、无限循环并且可以控制,否则无法源源不断地提供可以控制的机械能。吸气冲程:活塞向下运动给予燃料和空气混合物空间,同时连杆下端(下止点)的曲轴运转半圈。压缩冲程:这一冲程是由于曲轴的惯性让曲轴运转了半圈,同时活塞被顶到上端(称为上止点)。这一冲程中,燃烧室容积压强增大,温度升高。做功冲程:点燃燃烧室内的燃料,使得燃烧室压强急剧增大,高压使得活塞向下运动,同时曲轴转动半圈。排气冲程:打开排气孔,活塞由于惯性转动半圈,同时活塞被顶至上端(上止点)。四个冲程完成后,如此循环往复,内燃机就可以为我们提供源源不断的能量。在这四个冲程中,做功冲程是物理基础,而另外的三个冲程和喷气、排气装置属于工艺技巧。
在应用物理学中,理论和工艺的发展都可以提高效率。而应用的理论一旦确定后,工艺才是关键。发动机是汽车、飞机和轮船的心脏,一个国家工业水平往往可以从其发动机技术来确定,而内燃机是发动机的心脏。我国大飞机生产滞后的主要技术原因还是大功率的发动机制作工艺落后。
在飞机和轮船上需要大功率的发动机,此时引导学生想象,如何改进才能使内燃机产生更大的功率?毫无疑问,增加喷油量。而增加喷油量又会导致燃烧不充分,要燃烧充分又得需要更大的燃烧空间,这就使得内燃机的体积增大。对大功率内燃机的改进方式主要是采用多缸内燃机,相当于多个内燃机共用一个曲轴。这时可以举例解释三缸发动机的工作原理,然后让学生想象四缸、六缸和八缸内燃机的工艺设计,在这样的内燃机中如何能使多缸内燃机稳定、持续地为发动机提供动力?虽然是纸上谈兵,但是可以将学生的思维拓展开来,不再局限于对内燃机的认识仅仅是一节不太重要的物理课。
内燃机的效率是必须考虑的一个属性,如果效率太低,耗能太高,那么它就会被淘汰。如何提高内燃机的效率是人们永恒的追求,对于中学生来说,了解内燃机的效率对于生产生活有多大的影响,甚至从内燃机的效率可以反映一个国家工业技术的水平;了解到提高内燃机的效率可以从增加燃烧效率,降低机械损耗(比如用润滑油等)着手。
只要勤思考,多动手,物理学的应用就会无处不在,引导学生将所学知识应用于日常生活中,可以增强学生的学习兴趣,还可以提高学生的学习效率。