14.2 热机 导学案 2025--2026学年人教版（2024）九年级物理全一册

本文围绕热机展开，核心知识点为热机工作原理、汽油机和柴油机的构造与工作过程等。承接内能知识背景，为后续学习热机效率奠基。通过知识点讲解、例题分析等环节，培养学生物理观念、科学思维等核心素养，如分析热机能量转化渗透能量观念。 该设计创新点在于以丰富例题和变式题强化理解。特色教法有讲练结合，教具运用为思维导图辅助归纳。从学生层面提升解决实际问题能力，为教师提供清晰授课路径，有效突破教学难点。

14.2 热机 导学案 一、学习目标（简写版） 1. 了解热机的定义、工作原理及能量转化过程。 1. 掌握汽油机和柴油机的构造、工作过程及各冲程的特点。 1. 区分汽油机和柴油机的异同点，能运用相关知识解决实际问题。 二、学习重难点 重点 1. 热机的工作原理，即内能转化为机械能的过程。 1. 汽油机的四个冲程（吸气、压缩、做功、排气）的工作特点及能量转化。 1. 柴油机与汽油机在构造、工作过程等方面的异同。 难点 1. 理解汽油机每个冲程中气门的开闭、活塞的运动方向及能量转化。 1. 分析汽油机和柴油机在点火方式、效率等方面存在差异的原因。 1. 结合实际场景，运用热机的知识解释相关现象和问题。 三、知识点自主预习填空 1. 热机 0. 热机是把______能转化为______能的机器。 0. 常见的热机有______、______、______和______等。 0. 热机工作时，燃料在______内燃烧，产生高温高压的______，推动活塞做功，实现能量的转化。 10. 汽油机 0. 汽油机是利用______作燃料的内燃机，其构造主要包括气缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞等。 0. 汽油机的一个工作循环由______、、、______四个冲程组成，其中只有______冲程对外做功，其他三个冲程靠______的惯性完成。 0. 在压缩冲程中，______能转化为______能；在做功冲程中，______能转化为______能。 11. 柴油机 0. 柴油机是利用______作燃料的内燃机，其构造与汽油机相似，但没有______，而有______。 0. 柴油机的点火方式是______，汽油机的点火方式是______。 0. 柴油机的效率比汽油机______（选填 “高” 或 “低”）。 四、知识点讲解与要点剖析 知识点 1：热机 1. 核心知识 0. 定义：热机是将内能转化为机械能的机器。它通过燃料的燃烧获取内能，然后将内能转化为机械能，为人类提供动力。 0. 工作原理：燃料在气缸内燃烧，生成高温高压的燃气，燃气膨胀推动活塞做功，将内能转化为机械能。 0. 常见类型：蒸汽机、内燃机（汽油机、柴油机）、汽轮机、喷气发动机等。其中，内燃机是最常见的热机之一，广泛应用于汽车、摩托车、拖拉机等交通工具中。 13. 常考易错点 0. 混淆热机的能量转化方向，错误认为是机械能转化为内能。 0. 对热机的工作过程理解不清晰，不清楚燃料燃烧产生的内能如何转化为机械能。 经典例题 热机工作时，能量的转化过程是（ ） A. 机械能→内能→化学能 B. 化学能→内能→机械能 C. 化学能→机械能→内能 D. 内能→化学能→机械能 解析：燃料具有化学能，燃烧时转化为内能，燃气推动活塞做功将内能转化为机械能，所以能量转化过程是化学能→内能→机械能。答案选 B。 知识点 2：汽油机 1. 核心知识 0. 构造：主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞等组成。火花塞的作用是在压缩冲程结束时产生电火花，点燃可燃混合气。 0. 工作过程（一个工作循环）： 16. 吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入汽油和空气的混合物。 16. 压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩气缸内的混合气，使其温度升高，机械能转化为内能。 16. 做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，点燃混合气，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，内能转化为机械能，带动曲轴转动。 16. 排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将燃烧后的废气排出气缸。 0. 特点：一个工作循环中，活塞往复运动 2 次，曲轴转动 2 周，对外做功 1 次。 15. 常考易错点 0. 记错各冲程中气门的开闭状态和活塞的运动方向，例如在吸气冲程误记为排气门打开。 0. 混淆压缩冲程和做功冲程的能量转化，将压缩冲程的机械能转化为内能记反。 0. 忽略一个工作循环中对外做功的次数，错误认为每个冲程都对外做功。 经典例题 在汽油机的一个工作循环中，对外做功的是（ ） A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 解析：汽油机一个工作循环中，只有做功冲程对外做功，其他冲程靠飞轮惯性完成。答案选 C。 变式题 汽油机在压缩冲程中，气缸内气体的（ ） A. 温度降低，内能减小 B. 温度升高，内能增大 C. 温度降低，内能增大 D. 温度升高，内能减小 解析：压缩冲程中，活塞压缩气体，机械能转化为内能，气体温度升高，内能增大。答案选 B。 知识点 3：柴油机 1. 核心知识 0. 构造：与汽油机相似，但没有火花塞，而有喷油嘴。喷油嘴在压缩冲程末向气缸内喷射柴油。 0. 工作过程：也包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，与汽油机的主要区别在于： 22. 吸气冲程：吸入的是空气，而非混合气。 22. 压缩冲程：压缩的是空气，压缩程度比汽油机大，空气被压缩后温度更高。 22. 做功冲程：压缩冲程末，喷油嘴向气缸内喷射柴油，柴油遇到高温空气立即燃烧，产生高温高压燃气推动活塞做功，属于压燃式点火。 0. 与汽油机的异同点： 项目 汽油机 柴油机 燃料 汽油 柴油 点火方式 点燃式（火花塞） 压燃式（喷油嘴） 吸气冲程吸入物质 汽油和空气的混合物 空气 压缩程度 较小 较大 效率 较低（20% - 30%） 较高（30% - 45%） 应用 小汽车、摩托车等 卡车、拖拉机、轮船等 17. 常考易错点 0. 混淆柴油机和汽油机的点火方式，错误认为柴油机也用火花塞点火。 0. 不清楚两者在吸气冲程吸入物质的不同，误将柴油机吸气冲程吸入的物质当作混合气。 0. 对两者效率差异的原因理解不透彻，不知道压缩程度不同是导致效率不同的重要因素之一。 经典例题 下列关于柴油机和汽油机的说法中，错误的是（ ） A. 柴油机以柴油为燃料，汽油机以汽油为燃料 B. 柴油机采用压燃式点火，汽油机采用点燃式点火 C. 柴油机和汽油机的吸气冲程吸入的物质相同 D. 柴油机的效率一般比汽油机高 解析：柴油机吸气冲程吸入的是空气，汽油机吸入的是汽油和空气的混合物，C 错误；A、B、D 说法正确。答案选 C。 变式题 柴油机在工作过程中，下列说法正确的是（ ） A. 吸气冲程吸入的是柴油和空气的混合物 B. 压缩冲程将内能转化为机械能 C. 做功冲程是靠飞轮的惯性完成的 D. 做功冲程是柴油燃烧产生的高温高压燃气推动活塞运动 解析：柴油机吸气冲程吸入的是空气，A 错误；压缩冲程将机械能转化为内能，B 错误；做功冲程是燃气推动活塞运动，不是靠飞轮惯性，C 错误；D 正确。答案选 D。 五、效果检测（判断正误） 1. 热机工作时，将内能全部转化为机械能。（ ） 1. 汽油机的四个冲程中，只有做功冲程发生能量转化。（ ） 1. 柴油机的点火方式是压燃式，不需要火花塞。（ ） 1. 汽油机吸气冲程吸入的是空气。（ ） 1. 柴油机的效率比汽油机高，是因为其压缩程度更大。（ ） 六、思维导图 七、归纳总结 1. 热机是将内能转化为机械能的机器，通过燃料燃烧获取内能，再将内能转化为机械能，常见的有汽油机、柴油机等。 1. 汽油机和柴油机都有四个冲程，即吸气、压缩、做功、排气冲程，其中做功冲程是能量转化的关键，实现内能到机械能的转化，其他冲程靠飞轮惯性完成。 1. 汽油机和柴油机在燃料、点火方式、吸气物质、压缩程度、效率及应用等方面存在差异，了解这些差异有助于更好地理解和应用热机。 8、 课后作业 一、单选题 1．内燃机的工作能量来源于燃料的（　　） A．机械能 B．内能 C．化学能 D．化学能和内能 2．近年来我国先进装备层出不穷，我们倍感自豪，如图所示装备的动力装置与其他不同的是（　　） A．玉兔号月球车 B．福建号航母 C．歼20战机 D．C919大型客机 3．下列关于汽油机和柴油机的说法，正确的是 （　　） A．柴油机的工作过程分为吸气、压缩、排气三个冲程 B．汽油机和柴油机都属于内燃机 C．汽油机比柴油机笨重 D．汽油机的功率比柴油机大 4．一台单缸四冲程汽油机的飞轮的转速是2400r/min，则此汽油机每秒完成的冲程个数和对外做功次数分别是（　　） A．完成80个冲程，对外做功20次 B．完成80个冲程，对外做功40次 C．完成40个冲程，对外做功10次 D．完成40个冲程，对外做功40次 5．如图甲所示，爆破时电加热管发热使筒内的液态CO2迅速汽化，形成高压气体从泄气孔中喷出实施爆破。选项图中，汽油机的能量转化与它的能量转化情况相同的是（　　） A． B． C． D． 6．民为国垒，谷为民命，粮食事关国运民生。粮食安全是国家安全的重要基础。如图是两台收割机正在收割小麦的场景。晓凤同学提出问题：收割机用四冲程柴油机提供动力，其中压缩冲程过程中，柴油机气缸内气体（　　） A．质量变大 B．内能减小 C．体积变大 D．温度升高 7．晓凤同学提出问题：收割机用四冲程柴油机提供动力，其中压缩冲程过程中，柴油机汽缸内气体（　　） A．质量变大 B．内能减小 C．体积变大 D．温度升高 8．我国在柴油机的研制上已将本体热效率突破53%。在柴油机的四个冲程中，内能转化为机械能的是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 二、填空题 9．在卫星发射过程中的点火加速上升阶段，发生的能量转化是：燃料的 能转化为内能，然后转化为卫星的 能。 10．中医药学中对药物的炮制方式多种多样，图甲是通过炒的方式来改变药物的性质，这个过程中是通过 的方式改变其内能；图乙是通过发酵的方式，如果操作不当，可能会发生爆炸，其中爆炸时的能量转化形式与内燃机中的 冲程相同；图丙是最后重要的熬煮阶段，通过熬煮可以让有效成分更多地溶入到汤药中，是因为分子无规则运动的剧烈程度与 有关。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 九、答案与解析 （一）自主预习填空答案 1. 内；机械；蒸汽机；内燃机；汽轮机；喷气发动机；气缸；燃气 1. 汽油；吸气冲程；压缩冲程；做功冲程；排气冲程；做功；飞轮；机械；内；内；机械 1. 柴油；火花塞；喷油嘴；压燃式；点燃式；高 （二）效果检测答案及解析 1. ×。热机工作时，由于存在热量损失等，内能不可能全部转化为机械能，效率小于 100%。 1. ×。汽油机的压缩冲程和做功冲程都有能量转化，压缩冲程是机械能转化为内能，做功冲程是内能转化为机械能。 1. √。柴油机采用压燃式点火，通过喷油嘴喷油，柴油遇高温空气自燃，不需要火花塞。 1. ×。汽油机吸气冲程吸入的是汽油和空气的混合物，柴油机吸气冲程吸入的是空气。 1. √。柴油机压缩程度更大，空气被压缩后温度更高，燃料燃烧更充分，效率更高。 （3） 课后作业答案及解析 1．C 【详解】内燃机工作时，将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，燃气推动活塞做功，把内能转化为机械能．所以内燃机的工作能量来源于燃料的化学能。 故选C。 【点睛】 2．A 【详解】月球车在月球运动，月球无空气，靠太阳能电池板，将太阳能转化为电能来工作，动力装置是电动机；航母、战机、客机燃烧燃料，动力装置是热机，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 3．B 【详解】A．柴油机的工作过程分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程，故A错误； B．柴油机和汽油机都是利用内能做功的机器，都是热机，因为燃料都是在汽缸内燃烧，又都叫做内燃机，故B正确； CD．柴油机一般比较笨重，功率相对较大，常用于卡车、大型拖拉机等；汽油机比柴油机较轻巧，常用于小型汽车等，故CD错误。 故选B。 4．A 【详解】四冲程内燃机一个工作循环，活塞往复两次、飞轮转两周，完成四个冲程，对外做功一次，当飞轮的转速是2400r/min，即40r/s时，每秒内完成80个冲程，对外做功20次，故A正确，BCD错误。 故选A。 5．C 【详解】A．由题意可知，爆破时的能量转化情况为内能转化为机械能，本选项为汽油机的吸气冲程，此冲程不存在能量转化，故A不符合题意； B．由图像可知，本选项为汽油机的压缩冲程，此冲程的能量转化情况为机械能转化为内能，与爆破时的能量转化情况不相同，故B不符合题意； C．由图像可知，本选项为汽油机的做功冲程，此冲程的能量转化情况为内能转化为机械能，与爆破时的能量转化情况相同，故C符合题意； D．由图像可知，此选项为汽油机的排气冲程，此冲程不存在能量转化，故D不符合题意。 故选C。 6．D 【详解】A．质量：在压缩冲程中，气缸是封闭的，气体的质量不会发生变化，故A不符合题意。 B．内能：压缩冲程中，活塞对气体做功，机械能转化为气体的内能，气体的内能增大，故B不符合题意。 C．体积：压缩冲程，活塞向上运动，气缸内气体的体积变小，故C不符合题意。 D．温度：由于活塞对气体做功，气体内能增大，温度升高，D符合题意。 故选D。 7．D 【详解】四冲程柴油机中的压缩冲程，活塞向上移动，汽缸内气体体积变小，气体质量不变，压缩冲程将机械能转化为内能，内能变大，温度升高，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 8．C 【详解】柴油机的四个冲程中有两个冲程发生能量转化，一是压缩冲程中机械能转化为内能；二是做功冲程中内能转化为机械能，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 9． 化学 机械 【详解】[1]燃烧时，放出热量，燃料的化学能转化为内能。 [2]高温高压燃气膨胀，将火箭向前推动，燃料的内能转化为火箭和卫星的机械能。 【点睛】 10． 热传递 做功 温度 【详解】[1]通过炒的方式来改变药物的性质，这个过程中药物吸收热量，温度升高，内能增大，是通过热传递的方式改变其内能。 [2]内燃机做功冲程中内能转化为机械能，爆炸时的能量转化也是内能转化为机械能，所以爆炸时的能量转化形式与内燃机中的做功冲程中能量转化形式相同。 [3]温度越高，分子的无规则运动越剧烈，药物的有效成分越容易溶入到汤药中。 $$