第三节 热机（表格式教学设计）物理沪科版2024九年级全一册

该初中物理教学设计聚焦热机的能量转化及内燃机四冲程工作原理，通过展示列车、轮船等交通工具图片导入，关联前两节“内能及其改变”知识，从内能认识转向实际利用，为后续“热机效率”学习搭建支架。 特色在于实验演示（酒精燃烧推动橡胶塞）与动画辅助四冲程教学，引导学生分组讨论绘制冲程示意图培养科学探究能力，对比表格归纳汽油机与柴油机差异提升科学思维，结合我国航天成就渗透科学态度与责任，助力学生突破抽象难点，为教师提供结构化教学流程与实例支撑。

第三节 热机（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 课时数 1课时 教师 课题 第三节 热机 教学 目标 物理观念 知道热机的定义； 了解内燃机的分类，掌握四冲程内燃机的工作顺序及每个冲程的核心特点，明确热机的能量转化； 能区分汽油机与柴油机的结构差异。 科学思维 通过对比汽油机与柴油机的结构、工作冲程，归纳两者的异同点，培养 “对比分析→归纳总结” 的科学思维。 科学探究 通过观察四冲程汽油机 / 柴油机的示意图或动画，分组讨论每个冲程的工作细节，能自主绘制简易冲程示意图并标注关键信息（气阀、活塞运动）。 科学态度 与责任 体会热机对人类社会发展的推动作用（如交通运输方式的革新），认识内能利用的重要性。 了解我国现代火箭技术的成就（载人航天、北斗导航、探月工程），增强民族自豪感，培养 “科技强国” 的责任意识。 教材 分析 本节课是沪科版（2024）九年级物理 “第十四章 内能与热机” 的第三节，是前两节 “内能及其改变”“物质的比热容” 的延伸 —— 从 “内能的认识” 转向 “内能的实际利用”，核心是能量转化（内能→机械能）的具体应用，为后续学习 “热机效率” 奠定基础。 学情分析 九年级学生已具备以下基础： 知道 “内能可以改变”“能量可以相互转化”（前两节知识）； 对生活中的 “汽车发动机”“柴油车” 有感性认识，能区分 “汽油车” 与 “柴油车” 的外观差异（如货车多为柴油车）； 具备基本的 “观察实验→分析现象” 能力，能理解 “做功改变内能” 的实验本质。 2. 学习难点 抽象性：四冲程是循环过程，难以直观感知 “活塞运动、气阀开关” 的同步关系； 易混淆点：压缩冲程与做功冲程的能量转化方向，汽油机与柴油机的点火方式、结构差异； 关联性：难以将 “燃料燃烧” 与 “冲程循环” 串联，理解 “化学能→内能→机械能” 的完整转化链。 教学重点 四冲程汽油机的工作原理与的能量转化； 汽油机与柴油机的核心差异。 教学重点 四冲程的循环性；压缩冲程与做功冲程的区分 教学过程 教学活动 设计意图 导入新课 【提出问题】 展示图片：列车飞驰、轮船航行、飞机升空 提问： 1. 这些交通工具的动力来自哪里？ 动力来自于发动机 2. 发动机是如何让交通工具运动的？ 发动机需要能量转化 【归纳总结】发动机中有一种能将 “内能转化为机械能” 的机器，叫做热机，本节课探究热机的工作原理。 结合生活经验回答问题，初步建立 “发动机→能量转化” 的关联，进入学习情境。 学习新课 一、热机 1. 热机 【自主学习】 引导学生阅读课本，找到热机的能量转化过程？ 燃料燃烧的内能转化为机械能； 燃料化学能→燃烧→内能→机械能； 热机的分类展示图片：蒸汽机、汽油机（汽车发动机）、柴油机（货车发动机）、喷气发动机（飞机） 【教师总结】 内燃机是最常见的热机，燃料在气缸内燃烧（区别于蒸汽机的 “外部燃烧”），内燃机最常见的就是汽油机和柴油机。 阅读课本明确热机定义，观察图片区分不同热机，理解 “内燃机” 的核心特点（气缸内燃烧）。 学习新课 二、汽油机 1. 迷你实验室：内能转化为机械能 【演示实验】 1. 实验演示实验器材：圆筒、酒精、橡胶塞、电火花点火器（图 14-15）。 操作步骤：① 向圆筒内加入少量酒精，塞紧橡胶塞（形成酒精蒸气与空气混合气体）；② 用电火花点火，观察橡胶塞的运动。 2. 分析实验提问：- 观察到什么现象？（橡胶塞跳出）- 现象背后的能量转化是什么？（酒精燃烧→内能→燃气对橡胶塞做功→机械能） 【归纳总结】 该实验与热机的核心原理一致：燃气内能转化为机械能。。  2. 汽油机构造 【自主学习】 汽油机的结构展示汽油机结构示意图 标注核心部件： 气缸、活塞、连杆、曲轴（机械能输出部件）；进气阀、排气阀（控制气体进出）； 火花塞（点火部件）。 3. 汽油机的四冲程 【自主学习】 四冲程的工作细节播放四冲程动画，逐冲程讲解（结合课本图 14-16），并板书关键信息 【归纳总结】 （1）冲程：汽油机工作时，活塞在气缸内做一次单向运动叫做一个冲程（或行程）。 （2）四个冲程 汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。 多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 1个工作循环中有4个冲程，活塞往复2次，飞轮转动2周，对外做功1次。 在这个四个冲程中，利用曲轴的惯性来完成的是吸气、压缩和排气冲程。 【例1】下图为内燃机的四个冲程工作示意图，下列说法正确的是（   ） A．一个工作循环的正确顺序是乙、甲、丙、丁 B．图乙冲程能获得动力 C．图丁冲程气缸内气压变高，气体温度升高，内能增大 D．图丙冲程中的废气已经没有内能了 【答案】C 【详解】甲图中两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能；乙图中进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程；丙图中排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程；丁图中两个气门都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，是机械能转化为内能。 A．四冲程内燃机一个工作循环有四个冲程，分别是吸气、做功、压缩和排气，四个冲程的正确顺序是乙、丁、甲、丙，故A错误； B．乙图为吸气冲程，内燃机在做功冲程能获得动力，故B错误； C．丁图为压缩冲程，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，在该冲程中将机械能转化为内能，气缸内气压变高，气体温度升高，内能增大，故C正确； D．丙图为排气冲程，一切物体都有内能，废气有内能，故D错误。 故选C。 观察实验现象，记录橡胶塞的运动状态；分组讨论能量转化过程，将实验与热机原理建立关联。 学习新课 三、柴油机 1. 柴油机 1. 利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机。 2. 展示柴油机结构示意图，对比汽油机找到核心差异：气缸顶部无火花塞，改为喷油嘴。 3. 工作过程 柴油机的一个工作循环与汽油机相类似，也是由四个冲程组成的。每完成一个工作循环曲轴和飞轮均转两周，对外做功一次，活塞往复运动两次，除做功冲程外的其他三个冲程，是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成的。 柴油机吸入气缸内的物质只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。喷油嘴喷雾状柴油，遇高温空气自燃（压燃式）（区别于汽油机的 “点燃式”）。 2.汽油机与柴油机的区别与联系 项目 汽油机 柴油机 构造 气缸顶部有一个火花塞 气缸顶部有一个喷油嘴 燃料 汽油 柴油 吸气冲程 吸入汽油与空气的混合物 只吸入空气 压缩冲程 压缩程度较小  压缩程度较大  做功冲程 点燃式，内能转化为机械能  压燃式，内能转化为机械能  排气冲程 排出废气 项目 汽油机 柴油机 特点与 适用范围 轻巧、功率小； 适用于小汽车、摩托车等。 笨重、功率大； 适用于载重汽车、轮船等。 相同点 一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。  压缩冲程把机械能转化为内能。 【例2】柴油机的构造与汽油机相似，但柴油机汽缸顶部没有 ，而有一个 。柴油机在吸气冲程里吸进汽缸的是 。 【答案】 火花塞 喷油嘴 空气 【详解】[1][2][3]汽油机在吸气冲程中吸入了汽油和空气的混合气体，在压缩冲程中，机械能转化为内能，内能增大，温度升高，汽油机汽缸顶端有个火花塞，此时火花塞产生电火花点火，采用点燃式点燃汽油，产生高温高压的燃气推动活塞做功。柴油机在吸气冲程中吸入空气，在压缩冲程中，机械能转化为内能，空气的内能增大，柴油机汽缸顶端有个喷油嘴，此时喷油嘴喷出雾状的柴油，柴油遇到高温的空气，达到着火点而燃烧，点燃方式是压燃式，燃烧产生高温高压的燃气推动活塞做功，柴油机的压缩比更大、温度更高、做功更多，效率更高。 【例3】初夏时节，一农民伯伯使用一台单缸四冲程汽油机简易播种机在田里劳作。单缸四冲程汽油机工作时，只有第三个冲程中燃气对外做功，其他冲程是靠飞轮的 来完成的；若飞轮的转速为1200r/min，则该汽油机每秒钟做功 次。 【答案】 惯性 10 【详解】[1]四冲程内燃机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功和排气四个冲程组成的；在内燃机工作的四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他冲程是靠飞轮的惯性来工作的。 [2]四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，则该飞轮每秒钟转20圈；因为一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，所以，1s内飞轮转20圈，活塞往复运动20次，共10个工作循环，做功10次。 学习新课 四、热机的拓展 火箭发动机展示古代火箭与现代火箭图片（图 14-21），介绍： 原理与内燃机一致：高温高压燃气向后喷出→反推火箭前进（内能→机械能）； 我国成就：载人航天、北斗导航、探月工程，体现火箭技术的世界领先地位。 中国航天事业自 1970 年 “东方红一号” 卫星发射以来，已发展成为全球最具影响力的航天力量之一。以下是我国在航天领域取得的核心成就： 一、载人航天：从 “一人一天” 到 “常驻太空” 里程碑式突破 2003 年神舟五号实现首次载人航天，使中国成为世界上第三个独立掌握载人航天技术的国家。截至 2025 年，神舟系列飞船已成功执行 13 次载人任务，累计将 18 名航天员送入太空。2021 年天和核心舱发射后，中国空间站全面建成并转入应用与发展阶段，目前已在轨实施 200 余项科学实验，涵盖空间生命科学、微重力物理等前沿领域。 技术创新引领 突破了太空出舱（神舟十二号航天员刘伯明、汤洪波完成 9 小时出舱任务，创亚洲纪录）、交会对接、在轨补加等关键技术。新一代载人飞船 “梦舟” 正在研制中，可同时满足近地轨道和载人登月任务需求，未来将实现 7 人乘组运输能力。 常态化运营能力 2025 年计划实施神舟二十号、神舟二十一号载人飞船和天舟九号货运飞船发射，进一步验证长期驻留、物资补给和舱外作业技术，为载人登月奠定基础。 二、深空探测：月球与火星的 “中国足迹” 月球探测：从绕月到月背采样 嫦娥工程：实现 “绕、落、回” 三步走目标后，2024 年嫦娥六号完成人类首次月球背面采样返回，带回 1935.3 克月壤样品，填补了月球背面地质演化研究的空白。 科学发现：通过嫦娥六号样品分析，首次揭示月球南极 - 艾特肯盆地形成于 42.5 亿年前，发现月背 42 亿年前和 28 亿年前存在火山活动，且月幔水含量显著低于正面，为破解月球 “二分性” 提供关键证据。 未来规划：2026 年嫦娥七号将对月球南极水冰资源展开详查，2029 年嫦娥八号将联合嫦娥七号建立国际月球科研站原型，验证月面资源开发技术国家航天局。 火星探测：一次任务实现 “绕、着、巡” 2021 年天问一号成功着陆火星乌托邦平原，祝融号火星车完成 90 天巡视探测，获取火星表面形貌、土壤成分等数据，使中国成为第三个成功登陆火星的国家。2025 年发射的天问二号将对近地小行星 2016HO3 进行采样返回，并前往主带彗星 311P 开展伴飞探测，首次实现 “一次发射、双目标探测” 的复杂任务中国空间技术研究院。 三、卫星应用：构建天地一体化信息网络 北斗导航系统 2020 年北斗三号全球系统建成，提供全天候、高精度定位导航服务，全球定位精度达 4-5 米，亚太地区可实现实时米级增强定位。目前已广泛应用于交通运输、农业、应急救援等领域，并与 GPS、伽利略系统兼容，成为全球卫星导航系统核心供应商之一。 遥感与通信卫星 高分专项：通过高分系列卫星实现 1 米级分辨率全球观测，为国土普查、环境监测等提供数据支撑。 通信卫星：实践二十号卫星搭载全球最大口径通信天线，使中国通信卫星技术跻身国际前列；中星系列卫星覆盖 “一带一路” 沿线，为偏远地区提供宽带服务。 空间科学卫星 发射 “悟空” 暗物质粒子探测卫星、“墨子号” 量子科学实验卫星、“慧眼” 硬 X 射线调制望远镜等 10 余颗科学卫星，在暗物质探测、量子通信、黑洞观测等领域取得国际领先成果。 四、运载火箭：从常规推进到深空探索 长征系列火箭 截至 2025 年 4 月，长征火箭已完成 570 次发射，成功率超过 96%。其中，长征五号 B 运载火箭近地轨道运力达 25 吨，支撑空间站建设；长征三号乙火箭成功发射天问二号探测器，实现 4.8 亿公里外的深空探测。 商业航天崛起 蓝箭航天 “朱雀三号” 液氧甲烷火箭完成垂直回收试验，星际荣耀 “双曲线二号” 验证可重复使用技术。商业航天市场规模超万亿元，形成从火箭制造到卫星应用的完整产业链。 五、国际合作：从 “参与” 到 “引领” 月球与深空合作 嫦娥六号任务与欧洲航天局、俄罗斯航天集团等开展数据共享；2025 年嫦娥八号任务公开征集国际合作项目，吸引 11 个国家和地区的 10 个项目参与，包括月面机器人、射电天文阵列等国家航天局。 多边机制建设 推动成立国际月球科研站，与俄罗斯、巴基斯坦等国签署合作协议；参与国际小行星预警网，共享近地天体监测数据，提升全球空间安全能力。 六、未来展望：向 “航天强国” 迈进 载人登月工程 计划 2030 年前实现中国人首次登月，同步开展月面基地前期建设，突破地月往返、长期驻留、人机联合探测等关键技术。 深空探测拓展 天问三号计划 2028 年发射，执行火星采样返回任务，有望在 2030 年前后将火星样品带回地球，领先美欧同类计划。同时，木星系探测、天王星飞越等任务已启动技术攻关。 商业航天升级 推动火箭回收技术实用化，降低发射成本；发展卫星互联网星座，计划 2030 年前建成由数百颗低轨卫星组成的 “星网” 系统，实现全球无缝通信覆盖。 从 “航天大国” 到 “航天强国”，中国航天正以年均 20% 以上的增速稳步前行。这些成就不仅彰显了科技创新实力，更通过 “航天 +” 模式赋能经济社会发展 —— 北斗导航助力智慧农业增产 10%，航天材料衍生出 5 万余种民用产品，航天育种培育出超 200 个优质农作物品种。未来，中国航天将继续以 “探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航天强国” 为目标，为人类文明进步贡献更多中国智慧。 聆听火箭技术介绍，结合热机原理分析火箭的能量转化；分享对 “科技强国” 的感受，增强民族自豪感。 课 堂 练 习 1．下图依次为四冲程汽油机工作示意图，这四个冲程中活塞和曲轴的位置，进气门、排气门的开闭情况和活塞的运动情况错误的是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】B 【详解】A．吸气冲程中，进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，故A正确，不符合题意； B．压缩冲程中，两个气门都关闭，活塞应向上运动，并且不应该产生电火花，故B错误，符合题意； C．做功冲程中，两个气门都关闭，活塞向下运动，且产生电火花，故C正确，不符合题意； D．排气冲程中，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，故D正确，不符合题意。 故选B。 2．热机工作时，能量转化的基本过程是（　　） A．机械能→内能→化学能 B．内能→化学能→机械能 C．化学能→机械能→内能 D．化学能→内能→机械能 【答案】D 【详解】热机工作时，燃料燃烧将化学能转化为内能，并将内能转变为机械能。所以热机是利用内能做功的机器。能量转化的基本过程是化学能→内能→机械能，故ABC不符合题意；D符合题意。 故选D。 3．下列有关柴油机和汽油机的说法中，不正确的是（　　） A．汽油机有火花塞 B．柴油机有喷油嘴 C．汽油机的效率一般比柴油机高 D．汽油机的点火方式是点燃式 【答案】C 【详解】AB．汽油机与柴油机的结构不同，汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴，故AB正确，不符合题意； CD．汽油机的点火方式是点燃式，柴油机的点火方式是压燃式，柴油机的燃料燃烧比较充分，汽油机的效率一般比柴油机低，故C不正确，符合题意，D正确，不符合题意。 故选C。 4．现代火箭使用的喷气发动机也是一种热机，将 能转化为 能。 【答案】 内 机械 【详解】[1][2]热机是把内能转化为机械能的机器。火箭发动机工作时，燃料的化学能先转化为燃气的内能，再将内能转化为火箭的机械能。因此，作为一种热机，它实现了从内能到机械能的转化。 5．四冲程内燃机的一个工作循环有4个冲程，每完成1个工作循环，活塞往复运动2次，飞轮转 转，对外做功1次。现有一单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1200r/min，该汽油机在1s内飞轮转 转，完成 个工作循环，对外做功 次。 【答案】 2 20 10 10 【详解】[1][2][3][4]内燃机一个工作循环活塞往复2次，飞轮转动2周，做功1次，完成4个冲程；该单缸四冲程汽油机飞轮转速是1200r/min，即20r/s，则该汽油机在1s内飞轮转20转，完成10个工作循环，对外做功10次。 6．下图是某内燃机的某个冲程示意图，则该内燃机为 （选填“汽油机”或“柴油机”），它的点火方式为 （选填“点燃式”或“压燃式”）。 【答案】 柴油机 压燃式 【详解】[1]柴油机气缸顶部有喷油嘴，汽油机气缸顶部有火花塞，这就是汽油机和柴油机在构造上的主要区别。图中内燃机顶部为喷油嘴，是柴油机。 [2]汽油机的点火方式是点燃式，柴油机的点火方式是压燃式。 7．图中单缸四冲程汽油机正处在 冲程，若该汽油机转速为1800r/min，则它每秒钟完成 个冲程。用水循环带走汽油机产生的热量，这是利用 的方法改变内能。 【答案】 压缩 60 热传递 【详解】[1]由图得，该冲程两气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程。 [2]若该汽油机转速为 1s内飞轮转动30r，飞轮转动2r经历4个冲程，则它每秒钟完成60个冲程。 [3]用水循环带走汽油机产生的热量，水吸收汽油机的热量，减小汽油机的内能，这是利用热传递的方法改变内能。 8．在内燃机做功冲程中，高温气体迅速膨胀做功，此时气体的温度 （选填“升高”或“降低”），内能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】 降低 减小 【详解】[1][2]当内燃机内部的高温气体迅速膨胀对外做功时，内能转化为机械能，故气体的内能会减小，气体的温度会降低。 9．如图是单缸四冲程汽油机的某个冲程，该冲程中 能转化为 能。 【答案】 机械 内 【详解】[1][2]由图可知，两个气门关闭、活塞上行，是压缩冲程，压缩冲程的过程中气体内能增大，该过程中将机械能转化为内能。 10．如图甲所示，在试管内装些水，用带玻璃管的胶塞塞住，在玻璃管口处放一个用纸做成的小叶轮。加热试管使水沸腾，观察到小叶轮转动，该过程与图 （选填“乙”或“丙”）冲程工作原理相同。“白气”是水蒸气 （写出物态变化名称）形成的。 【答案】 丙 液化 【详解】[1]由图甲知，加热试管使水沸腾，水蒸气推动小风车做功，使之不停地转动，这一过程中内能转化为机械能；乙图中，两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能；丙图中，两个气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能；则图甲实验中能量转化方式与图丙冲程工作原理相同。 [2]物质由气态变为液态的过程叫做液化，甲图中的“白气”是小水珠，所以“白气”是水蒸气液化形成的。 板 书 设 计 第三节 热机 一、热机 1. 定义：内能→机械能的机器 2. 分类：蒸汽机、喷气发动机、内燃机 二、内燃机（四冲程循环） · 共性：吸气→压缩→做功→排气 三、汽油机 vs 柴油机 对比项 汽油机 柴油机 燃料 汽油 柴油 结构 火花塞 喷油嘴 吸气 空气+汽油混合气 纯空气 点火 电火花 压燃式 应用 小汽车、飞机 载重汽车、轮船 四、四冲程能量转化 1. 压缩冲程：机械能→内能 2. 做功冲程：内能→机械能（核心动力） 课 堂 小 结 第三节 热机 作业布置 1. 完成课后作业：“实践与练习” 2. 配套同步分层作业 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$