第2章改变世界的热机 2025-2026学年教科版物理九年级上册

该教案聚焦热机原理、内燃机工作过程及热机效率核心知识点，通过复习内能及改变方式、热机原理等旧知，结合工具进步实例、蒸汽机问题导入，构建从内能应用到热机定义、结构、效率的递进学习支架。 其特色在于实验探究（如蒸汽驱动叶轮）、模型教学（汽油机四冲程模型）及STS融合，体现科学思维与科学态度，帮助学生建立能量观念，提升探究能力，为教师提供结构化教学流程与实践活动设计。

第二章 改变世界的热机 通编课节数 课题 第一节 热机 课型 教学媒体 教 学 目 标 1、理解热机的原理就是将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能的。了解历史上和现实社会中的几种热机。 2、通过演示实验使学生了解可以利用内能来做功；通过实例分析学生了解如何利用内能。 3、通过演示实验培养学生观察和分析问题的能力；通过阅读扩展学生的知识面。 教学重点 热机中能的转化。 教学难点 利用内能来做功解释生活现象。 教学过程设计 教学程序及教学内容 师生活动行为及设计意图 一、【知识链接，情境导入】 一、复习旧识： （1）什么是内能？ （2）如何才能改变物体的内能？ 二、【问题导向，自主学习】 观察下图的变化过程，你有什么感受？ ( 从镰刀到联合收割机 从木帆船到远洋巨轮 从马车到小轿车 ) 人类社会的进步离不开热机的广泛应用。那么什么是热机呢？ 【新课推进】 1、利用内能来做功 下面例子中是内能转移了，还是转化了。 锅炉烧水； 家用暖气设备；用高炉炼钢；生火做饭。 上面的例子都是内能的转移，它们有一个共同特点，都是直接利用内能转移来加热物体的，这是利用内能的一种方式——加热。 你还能举出利用内能来加热的例子吗？ 例如：煮饭、取暖、工厂的热处理、吹制玻璃工艺品等 三、【合作交流，互助探究】 内能可以从一个物体转移到另一个物体，那么内能可以转化成其他能量吗？下面通过一个实验看看内能是如何转化的。 阅读教材，说说右图实验中能量的转化过程？ 教师补充分析：燃料的化学能转化为内能，传给水使水沸腾变成水蒸气，水蒸气驱动叶轮转动，这时水蒸气的内能转化为叶轮的机械能。 总结：燃料燃烧(化学能转化成内能)――通过热传递供给水和水蒸汽――水蒸汽对叶轮做功（内能转化成机械能）。 把内能转化为机械能的机器称为热机，蒸汽机、内燃机（发动机）都是热机。 热机的工作原理：通过燃料燃烧将化学能转化为内能，物体对外做功将内能转化为机械能。 生活中利用内能做功的很多，比如烧水时，水蒸气将壶盖顶起。有个故事说的正是这一现象瓦特从中得到启示，改进了蒸汽机。下面我们来看看蒸汽机的工作原理。 四、【交流展示，展评疑释】 2、蒸汽机 如图所示，蒸汽机有以下几部分组成： (1) 锅炉：通过煤炭给上面的锅炉加热，产生水蒸气。这过程是将煤炭的化学能转化成内能。 (2) 气缸：锅炉内的水蒸气通过导气管进入气缸推动活塞做功。这过程是将水蒸气的内能转化为活塞的机械能。排气孔排出废气，在利用惯性和气压将活塞推回，完成往复运动。 (3) 飞轮（轮子）：通过连杆和曲轴将活塞与飞轮（轮子）连接。连杆和曲轴的作用是将活塞的往复运动转换成飞轮（轮子）的转动。 3、形形色色的热机 轮机、内燃机、喷气发动机、火箭发动机都是热机。 五、【及时练习，测练巩固】 六、【整理归纳，小结提升】 教 学 反 思 通编课节数 课题 第二节 内燃机 课型 教学媒体 教 学 目 标 1、理解内燃机的基本原理；了解汽油机的工作过程；知道汽油机的柴油机的异同； 2、分析汽油机的四个冲程，了解活塞式的发动机的工作过程。了解不同热机的不同用途。 3、对内燃机和轮机在生活中的应用，感受技术进步在工业文明发展中的重要作用，了解我国火箭的发展和成就，激发学生的爱国热情和献身科学事业精神。 教学重点 内燃机的基本构造和工作原理。 教学难点 内燃机的工作过程。 教学过程设计 教学程序及教学内容 师生活动行为及设计意图 一、【知识链接，情境导入】 复习旧识： （1）内能的应用的重要途径？ （2）热机的工作原理？ 蒸汽机的遗憾——体积太庞大 想一想： 用什么来代替高温高压的水蒸气呢？那样，锅炉就可以不要啦！ 二、【问题导向，自主学习】 【新课推进】 1、什么是内燃机 内燃机：燃料在气缸内燃烧的热机。 最常见的内燃机，以汽油或柴油为燃料，分别叫做汽油机和柴油机 我们首先介绍汽油机 2、汽油机的工作过程 汽油机： （1）构造（出示模型，边指示边讲解）。 进气门，排气门，火花塞，气缸，活塞，连杆，曲轴。（介绍名称的同时，介绍各部分的功能） 冲程：活塞从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程 （2）工作原理。 内燃机的工作过程以一个循环为一个单元，一个循环又分为四个冲程 〈吸气冲程〉开始工作前，活塞位于气缸上端，进、排气门军关闭。工作时，活塞由上向下运动，进气门打开，排气门仍关闭。由于缸内体积增大，压强减小，空气和汽油的混合气体被吸入气缸。这是第一个冲程。 〈压缩冲程〉活塞运动到最下端，就开始转为向上运动。这时进气门、排气门都关闭，混合气体被强行压缩，使气体的温度升高，压强增大。这是第二个冲程。 〈做功冲程〉压缩结束时虽然温度较高，但未能达到燃料的燃点。在压缩冲程结束的瞬间，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体，高温高压燃气推动活塞向上向下运动，通过连杆带动曲轴转动。实现了内能向机械能的转化。这是第三个冲程。 〈排气冲程〉做功冲程结束，活塞继续向下向上运动，进气门关闭，排气门打开，燃烧后的废气被活塞推出缸外。这是最后一个冲程。 此后，活塞又由上向下运动，从此进入下一轮循环。在一个工作循环中有四个冲程，活塞往复两次，曲轴转两周，对外做一次功。 （3）能的转化。 三、【合作交流，互助探究】 汽车在开动前，是如何使内燃机起动的？学生回答后总结： 在做功冲程燃气对活塞做功，内能转化为机械能。其余三个冲程靠消耗飞轮的机械能来完成。 四、【交流展示，展评疑释】 柴油机 柴油机与汽油机有共同的地方，也有不同之处。阅读教材，说明它们的异同。 （1）柴油机与汽油机的相同点：都是内燃机；一个工作循环都要经历四个冲程。 （2）柴油机与汽油机的不同点： 构造方面：柴油机没有火花塞，而在相应位置上安装的是喷油嘴； 工作过程上：吸入的气体不同（汽油机吸入的是什么？柴油机吸入的只是空气）； 点火方式不同（汽油机靠火花塞点火。柴油机由于压缩气体温度已超过柴油燃点，从喷油嘴喷入雾状柴油便可立即燃烧。这种方式称为压燃式）； 用途方面：柴油机比汽油机便宜，但汽油机一般比柴油机轻巧，所以汽油机通常用在飞机、小汽车、摩托车及一些小型农用机械上。而柴油机一般用在舰船、载重汽车、拖拉机、坦克以及发电机等大型设备上。 3、飞向太空：演示气球，反冲运动。讲解火箭的升空原理。介绍三级火箭的好处。 五、【及时练习，测练巩固】 六、【整理归纳，小结提升】 教 学 反 思 通编课节数 课题 第三节 热机效率 课型 教学媒体 教 学 目 标 1、了解热机效率的概念。了解不同热机的效率值。了解热机的使用对社会的贡献和给环境带来的影响。 2、通过分析讨论如何提高热机效率的途径，培养学生分析问题的能力； 3、了解内能对环境的影响及如何保护环境，制定减小污染措施。培养学生重视提高保护环境的意识。 教学重点 热机的效率。 教学难点 提高热机效率的途径。 教学过程设计 教学程序及教学内容 师生活动行为及设计意图 【知识链接，情境导入】 复习旧识： （1）内燃机的哪个冲程把内能转化为机械能？ （2）内燃机工作过程中，有没有把燃料产生的内能全部转化为机械能？有没有其它的能量转化？ 【问题导向，自主学习】 热机是内能转化成机械能的机器，它跟所有机械一样，也有效率的问题，这一节我们就来一起讨论学习这个问题。 热机是利用燃料来做功的装置。 　化学能转化成内能，通过做功将内能转化成机械能。 一、热机的效率 通过内燃机的能流图，讨论化学能转化成机械能的过程中，能量通过哪些方式耗散掉了。 可以看出大部分的能量，通过废气、散热、机械磨损耗散掉了，只有小部分转化成有用的机械能。 我们用来做有用功那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，来表示热机的效率。 　 热机效率是热机性能的一个重要指标。 【合作交流，互助探究】 例：一台柴油机，当输出3.44×107 J有用功时，消耗的柴油质量是 2kg（柴油的热值是4.3×107 J/kg），问：这台柴油机的热机效率是多少？ 解：柴油完全燃烧放出的总热量：Q = mq = 2kg×4.3×107J/kg = 8.6×107J 这台柴油机的热机效率： 答：这台柴油机的热机效率为40% 　 热机的各种损失中，废气占最多，应减小废气的能量损失。 由于损失的原因比较多，所以热机的效率一般都较低。（参阅课本中的几种热机的效率，内燃机的能流图以及火电站的能流图。） 那么，如何来提高热机的效率呢？学生讨论后回答。 【交流展示，展评疑释】 二、提高热机效率的效率 1、让燃料尽可能充分燃烧；（废气） 2、减小内能损失； 3、运动部件润滑良好。（摩擦） 热机通过将内能转化为机械能，大大提高了工作的效率。但热机的能量利用率不是很高，而且还会造成环境污染。下面以以内燃机为动力的汽车分析讨论热机会对环境产生哪些影响？ 三、内能对环境的影响。 　（1）废气污染（CO、SO、酸雨）， （2）噪声污染。 那么，我们可以采取哪些措施来减少这种污染呢？讨论回答 四、保护环境，减小污染措施。 　（1）改进燃烧设备，采取集中供热，加装消烟除尘装置。 （2）提高内能的综合利用率。 把直接烧煤、燃油改为烧其工业副产品；把内能的一次利用变为多次利用（如用余热供暖等）。 （3）充分开发、利用污染小或无污染的能源（如太阳能等）。 我国政府历来重视环境问题，把发展经济与保护环境放到了同等重要的位置。只要我们大家都能像重视生命一样重视环境，责无旁贷地承担起保护环境的义务，难题也就变得不难了，就一定能使天更蓝、水更清。 【及时练习，测练巩固】 【典型例题】汽车的发动机常用水作为降温的物质，这是因为水的_________较大的缘故。汽油的热值是4.6×107J/kg，1kg汽油完全燃烧放出的热量是___________J。目前热机的效率还比较低，在热机的能量损失中，_______带走的能量最多，设法利用这部分能量，是提高燃料利用率的重要措施。 【整理归纳，小结提升】 教 学 反 思 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $