第四节 热机 （导学案）物理新教材北师大版九年级全一册

第四节 热机（导学案） 【学习目标】 1.让学生了解热机的原理和构造。 掌握热机的工作过程和能量转换，了解汽油机和柴油机的主要区别。了解火箭的工作原理。 2.通过观察、分析热机的工作过程，总结汽油机与柴油机的异同点，培养学生的观察能力和逻辑思维能力。 3.通过探究等活动，掌握四冲程汽油机的构造和工作原理，让学生体验科学探究的过程，提高学生的实践能力和合作交流能力。 4.通过学习热机的应用，感受到技术进步在社会发展中的重要作用。培养学生关注社会、关注生活的责任感。 【学习重点】 热机的工作过程和能量转换。。 【学习难点】 汽油机和柴油机的主要区别。 【学习过程】 一、自主预习： 阅读教材P21--25页内容，完成以下问题： 1．热机是将 能转化为 能的机械。常见的热机有 机、 机、 机 、 机等。 2．内燃机的工作原理：燃料（汽油或柴油）在汽缸里面燃烧时生成 的燃气，用来推动活塞 ，把 能转化为 能。 3. 汽油机的构造：由进气门、 、火花塞、汽缸、 、连杆、曲轴、等组成的。 4. 活塞在汽缸内 时，从汽缸的一端运动到另一端的过程叫做一个 。 5. 汽油机的一个工作循环是由 、 、 、 四个冲程组成的，在一个工作循环中，活塞往复运动 次，曲轴转动 周，对外做功 次。 6. 柴油机和汽油机构造的不同点： ①汽油机汽缸顶部有 ；柴油机没有，只有 . ②汽油机吸气冲程吸入 的混合物；柴油机吸气冲程只吸入 . ③汽油机的点火方式为“ 式”；柴油机的点火方式为“ 式”. 二、学习新课： 探究一、热机的种类 1. 实验探究：利用内能可以做功 【做一做】在一个试管中装一些水，用橡胶塞塞紧；然后对试管加热使水沸腾，观察现象。分析实验中的能量是怎样转化的？ 观察到的现象有：①瓶塞 ；②管口附近出现 。 【分析归纳】①酒精燃烧放出热量，酒精的 转化为水的内能； ②水吸热沸腾，产生大量水蒸气，气体膨胀对瓶塞做功，气体的内能转化为瓶塞的机械能. ③结论：利用内能可以 。 图1 图2 2. 热机 （1）热机：各种利用 的机械叫做热机. （2）工作原理：热机利用内能做功，将 . （3）种类：蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等. （4）常见热机——内燃机 ①内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机. ②分类：汽油机和柴油机. 探究二、汽油机 1. 工作原理：利用汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞 。 2. 汽油机的构造：由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆组成。 3. 工作过程 （1）冲程：汽油机在工作时，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个 。 （2）四个冲程：汽油机的一个工作循环由 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。 （3）汽油机的工作过程分析 1.吸气冲程： 活塞：向 运动。 进气门： 。 排气门： 。 2.压缩冲程： 活塞：向 运动。 进气门： 。 排气门： 。 ___能转化为 能。 3. 做功冲程： 活塞：向 运动。 进气门： 。 排气门： 。 ____能转化为 能. 4.排气冲程： 活塞：向 运动。 进气门： 。 排气门： 。 （4）汽油机一个工作循环情况总结 汽油机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的，在一个工作循环中，活塞往复运动 次，曲轴转动 周，对外做功 次。 4.汽油机的应用 汽油机转速高、结构简单、质量轻、造价低廉、运转平稳、使用维修方便。汽油机在汽车、飞机、快艇、赛车、小型农机、园林机械甚至航模等都大量采用。 探究三、柴油机 1. 工作原理：利用 在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。 2. 柴油机的构造：与汽油机的大致相同，不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞而是一个 。 3. 工作过程 （1）柴油机的工作过程与汽油机大致相同，也是由 四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。 （2）柴油机和汽油机构造及工作过程的不同点： ①汽油机汽缸顶部有 ，在压缩冲程末，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生高温高压的气体（俗称 ）；柴油机汽缸顶部没有火花塞，只有 ，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（俗称“ ）。 ②汽油机吸气冲程吸入 的混合物；柴油机吸入气缸内的物质只有 。 4. 汽油机与柴油机的优缺点： ①汽油机转速高，结构简单，质量轻，造价低廉，运转平稳，使用维修方便。汽油机在摩托车、汽车上特别是小型汽车上大量使用. ②柴油机比较笨重，主要用于载重汽车、拖拉机、火车和轮船上. ③柴油发动机与汽油发动机相比，热效率高。因此从节约能源、降低燃料成本角度上讲，柴油发动机在小汽车上的推广使用具有更重大的意义. 探究四、火箭 1. 中国古代科技----火箭 我国古代最早的实用火箭大约出现在唐末宋初，由箭头、箭杆、箭羽和火药筒四部分组成，火药筒外壳用竹筒或硬纸筒制作，里面填充火药，简上端封闭、下端开口，筒侧小孔引出导火线。 2. 中国现代火箭 现代火箭使用的是喷气发动机，装置如图，输送装置按时按量地把燃料和氧化剂输送到燃烧室中，最初用电火花点燃，产生高温、高压气体。燃烧产生的气体以很大的速度从喷口喷出，对火箭产生强大的 ，使火箭前进。 2016年11月3日，长征五号运载火箭首飞成功，标志着我国运载火箭实现升级换代，是我国由航天大国迈向航天强国的关键一步。 三、课堂小结： 四、当堂检测： 1．如图所示，在试管里盛适量的水，用带玻璃管的胶塞塞住试管口，加热试管使水沸腾，玻璃管口冒出的“白气”推动管口处的小叶轮转动。下列说法正确的是（　　） A．水在沸腾过程中，不断吸收热量，温度升高 B．实验过程中通过热传递使试管内水的内能增大 C．玻璃管口冒出的“白气”是水汽化形成的水蒸气 D．“白气”使小叶轮转动的过程相当于汽油机的压缩冲程 2．汽油机的四个冲程中，哪个冲程存在着化学能转化为内能的过程（　　） A B C D 3．如图所示，将水加热至沸腾后，塞子被冲出，此过程的能量转化方式与汽油机的______冲程相同。若单缸四冲程汽油机飞轮转速为1200r/min，则1s内完成____个冲程。 4.如图是汽油机工作过程中的 __________冲程。一单缸四冲程汽油机的飞轮转速是3600r/min，则该汽油机每秒内对外做功 ___________次。 5. 如图甲是某汽油机的吸气冲程时的气门开闭情况和活塞的运动方向，仿照甲图在乙图中画出压缩冲程时的气门开闭和活塞和连杆的大致位置。 甲 乙 丙 6. 根据汽油机和柴油机的区别，下列说法错误的是（　　） A．汽油机气缸顶部有一个火花塞，柴油机气缸顶部是一个喷油嘴 B．汽油机吸入的是空气，柴油机吸入的是空气和柴油的混合物 C．做功冲程是内能转化为机械能 D．压缩冲程是机械能转化为内能 7．某品牌汽车以72km/h的速度匀速行驶时，仪表盘显示发动机转速是1800r/min，若做功冲程每次做功6000J，则下列有关该汽车发动机的说法错误的是（　　） A．每秒完成60个冲程 B．每秒对外做功15次 C．发动机提供的牵引力为4500N D．发动机的输出功率是80kW 8．如图为四冲程汽油机未按工作循环排列的各冲程示意图，工作时，属于做功冲程的是（ ） A． B． C． D． 9．如图所示，将一个空易拉罐的底部钻一个小孔，从易拉罐开口端向罐内喷适量酒精喷雾，然后将一个空纸杯迅速套上。用细线将易拉罐水平悬挂在铁架台上，将点燃的打火枪靠近底部的小孔，纸杯就会“向前”飞去。纸杯飞出过程中，下列说法正确的是（　　） A．罐内气体对纸杯做了功 B．罐内气体的内能增加 C．能量转化情况与内燃机的压缩冲程相同 D．能量转化情况与内燃机的排气冲程相同 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四节 热机（导学案） 【学习目标】 1.让学生了解热机的原理和构造。 掌握热机的工作过程和能量转换，了解汽油机和柴油机的主要区别。了解火箭的工作原理。 2.通过观察、分析热机的工作过程，总结汽油机与柴油机的异同点，培养学生的观察能力和逻辑思维能力。 3.通过探究等活动，掌握四冲程汽油机的构造和工作原理，让学生体验科学探究的过程，提高学生的实践能力和合作交流能力。 4.通过学习热机的应用，感受到技术进步在社会发展中的重要作用。培养学生关注社会、关注生活的责任感。 【学习重点】 热机的工作过程和能量转换。。 【学习难点】 汽油机和柴油机的主要区别。 【学习过程】 一、自主预习： 阅读教材P21--25页内容，完成以下问题： 1．热机是将内能转化为机械能的机械。常见的热机有蒸汽机、内燃 机、汽轮机 机 、喷气式发动机等。 2．内燃机的工作原理：燃料（汽油或柴油）在汽缸里面燃烧时生成 高温、高压 的燃气，用来推动活塞做功，把内能转化为机械能。 3. 汽油机的构造：由进气门、排气门、火花塞、汽缸、活塞、连杆、曲轴、等组成的。 4. 活塞在汽缸内运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程叫做一个冲程。 5. 汽油机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。 6. 柴油机和汽油机构造的不同点：①汽油机汽缸顶部有火花塞；柴油机没有，只有喷油嘴. ②汽油机吸气冲程吸入空气和汽油的混合物；柴油机吸气冲程只吸入空气.③汽油机的点火方式为“点燃式”；柴油机的点火方式为“压燃式”. 二、学习新课： 探究一、热机的种类 1. 实验探究：利用内能可以做功 【做一做】在一个试管中装一些水，用橡胶塞塞紧；然后对试管加热使水沸腾，观察现象。分析实验中的能量是怎样转化的？ 观察到的现象有：①瓶塞被冲出来；②管口附近出现“白雾”。 【分析归纳】①酒精燃烧放出热量，酒精的化学能转化为水的内能； ②水吸热沸腾，产生大量水蒸气，气体膨胀对瓶塞做功，气体的内能转化为瓶塞的机械能. ③结论：利用内能可以做功。 图1 图2 2. 热机 （1）热机：各种利用内能做功的机械叫做热机. （2）工作原理：热机利用内能做功，将内能转化为机械能. （3）种类：蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等. （4）常见热机——内燃机 ①内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机. ②分类：汽油机和柴油机. 探究二、汽油机 1. 工作原理：利用汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。 2. 汽油机的构造：由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆组成。 3. 工作过程 （1）冲程：汽油机在工作时，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 （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。 （3）汽油机的工作过程分析 1.吸气冲程： 活塞：向下运动。 进气门：开。 排气门：关。 2.压缩冲程： 活塞：向上运动。 进气门：关。 排气门：关_。 机械能转化为内能。 3. 做功冲程： 活塞：向下运动。 进气门：关。 排气门：关。 内能转化为机械能 4.排气冲程： 活塞：向上运动。 进气门：关。 排气门：开。 （4）汽油机一个工作循环情况总结 汽油机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。 4.汽油机的应用 汽油机转速高、结构简单、质量轻、造价低廉、运转平稳、使用维修方便。汽油机在汽车、飞机、快艇、赛车、小型农机、园林机械甚至航模等都大量采用。 探究三、柴油机 1. 工作原理：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。 2. 柴油机的构造：与汽油机的大致相同，不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞而是一个喷油嘴。 3. 工作过程 （1）柴油机的工作过程与汽油机大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。 （2）柴油机和汽油机构造及工作过程的不同点： ①汽油机汽缸顶部有火花塞，在压缩冲程末，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生高温高压的气体（俗称“点燃式”）；柴油机汽缸顶部没有火花塞，只有喷油嘴，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（俗称“压燃式”）。 ②汽油机吸气冲程吸入空气和汽油的混合物；柴油机吸入气缸内的物质只有空气。 4. 汽油机与柴油机的优缺点： ①汽油机转速高，结构简单，质量轻，造价低廉，运转平稳，使用维修方便。汽油机在摩托车、汽车上特别是小型汽车上大量使用. ②柴油机比较笨重，主要用于载重汽车、拖拉机、火车和轮船上. ③柴油发动机与汽油发动机相比，热效率高。因此从节约能源、降低燃料成本角度上讲，柴油发动机在小汽车上的推广使用具有更重大的意义. 探究四、火箭 1. 中国古代科技----火箭 我国古代最早的实用火箭大约出现在唐末宋初，由箭头、箭杆、箭羽和火药筒四部分组成，火药筒外壳用竹筒或硬纸筒制作，里面填充火药，简上端封闭、下端开口，筒侧小孔引出导火线。 2. 中国现代火箭 现代火箭使用的是喷气发动机，装置如图，输送装置按时按量地把燃料和氧化剂输送到燃烧室中，最初用电火花点燃，产生高温、高压气体。燃烧产生的气体以很大的速度从喷口喷出，对火箭产生强大的反冲推力，使火箭前进。 2016年11月3日，长征五号运载火箭首飞成功，标志着我国运载火箭实现升级换代，是我国由航天大国迈向航天强国的关键一步。 三、课堂小结： 四、当堂检测： 1．如图所示，在试管里盛适量的水，用带玻璃管的胶塞塞住试管口，加热试管使水沸腾，玻璃管口冒出的“白气”推动管口处的小叶轮转动。下列说法正确的是（　　） A．水在沸腾过程中，不断吸收热量，温度升高 B．实验过程中通过热传递使试管内水的内能增大 C．玻璃管口冒出的“白气”是水汽化形成的水蒸气 D．“白气”使小叶轮转动的过程相当于汽油机的压缩冲程 【答案】B 【详解】A．水在沸腾过程中，不断吸收热量，温度保持不变，故A错误； B．实验过程中加热试管使水沸腾，试管内的水吸收热量，这是通过热传递使试管内水的内能增大，故B正确； C．玻璃管口冒出的“白气”是水蒸气液化形成的小水珠，故C错误； D．“白气”使小叶轮转动的过程是内能转化为机械能，相当于汽油机的做功冲程，故D错误。 故选B。 2．汽油机的四个冲程中，哪个冲程存在着化学能转化为内能的过程（　　） A B C D 【答案】C 【详解】A．进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，没有能量转化，故A不符合题意； B．两气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，机械能转化为内能，故B不符合题意； C．两气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程，此冲程燃料燃烧时，化学能转化为内能，然后对外做功时内能转化为机械能，故C符合题意； D．进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，没有能量转化，故D不符合题意。 故选C。 3．如图所示，将水加热至沸腾后，塞子被冲出，此过程的能量转化方式与汽油机的______冲程相同。若单缸四冲程汽油机飞轮转速为1200r/min，则1s内完成____个冲程。 【答案】做功，40。 【详解】木塞冲出时，水蒸气的内能对塞子做功，将水蒸气的内能转化为塞子的机械能，水蒸气的内能会减小，温度降低，内燃机的做功冲程也是将内能转化为机械能的过程。 飞轮转速是1200r/min=20r/s 表示每秒飞轮转动20圈，要经过40个冲程，对外做功10次。 4.如图是汽油机工作过程中的 __________冲程。一单缸四冲程汽油机的飞轮转速是3600r/min，则该汽油机每秒内对外做功 ___________次。 【答案】做功，30。 【详解】图中进气门和排气门关闭，活塞向下运动，火花塞产生电火花，故此冲程为汽油机的做功冲程。汽油机的一个工作循环中，经历四个冲程，飞轮转动两周，对外做功一次，因为该汽油机飞轮的转速是3600r/min=60r/s，所以飞轮每秒转动60周，则汽油机每秒钟对外做功30次。 5. 如图甲是某汽油机的吸气冲程时的气门开闭情况和活塞的运动方向，仿照甲图在乙图中画出压缩冲程时的气门开闭和活塞和连杆的大致位置。 甲 乙 丙 【答案】丙图. 【解析】在内燃机的压缩冲程中，两个气门都关闭，活塞向上运动；如图所示. 6. 根据汽油机和柴油机的区别，下列说法错误的是（　　） A．汽油机气缸顶部有一个火花塞，柴油机气缸顶部是一个喷油嘴 B．汽油机吸入的是空气，柴油机吸入的是空气和柴油的混合物 C．做功冲程是内能转化为机械能 D．压缩冲程是机械能转化为内能 【答案】B。 【解析】A．汽油机汽缸顶部有一个火花塞，柴油机汽缸顶部是一个喷油嘴，故A正确，不符题意； B．工作过程中，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入的是空气，B错误，符合题意； C．做功冲程将内能转化为机械能，故C正确，不符合题意； D．压缩冲程将机械能转化为内能，故D正确，不符合题意。 所以选B. 7．某品牌汽车以72km/h的速度匀速行驶时，仪表盘显示发动机转速是1800r/min，若做功冲程每次做功6000J，则下列有关该汽车发动机的说法错误的是（　　） A．每秒完成60个冲程 B．每秒对外做功15次 C．发动机提供的牵引力为4500N D．发动机的输出功率是80kW 【答案】D 【详解】AB．发动机转速是1800r/min，则飞轮1s转动的圈数n= =30r/s 飞轮转动两圈对外做功一次，所以该发动机1s对外做功15次，每对外做功一次完成四个冲程，故1s完成的冲程个数为15×4=60 故A、B正确，不符合题意； C．汽车的速度v=72km/s=20m/s 1s汽车运动的路程s=vt=20m/s×1s=20m 做功冲程每次做功6000J，发动机1s对外做功15次，则发动机1s做功 W=6000J×15=9×104 J 由W=Fs可知，发动机提供的牵引力F= = =4500N 故C正确，不符合题意； D．发动机的输出功率P= =Fv=4500N×20m/s=9×104 W=90kW 故D错误，符合题意。 8．如图为四冲程汽油机未按工作循环排列的各冲程示意图，工作时，属于做功冲程的是（ ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．图中的排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，故A不符合题意； B．图中的气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，故B不符合题意； C．进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，故C不符合题意； D．图中的气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，故D符合题意。 故选D。 9．如图所示，将一个空易拉罐的底部钻一个小孔，从易拉罐开口端向罐内喷适量酒精喷雾，然后将一个空纸杯迅速套上。用细线将易拉罐水平悬挂在铁架台上，将点燃的打火枪靠近底部的小孔，纸杯就会“向前”飞去。纸杯飞出过程中，下列说法正确的是（　　） A．罐内气体对纸杯做了功 B．罐内气体的内能增加 C．能量转化情况与内燃机的压缩冲程相同 D．能量转化情况与内燃机的排气冲程相同 【答案】A 【详解】AB．纸杯飞出去时，易拉罐内的酒精气体对纸杯做功，气体的内能减小，故A正确、B错误； CD．纸杯飞出过程中，内能转化为机械能，与内燃机的做功冲程相同，故CD错误。 故选A。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $