14.2 热机 学案-2025-2026学年人教版九年级全一册物理

该初中物理学案聚焦热机的工作原理及内燃机（汽油机、柴油机）的四个冲程，通过课前实验（酒精灯加热试管水顶开木塞）导入，引导学生理解内能转化为机械能，梳理热机能量转化脉络，搭建从能量观念到具体应用的学习支架。 该学案通过课前预习问题引导自主思考，课堂难点剖析结合示意图强化冲程分析与能量转化推理，课后练习分层设计。助力学生深化物理观念，提升科学思维（模型建构、科学推理）和科学探究能力，习题注重联系实际，有效巩固知识，提升学习效率。

14.2 热机 学案 ( 课前预习单 ) 知识梳理 一、热机 1、如图，实验观察并思考酒精灯对试管中水加热时，水的内能变化。 （1）木塞被顶开，是谁对它做了功？________________ （2）水蒸气既然能够对木塞做功，说明水蒸气具有能量，它具有的是什么能？ ________________ （3）在对木塞做功过程中水蒸气和木塞的能量变化情况是怎样的？________________ 2、热机是指把燃料燃烧时释放的__________转变为_________的装置。 3、内燃机及其工作原理：将燃料的 能通过燃烧转化为 能，又通过做功，把 能转化为 能。按燃烧燃料的不同，内燃机可分为 、 等。 二、汽油机 1、汽油机是利用 作燃料来工作的。 2、构造： 。 3、汽油机一个工作循环为四个冲程即 冲程、 冲程、 冲程、 冲程。 4、压缩冲程是对气体压缩做功，气体内能 ，这时机械能转化为 能。做功冲程是气体对外做功，内能 ，这时内能转化为 能。 三、柴油机 1、柴油机是利用 作燃料来工作的。 2、构造： 。 思考讨论 1、汽油机的一个工作循环中只对外做几次功？曲轴转几周？活塞往返几次？ 2、哪个冲程使汽车获得动力？哪个冲程排出汽车的废气？ 3、汽油机和柴油机的区别是什么？ ( 课堂学习单 ) 难点剖析： 1、如图所示为某单缸四冲程内燃机工作示意图，下列说法中正确的是（　　） A．一个完整的工作循环顺序是：乙甲丁丙 B．丁冲程发生的能量转化为内能转化为机械能 C．只有甲冲程获得动力，其他冲程都是靠惯性运转的 D．丙冲程中排出的废气没有任何利用的价值 【解析】 A、甲图中两气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程；乙图中进气门开启，气体流入汽缸，是吸气冲程；丙图中排气门开启，气体流出汽缸，是排气冲程；丁图中两气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程；所以一个完整的工作循环顺序是：乙丙甲丁，故A错误； B、丁冲程是压缩冲程，发生的能量转化为机械能转化为内能，故B错误； C、只有做功冲程，即甲冲程，获得动力，其他冲程都是靠惯性运转的，故C正确； D、丙冲程是排气冲程，排出的废气通过涡轮增压器可以进一步的利用，故D错误。 故选：C。 2、如图是四冲程汽油机工作状态示意图，由图可以看出，此时它正处在 冲程，若汽油机飞轮转速为2400r/min，则该汽油机1s完成 个冲程。 【解析】 从图中可以看出，两气门都关闭、活塞向上移动，可以判断这个冲程是压缩冲程。 飞轮转速为2400r/min=40r/s，则汽油机在1s内飞轮转40r，完成80个冲程，对外做功20次。 故答案为：压缩；80。 对应训练： 1、如图是给汽车提供动力的汽油机的四个工作冲程。下列判断错误的是（　　） A．图A是压缩冲程，机械能转化为内能 B．图C是做功冲程，内能转化为机械能 C．图A和图C中内能的大小不相等 D．四个冲程的工作顺序为A-B-C-D 2、如图是四冲程汽油机的某个冲程，由图可看出它正处于 冲程，该冲程将机械能转化 为 能，若该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功 次。 ( 课后练习单 ) 练习题： 一、填空题（共1题） 一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是 ，该汽油机每秒钟做功 次。如图所示，汽油机的活塞正向上运动，它处于 冲程。 二、选择题（共7题） 如图，用酒精灯给试管中的水加热，一段时间后橡皮塞被冲开，下列说法正确的是（ ） A．酒精灯中酒精的质量越大，酒精的热值越大 B．酒精燃烧放出的热量能全部被试管中的水吸收 C．试管中水的内能增加是通过做功的方式实现的 D．橡皮塞被冲开的能量转化情况与内燃机做功冲程相同 如图是单缸四冲程内燃机的四个冲程的示意图，下列关于这种内燃机一个工作循环中四个冲程的顺序排列，正确的是（ ） A．甲、乙、丙、丁 B．乙、甲、丁、丙 C．乙、丁、甲、丙 D．丙、丁、乙、甲 如图所示是四冲程汽油机的剖面图，关于其四个冲程的描述中正确的是（ ） A．吸气冲程中，汽油和空气的混合物进入气缸 B．压缩冲程中，通过做功的方式使气缸内气体的内能减小 C．做功冲程中，机械能转化为内能 D．排气冲程中，废气带走的能量只是燃料燃烧释放能量的极少部分 汽油机在压缩冲程中工作物质被压缩，汽缸中的（ ） A．压强增大，温度降低 B．压强减小，温度升高 C．压强增大，温度升高 D．压强减小，温度降低 如图为汽油机工作过程中某一冲程的示意图，此冲程的名称及能量转化是（ ） A．压缩冲程，机械能转化为内能 B．压缩冲程，内能转化为机械能 C．做功冲程，机械能转化为内能 D．做功冲程，内能转化为机械能 如图是四冲程汽油机的工作示意图，下列说法正确的是（ ） A．这四个冲程的正确顺序是丁 甲 乙 丙 B．丙冲程存在着化学能转化为内能的过程 C．乙冲程使汽车获得动力 D．甲、乙、丙冲程是靠惯性完成的 下列关于汽油机和柴油机的主要区别，其中错误的是（ ） A．柴油机的气缸上是喷油嘴，汽油机的顶部有火花塞 B．在做功冲程中，柴油机的点火方式叫点燃式，汽油机的点火方式叫压燃式 C．柴油机比汽油机笨重，但燃料便宜 D．柴油机吸入气缸的只是空气，汽油机吸入气缸的是汽油和空气的混合物 三、实验题（共1题） 如图所示，图 、 、 、 是四冲程汽油机的工作示意图，图 、 是演示实验的示意图， 图是 冲程，与它原理相同的是 图所示的演示实验，汽油机的工作示意图中机械能转化为内能的冲程是 图（后两空选填字母）。 选做题： 一、填空题（共1题） 四冲程汽油机一个工作循环包括吸气、压缩、做功、 四个冲程。其中压缩冲程为 能转化为 能的过程，有同学提出质疑—在一个工作循环中只有四分之一的时间对外做功，即提供动力输出，汽车应该有顿挫感，但是事实并非如此。究其原因是家用轿车大多装有四汽缸发动机，即当一个气缸在进行吸气冲程时，其他三个气缸分别在进行另外三个冲程，即每时每刻总有一个气缸在进行做功冲程，为汽车提供持续的动力．有一个四汽缸发动机的转速为 ，则该发动机 内对外做功 次。 二、综合应用题（共1题） 回答下列问题。 (1) 如图甲是一台单缸四冲程汽油机 冲程的示意图，其能量转化情况与 （选填“乙”或“丙”）图相同，此过程中通过 方式改变汽缸内燃料混合物的内能。 (2) 科学家设计了一款单缸六冲程汽油机，它的构造和工作循环的前四个冲程与四冲程汽油机相似，在第四冲程结束后，再完成两个冲程。 i 第五冲程中，向汽缸内喷水，水在汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，则第五冲程为 （选填“吸气”、“压缩”、“做功”或“排气”）冲程。 ii 第六冲程中活塞向 运动。（选填“上”或“下”）答案部分 知识梳理 一、1、（1）水蒸气对木塞做功；（2）水蒸气具有内能；（3）水蒸气的内能转化为木塞的机械能。 2、内能；机械能。 3、化学；内；内；机械；汽油机；柴油机。 二、1、汽油； 2、气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆。 3、吸气；压缩；做功；排气。 4、增加；内；减少；机械。 三、1、柴油； 2、气缸、喷油嘴、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆。 思考讨论 1、汽油机的一个工作循环中只对外做1次功，曲轴转2周，活塞往返2次。 2、做功冲程使汽车获得动力，排气冲程排出汽车的废气。 3、柴油机和汽油机的区别： （1）构造和点火方式：柴油机顶部没有火花塞，有一喷油嘴，是压燃式；汽油机顶部有火花塞，为点燃式； （2）燃料：柴油机燃烧的是柴油，汽油机燃烧的是汽油； （3）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。 对应训练： 1、D； 2、压缩；内；30。 练习题 一、填空题（共1题） 1. 【答案】； 二、选择题（共7题） 2. 【答案】D 【解析】燃料的热值仅与燃料的种类有关，燃料的质量无关，故A错误；酒精燃烧放出的热量要散失到空气中一部分，被试管吸收一部分，所以酒精燃烧放出的热量不能全部被试管中的水吸收，故B错误；加热过程中，通过热传递的方式增加水的内能，故C错误。 塞子冲出时，是试管内气体的内能转化为塞子增加的机械能，与内燃机的做功冲程能量转化相同，故D正确。 3. 【答案】C 【解析】甲图中两个气门都关闭，火花塞点火，此时活塞向下运动，应该是第三个冲程——做功冲程； 乙图中进气门打开，排气门关闭，应该是第一个冲程——吸气冲程； 丙图中进气门关闭，排气门打开，应该是第四个冲程——排气冲程； 丁图中两个气门都关闭，火花塞没有点火，此时活塞向下运动，应该是第二个冲程压缩冲程。 按照四个冲程的先后顺序应该是乙、丁、甲、丙。 4. 【答案】A 【解析】汽油机在吸气冲程中，进气门打开、排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入汽缸，故A正确； 在压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，气体的内能变大，此过程是机械能转化为内能的过程，故B错误； 在做功冲程中，内能转化为机械能，故C错误； 在排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的大部分，故D错误。 5. 【答案】C 【解析】在汽油机的压缩冲程中，压缩燃料混合物做功，使燃料混合物的体积减小、压强增大，内能增加、温度升高。 故选：C。 6. 【答案】A 【解析】如图，进气门和排气门都是关闭的，活塞上行，因此是压缩冲程，压缩冲程中机械能转化为内能 7. 【答案】B 【解析】甲中的两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，是机械能转化为内能，是第二冲程； 乙中的一个气阀打开，活塞向上运动，所以为排气冲程，是第四冲程； 丙中的两个气阀都关闭，活塞下运动，所以为做功冲程，是内能转化机械能，是第三冲程； 丁中的一个气阀打开，活塞向下运动，所以为吸气冲程，是第一冲程； A、四个冲程的正确顺序是丁 甲 丙 乙，故A错误； B、在丙冲程中，燃料燃烧时，化学能转化为内能，然后对外做功时内能又转化为机械能，故B正确； C、乙冲程中没有能量的转化，不是使汽车获得动力的冲程，故C错误； D、靠惯性完成的冲程是甲、乙、丁，故D错误。 8. 【答案】B 【解析】柴油机和汽油机的结构不同：柴油机的气缸上是喷油嘴，汽油机的顶部有火花塞。此选项正确；在做功冲程，汽油机的点火方式叫点燃式，柴油机的点火方式叫压燃式。此选项错误；柴油机比汽油机笨重，效率高同时燃料便宜。此选项正确；在吸气冲程，柴油机吸入气缸的只是空气，汽油机吸入气缸的是汽油和空气的混合物。此选项正确。 三、实验题（共1题） 9. 【答案】做功；； 【解析】 图中，排气门开启，活塞上行，气体流出汽缸，是排气冲程； 图中，两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，此冲程将机械能转化为内能； 图是用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧。是通过对物体做功来增大物体内能的，即是将机械能转化为内能的过程；汽油机的做功冲程中将内能转化为机械能，因此与做功冲程原理相同的是 实验。 选做题： 一、填空题（共1题） 10. 【答案】排气；机械；内； 【解析】四冲程汽油机一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，其中压缩冲程是将机械能转化为内能的过程； 因为四冲程内燃机曲轴转一圈，完成 个冲程，并对外做功 次。由题意可知，单缸四冲程汽油机的飞轮转速是 ，所以每分做功 次，因为有 个缸，则每秒总功做功 次。 二、综合应用题（共1题） 11. 【答案】 (1) 压缩；丙；做功 (2) i 做功 ii 上 【解析】 (1) 如图甲所示，两个气门都关闭，活塞自下向上运动，是汽油机压缩冲程； 汽油机的压缩冲程是活塞压缩空气做功，是将机械能转化为内能，乙图将内能转化为机械能，丙图将机械能转化为内能，所以如图甲的能量转化情况与丙图相同； 在汽油机的压缩冲程中，压缩燃料混合物，对其做功，使燃料混合物的内能增加、温度升高，是通过做功的方式改变内能。 (2) i 在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度降低；这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的效率；则第五冲程为做功冲程。 ii 既然第五冲程为做功冲程，为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是排气冲程，活塞自下往上运动。 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页） ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $