14.2 热机 导学案-2026-2027学年人教版物理九年级全一册

该初中物理导学案围绕“热机”展开，核心知识点包括热机定义、能量转化形式、四冲程汽油机工作过程及汽油机与柴油机的主要差异。课堂导入通过“铁桶内燃机模型”实验，点燃鞭炮使纸杯弹飞，直观展示内能转化为机械能，联系早期蒸汽机低效问题，构建从现象到原理的学习支架。 资料特色在于以实验探究为核心，通过演示实验、小组合作填写冲程表格及对比分析等任务，培养学生科学思维与探究能力。分层习题设计覆盖基础到拓展，结合节能环保意识渗透，落实物理观念与科学态度，助力学生高效掌握知识并提升学科素养。

14.2 热机 导学案 一、学习目标 知识与技能：能说出热机的定义及能量转化形式；掌握四冲程汽油机的构造和工作过程；能区分汽油机与柴油机的主要差异。 过程与方法：通过观察模型或动画，分析各冲程中气门状态、活塞运动及能量转化，提升逻辑分析能力。 情感态度与价值观：了解热机对社会发展的推动作用及对环境的影响，树立节能环保意识。 二、学习重难点 重点：热机的能量转化原理；四冲程汽油机的工作过程（各冲程的气门状态、活塞运动方向、能量转化）。 难点：理解压缩冲程与做功冲程中的能量转化；区分汽油机与柴油机在构造和点火方式上的不同。 三、震撼导入：从“一声巨响”看人类动力革命 【情景再现】 观察讲台上的“铁桶内燃机模型”：铁桶代表气缸，纸杯代表活塞。当老师点燃铁桶内的小鞭炮，伴随“砰”的一声巨响，纸杯被瞬间弹飞至几米高空。 【工程师思考】 纸杯被弹飞，说明高温高压的燃气对外做了功，这个过程的本质是燃气的__________能转化为纸杯的__________能。 痛点分析：早期的蒸汽机燃料在外部燃烧，热量白白流失，效率极低。人类为了追求极致的动力，把燃料直接塞进“气缸”（铁桶）里点燃，这就是__________的诞生逻辑。 工程挑战：真正的内燃机不可能每次都由人手去塞鞭炮和点火。为了解决“自动加燃料、自动点火、自动排废气”这三大难题，工程师们设计了怎样的机械结构？ 四、自主预习·知识梳理 请阅读教材，完成以下填空： 热机定义：利用内能做功的机械叫做热机。常见的热机有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 内燃机：燃料在发动机气缸内直接燃烧的热机叫内燃机，主要分为汽油机和柴油机。 能量转化：热机工作时，将燃料的化学能转化为内能，再将内能转化为机械能。 四冲程汽油机： 一个工作循环包括：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 活塞往复运动2次，曲轴转动2周，对外做功1次。 只有做功冲程对外做功，其他三个冲程靠飞轮的惯性完成。 构造差异：汽油机气缸顶部有火花塞，柴油机气缸顶部有喷油嘴。 五、合作探究·核心突破 任务一探究热机的工作原理 【演示实验】在一个试管中装些水，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？ 在这个实验中，燃料燃烧时产生的热量传给水和水蒸气，塞子受到水蒸气的压力而冲出去，水蒸气的内能转化为塞子的机械能。 任务二：四冲程汽油机的工作过程 观察教材图或动画，小组合作完成下表： 表格 冲程名称 进气门 排气门 活塞运动方向 能量转化 备注 吸气冲程 开 闭 向下 无 吸入汽油和空气的混合物 压缩冲程 闭 闭 向上 机械能→内能 燃料混合物温度升高，压强增大 做功冲程 闭 闭 向下 内能→机械能 火花塞点火，燃气推动活塞，提供动力 排气冲程 闭 开 向上 无 排出废气 重点记忆“4冲程、2往复、2周转、1做功”的循环规律。 任务三：汽油机与柴油机 对比两者，完成下列表格： 表格 对比项目 汽油机 柴油机 燃料 汽油 柴油 气缸顶部构造 火花塞 喷油嘴 吸气冲程吸入物质 汽油和空气的混合物 纯空气 点火方式 点燃式（火花塞点火） 压燃式（压缩空气点火） 效率 较低 较高 应用 轿车、摩托车等轻型机械 载重汽车、拖拉机、轮船等 【微训练】判断下列论述的正误。 （1）汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞（ ） （2）柴油机在吸气冲程中，柴油和空气的混合物进入汽缸（ ） （3）压缩冲程，活塞的机械能转化为燃气的内能（ ） （4）若该汽油机1s对外做功15次，则汽油机的飞轮速度为1800r/min（ ） 拓展思考（开放题） 情境：科学家发明了一款“六冲程内燃机”，在第四冲程结束后，向气缸内喷水，水迅速汽化为高温高压水蒸气，推动活塞再次做功。 思考： 水蒸气推动活塞做功时，水蒸气的内能__________（选填“增加”或“减少”），温度__________。 这种设计的主要目的是什么？ 答：_____________________________________________________________________________。 六、智能演练·巩固提升 1.（2026•惠州模拟）如图所示的是我国传统的走马灯。点燃底部的蜡烛，上升的热空气驱动扇叶转动，带动纸片小人转动，此过程中的能量转化与四冲程汽油机的下列哪个冲程是相同的（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 2.（2026•西安模拟）现代工程建设中大都采用如图所示的二氧化碳（CO2）爆破技术，起爆前高压泵将气态CO2压缩成液体后注入爆破筒内。爆破时电加热管通电发热，使筒内的液态CO2迅速变为气体，高压气体从泄气孔中喷出，实施爆破。下列说法正确的是（　　） A．电加热管通电后，液态CO2迅速升华形成高压气体 B．高压CO2气体喷出时，内能减小，温度降低 C．爆破时能量转化与汽油机的压缩冲程相同 D．高压泵压缩气态CO2，是通过热传递方式改变内能 3.（2026•广州花都区二模）涡轮发动机（内燃机）的工作过程如图所示。空气通过压缩机压缩后进入燃烧室与燃料混合燃烧，产生的高温高压燃气向后高速喷出，推动涡轮机旋转，剩余能量经排气管排出。内能转化为机械能的过程发生在（　　） A．进气室 B．压缩室 C．燃烧室 D．排气室 4.（2026•武汉期末）如图A所示是四冲程汽油机的工作示意图，如图B所示是我国古代曾发明一种点火器，以牛角为套筒，把艾绒黏附在木质推杆前端。取火时一只手握住套筒，另一只手向内猛推推杆，推杆前端的艾绒就会被点燃。下列说法错误的是（　　） A．做功冲程中，燃料释放的能量少部分转化为机械能 B．汽油机和柴油机的构造类似，柴油机在压缩冲程中对气体的压缩程度更高 C．图A丁冲程中存在着化学能转化为内能的过程，甲、乙、丙冲程靠飞轮惯性完成 D．图B把推杆推入牛角套筒内时能量转化过程与热机中的图丁冲程相同 七、课堂小结与反思 我的收获：_______________________________________________________ 我的疑问：_______________________________________________________ 【课后训练】 【基础练】 知识点 1 热机 1.近年来我国重大装备层出不穷，国人倍感自豪。下列装备的动力装置不是热机的是（　　） A．新能源电动汽车 B．东风号远洋轮船 C．国产大飞机C919 D．长征五号运载火箭 2.世界上很多发明都是受到生活现象的启示而萌发的创意。比如，蒸汽机和汽油机，它们工作时能量的转化过程是________能转化为________能。图________是汽油机的工作原理图。 知识点 2 汽油机 3.在汽油机的工作循环中，将内能转化为机械能，对外提供动力的冲程是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 4.生活垃圾焚烧发电厂，利用焚烧垃圾释放的能量加热锅炉，产生高温水蒸气推动发电机组转子转动，这个过程中的能量转化情况与四冲程内燃机的哪个冲程相同（　　） A B C D 5.如图所示的汽油机处于_______（选填“压缩”或“做功”）冲程，这个冲程将________能转化为_______能。某单缸四冲程汽油机的飞轮转动速度是2400r/min，则此汽油机每秒对外做功______次。 知识点 3 柴油机 6.（2026•邯郸肥乡区期中）对比法是学习物理的一种方法，有些容易混淆的知识可采用对比法，找出相同点和不同点加以区别、分析、归纳、理解、记忆。如热机中的柴油机的构造和汽油机相似，但两者的区别是： ①柴油机和汽油机相比是通装过___________（选填“点燃”或“压燃”）式点燃柴油的； ②柴油机和汽油机相比是气缸顶部是__________（选填“火花塞”或“喷油嘴”）。 【提升练】 7.如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间。观察现象。关于该实验，下列说法正确的是（　　） A．实验时，通过做功的方式使水的内能增加 B．水蒸气推动橡胶塞做功，气体对外做功，内能增大，温度升高 C．水蒸气推动橡胶塞过程中的能量转化与热机做功冲程燃气对活塞做功时的能量转化相同 D．橡胶塞冲出的过程中试管口出现的白雾是空气液化形成的小水滴 8.如图a为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图b为四冲程汽油机的工作示意图。下列判断不正确的是（　　） A．图a中气缸内的蒸汽体积膨胀，从而推动活塞使舰载机获得牵引力 B．气缸内的蒸汽推动活塞时，其内能减小 C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图B所示的原理相似 D．汽油机一个工作循环的正确顺序是A、B、C、D 9.如图所示为中国特色工艺品一走马灯，它属于灯笼的一种，灯内点上蜡烛时，空气受热向__________（选填“上”或“下”）运动，带动叶轮转动，使挂在轴上的剪纸随之转动，烛光将剪纸的影子投在灯笼壁上，产生动画效果。叶轮在热空气推动下转动，从能量转化的角度分析，是将_____________________，该过程与四冲程汽油机的_________冲程相似。 【拓展练】 10.阅读短文，回答文后的问题： 汽油发动机汽车与空气动力汽车汽油发动机是一般汽车的动力源．汽油机以汽油为燃料，使活塞在气缸中往复运动，一个工作循环经历进气、压缩、做功和排气四个冲程，汽油机的性能和汽缸排量有关． 空气动力汽车是近十多年科技发展的产物，它利用高压压缩空气为动力源，将压缩空气存储的压力能转化为其他形式的机械能，从而驱动汽车运行（如图所示）．空气动力发动机的工作冲程与传统内燃机相似，但由于使用空气作为动力能源，在气缸里没有高温高压的气体燃烧过程，只通过单纯的气体膨胀做功来达到功率输出的目的，因此不再需要复杂的冷却系统，机体也可以选用较低强度、轻质的材料和简单的结构，所以结构简单、尺寸小、重量轻，造价低． 请回答下列问题： （1）汽油机工作时将燃料燃烧后产生的__________转化为机械能． （2）汽油发动机一个工作循环中，为汽车提供动力的是________冲程，汽油发动机的冷却系统选用水来冷却是因为____________． （3）空气动力汽车与汽油机汽车相比，优点是：_______________（写出一点即可）． （4）空气动力汽车获得动力是将压缩空气的压力能转化为汽车的_________能，压缩空气存储瓶向外释放压缩空气做功时，瓶内的温度___________（填：“升高”、“不变”、“下降”）． 【答案与解析】 【微训练】 （1）× （2）× （3）√ （4）√ 拓展思考 减少降低 主要目的：充分利用废气余热（或水蒸气的内能）再次做功，从而提高热机的效率，节约燃料 六、 1.C 2.B 3.C 4.D 【课后训练】 1.A 解析：本题考查了学生对热机的认识。东风号远洋轮船、国产大飞机C919、长征五号运载火箭都是利用燃料燃烧产生的内能来做功，把内能转化成机械能的装置，符合热机的特点；新能源电动汽车是把电能转化成机械能，不符合热机的特点。 2.内；机械；乙。 解析：本题考查热机做功的实质。蒸汽机和汽油机都属于热机，是将内能转化为机械能的机器；由图甲可知，燃料燃烧，将燃料的化学能转化为水和水蒸气的内能，从玻璃管口喷出的水蒸气驱动叶轮转动，水蒸气会对叶轮做功，将水蒸气的内能转化为叶轮的机械能；此过程与蒸汽机的工作过程相似，反映了蒸汽机的工作原理。在图乙中，火焰使上方空气温度升高、上升，热空气带动叶轮转动，内能转化为机械能，与汽油机的工作原理相同。 3.C 4.C 解析：本题考查热机的工作过程和能量的转化。加热锅炉，产生高温水蒸气推动发电机组转子转动，将内能转化为机械能，此过程与汽油机的做功冲程类似，在做功冲程中，两气门都关闭，火花塞发出电火花，使燃料猛烈燃烧，高温高压的气体推动活塞下行，将内能转化为机械能。 压缩 机械 内 20 解析：本题考查了热机冲程的判断和转速的计算。由图可知，内燃机两气门都关闭，活塞向上运动，故可以判断这个冲程是压缩冲程，此冲程是通过压缩气体做功将机械能转化为内能。汽油机的转速为2400r/min，说明1s内汽油机曲轴的转动次数等于40r，一个工作循环中，曲轴转动两周，对外做功一次，1s内曲轴转动40次，对外做功20次。 6.压燃 喷油嘴 7.C 解析：在这个实验中，燃料燃烧时产生的热量传给水和水蒸气；塞子受到水蒸气的压力二冲出去，水蒸气的内能转化为塞子的动能。 8.C 解析：此题主要考查了汽油机四个冲程中的能量转化情况。A是吸气冲程、B是压缩冲程、C是做功冲程、D是排气冲程，蒸汽弹射装置是内能转化为机械能，与C图做功冲程相似； a图中，气缸内蒸汽体积膨胀，对外做功，其内能减小，同时推动活塞，使舰载机获得巨大的牵引力，该过程中内能转化为机械能，燃气的内能减小，故AB正确；蒸汽弹射装置工作时内能转化为机械能，与汽油机的做功冲程相似，而图B中汽油机的进气门和排气门关闭，活塞向上移动，是汽油机的压缩冲程，与蒸汽弹射装置工作时的原理不同，故C错误；四冲程汽油机一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，所以汽油机一个工作循环的正确顺序是ABCD，故D正确。 9.上；内能转化为机械能；做功。 解析：火焰上方空气加热后体积膨胀，根据ρ=，可知空气密度变小，会向上运动；叶轮在转动过程中，热空气的内能转化为叶轮的机械能，汽油机做功冲程内能转化为机械能，故与汽油机做功冲程相同。 10.（1）内能 （2）做功 水的比热容大 （3）结构简单 （4）机械 下降 学科网（北京）股份有限公司 $