14.2 热机 教学设计 2026-2027学年物理人教版（2024）九年级全一册

该初中物理教学设计聚焦热机的概念、工作原理及汽油机、柴油机的构造与四冲程工作过程，通过汽车速度变化的情境问题导入，衔接前期热学知识，为能量转化和能源学习铺垫，借助实验、模型、动画等支架辅助理解。 以试管加热水推动橡胶塞实验引导科学探究，结合四冲程动画模拟建构模型，通过对比表格梳理汽油机与柴油机异同培养科学推理，联系生活实例渗透科学态度与责任，助力学生建立能量观念，提升教师教学效率，突出重难点。

第二节 热机 一、教学基本信息 项目 内容 课题 初中物理人教版（2024）九年级全一册 第十四章第二节 热机 课时 1 课时（45 分钟） 授课年级 九年级 课型 新授课 授课教师 授课时间 二、学情分析及教学分析 《热机》为人教版九年级物理第十四章第二节，既是前期热学知识的综合应用，也为能量转化、能源相关内容的学习铺垫基础。本课既能传授实用生活知识，也能让学生体会物理知识解决实际问题的价值。学生需掌握热机原理、分类与工作流程，巩固内能、做功、热传递等热学基础概念，知晓热机的发展与实际应用。 本节分为热机、汽油机、柴油机三部分，教材由浅入深编排：先给出热机定义与分类，建立整体认知；再讲解内燃机四冲程工作过程，重点梳理压缩、做功冲程的能量转化；最后对比汽油机与柴油机的异同，区分两类热机的特性与适用场景。 本课教学重点：四冲程汽油机工作原理，压缩、做功冲程的能量转化，汽油机与柴油机的核心区别，以上内容是理解热机、开展后续学习的关键。 学生在生活中时常接触各类发动机，对热机应用具备感性认知，但难以解释其内部工作原理。通过本节课学习，学生可理清热机完整工作过程，真切感知热学知识与日常生活的紧密联系。 三、教学目标 1.知道热机的概念，初步了解热机的工作原理。 2.了解汽油机的构造和工作过程。 3.了解柴油机的构造和工作过程。 4.知道内能的利用在人类社会发展史中的重要意义。 四、教学重难点 重点 热机的工作原理和汽油机的工作过程。 难点 汽油机和柴油机的异同点和能量转化。 五、教学准备 教师准备：制作多媒体课件，准备试管、水、橡胶塞、酒精灯、铁架台、火柴、四冲程汽油机模型（J2255型）和柴油机模型等。 学生准备：预习本节课的内容，完成预习清单。 预习清单 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，叫作一个________。 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”。 答案 1.内；机械；蒸汽；内燃；汽轮；喷气发动 2.高温、高压；做功；内；机械 3.排气门；活塞 4.往复运动；冲程 5.吸气；压缩；做功；排气；两；两；一； 6.火花塞；喷油嘴；空气和汽油；空气；点燃；压燃 六、教学过程 课程导入 【思考问题】 18世纪第一辆汽车问世时，它的速度只有几千米每小时，而目前最快汽车的速度已经超过了声速。飞驰的汽车是如何获得机械能的呢? 这节课我们就来一起探究《14.2 热机》。 （设计意图：通过创设情境激发学生的学习兴趣，从而引出本节课的课题。） 新课讲解 一、热机 活动一：实验探究不同形式能量之间的转化 【演示实验】在试管中装入适量水，用橡胶塞紧密塞住管口；对试管加热至水沸腾，观察实验现象。 【特别提醒】 1.橡胶塞不宜塞得过紧，以免难以冲出，甚至因试管内气压过高导致试管炸裂伤人。 2.试管口严禁对着人，防止水沸腾时橡胶塞冲出试管造成伤害。 【实验现象】观察到的现象有： （1）橡胶塞被冲出；（2）管口附近出现“白雾”。 【现象解释】酒精燃烧释放热量，通过热传递使水的内能增加、温度升高，产生大量水蒸气。水蒸气膨胀对外做功，内能减小、温度降低，刚从管口排出的水蒸气遇冷液化，形成“白雾”。 【思考提问】实验中的能量是如何转化的？ 【分析归纳】 （1）酒精燃烧释放热量，其化学能转化为水的内能； （2）水吸热沸腾产生大量水蒸气，气体膨胀对橡胶塞做功，将内能转化为橡胶塞的机械能； （3）结论：内能可以用来做功。 活动二：认识热机 人们发现内能可以做功，由此制造了各种利用内能做功的机械——热机。热机的发明及广泛使用，使人类迈入了工业化社会，对人类社会的发展起到了重要的作用。蒸汽机、内燃机、汽轮机喷气发动机等都是热机。 内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机叫作内燃机。 内燃机是现代社会中最常见的一种热机。燃油汽车作为我们生活中的重要交通工具，它的主要动力机械之一就是内燃机。如图是一种内燃机的剖面图。 热机工作时的能量转化 燃料的化学能（燃烧）→内能（做功）→机械能 分类： 使用汽油作为燃料的叫汽油机 使用柴油作为燃料的叫柴油机 （设计意图：从学生熟悉的实验切入，分析现象中的能量转化过程，符合学生的认知规律，能让学生产生亲切感，激发探究兴趣。） 二、汽油机 活动三：探究汽油机的工作原理及过程 【问题与思考】 汽油机通过燃烧汽油来工作，那么需要怎样的装置才能让汽油燃烧后持续驱动机器运转呢？ 如图所示，汽油机的主体是气缸，气缸内装有活塞，活塞通过连杆与曲轴相连；气缸上部设有进气门和排气门，顶部则安装有火花塞。 【小组活动】展示汽油机剖面图，对照教材，尝试找出汽油机各部分构造的位置。 1.工作原理：利用汽油在气缸内燃烧产生的高温高压燃气推动活塞做功。 2.汽油机的构造 汽油机主要由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴和连杆组成。 动画模拟：通过课件模拟各冲程的工作过程及能量转化规律。 （1）汽油机工作时，活塞在气缸内做往复运动。活塞在气缸内完成一次单向运动称为一个冲程。 3.【思考交流】汽油机是如何工作的？ （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。多数汽油机通过这四个冲程的不断循环实现连续工作。 ①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油与空气的混合物被吸入气缸。 ②压缩冲程：进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，内能增加，温度升高。能量转化：机械能转化为内能。 ③做功冲程：压缩冲程结束时，火花塞产生电火花使燃料燃烧，生成高温高压气体。该气体推动活塞做功，并通过连杆带动曲轴转动，实现对外做功。能量转化：内能转化为机械能。 ④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将废气排出气缸。 【想想议议】 1.四个冲程中，压缩冲程和做功冲程分别发生了怎样的能量转化？ 2.哪个冲程为汽车提供动力？ 3.哪个冲程排出汽车的废气？ 【归纳总结】汽油机一个工作循环情况总结 1.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。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.发生能量转化的冲程有两个：压缩冲程和做功冲程。 3.汽油机工作的四个冲程里，只有做功冲程中燃气对外做功，其余三个冲程均为辅助冲程，需依靠曲轴上飞轮的惯性来完成。 （设计意图：通过视频动画演示与图片模型展示，直观呈现汽油机的工作过程，为学生进一步理解相关知识搭建学习支架。） 三、柴油机 活动四：柴油机的工作过程 【观察与思考】 柴油机是以柴油为燃料的热机，其工作原理与汽油机大致相同。观察图中柴油机的主要构造，对比它与汽油机的构造差异，并思考柴油机的工作方式。 1.工作原理：通过柴油在气缸内燃烧产生高温高压燃气，推动活塞做功。 2.构造特点：与汽油机基本一致，核心区别在于柴油机气缸顶部没有火花塞，而是装有一个喷油嘴。 3.工作过程 吸气冲程：柴油机吸入气缸的只有空气，不同于汽油机吸入汽油与空气的混合物。 压缩冲程：活塞压缩气缸内的空气，使其成为高温气体，温度超过柴油的燃点。 做功冲程：压缩冲程结束后，喷油嘴向气缸内喷射雾状柴油，柴油在高温空气中剧烈燃烧（这种点火方式称为压燃式）。燃烧使气缸内压强骤增，气体推动活塞向气缸下端运动。 排气冲程：与汽油机相同，将废气排出气缸，为下一个工作循环做准备。 【归纳总结】 （1）柴油机的工作过程与汽油机类似，同样由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成一个工作循环。一个循环中，活塞往复两次，曲轴转动两周，对外做功一次。 （2）除做功冲程外，其余三个冲程依靠曲轴上飞轮的惯性完成。 柴油机吸入气缸的物质仅为空气，压缩冲程结束时，压缩空气的温度已超过柴油燃点，此时喷油嘴喷出的雾状柴油遇热空气立即燃烧。 柴油机和汽油机的异同点 项目 汽油机 柴油机 不同点 燃料 汽油 柴油 构造 气缸顶部有一个火花塞 气缸顶部有一个喷油嘴 吸气冲程 吸入汽油和空气的混合物 只吸入空气 压缩冲程 压缩程度较小 (机械能转化为内能) 压缩程度较大(机械能转化为内能) 点火方式 火花塞产生电火花点燃燃料 (点燃式) 喷出的雾状柴油遇到高温高压的空气燃烧 (压燃式) 主要特点 轻巧、效率低 笨重、效率高 应用 小汽车、摩托车等小型设备 载重汽车、拖拉机、火车、轮船、坦克等重型设备 相同点 (1)都是将内能转化为机械能的机械。(2)都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，曲轴转两周，对外做功一次。(3)启动时都是靠外力先使曲轴转动起来。 （设计意图：通过对比分析，引导学生了解柴油机的工作过程，并掌握汽油机与柴油机的异同点。） 总结归纳 板书设计 一、热机 1.概念：将内能转化为机械能的机器 2.原理：通过燃料燃烧产生内能，再经做功过程将其转化为机械能 3.种类：蒸汽机、内燃机、喷气式发动机等 二、汽油机 1.构造：进气门、排气门、火花塞、活塞、气缸、连杆、曲轴等 2.工作过程：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 3.能量转化：压缩冲程中，机械能转化为内能；做功冲程中，内能转化为机械能 三、柴油机 1.柴油机与汽油机的相同点：一个工作循环均包含四个冲程，能量转化情况一致 2.柴油机与汽油机的不同点： （1）构造方面：汽油机装有火花塞，柴油机装有喷油嘴 （2）点火方式：汽油机采用点燃式，柴油机采用压燃式 （3）用途方面：汽油机较为轻巧，适用于轿车、摩托车等；柴油机相对笨重，适用于卡车、轮船等 课堂练习 1.内燃机是现代交通运输工具的动力源，四种交通运输工具中，适合使用汽油机来提供动力的是(      ) A.客运飞机 B.小轿车 C.载重汽车 D.轮船 答案：B 解析：A.客运飞机大多使用涡扇喷气式发动机，故A不符合题意； B.小轿车是消耗汽油的，发动机一般使用汽油机作为动力装置，故B符合题意； CD.载重汽车、轮船都是消耗柴油的，柴油机提供的动力大，一般使用柴油机作为动力装置，故CD不符合题意。故选B。 2.汽油机的四个冲程中，能量转化与火山喷发相同的是(      ) A. B. C. D. 答案：D 解析：火山喷发时，高温高压空气膨胀对外做功，将内能转化为机械能，相当于内燃机的做功冲程。 A.进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，故A不符合题意； B.进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，故B不符合题意； C.进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，机械能转化为内能，故C不符合题意； D.进气门关闭，排气门关闭，活塞向下运动，火花塞处有火光，是做功冲程，内能转化为机械能，故D符合题意。 故选D。 3.如图实验中，小明在空矿泉水瓶侧壁钻一小孔，向瓶内喷入少量酒精，用纸杯盖住瓶口并在小孔处点火，纸杯瞬间飞出。“纸杯飞出”过程的能量转化与汽油机的哪个冲程相同(      ) A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程 答案：C 解析：该实验中，酒精燃烧后产生的高温高压气体膨胀对纸杯做功，内能转化为机械能。做功冲程是高温高压燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，因此该过程的能量转化与汽油机的做功冲程相同。故选C。 4.如图甲所示，物理兴趣小组制作了一个简易热机装置。在易拉罐中装入适量的水，用酒精灯加热，水沸腾后从管口喷出蒸汽使风车转动，此过程发生的能量转化是蒸汽的_____________能转化为风车的机械能，与图乙中的内燃机在____________（选填“A”或“B”）图所示冲程的能量转化是一致的。 答案：内；A 解析：蒸汽喷出后，对外做功，蒸汽的内能转化为风车的机械能。 乙图中A为热机的做功冲程，将内能转化为机械能；B为压缩冲程，将机械能转化为内能，所以图甲中风车转动过程中能量转化与图乙中的内燃机在A图所示冲程的能量转化是一致的。 七、教学反思（课后及时记录，持续优化教案，提升教学质量） 课堂效果 学生反馈 改进方向 教学特色 由于学生尚未接触过实际的汽油机，教学中需充分利用汽油机模型、课件或图片，介绍其基本构造及各部分名称，并说明各结构在工作过程中的作用，教材未提及的构造无需补充。要让学生了解四冲程汽油机的工作过程，掌握吸气、压缩、做功和排气四个冲程的基本内容，并重点强调做功冲程与压缩冲程中的能量转化。讲解柴油机时，可采用与汽油机对比的方式，结合柴油机构造简图，说明两者在构造上的异同：相似之处可简略带过，重点讲解吸气冲程、压缩程度及点火方式的差异。 学科网（北京）股份有限公司 $