14.2 热机 教案 2026-2027学年物理人教版九年级全一册

该教案聚焦热机工作原理、汽油机四冲程及汽柴油机对比等核心知识点，通过试管冲塞实验导入，从水蒸气冲塞现象分析能量转化与转移，衔接内能知识，为内燃机学习搭建支架。 此资料以实验探究和多媒体演示为特色，通过观察试管冲塞现象培养科学探究能力，对比汽柴油机构造与工作过程发展科学思维，助力学生构建循环模型，提升分析能力，为教师提供清晰教学流程与重难点突破方法。

热机 第十四章 内能的利用 第2节 热机 课题 热机 课型 新授课 课时 1课时（45分钟） 教材版本 人教版九年级全一册 授课对象 九年级学生 授课时间 年 月 日 教学方法 实验探究法、讲授法、讨论法、多媒体演示法 教学用具 试管（带橡胶塞）、酒精灯、铁架台、水、多媒体课件、汽油机/柴油机构造动画 一、核心素养目标 1. 物理观念 知道热机的概念——利用内能做功的机械。理解热机的工作原理：燃料的化学能→内能→机械能，能区分"能量转化"（化学能→内能、内能→机械能）和"能量转移"（高温燃气→试管→水）。 了解汽油机的构造（气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、连杆、曲轴）和四个冲程的工作过程（吸气→压缩→做功→排气），知道只有做功冲程对外做功，其他冲程靠飞轮惯性完成。 了解柴油机的构造和工作过程，能从构造（火花塞vs喷油嘴）、燃料（汽油vs柴油）、吸入气体（汽油空气混合物vs纯空气）、点火方式（点燃式vs压燃式）等角度比较汽油机和柴油机的异同。 掌握内燃机工作循环的定量关系：一个工作循环=四个冲程=对外做功1次=活塞往复2次=飞轮转2圈。能根据飞轮转速计算做功次数。 2. 科学思维 通过从试管冲塞实验到热机原理的归纳过程（水蒸气冲塞→蒸汽机→内燃机），建立"从简单实验到复杂机械"的科学建模思维。 通过汽油机四个冲程循环的分析，建立"循环模型"思维——理解周期性工作过程中"对外做功→惯性回复→再压缩→再做功"的能量转化闭环。 通过对汽油机和柴油机的对比分析（构造/燃料/点火方式/应用），培养比较与类比的科学思维方法。 3. 科学探究 观察试管内水沸腾→塞子冲开→管口红雾的演示实验，描述现象并分析能量转化过程（化学能→内能→机械能）、能量转移过程（高温燃气→试管→水）和物态变化（汽化+液化）。 通过汽油机构造图和工作动画，自主归纳四个冲程中气门开闭、活塞运动方向、能量转化情况，画出简化示意图。 小组合作完成汽油机与柴油机对比表，从构造、燃料、吸入气体、点火方式、压缩比、应用等角度全面比较。 4. 科学态度与责任 通过了解热机从蒸汽机到内燃机的发展历史，感受技术进步对人类社会的推动作用，培养对科技创新的尊重和向往。 通过对汽油机和柴油机不同应用场景的分析（汽车vs重型机械），认识到"不同方案适应不同需求"的工程设计思想。 通过对热机效率问题（内能不能100%转为机械能→与能量守恒定律一致）的认识，树立节能减排、保护环境的责任意识。 二、教学重点与难点 教学重点：1. 热机的工作原理——燃料的化学能→内能→机械能。热机是利用内能做功的机械，内燃机是燃料在气缸内直接燃烧的热机。 2. 汽油机四个冲程的工作过程——①吸气（进气门开、排气门关、活塞下、吸入汽油空气混合气）；②压缩（两门关、活塞上、混合气被压缩→机械能→内能）；③做功（火花塞点火→高温高压气体→推活塞下→内能→机械能，对外做功）；④排气（进气门关、排气门开、活塞上→排出废气）。 3. 汽油机与柴油机的异同对比——相同点：都是内燃机、都有四个冲程、压缩冲程→机械能→内能/做功冲程→内能→机械能、都靠外力启动。不同点：火花塞vs喷油嘴、汽油vs柴油、混合气vs纯空气、点燃式vs压燃式、压缩比低vs高、汽车/飞机/摩托车vs载重汽车/拖拉机/坦克/轮船。 教学难点：1. 一个工作循环的定量关系记忆——学生易混淆：4冲程=做功1次=活塞往复2次=飞轮转2圈。口诀："4个冲程1次功，活塞来回2趟走，飞轮跟着转2圈。"已知飞轮转速可求每秒做功次数=飞轮转速(r/s)÷2。 2. 做功冲程与压缩冲程的能量转化方向区分——压缩冲程：活塞向上压缩气体→活塞对气体做功→机械能→内能（气体内能增加，温度升高）；做功冲程：高温高压气体推动活塞向下→气体对活塞做功→内能→机械能（气体内能减少）。记忆：压缩→"收进来"（机械→内）、做功→"发出去"（内→机械）。 3. 柴油机压燃式的理解——压缩冲程中纯空气被高度压缩→温度急剧升高（超过柴油燃点）→喷油嘴喷入柴油→柴油遇到高温空气立即燃烧→"压燃"。汽油机则需火花塞点火→"点燃"。 三、教学过程 环节一：情境导入（3-5分钟） 【教师活动】同学们，18世纪第一辆汽车问世时速度只有几公里每小时，而今天最快的汽车已超过声速！汽车是如何从燃料中获得巨大机械能的？它的"心脏"就是——热机。我们先来做一个经典实验：用酒精灯加热试管里的水，看看水蒸气能做什么。 【学生活动】观察18世纪第一辆汽车图片，对比今日汽车速度→思考"汽车的心脏是什么"。观察试管冲塞演示实验，描述三个现象：塞子冲开、管口红雾、水的沸腾。完成学案KWL预习栏。 【过渡语】小小的试管就能把水蒸气的内能变成塞子的机械能——如果把这个作用放大千万倍，就是热机！热机是汽车、飞机、轮船和火箭的心脏。我们先来理解热机的基本原理。 18世纪的第一辆汽车——热机推动了人类的交通运输革命 环节二：新知探究（15-20分钟） 知识点一：热机的工作原理 【教师活动】演示实验：用酒精灯加热试管内的水。仔细观察三个现象——①水沸腾后试管塞怎样了？②试管口出现什么？③为什么会有这些现象？ 【讲授】实验分析：①塞子被冲开→试管内水沸腾→水蒸气不断产生→气压增大→气压大到一定程度→冲开塞子。②管口红雾→高温水蒸气冲开塞子时对塞子做功→水蒸气内能减少→温度降低→水蒸气液化成小水珠（白雾）。③物态变化：水→水蒸气是汽化（吸热），水蒸气→白雾是液化（放热）。 【教师活动】这个简单实验揭示了蒸气机的基本原理！请小组讨论完整的能量转化和转移过程。 【学生活动】小组讨论归纳——能量转化：①酒精燃烧：化学能→内能；②冲开塞子：内能→机械能（水蒸气对塞子做功→塞子机械能增加，水蒸气内能减少）。能量转移：高温燃气→试管→管内的水和水蒸气（热量传递，能量形式不变→属于能量转移）。 【讲授】热机的定义：利用内能做功的机械叫热机。热机工作时把内能转化为机械能。常见热机种类：蒸气机、内燃机（汽油机和柴油机）、汽轮机、喷气发动机等。内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机——我们的汽车用的就是内燃机。 一种内燃机的剖面图 【过渡语】热机种类很多，但最广泛使用的是内燃机——燃料直接在气缸内燃烧。汽油机是内燃机的典型代表。让我们解剖汽油机，看看它的四冲程工作循环有多精妙。 知识点二：汽油机 【教师活动】观察图片——摩托车和小汽车用的是汽油机，货车和坦克用的是柴油机。今天我们重点学习汽油机的构造和工作过程。请观察汽油机构造图，能找到哪些主要部件？ 【讲授】汽油机的主要构造：气缸（燃料燃烧的空间）、火花塞（点燃燃料）、进气门、排气门、活塞（在气缸内往复运动）、连杆（连接活塞和曲轴）、曲轴（将直线运动转为旋转运动）。 【讲授】汽油机四个冲程的工作过程：①吸气冲程——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气缸。②压缩冲程——进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩（机械能→内能，气体温度升高）。③做功冲程——压缩冲程结束时，火花塞产生电火花→燃料猛烈燃烧→产生高温高压气体→推动活塞向下运动→带动曲轴转动→对外做功（内能→机械能）。这是唯一对外做功的冲程！④排气冲程——进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动→把废气排出气缸。 【教师活动】【关键规律】在一个工作循环中，几个冲程？对外做功几次？活塞往复几次？飞轮转几圈？ 【重点辨析】【重点辨析】一个工作循环=四个冲程=对外做功1次=活塞往复运动2次=飞轮转动2圈。只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。计算：已知飞轮转速→每秒做功次数=飞轮转速(r/s)÷2。如3600r/min=60r/s→对外做功30次/s。 摩托车使用汽油机 小汽车使用汽油机 汽油机的构造示意图 汽油机实物解剖图 汽油机四个冲程的简化示意图 【过渡语】汽油机用汽油，但重型机械为什么更爱用柴油？柴油机和汽油机到底有什么不同？下面我们全面对比两种内燃机。 知识点三：柴油机 【教师活动】柴油机也是内燃机——燃料在气缸内燃烧。请对比汽油机和柴油机，找相同点和不同点。 【讲授】汽油机与柴油机的相同点：①都是燃料在气缸内燃烧（内燃机）；②都由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成；③压缩冲程→机械能→内能，做功冲程→内能→机械能；④启动时都靠外力先使飞轮和曲轴转动起来。 【讲授】汽油机与柴油机的不同点：①构造——汽油机气缸顶部是火花塞，柴油机是喷油嘴；②燃料——汽油vs柴油；③吸气冲程——汽油机吸入汽油+空气混合物，柴油机只吸入纯空气；④点火方式——汽油机靠火花塞"点燃"，柴油机靠压缩高温空气使柴油"压燃"；⑤压缩比——柴油机压缩比更高（气体压缩更厉害）；⑥应用——汽油机用于汽车/飞机/摩托车（轻便快速），柴油机用于载重汽车/拖拉机/坦克/轮船（功率大、经济性好）。 【互动提问】【互动提问】为什么柴油机的效率比汽油机高？从"压缩比大→气体温度更高→燃料燃烧更充分"的角度思考。 货车使用柴油机 坦克使用柴油机 环节三：例题精讲（10-15分钟） 例题1：关于热机，下列说法中正确的是（ ） A. 热机是把化学能转化为机械能的机器 B. 内燃机的做功冲程是把机械能转化为内能 C. 四个冲程内燃机的一个工作循环中，对外做功两次 D. 内燃机吸气冲程中，柴油机吸入的是空气 【思路分析】A错：热机工作时化学能→内能→机械能（两步转化），不仅仅化学能→机械能。B错：做功冲程是内能→机械能，压缩冲程才是机械能→内能。C错：一个工作循环对外做功1次。D对：柴油机吸气冲程吸入纯空气（汽油机吸入汽油空气混合物）。 答案：D 【变式训练】一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为2400r/min，该汽油机1s内完成多少个工作循环？对外做功多少次？ 解析：2400r/min=40r/s。飞轮转2圈=1个工作循环→40r/s÷2=20个工作循环/s。每工作循环做功1次→1s对外做功20次。 例题2：单缸四冲程汽油机工作时，下列说法错误的是（ ） A. 做功冲程中，高温高压气体对活塞做功，内能转化为机械能 B. 压缩冲程中，活塞向上运动压缩燃料混合物，机械能转化为内能 C. 四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余冲程靠飞轮惯性完成 D. 一个工作循环中，活塞往复运动4次，飞轮转动2圈 【思路分析】A对：做功→气体推活塞→内→机械。B对：压缩→活塞压气体→机械→内。C对：只有做功冲程对外做功，其他三重靠惯性。D错：一个工作循环中活塞往复2次（不是4次），飞轮转动2圈。 答案：D 【变式训练】判断："汽油机的一个工作循环中，吸气冲程和排气冲程均消耗飞轮的动能，使飞轮转速减慢。"这句话对吗？ 解析：正确。一个工作循环中只有做功冲程输出能量使飞轮加速，其余三个冲程（吸气、压缩、排气）均消耗飞轮的动能，飞轮转速在四冲程中先减后增，整体维持匀速转动。 环节四：课堂练习（5-10分钟） A组·基础巩固 练习1：如图所示，在橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出的过程中，以下说法正确的是（ ） A. 试管口出现的"白雾"是气体 B. 水蒸气对外做功，内能增加 C. 水蒸气的温度升高 D. 这个实验基本展示了蒸汽机的工作原理 橡胶塞被水蒸气冲出实验 练习2：内燃机在一个工作循环中，将内能转化为机械能的是（ ） A. 做功冲程 B. 压缩冲程 C. 吸气冲程 D. 排气冲程 练习3：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 练习4：下面关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是（ ） A. 汽油机与柴油机使用的燃料不同 B. 柴油机汽缸顶部有个喷油嘴，汽油机汽缸顶部有个火花塞 C. 柴油机与汽油机除使用的燃料不同外，在构造上完全相同 D. 柴油机采用压燃式点火，汽油机采用点燃式点火 B组·能力提高 练习5：一台单缸四冲程汽油机，如图所示为________冲程（两气门均关闭，火花塞点火，活塞向下运动），若飞轮转速为3600r/min，该汽油机活塞1s对外做功________次。 四冲程示意图——判断做功冲程 环节五：课堂小结（2-3分钟） 【教师引导】本节三大核心：①热机原理——利用内能做功，化学能→内能→机械能两步转化。②汽油机四冲程——吸气→压缩（机械→内）→做功（内→机械，唯一对外做功冲程）→排气；定量规律：1循环=4冲程=1次功=2往复=2圈。③柴油机vs汽油机——三核心区别：气缸顶部（火花塞vs喷油嘴）、燃料吸入（混合气vs纯空气）、点火方式（点燃vs压燃）。 【课堂互动】飞轮转速计算PK赛——老师说转速，学生抢算每秒做功次数。2400r/min→？3000r/min→？1200r/min→？看谁算得又快又准！ 四、板书设计 第2节 热机 一、热机的工作原理 ①热机：利用内能做功的机械 ②工作原理：化学能→内能→机械能 ③内燃机：燃料在气缸内直接燃烧 二、汽油机 ①构造：气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、连杆、曲轴 ②四冲程循环（1循环=4冲程=做功1次=活塞往复2次=飞轮2圈） 吸气（进开排关·活塞下）→压缩（两关·活塞上·机械→内） 做功（两关·火花塞点火·活塞下·内→机械）→排气（进关排开·活塞上） 三、柴油机vs汽油机 同：内燃机·四冲程·压缩机械→内·做功内→机械·外力启动 异：火花塞·汽油·混合气·点燃式·低压缩比·汽车飞机 喷油嘴·柴油·纯空气·压燃式·高压缩比·重型机械轮船 五、教学反思 1. 演示实验（试管冲塞→白雾）是否清晰呈现？学生是否能自主完成"现象描述→原因分析→能量转化→能量转移→物态变化"的完整思维链？ 2. 四冲程工作过程是学生构建"循环模型"的关键——学生是否能通过构造图结合文字描述，在每个冲程中准确判断"气门开闭、活塞方向、能量转化"三要素？ 3. "1循环=4冲程=1次功=2往复=2圈"的定量规律，学生是否能熟练应用飞轮转速计算每秒做功次数？口诀记忆效果如何？ 4. 汽油机与柴油机的对比——构造（火花塞vs喷油嘴）、点火方式（点燃vs压燃）、吸入气体（混合气vs纯空气）三个核心区别学生是否清晰？ 5. 做功冲程→内能→机械能、压缩冲程→机械能→内能的能量转化方向学生是否混淆？ 6. 热机效率与环境问题的引出——"内能不能100%转为机械能"→复习能量守恒和方向性→引出节能环保意识，是否自然过渡到下一节？ 学科网（北京）股份有限公司 $