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、汽油机四冲程及循环、柴油机与汽油机区别等核心知识点。通过汽车动力情境导入，衔接内能知识，用“水蒸气推动橡胶塞”实验直观展示内能转化为机械能，搭建学习支架。 特色在于实验驱动建立物理观念，如演示实验呈现能量转化链，四冲程对比分析培养科学思维，工作循环“4:2:2:1”关系结合练习强化科学推理，柴油机自主阅读提升探究能力。助学生深化理解，为教师提供清晰教学流程与重难点突破方法。

14.2 热机 人教版 九年级物理全一册 第十四章 第2节 课题 课型 课时 教材版本 14.2 热机 新授课 1课时（45分钟） 人教版 九年级全一册 教学方法 演示实验法、讲授法、对比分析法、小组讨论法 教学用具 PPT、试管、胶塞、铁架台、酒精灯、水 教材分析：本节是第十四章内能的利用的第2节，在学生学习了内能概念和改变内能的方法之后，具体学习内能在热机中的应用。本节包含三大知识点：热机概念与种类、四冲程汽油机的工作原理和能量转化、柴油机与汽油机的区别。实验演示“水蒸气推动橡胶塞”是理解“内能转化为机械能”的关键直观实验。四冲程的名称、顺序、各冲程中气门开闭状态和能量转化是本节重点也是考点，“一个工作循环”中冲程数、活塞往复次数、飞轮转动周数、对外做功次数的四个“4:2:2:1”关系是学生容易混淆的地方，也是计算题的核心。柴油机与汽油机的对比通过学生自主阅读完成。 学情分析：学生已学习了内能概念、改变内能的两种方法（热传递和做功）。“水蒸气推动橡胶塞”的演示实验能让学生直观感受内能转化为机械能的过程，建立热机的基本概念。汽油机四个冲程的名称、活塞运动方向、气门开闭状态、能量转化是学生的记忆难点，容易混淆。“一个工作循环”的数量关系（4个冲程、2次往复、2周转动、1次做功）是考试热点，需要通过练习反复强化。柴油机的学习可以采用“阅读对比”的方式，培养学生自主提取信息和对比分析的能力。 本节概要：情境导入（汽车如何获得机械能？）→实验演示（水蒸气推动橡胶塞）→知识点一：热机概念与种类→知识点二：汽油机四冲程（构造、工作原理、能量转化、工作循环）→知识点三：柴油机与汽油机对比→小结→3道练习。 核心素养目标 物理观念 1. 知道热机的概念，初步了解热机的工作原理，体会内能的利用对人类发展的重要作用；2. 理解热机将内能转化为机械能的本质特征；3. 了解四冲程汽油机和柴油机的构造。 科学思维 1. 通过“水蒸气推动橡胶塞”实验，培养从现象到本质的分析思维；2. 用对比分析的方法学习汽油机四冲程和柴油机与汽油机的异同。 科学探究 通过观察水蒸气推动橡胶塞的实验，分析能量转化过程，得出热机的工作原理；通过阅读教材学习柴油机与汽油机的异同点。 科学态度与责任 了解热机的发展历程和在现代社会中的广泛应用，认识到科学技术对社会发展的推动作用，同时关注热机的能源消耗和环境问题。 教学重难点 教学重点：①热机的概念和工作原理（内能转化为机械能）；②汽油机四个冲程的工作过程及能量转化；③一个工作循环中冲程数、活塞往复次数、飞轮转动周数、对外做功次数的关系。 教学难点：①四个冲程中活塞运动方向、气门开闭状态和能量转化的对应关系；②“4:2:2:1”关系的理解和计算应用（尤其是给定转速求做功次数的题型）；③柴油机与汽油机在构造、吸气、点火方式上的异同。 教学过程 环节一：情境导入（4分钟） 【教师活动】展示图片：18世纪第一辆汽车问世时，它的速度只有几千米每小时，而目前名为“寻血猎犬”的汽车速度已经超过了声速。提问：汽车是如何获得机械能的呢？它的动力来源是什么？ 【学生活动】思考回答：汽车靠发动机获得机械能，发动机燃烧汽油产生动力。燃烧发热是内能，推动车轮是机械能——内能变成了机械能。 【过渡语】内能如何转化为机械能？我们先做一个简单的实验来观察这个过程。 环节二：演示实验——水蒸气推动橡胶塞（5分钟） 【教师活动】演示实验：在试管内装些水，用胶塞塞住管口，将水加热一段时间，观察现象。提问：你观察到什么现象？讨论这个过程中不同形式能量之间转化的情况。 实验装置：试管、水、胶塞、铁架台、酒精灯 实验现象：水蒸气将橡胶塞推出试管口 【学生活动】观察并分析：用酒精灯加热试管中的水，酒精燃烧释放热量（化学能→内能），水蒸气将橡胶塞推出试管口（内能→机械能）。能量转化：酒精的化学能→水蒸气内能→橡胶塞的机械能。 【知识点】内能可以转化为机械能。实验中高温高压的水蒸气推动活塞（橡胶塞）做功，将内能转化为机械能。这就是热机的基本原理。 【设计意图】实验直观展示了“内能→机械能”的过程，为热机概念的建立奠定感性认知基础。重点强调能量转化链——化学能→内能→机械能。 【过渡语】这个实验展示的原理就是热机的原型。接下来我们正式学习热机。 环节三：知识点一——热机（6分钟） 【教师活动】讲解：1. 热机的定义——利用内能做功的机械就是热机。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——蒸汽机、内燃机、汽轮机、喗气发动机等。 【教师活动】补充讲解蒸汽机的缺点：它的锅炉与汽缸分离，是一种“外燃机”。体积庞大，车身笨重，热损失大，效率很低。 【教师活动】讲解内燃机：燃料直接在发动机汽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。种类：汽油机、柴油机。 汽油机——以汽油为燃料 柴油机——以柴油为燃料 【知识点】热机：利用内能做功的机械。工作原理：内能→机械能。种类：蒸汽机（外燃机）、内燃机（汽油机、柴油机）、汽轮机、喗气发动机。 【过渡语】内燃机是最常见的热机，其中汽油机应用最广泛。我们重点学习汽油机的工作原理。 环节四：知识点二——汽油机（14分钟） 【教师活动】展示汽油机构造图，介绍主要部件：汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。讲解工作原理：汽油在汽缸里面燃烧时生成高温高压的燃气，推动活塞做功。活塞运动带动曲轴转动。 汽油机构造图 【教师活动】讲解工作过程：①冲程的定义——活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。②多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 【教师活动】一、吸气冲程：进气门打开、排气门关闭。活塞向下运动，汽缸内气压减小，吸入汽油和空气的混合物。该冲程不存在能量转化。 吸气冲程示意图 【教师活动】二、压缩冲程：进气门和排气门都关闭。活塞向上运动，活塞压缩汽缸内的气体做功，气体的内能增大。能量转化：机械能转化为内能。 压缩冲程示意图 【教师活动】三、做功冲程：进气门和排气门都关闭。火花塞点火，高温高压的气体向下推动活塞运动，活塞推动连杆、曲轴运动。能量转化：内能转化为机械能。 做功冲程示意图 【教师活动】四、排气冲程：进气门关闭、排气门打开。活塞向上运动，汽缸内气体被压缩，压强变大，废气被排出。该冲程不存在能量转化。 排气冲程示意图 【教师活动】四个冲程讲完后，提出三个问题：1. 在四个冲程中，哪两个冲程发生了能量转化？各转化了什么能量？2. 哪个冲程使汽车获得动力？3. 哪个冲程排出了汽车的尾气？ 【学生活动】回答：1. 压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程将内能转化为机械能。2. 做功冲程使汽车获得动力。3. 排气冲程将废气排出。 【设计意图】全班提问检测学生对四个冲程能量转化的掌握情况，确保分清压缩冲程和做功冲程的能量转化方向是相反的。 【教师活动】讲解工作循环：做功冲程中高压气体推动活塞使曲轴转动，而其他三个冲程蜂冲程支是曲轴依靠飞轮的惯性继续转动。强调：四冲程汽油机的一个工作循环：4个冲程、活塞往复2次、飞轮转动2周、对外做功1次。简记：“4:2:2:1”。 四冲程汽油机的工作循环 汽油机一个工作循环情况总结 【知识点】汽油机四个冲程对比：吸气冲程（进气门开、排气门关、活塞下行、无能量转化）、压缩冲程（两门关、活塞上行、机械能→内能）、做功冲程（两门关、活塞下行、内能→机械能）、排气冲程（排气门开、进气门关、活塞上行、无能量转化）。一个工作循环：4个冲程、2次往复、2周转动、1次做功。 工作循环记忆法：“4:2:2:1”即一个工作循环中：4个冲程、活塞往复2次、飞轮转动2周、对外做功1次。计算时要注意：转速n r/min转化为n/60 r/s，做功次数=n/120次/s。 【过渡语】掌握了汽油机后，它的“兄弟”柴油机又有什么不同呢？请同学们阅读教材中柴油机的内容，带着问题自主学习。 环节五：知识点三——柴油机（5分钟） 【教师活动】提出问题让学生带着问题阅读教材：1. 柴油机与汽油机在构造上有什么不同？2. 二者的吸气冲程有什么不同？3. 二者的压缩冲程末的工作状态有什么不同？4. 柴油机相比于汽油机有哪些优势？有哪些劣势？5. 二者在工作过程中有哪些相同点？ 柴油机构造图（顶部有喷油嘴） 汽油机构造图（顶部有火花塞） 【学生活动】阅读教材并回答：1. 柴油机顶部有喷油嘴，汽油机顶部有火花塞。2. 柴油机吸气冲程吸入的是纯空气，汽油机吸入的是汽油和空气的混合物。3. 柴油机是压燃式点火（不需火花塞），汽油机是点燃式点火（火花塞）。4. 柴油机效率高、力气大，但体积笨重、噪音大。5. 相同点：都是四冲程内燃机，都将内能转化为机械能，都有吸气、压缩、做功、排气四个冲程。 【知识点】柴油机与汽油机的区别：①构造——柴油机用喷油嘴，汽油机用火花塞；②吸气——柴油机吸入纯空气，汽油机吸入汽油和空气混合物；③点火方式——柴油机压燃式，汽油机点燃式。 【设计意图】柴油机与汽油机的对比是考试常考内容。通过学生自主阅读和对比分析，培养提取信息和归纳总结的能力，同时避免学生混淆两种内燃机。 环节六：课堂小结（3分钟） 【教师活动】引导学生共同完成知识框架：热机是利用内能做功的机械，将内能转化为机械能。汽油机四个冲程：吸气冲程、压缩冲程（机械能→内能）、做功冲程（内能→机械能）、排气冲程。一个工作循环：4个冲程、2次往复、2周转动、1次做功。柴油机与汽油机主要区别：构造不同（喷油嘴vs火花塞）、吸气不同（纯空气vs混合物）、点火方式不同（压燃式vs点燃式）。 【学生活动】跟随教师回答并在学案上完成知识框架和对比表。 板书设计 14.2 热机 一、热机 定义：利用内能做功的机械 原理：内能→机械能 种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喗气发动机 二、汽油机四冲程 吸气（进开排关、活塞下行、无能量转化） 压缩（两门关、活塞上行、机械能→内能） 做功（两门关、活塞下行、内能→机械能） 排气（排开进关、活塞上行、无能量转化） 三、工作循环 一个循环：4冲程、2次往复、2周转动、1次做功 简记："4:2:2:1" 四、柴油机 vs 汽油机 构造：喷油嘴 vs 火花塞 吸气：纯空气 vs 混合物 点火：压燃式 vs 点燃式 人教版 九年级全一册 第十四章 第2节 课堂练习（3分钟） 【教师活动】练1 如图甲、乙、丙、丁是单缸汽油机一个工作循环的四个冲程。以下说法不正确的（　　） A．图乙冲程是靠飞轮的惯性来完成的 B．图丙冲程吸入的物质是汽油和空气的混合物 C．图甲是压缩冲程，机械能转化为内能 D．图丁是做功冲程，内能转化为机械能 【学生活动】选C。解析：图甲两个气门均关闭、活塞向上运动，图中点火线未引燃（需观察图中点火标志），可判断甲为压缩冲程，能量转化确实是机械能→内能——但答案认为丁是做功冲程的说法不正确——‘丁’实际上为排气冲程（排气门打开），图丙为吸气冲程（进气门打开），而图丁为排气冲程。综合图片分析，该题正确答案为C（图片信息需结合图片判断）。 【教师活动】练2 内燃机的一个工作循环由_____、_____、_____、______四个冲程组成。一台某型号单缸四冲程汽油机的曲轴转动速度是1200 r/min，则该汽油机每秒钟对外做功___次。 【学生活动】填空：吸气、压缩、做功、排气；10次。解析：曲轴转速1200 r/min = 20 r/s，一个工作循环曲轴转动2周→每秒钟循环10次→每循环做功1次→每秒做功10次。计算公式：做功次数 = 转速(r/min) ÷ 2 ÷ 60 = 转速 ÷ 120。 计算公式：做功次数/秒 = 转速(r/min) ÷ 120。原理：每分钟转速n→每分钟做功n/2次（每循环转2周做功1次）→每秒做功n/120次。 【教师活动】练3 关于热机，下列说法中正确的是（　　　　） A. 汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞 B. 柴油机在吸气冲程中，将柴油和空气的混合气吸入汽缸 C. 汽油机和柴油机除了做功冲程外，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的 D. 改进技术后，热机的效率可以达到100% 【学生活动】选C。解析：A错——汽油机顶部是火花塞，柴油机顶部是喷油嘴；B错——柴油机吸气冲程吸入的是纯空气；D错——热机效率永远小于100%（热力学第二定律）。只有C正确，其他三个冲程确实都是靠飞轮惯性完成的。 教学反思 □ “水蒸气推动橡胶塞”的演示实验是否真正让学生理解了“内能→机械能”？还是只看了个热闹？建议做完实验后让学生自己在纸上画出能量转化链，而不是口头回答。 □ 四个冲程的对比表学生是否能独立填完？特别是压缩冲程和做功冲程的能量转化方向是相反的，这是学生最容易混淆的地方。“机械能→内能”还是“内能→机械能”——要反复强调。 □ “4:2:2:1”的工作循环关系学生能否在计算题中灵活运用？练2的转速计算题正确率如何？建议变换数据（如改为1800 r/min、2400 r/min等）再出几道变式让学生练习。 □ 柴油机与汽油机的对比学习是否太走过场？学生自主阅读后能否独立完成对比表？如果时间允许，可以让小组互相提问，一个问汽油机的特点、另一个问柴油机的特点，增强互动。 □ 练1是图片识别题，学生必须能根据气门开闭、活塞方向、火花塞点火与否来判断冲程类型。这道题反映了学生对四个冲程特征的综合辨识能力。建议在讲完四个冲程后立即用类似图片让学生练习判断。 学科网（北京）股份有限公司 $