14.2 热机（课件，教材配套版）物理新教材人教版九年级全一册

该初中物理课件聚焦热机，涵盖热机定义、内燃机四冲程工作原理及能量转化。以“飞驰的汽车”速度发展导入，通过加热试管水的演示实验，衔接内能知识，搭建从生活现象到原理探究的学习支架。 其亮点在于以物理观念为核心，通过四冲程模型建构和汽油机柴油机对比表格，培养科学思维。结合演示实验、现代汽车动力系统实例及新能源发展，渗透科学态度与责任，帮助学生理解能量转化，教师可高效开展原理教学与素养培养。

第2节 热机 第十四章 内能的利用 人教版九年级物理 内能做功 → 机械能 | 热机是工业化社会的引擎 §14.2 [过渡] 今天我们学习第十四章第2节——热机。 热机是人类工业化社会的引擎，它将内能转化为机械能，推动了汽车、火车、轮船等交通工具的发展。 要点：(1) 热机是利用内能做功的机械 (2) 本节重点学习汽油机和柴油机 时长：1 分钟 飞驰的汽车 如何获得机械能？ 18世纪第一辆汽车问世 速度只有几千米每小时 目前最快汽车速度已超过声速！ 汽车是如何获得机械能的呢？ 02 [过渡] 先来看一个引人思考的问题。 18世纪第一辆汽车问世时，速度只有几千米每小时；而目前最快的汽车速度已经超过了声速！飞驰的汽车是如何获得机械能的呢？ 要点：(1) 汽车速度从几km/h到超过声速 (2) 核心问题：如何获得机械能 时长：1 分钟 演示实验 不同形式能量之间的转化 图14.2-2 加热试管中的水 实验过程 试管内装些水 用橡胶塞塞住管口 将水加热一段时间 塞子冲出！ 能量转化过程 燃料燃烧 →化学能 → 内能 水蒸气推动塞子 →内能 → 机械能 基本展示了蒸汽机的工作原理 03 [过渡] 让我们看看一个演示实验。 试管内装水→橡胶塞塞住→加热→塞子冲出！燃料燃烧，化学能转化为内能；水蒸气的内能转化为塞子的机械能。这个简单实验基本展示了蒸汽机的工作原理。 要点：(1) 化学能→内能 (2) 内能→机械能 (3) 蒸汽机工作原理基本展示 时长：2 分钟 热机 各种利用内能做功的机械，叫作热机 （heat engine） 热机的发明及广泛使用，使人类迈入了工业化社会 蒸汽机 最早的热机 外部燃烧 内燃机 ★ 最常见的热机 汽缸内燃烧 汽轮机 高速旋转 发电厂常用 喷气发动机 航空动力 高速飞行 04 [过渡] 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。热机分为四大类型：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。其中内燃机是现代社会中最常见的热机。 要点：(1) 热机定义 (2) 四大类型 (3) 内燃机最常见 时长：2 分钟 内燃机 — 最常见的热机 燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机 图14.2-3 一种内燃机的剖面图 汽油机 用汽油作燃料 火花塞点火 → 轿车、摩托车 柴油机 用柴油作燃料 压缩空气自燃 → 载重车、轮船 05 [过渡] 内燃机分为汽油机和柴油机两大类。 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。汽油机用汽油作燃料，柴油机用柴油作燃料。 要点：(1) 内燃机定义 (2) 汽油机和柴油机两大类 (3) 区别：火花塞vs喷油嘴 时长：1 分钟 汽油机的构造 图14.2-4 四冲程汽油机剖面图 主要构造部件 火花塞— 气缸顶部 进气门 / 排气门— 气缸上部 活塞 / 连杆 / 曲轴— 下部 汽油燃烧 → 高温高压燃气 → 推动活塞做功 → 带动曲轴转动 冲程与四冲程循环 冲程：活塞从一端运动到另一端 四冲程循环： 吸气→压缩→做功→排气 06 [过渡] 我们重点学习最常见的内燃机——汽油机。 汽油机主要构造：火花塞（气缸顶部）、进气门和排气门（气缸上部）、活塞和连杆和曲轴（下部）。冲程：活塞从一端运动到另一端的过程。四冲程循环：吸气→压缩→做功→排气。 要点：(1) 汽油机构造部件 (2) 冲程定义 (3) 四冲程循环 时长：2 分钟 吸气冲程 & 压缩冲程 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 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 07 [过渡] 先学习前两个冲程。 吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下，汽油和空气混合物进入气缸。 压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上，燃料混合物被压缩。[停顿] 注意——机械能转化为内能！ 要点：(1) 吸气冲程各门状态 (2) 压缩冲程各门状态 (3) 压缩冲程能量转化 时长：3 分钟 做功冲程 & 排气冲程 做功冲程 ★ 汽车获得动力 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→带动曲轴→对外做功 内能 → 机械能 ★ 排气冲程 进气门关闭 排气门打开 活塞向上运动 废气排出气缸 排出废气，带走部分内能 08 [过渡] 现在来看核心冲程——做功冲程！ 做功冲程：火花塞产生电火花→燃料猛烈燃烧→高温高压气体→推动活塞向下→带动曲轴→对外做功。[停顿] 这是汽车获得动力的冲程！内能转化为机械能。 排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上，废气排出气缸。 要点：(1) 做功冲程是获得动力的冲程 (2) 内能→机械能 (3) 排气冲程排出废气 时长：3 分钟 四冲程中的能量转化 化学能 （汽油/柴油） 燃烧释放热量 内能 （高温高压气体） 压缩冲程获得 机械能 （汽车动力） 做功冲程输出 压缩冲程 机械能 → 内能 活塞压缩气体 机械能转化为内能 做功冲程 ★ 内能 → 机械能 高温高压气体推动活塞 ★ 汽车获得动力的冲程 燃料燃烧 化学能 → 内能 汽油/柴油燃烧 释放热量的能量源头 09 [过渡] 让我们从能量转化的角度整体分析。 压缩冲程：机械能→内能。做功冲程：内能→机械能。燃料燃烧：化学能→内能。[停顿] 核心结论：做功冲程是汽车获得动力的冲程！ 要点：(1) 三大能量转化 (2) 做功冲程=获得动力 (3) 化学能是能量源头 时长：2 分钟 柴油机 — 压缩点火式内燃机 构造区别 构造与汽油机相似，但气缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴 压缩点火原理（压燃式） 吸气冲程只吸进纯空气→ 压缩冲程温度超过柴油燃点 喷油嘴喷出雾状柴油→ 遇热空气立刻燃烧 做功冲程：温度急剧升高，压强急剧增大→ 推动活塞对外做功 输出功率更大 压缩程度比汽油机高 做功冲程压强更大 可输出更大的功率 主要应用 载重汽车 火车 轮船 早期柴油机较笨重，零件结构强度要求高 近年来：体积、噪声、污染问题逐步得到解决 10 [过渡] 学习完汽油机，来看柴油机。 柴油机的关键区别：气缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。柴油机通过压缩空气直接点燃柴油——这是"压燃式"。吸气冲程只吸进纯空气，压缩冲程压缩程度非常高，温度超过柴油燃点。输出功率更大。 要点：(1) 喷油嘴vs火花塞 (2) 压燃式点火 (3) 输出功率更大 时长：2 分钟 汽油机 vs 柴油机 维度 汽油机 柴油机 燃料 汽油 柴油 点火方式 火花塞点火 压缩空气自燃 吸气冲程 汽油+空气混合物 纯空气 压缩程度 较低 较高 做功压强 较低 更大 结构 有火花塞 有喷油嘴 相同点：都是内燃机 | 都有四冲程循环 | 都是利用内能做功 11 [过渡] 把汽油机和柴油机放在一起对比。 [停顿] 核心差异：点火方式（火花塞vs压燃）、吸气冲程（混合物vs纯空气）、压缩程度和功率（低vs高）。相同点：都是内燃机，都有四冲程循环。 要点：(1) 六个维度的对比 (2) 关键差异 (3) 共同点 时长：2 分钟 现代汽车中的热机 图14.2-6 汽车的动力系统 燃油汽车四大组成 发动机— 内能变为机械能 底盘— 传动机构传给车轮 车身+电气设备 电气设备：产生电火花、启动发动机、照明 三缸/四缸/六缸多缸发动机 各气缸交替做功 → 运转平稳 电子技术 & 新能源 电子燃油喷射系统 微电脑精确控制喷油 → 提高效率 减少排放 → 降低油耗 → 提高功率 新能源汽车快速发展 电能、氢能等替代燃料 更节能 · 更安全 · 环境影响更小 12 [过渡] 热机在现代社会中最广泛的应用就是汽车。 燃油汽车四大组成：发动机、底盘、车身、电气设备。多缸发动机使运转平稳。电子燃油喷射系统提高效率、减少排放。更重要的是——电能、氢能等新能源汽车正在快速发展。 要点：(1) 四大组成 (2) 多缸发动机 (3) 电子喷射 (4) 新能源方向 时长：2 分钟 核心素养要求 《义务教育物理课程标准（2022年版）》 能量主题 3.3 内能 物理观念 理解内能与机械能 的转化 认识热机是能量转化 的载体 压缩：机械能→内能 做功：内能→机械能 ★ 燃烧：化学能→内能 科学思维 用四冲程模型 理解工作过程 对比汽油机与 柴油机的异同 科学态度与责任 关注汽车排放 认识新能源方向 践行低碳生活 关注可持续发展 13 [过渡] 让我们从课标的角度审视今天的学习。 物理观念：理解内能与机械能的转化，认识热机是能量转化的载体。科学思维：用四冲程模型理解工作过程，对比分析异同点。科学态度与责任：关注排放、新能源、低碳生活、可持续发展。 要点：(1) 三维核心素养 (2) 能量观念 (3) 模型建构 (4) 可持续发展 时长：2 分钟 知识要点回顾 热机定义 → 内燃机分类 → 汽油机四冲程 → 能量转化 → 柴油机 核心考点 做功冲程= 汽车获得动力 |压缩冲程= 机械能→内能 |做功冲程= 内能→机械能 课后思考 1. 走马灯的能量转化与哪个冲程相似？ 2. 你身边还有哪些地方用到了热机？ 3. 柴油机和汽油机有什么相同点和不同点？ 4. 四冲程内燃机中哪些冲程涉及化学能→内能？ §14.2 热机 | 第十四章 内能的利用 | 人教版九年级物理 [过渡] 最后回顾今天学习的知识链。 热机定义→内燃机分类→汽油机四冲程→能量转化→柴油机特点。核心考点：做功冲程=汽车获得动力；压缩冲程机械能→内能；做功冲程内能→机械能。 [互动] 课后思考：走马灯的能量转化与哪个冲程相似？你身边还有哪些热机？ 要点：(1) 知识链回顾 (2) 核心考点 (3) 课后思考题 时长：2 分钟 $