14.2 热机（教学课件） 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”核心知识，涵盖热机定义、能量转化及汽油机、柴油机的四冲程工作原理。通过“汽车速度演变”问题导入，结合水蒸气做功演示实验，搭建从内能利用到内燃机原理的学习支架，衔接自然。 其亮点在于以物理观念和科学思维为核心，通过实验探究（如试管加热观察能量转化）、模型建构（汽油机冲程分析）及对比归纳（汽油机与柴油机异同表格），培养学生能量观念与推理能力。课堂练习结合生活实例（如飞轮转速计算），学生能深化理解，教师可高效落实重难点。

物理九年级全一册 •人教版 第十四章 内能的利用 第2节 热机 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 明确热机利用内能做功的工作原理，掌握汽油机四冲程工作过程，分清汽油机与柴油机结构、点火方式差异，准确说出压缩、做功冲程的能量转化。 02 科学思维 借助实验、剖面模型、冲程示意图建立热机工作模型，通过气门、活塞运动状态推理对应冲程，形成能量转化逻辑推理能力。 03 科学探究 观察水蒸气冲塞演示实验、汽油机模型运转演示，自主归纳四冲程工作顺序、循环规律，总结两种内燃机异同点。 04 科学态度与责任 了解热机在交通、农业、工业中的广泛用途，知道内燃机尾气会造成大气污染，树立绿色出行、节约能源的环保观念。 教学重难点 教学重点 教学难点 1.热机定义与能量转化本质（内能转化为机械能）； 2.汽油机四个冲程的工作过程、气门活塞状态、能量变化； 3.汽油机工作循环规律：4 冲程、曲轴 2 周、做功 1 次。 1.根据冲程简图判断吸气、压缩、做功、排气冲程； 2.区分汽油机点燃式与柴油机压燃式的原理； 3.准确区分压缩冲程、做功冲程的能量转化。 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？ 课堂引入 飞驰的汽车 知识点1 热机 【演示实验】 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。讨论这个过程中不同形式能量之间转化的情况。 【实验现象】 （1）瓶塞被冲出来； （2）管口附近出现“白雾”。 知识点1：热机 探究新知 1. 实验探究：利用内能可以做功 知识点1：热机 探究新知 【实验分析】 酒精燃烧放出热量，热量通过试管传递给水，使其内能 ，温度_____，产生大量的水蒸气，水蒸气膨胀对橡胶塞做功，将橡胶塞推出试管口。在试管口观察到大量的白雾，说明水蒸气的内能____，温度_____。 增加 降低 减少 降低 【能量转化】 蒸汽机的工作原理 视频：水蒸气冲开橡皮塞 【实验结论】利用内能可以做功。 化学能 内能 机械能 燃烧 做功 （1）热机：各种利用内能做功的机械叫作热机。 （2）种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 （3）热机工作原理： 知识点1：热机 探究新知 2. 热机 燃料的化学能 内能 机械能 燃烧 转化 做功 转化 （4）常见的热机——内燃机 ①定义：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。 ②分类：汽油机和柴油机，其燃料分别为汽油和柴油。 一种内燃机的剖面图 知识点1：热机 探究新知 【典例1】中国现代交通运输发展情况总体呈现出显著的提升和进步。下列交通或运输工具中，动力设备不是热机的是（　　） C 知识点2 汽油机 1. 工作原理：利用汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。 2. 主要部件及结构 气缸 活塞 连杆 排气门 曲轴 火花塞 进气门 知识点2：汽油机 探究新知 点火装置，能点燃汽油和空气的混合物 汽油和空气形成的燃料混合物的进口 燃料燃烧后的废气排出口 在气缸内，高温高压燃气推动活塞做功，将燃气的内能转化为机械能，活塞运动，带动曲轴运动 气体在气缸里燃烧，产生高温高压的气体 连杆跟活塞和曲轴相连，将活塞的上下运动，转为曲轴的旋转运动 曲轴与飞轮相连，带动飞轮转动 3. 工作过程 （1）冲程：汽油机在工作时，活塞在气缸内往复运动，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。 （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。 多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 知识点2：汽油机 探究新知 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 汽油机的工作过程分析 进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气混合物进入气缸。 进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩。 知识点2：汽油机 探究新知 吸气冲程 压缩冲程 进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。 在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，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。 知识点2：汽油机 探究新知 做功冲程 排气冲程 1.在四个冲程中，哪些冲程发生了能量的转化？ 2．哪个冲程使汽车获得动力？ 做功冲程使汽车获得动力，其他三个冲程依靠飞轮的惯性。 3．哪个冲程排出了汽车的尾气？ 压缩冲程 做功冲程 机械能转化为内能 内能转化为机械能 排气冲程 知识点2：汽油机 探究新知 视频：内燃机的工作过程 对外做功1次 飞轮转动2周 活塞往复2次 有4个冲程 1个工作 循环 在汽油机的这四个冲程中，吸气、压缩和排气冲程是靠飞轮的惯性带动曲轴完成的。 【归纳整理】 知识点2：汽油机 探究新知 知识点2：汽油机 探究新知 C 知识点2：汽油机 探究新知 【典例3】如图所示，是汽油机的_______ 冲程示意图，若该单缸四冲程汽油机飞轮转速是3000r/min，则此汽油机10秒对外做功________ 次。 汽油机的一个工作循环中，经历四个冲程，飞轮转动两周，对外做功一次，因为该汽油机飞轮的转速是，所以飞轮每秒转动50周，则汽油机每秒钟对外做功25次，汽油机10秒对外做功次。 排气 250 知识点3 柴油机 喷油嘴 1. 柴油机的工作原理 利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。 2. 柴油机的构造 与汽油机的大致相同，不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞而是一个喷油嘴。 知识点3：柴油机 探究新知 3. 工作过程 柴油机的工作过程与汽油机大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，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。 柴油机吸入气缸内的物质只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。 知识点3：柴油机 探究新知 4. 柴油机和汽油机的异同点 项目 汽油机 柴油机 构造 气缸顶部有一个火花塞 气缸顶部有一个喷油嘴 燃料 汽油 柴油 吸气冲程 吸入汽油与空气的混合物 只吸入空气 压缩冲程 压缩程度较小 压缩程度较大 做功冲程 点燃式，内能转化为机械能 压燃式，内能转化为机械能 排气冲程 排出废气 特点与应用 轻巧、功率小；小汽车、摩托车等. 笨重、功率大；载重汽车、轮船等. 相同点 一个工作循环均有四个冲程组成，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。压缩冲程把机械能转化为内能；做功冲程把内能转化为机械能. 知识点3：柴油机 探究新知 知识点3：柴油机 探究新知 【典例4】关于四冲程汽油机和柴油机的工作过程说法正确的是（    ） A．在压缩冲程中，内能转化为机械能 B．吸气冲程时，汽油机吸入的是空气 C．只有做功冲程是燃气对外做功 D．汽油机和柴油机的点火方式相同 C 汽车的动力系统 汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分。 1. 燃油汽车的主要构造与原理 汽车由发动机、底盘、车身和电器设备四大部分组成。发动机把燃料燃烧产生的内能变为机械能，再通过底盘上的传动机构，将动力传给车轮，使汽车行驶。 汽车电器设备的作用主要是产生电火花以点燃气缸中的可燃气体、启动发动机时用电机带动飞轮旋转、提供照明等。 科学世界——现代汽车 探究新知 2. 多缸发动机 现代汽车多数采用四缸或六缸等多缸发动机（图为四缸发动机），每个气缸都进行这种四冲程循环。由于各个气缸交替做功，所以发动机转动比较平稳。 汽车四缸发动机示意图 科学世界——现代汽车 探究新知 3. 电子燃油喷射系统 随着电子技术的发展，许多汽车已经采用了电子燃油喷射系统。微电脑可以根据内燃机的工作状态和空气的温度等多种因素精确控制喷油的数量和时机，提高燃烧效率。采用电子燃油喷射系统的发动机与过去的发动机相比，可以减少有害气体的排放，降低燃料的消耗，同时提高发动机的功率。 电子技术的应用，使燃油汽车有了更广阔的发展空间。此外，利用电能、氢能等的各种新能源汽车也在快速发展。未来的汽车将更加节能、安全，对环境的影响会更小。 科学世界——现代汽车 探究新知 课堂小结 课堂小结 ①把内能转化为机械能的机器叫热机。常见热机有：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等. ②工作原理：利用内能做功，将内能转化为机械能. ①内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机. ②内燃机工作的四冲程：吸气、压缩、做功、排气冲程. 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. ④汽油机与柴油机的区别： 汽油机吸入汽油与空气的混合物，柴油机只吸入空气. 汽油机是点燃式点火，柴油机点火方式为压燃式. 热机 热 机 内燃机 课堂练习 课堂练习 C 课堂练习 D 课堂练习 3．关于四冲程汽油机的工作过程，下列说法正确的是（     ） A．吸气冲程：只吸入空气 B．压缩冲程：缸内温度降低 C．做功冲程：气体推动活塞做功 D．排气冲程：内能转化为机械能 C 课堂练习 C 课堂练习 D 课堂练习 6．一台单缸四冲程汽油机工作时，若飞轮转速是3600r/min，该汽油机每秒对外做功________次；在压缩冲程中，气体的温度升高，是通过________的方式增加内能，下图中________（填序号）表示该冲程。 【详解】飞轮转速，即每秒飞轮转60圈；四冲程汽油机的工作规律是：飞轮每转2圈，完成4个冲程，对外做功1次，因此每秒对外做功30次。 压缩冲程中，活塞压缩气缸内气体，对气体做功，机械能转化为内能，气体内能增加、温度升高，因此是通过做功的方式增加内能。 压缩冲程中，两气门均关闭，活塞上行，故图中B表示该冲程。 30 做功 B 30 做功 B 课堂练习 7．下列四幅图中，汽油机正处于压缩冲程的是________，压缩冲程的能量转化情况是_________________，若汽油机内对外做功20次，则其曲轴的转速为________。 【详解】由图乙知道，两个气门都关闭，活塞向上运动，因此是压缩冲程，此过程中机械能转化为内能。 汽油机一个工作循环中，对外做功1次，曲轴转动2圈。已知1 s内对外做功20次，则曲轴1min内转动 圈，因此转速为 。 乙 机械能转化为内能 2400 课堂练习 8．轿车已成为现代家庭比较青睐的出行工具。轿车上的散热器等制冷设备常用水作为冷却剂，这是利用了水____________的性质；一台四冲程汽油机工作时曲轴转速是1800r/min，此汽油机每秒钟完成______个做功冲程。 比热容大 15 【详解】根据可知，相同质量的水和其他物质相比，升高相同温度时，水吸收的热量更多，冷却效果更好，因此散热器用水作冷却剂利用了水比热容大的性质。 曲轴每秒转速；四冲程汽油机每转动2圈完成一个工作循环，每个工作循环包含1个做功冲程，因此每秒完成的做功冲程数为15个。 课堂练习 9．如图甲所示是我国传统的“走马灯”，点燃底部蜡烛，在热空气上升驱动扇叶转动的过程中，能量的转化方式与四冲程汽油机的__________冲程相同，图乙中__________（填“A”或“B”）图就是这个冲程；内燃机还有柴油机，从构造上看柴油机气缸顶部有一个__________。 做功 A 喷油嘴 课堂练习 10．全球对环保越发重视，但燃油公交车在城市交通中仍承担着重要作用。某单缸四冲程柴油机作为燃油公交车的动力来源，若它在1min内完成了3600个冲程，则它每秒对外做功________次，柴油机在吸气冲程中吸入气缸的是________。 【详解】[1]柴油机的一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程四个冲程组成。在一个工作循环中，有4个冲程，曲轴和飞轮转2周，对外做功1次；已知1min内完成了3600个冲程，即1s内完成了60个冲程，则它每秒对外做功15次。 [2]柴油机顶部有一个喷油嘴，柴油机在吸气冲程中吸入气缸的物质只有空气，在压缩冲程末喷入柴油。 15 空气 课后作业 探究新知 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“练习与应用” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听 Lavf58.46.101 $