10.4 热机（教学课件）物理新教材北师大版九年级全一册

该初中物理课件聚焦“热机”核心内容，涵盖热机原理、种类、汽油机四冲程、柴油机异同及火箭应用。通过试管加热水使塞子冲出的实验导入，衔接热机能量转化原理，再以分类讲解、动态演示四冲程过程、对比表格构建知识支架，串联从基础原理到实际应用的脉络。 其亮点在于融合43张图片、11个动图及10个教学视频（如汽油机工作原理视频），通过实验探究（课堂引入实验）、模型建构（四冲程示意图）培养科学思维与探究能力。结合中国火箭发展案例渗透科学态度与责任，典例分析联系生活（如坦克动力装置），帮助学生直观理解抽象概念，教师可借助丰富资源提升教学效率。

（本课件包含PPT49张；图片：43张；动图：11个；教学视频：10个） 物理九年级全一册 •北师大版 第4节 热机 第十章 机械能、内能及其转化 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 知道热机的定义及种类，理解热机的能量转化；掌握汽油机、柴油机的主要区别；了解火箭喷气发动机的工作原理及能量转化。 02 科学思维 通过对比汽油机和柴油机的异同，培养比较分析能力；从热机工作过程梳理能量转化逻辑，提升逻辑推理能力。 03 科学探究 通过分析汽油机、柴油机工作冲程示意图，提升观察与归纳能力。 04 科学态度与责任 体会热机在生产生活的应用价值；了解我国航天成就，增强民族自豪感和科学探索热情。 教学重难点 教学难点 教学重点 结合示意图，掌握四冲程汽油机和柴油机的工作过程。 了解汽油机和柴油机的主要区别。 课堂引入 如图：在一个试管里装一些水，用橡胶塞塞住管口。用酒精灯对试管底部加热，随着温度升高，塞子被冲出，这个简单装置与热机类似。那么热机是怎样工作的？ 本节课我们将一起来探究这个问题！ 知识点1 热机的种类 知识点1：热机的种类 1.热机的工作原理 如图：酒精燃烧放出热量，酒精的化学能转化为水和水蒸气的机械能； 水蒸气对瓶塞做功，内能转化为瓶塞的机械能。 2.热机概念：将燃料燃烧产生的高温高压气体的内能转化为机械能的机器。 知识点1：热机的种类 3.热机的种类 热机的种类很多，如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机等。 （1）蒸汽机：是将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械，蒸汽机需要一个使水沸腾产生高压蒸汽的锅炉，这个锅炉可以使用木头、煤、石油或天然气甚至可燃垃圾作为热源。蒸汽膨胀推动活塞做功。 知识点1：热机的种类 3.热机的种类 （2）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。常见的内燃机有汽油机和柴油机两类。 内燃机广泛应用于交通运输（如汽车、火车、船舶等）、农业机械（如拖拉机、收割机等）和发电设备（如柴油发电机等）等领域，在人们的生产和生活中发挥着重要作用。 知识点1：热机的种类 3.热机的种类 （3）汽轮机：是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功。汽轮机是现代火力发电厂的主要设备，也用于冶金工业、化学工业、舰船动力装置中。 知识点1：热机的种类 3.热机的种类 （4）喷气发动机是一种通过喷气产生推力的反作用式发动机。喷气发动机包括空气喷气发动机和火箭发动机两类。前者本身只携带燃料，它需要利用外界空气来助燃，因而飞行高度受到一定的限制，不宜在空气稀薄的高空飞行；后者简称为火箭，它本身带有燃料和氧化剂，不需要依靠外界空气来助燃，因而飞行高度不受限制。在现代航空运输飞机上使用最多的空气喷气发动机是涡轮风扇发动机。 典例分析 例1 如图所示实验，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．水蒸气对外做功，温度升高 D．这个实验基本展示了蒸汽机的工作原理 【答案】D 【详解】A．试管口出现的“白雾”是小液滴，即水蒸气遇冷液化而成的小液滴，故A错误； BC．水蒸气对外做功，内能转化为机械能，内能减小，温度降低，故BC错误； D．在四冲程的热机中，做功冲程是内能转化为机械能的冲程，试管内水蒸气的内能可以转化为塞子的机械能，与做功冲程相同，故该实验基本展示了蒸汽机的工作原理，故D正确。故选D。 典例分析 例2 如图所示，打开礼花喷射器的气阀，压缩气体快速释放，同时礼花喷出，在此过程中，气罐内气体对外做功，将内能转化为____________能，该过程的能量转化情况与四冲程汽油机____________冲程中的能量转化情况相似。 【答案】机械 做功 【详解】打开礼花喷射器的气阀，压缩气体快速释放并伴随礼花喷出的过程中，气罐内气体对外做功，将礼花喷出，气罐内气体自身内能减小，此过程中气体的内能转化为礼花的机械能，能量转化情况与四冲程汽油机的做功冲程相似。 典例分析 例3 （25-26九年级上·河北沧州·期末）我国先进装备层出不穷，我们倍感自豪。如图所示，装备的动力装置不是使用热机的是（ ） A． 玉兔号月球车 B． 福建号航母 C． 100坦克 D． 长征五号火箭 【答案】A 【详解】A．玉兔号月球车是将电能转化为机械能，不是用热机来驱动的，故A符合题意； BCD．福建号航母、100坦克、长征五号火箭都是将燃料燃烧释放的内能转化为机械能，属于热机，故BCD不符合题意。 故选 A。 知识点2 汽油机 知识点2：汽油机 1.定义：燃烧汽油的内燃机。 2.汽油机结构：主要由气缸、活塞、进气道、进气阀、排气道、排气阀、曲轴连杆、飞轮和火花塞组成。 火花塞 3.冲程：活塞在气缸内做一次单向运动叫做一个冲程。 知识点2：汽油机 4.汽油机工作过程： 四冲程汽油机的工作过程由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。把这四个冲程称为发动机的一个工作循环。 知识点2：汽油机 4.汽油机工作过程： （1）吸气冲程： 旋转的飞轮通过曲轴连杆带动活塞，使活塞从气缸 上部向下运动，进气阀开启，空气和汽油的混合气体通 过进气道进入缸内。 当活塞运动到最下端时，进气门关闭。此过程中曲 轴转动半周。 知识点2：汽油机 4.汽油机工作过程： （2）压缩冲程： 两个气阀关闭，活塞在飞轮带动下，从气缸下部向上 运动，缸内混合气体被压缩，机械能转化为内能，因此， 内能增加、温度升高、压强增大。 此过程中曲轴转动半周。 知识点2：汽油机 4.汽油机工作过程： （3）做功冲程： 压缩冲程结束后做功冲程开始时，气缸顶部的火 花塞发出电火花，缸内气体爆发性燃烧，高温高压气体 迅速膨胀，使活塞向下运动，内能转化为机械能，并通 过连杆带动曲轴转动半周。 知识点2：汽油机 4.汽油机工作过程： （4）排气冲程： 飞轮因为惯性继续转动使活塞上升，排气阀打开， 将燃烧后的废气排出缸外。为下一个循环做好准备。 此过程中曲轴转动半周。 归纳：汽油机工作的四个冲程中，只有做功冲程中气体对外做功，其他三个冲程都是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来协助完成。 知识点2：汽油机 5.汽油机的应用： 汽油机转速高、结构简单、质量轻、造价低廉、运转平稳、使用维修方便。汽油机在汽车、飞机、快艇、赛车、小型农机、园林机械甚至航模等都大量采用。 汽车排量：混合气体的压缩和燃烧在汽缸内由活塞所封闭的“燃烧室”里进行，活塞往复运动，“燃烧室”容积发生变化，其最大值和最小值的差值就是汽缸的排量。 知识点2：汽油机 典例分析 例1 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    【答案】C 【详解】A．汽油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物，故A错误； B．在压缩冲程，活塞对气体做功，将机械能转化为内能，气体的内能变大，温度升高，故B错误； C．做功冲程中，燃气对活塞做功，燃气的内能转化为活塞的机械能，故C正确； D．排气冲程中没有能量的转化，故D错误。 故选C。 典例分析 例2 如图所示是四冲程汽油机的工作示意图，下列描述错误的是（ ） A．甲做功冲程燃气的内能转化为活塞的机械能 B．乙排气冲程活塞向上运动，把废气排出气缸 C．丙吸气冲程活塞向下运动，空气进入气缸 D．丁压缩冲程活塞向上运动，燃料混合物被压缩，活塞的机械能转化为燃料混合物的内能 【答案】C 【详解】A‌．甲图中进气门和排气门都关闭，高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功，是做功冲程。做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞向下运动，将燃气的内能转化为活塞的机械能，故A正确，不符合题意； B‌．乙图中进气门保持关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸，是排气冲程。排气冲程时，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸，故B正确，不符合题意； C‌．丙图，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汽缸，是吸气冲程。吸气冲程中，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，而不是只有空气进入气缸，故C错误，符合题意； D‌．丁图，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，是压缩冲程。压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，活塞的机械能转化为燃料混合物的内能，故D正确，不符合题意。故选C。 典例分析 例3 由图甲可以看出，这台单缸四冲程汽油机此时处在______冲程，其能量转化情况为______能转化为______能，与图______（选填“乙”或“丙”）相同。 【答案】做功 内 机械 乙 【详解】[1][2][3][4]由图甲可知，两个气门都关闭，活塞向下运动，因此是做功冲程，其能量转化情况为内能转化为机械能。乙图对试管中的水加热，加快水的蒸发，使试管中水的内能增大，体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能；丙图是用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧。是通过对物体做功来增大物体内能的，即是将机械能转化为内能的过程，因此与做功冲程原理相同的是图乙。 知识点3 柴油机 知识点3：柴油机 1.定义：燃烧柴油的内燃机。 2.柴油机结构：它与汽油机在结构上的主要不同是气缸顶部的火花塞换成了喷油嘴。 3.冲程：活塞在气缸内做一次单向运动叫做一个冲程。 知识点3：柴油机 3.柴油机与汽油机的异同： 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 吸入物质 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 点火方式 点燃式 压燃式 特点与 适用范围 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； 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 3.柴油机与汽油机的异同： 知识3：柴油机 4.柴油机的应用： 柴油机比汽油机要笨重些。但一般柴油机的效率较高，功率较大，并且柴油的价格通常又比汽油低，因而柴油机多用在拖拉机、坦克、轮船、内燃机车、载重汽车以及小型发电机上。 典例分析 例1 柴油机和汽油机都属于内燃机，下列有关说法中正确的是（ ） 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．四冲程汽油机在工作过程中，进气门关闭的冲程是吸气冲程 D．在柴油机的压缩冲程中，活塞的机械能转化为密闭空气的内能 【答案】D 【详解】A．汽油机顶部是火花塞，柴油机顶部是喷油嘴，A的说法刚好相反，故A错误； B．柴油机在吸气冲程中，只吸入空气，柴油是在压缩冲程末由喷油嘴喷入汽缸的，故B错误； C．四冲程汽油机的吸气冲程中，进气门是打开的，排气门关闭，故C错误； D．柴油机的压缩冲程中，活塞对密闭空气做功，将机械能转化为空气的内能，使空气温度升高，故D正确。故选D。 典例分析 例2 一台单缸四冲程柴油机飞轮的转速是3 600 r/min，则柴油机每秒钟 A．完成60个循环，120个冲程 B．做功30次，活塞往复60次 C．完成60个循环，60个冲程 D．做功1 200次，活塞往复1 200次 【答案】B 【详解】内燃机的一个工作循环有四个冲程，飞轮转2圈；即：飞轮每转2圈，完成一个工作循环，对外做功1次； 单缸四冲程内燃机飞轮的转速为3600r/min，则该柴油机每秒钟转60圈，即活塞往复60次，完成120个冲程，30个工作循环，对外做30次功， 故选B． 知识点4 火箭 知识点4：火箭 1.中国古代的火箭： （1）出现时间：我国古代最早的实用火箭大约出现在唐末宋初。 （2）构造：由箭头、箭杆、箭羽和火药筒四部分组成，火药筒外壳用竹筒或硬纸 筒制作，里面填充火药，简上端封闭、下端开口，筒侧小孔引出导火线。 （3）原理：火药燃烧产生大量气体，向后喷出，产生向前的反冲力。 知识点4：火箭 2.中国现代的火箭： （1）出现时间： 1956年开始研制， 1970年4月2日成功发射长征一号运载火箭。 （2）构造：使用的是喷气发动机。 （3）原理：燃料和氧化剂在燃烧室中燃烧，产生高温、高压气体。燃烧产生的气体以很大的速度从喷口喷出，对火箭产生强大的反冲推力，使火箭前进。 知识点4：火箭 2.中国现代的火箭： 六十多年来，长征系列运载火箭经历了从无到有、从“一箭一星”到多箭多星”的发展过程，成功完成了以神舟飞天、嫦娥奔月、北斗组网、高分观测、对外商业发射等为代表的国家重大工程的发射任务，有力地支撑了我国从航天大国向航天强国迈进。 知识点4：火箭 3. 火箭的应用： 火箭功率巨大，不仅可以在高空飞行，还可以飞出大气层。多级火箭可以作为星际航行的运载工具。 典例分析 例1 （2026·新疆乌鲁木齐·二模）下列运输工具的热机工作时不需要空气的是（ ） A．直升机 B．游艇 C．货车 D．火箭 【答案】D 【详解】热机工作需要氧气支持燃烧，不同热机的氧气来源不同。直升机、游艇、货车的热机都是内燃机，需要从空气中获取氧气来燃烧燃料；火箭发射自带氧化剂，不需要依靠空气中的氧气，在真空环境也能工作，故选D。 典例分析 例2 如图所示。火箭发射时，燃烧燃料使其加速升空，主要发生的能量转化是（　　） A．化学能 内能 机械能 B．电能 光能 化学能 C．电能 内能 动能 D．太阳能 电能 热能 【答案】A 【详解】燃料燃烧时，化学能转化为内能；内能再通过火箭发动机转化为火箭的机械能，从而推进火箭。所以主要发生的能量转化是化学能转化为内能，内能再转化为机械能，故BCD不符合题意，A符合题意。 故选A。 课堂小结 课堂小结 热机 火花塞，一个循环有吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成 汽油机 比较与汽油机的异同之处 柴油机 内能转化为机械能 热机种类和原理 中国古代和现代火箭 火箭 01 02 03 04 05 06 课堂练习 课堂练习 1. 如图所示的是热机的能量转化过程，其中虚线椭圆内应该填（　　） A．内能 B．电能 C．动能 D．势能 课堂练习 2.（25-26九年级上·四川内江·期末）如图甲所示，是小明用易拉罐制作的一辆小车，往易拉罐内喷入一些酒精并点燃后，小车就会向前行驶。如图乙所示是汽油机的四个冲程，其中与甲图中小车行驶时能量转化相同的是（ ） 课堂练习 3.如图所示，在纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年的九三阅兵中，国产99B主战坦克方队以整齐编队通过天安门广场，该坦克采用柴油内燃机驱动，则下列分析不正确的是（　　） A．柴油燃烧时将化学能转化为内能 B．柴油燃烧过程中其热值保持不变 C．柴油机选用水做发动机的冷却液利用了水的比热容小 D．柴油机在吸气冲程中吸入的只有空气 课堂练习 4.有经验的柴油机维修师，不用任何仪器，仅通过排气管口处尾气的颜色、气味和温度，就能初步判断这台柴油机的节能效果。在同样负荷的情况下，关于柴油机的节能效果，下列说法错误的是（ ） A．尾气的温度越低，柴油机越节能 B．尾气的颜色越黑，柴油机越节能 C．尾气的柴油味越淡，柴油机越节能 D．柴油机越节能，其热机效率越高 课堂练习 5.关于四冲程汽油机和柴油机的工作过程有以下几种说法，其中正确的是（　　） ①汽油机和柴油机的点火方式相同 ②用酒精灯给试管加热，试管口软木塞冲出的过程中的能量转化情况和内燃机压缩冲程的能量转换情况相同 ③只有做功冲程是燃气对外做功 ④若汽油机的转速是 ， 内燃机对外做了300次功 A．只有①②③ B．只有①③ C．只有③④ D．只有②③④ 课堂练习 6.小明用可乐瓶制作了一个“小火箭”，通过打气筒压缩“小火箭”中空气的方式发射，如图所示，与空气推动“小火箭”升空过程的能量转化情况相同的冲程是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 课后作业 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“自我检测” 自主安排 完成“拓展阅读” 谢谢聆听 谢谢聆听 Lavf58.20.100 Lavf59.27.100 Lavf58.20.100 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) $