2.2 动力机械（教学课件）科学新教材浙教版九年级下册

该初中科学课件聚焦动力机械，核心知识点包括发展顺序、热机分类及能量转化、汽油机四冲程工作过程。通过知识回顾轮轴（连续旋转的杠杆、平衡公式）衔接新知，从水车到热机（外燃机、内燃机），搭建从简单机械到复杂动力机械的认知支架。 其亮点在于融合科学观念（技术发展与社会需求）、科学思维（例题推理论证）、探究实践（思考讨论）。如“思考与讨论”分析四冲程能量转化，例题辨析热机效率与冲程，课堂小结系统梳理类型及原理。帮助学生构建知识体系，提升应用能力，教师可高效开展教学。

动力机械 第 2 节 第2章 机械与动力工程 浙教版 九年级下册 动力机械发展顺序；外燃机、内燃机区分标准；热机总能量转化。 01 知 识 目 标 02 汽油机四冲程工作过程、气门开闭、活塞运动、各冲程能量转化。 02 重点 重点 难点 01 科学观念 梳理动力机械发展完整历程；区分外燃机、内燃机核心差异。 掌握热机通用能量转化：燃料化学能→内能→机械能；熟记四冲程汽油机每一个冲程的气门状态、活塞运动、能量转化。了解涡轮增压、多缸内燃机改良原理；认识空气喷气、火箭喷气发动机结构与适用场景。 02 科学思维 结合四冲程结构图，自主分析每个冲程工作过程，判断唯一做功冲程，解释单缸发动机振动缺陷与多缸改良思路。 结合反作用力原理理解喷气发动机推进逻辑，区分航空、航天发动机使用条件差异。 03 科学探究 梳理蒸汽机两次关键改良（纽可门、瓦特），分析独立冷凝器对减少内能损耗的作用。 结合汽油机四冲程示意图，小组合作梳理吸气、压缩、做功、排气完整循环流程。 04 态度与责任 解我国航天奠基人钱学森事迹，学习爱国科研精神，感受我国火箭、航天技术发展成就。 认识热机在工农业、交通、航天领域的巨大价值，同时树立节能、环保使用动力机械的意识。 素 养 目 标 1.由“        ”和“        ”中的轮轴组成的系统，该系统能绕               旋转。习惯上，半径较大的是        ，半径较小的是        。 2.轮轴本质是连续旋转的        ，支点在中心转轴O；轮半径 R 是        臂，轴半径r 是        臂。 3.轮轴平衡公式：        。 4.动力加在轮上：拉力        物重，属于        轮，省力、费        ； 动力加在轴上：拉力        物重，属于        轮，        、省距离。 轮 轴 共同的轴 轮 轴 杠杆 动力 阻力 FR=Gr 小于 大于 省力 距离 费力 费力 知识回顾 热机 探究新知 PART 1 水车是一种在边缘安装一系列叶片或桨状物的轮轴，它在水流的作用下会转动起来。当水车转动时，固定在水车中心的轴杆也随之转动，从而驱动与之相连的机械装置。在蒸汽机出现之前，水车是人们使用的主要动力设备。 新知讲授 为什么今天人们却很少把水车作为主要动力设备? 一、动力机械的发展历程 1.水车 水车受水源、地形限制，输出功率小，无法远距离输送动力， 不能满足工业化大生产需求。 新知讲授 据测试，一般人做功的功率约为100W。如果从做功的功率来看，7个成年人才抵得上1匹马，上千个成年人参与运送货物才抵得上一辆卡车。 一、动力机械的发展历程 为了提高做功的功率，人们迫切需要利用各种机械装置进行做功。 机械装置消耗能源可以产生动力。 新知讲授 热机是生产、生活中广泛使用的动力机械，它们将内能转化为机械能。许多现代交通运输工具靠热机来提供动力。热机的应用和改进推动了社会的快速发展，使人类步入工业化时代。 一、动力机械的发展历程 把燃料燃烧的化学能转化为内能，再通过做功把内能转化为机械能。 热机分类 热机依据燃料是否在汽缸内燃烧分为外燃机和内燃机。 燃料在汽缸内燃烧的热机称为内燃机，反之，称为外燃机。 热机 工作原理 2.热机 新知讲授 1712年，英国工程师纽可门(Newcomen)制造出第一台实用蒸汽机。 1769年，瓦特改进了纽可门蒸汽机，使蒸汽机的效率成倍提高。 1781年，瓦特用齿轮装置将活塞的往复式运动转化为轮轴的旋转运动，使蒸汽机更加实用。 一、动力机械的发展历程 蒸汽机 水蒸气作动力 2.热机 纽可门蒸汽机原理： 水蒸气从间门a进入，顶起活塞，b阀门引入冷水，水蒸气冷凝后汽缸内气压减小，活塞下落，带动杆摆动。 瓦特蒸汽机原理： 关键的改进是设置独立的冷凝器。打开间门c,让水蒸气进入冷凝器，活塞下落带动摆动杆做功。因冷凝器总是冷的，而气缸总是热的，大大减少了能损耗。 外燃机 新知讲授 蒸汽机是一种外燃机，它通过燃烧木材、煤炭和石油等燃料，把锅炉内的水加热。随着内能的增加，水变成高温、高压水蒸气。水蒸气通过滑阀进入汽缸，推动金属活塞运动，把内能转化为机械能。活塞的运动又带动飞轮的转动，转动的飞轮带动其他机械工作。 一、动力机械的发展历程 2.热机 汽缸 当蒸汽充满整个汽缸时，滑阀就会关闭，将蒸活塞汽截留在里面。 飞轮 活塞将机械能传递给飞 轮，使其进行工作。 滑阀 滑阀控制着汽缸内蒸汽的进入和排出 活塞 蒸汽逐渐膨胀并将活塞从一边推向另一边。 蒸汽 由锅炉产生的蒸汽的进蒸汽进入汽缸 外燃机 新知讲授 随着人们对动力机械的要求越来越高，蒸汽机暴露出它固有的缺陷，如热效率非常低，一般都在5%～8%,内燃机应运而生。 内燃机就是燃料在汽缸内燃烧的热机。 以汽油为燃料的叫作汽油机，以柴油为燃料的叫作柴油机。 一、动力机械的发展历程 2.热机 内燃机 新知讲授 大多数的汽油机都是由 吸气、压缩、做功、排气四个冲程的循环往复来保证器正常工作。 一、动力机械的发展历程 2.热机 内燃机 汽油机工作原理 汽油在汽缸内燃烧，生成高温、高压的燃气，推动活塞做功，把内能转化为机械能。 活塞在汽缸内往复运动，通过连杆带动曲轴转动，曲轴的运动又带动了车轮的转动。 活塞从汽缸的一端运动到汽缸的另一端的过程，叫作一个冲程。 新知讲授 一、动力机械的发展历程 汽油机工作原理 大多数的汽油机都是由 吸气、压缩、做功、排气四个冲程的循环往复来保证器正常工作。 新知讲授 在四冲程内燃机中，哪一个冲程实现了内能转化为机械能? 做功冲程 原理： 压缩冲程末，火花塞点火，燃料剧烈燃烧，产生高温高压燃气，燃气推动活塞向下运动，通过连杆带动曲轴转动对外做功，将燃气的内能转化为活塞的机械能。 补充其余冲程能量转化： 吸气冲程：无能量转化 压缩冲程：机械能 → 内能 做功冲程：内能 → 机械能 排气冲程：无能量转化 新知讲授 内燃机的优势：功率大、体积小、效率高， 这种新式动力机器逐渐取代蒸汽机，成为工业革命的主要动力机器。 在多汽缸的发动机中，四个冲程依次交替做功，在增大动力的同时，发动机运行得更平稳。 一般来说，内燃机汽缸容积越大，内燃机的功率也就越大。 有的汽车车尾标有“T”,说明该汽车发动机使用了涡轮增压技术。 装上涡轮增压装置的发动机，其输出的最大功率可增加大约40%。 内燃机改进方式：降低其质量与功率的比，设计出多汽缸内燃机。 一、动力机械的发展历程 2.热机 内燃机 新知讲授 一、动力机械的发展历程 2.热机 内燃机 四冲程的内燃机只有一个冲程是内能转化为机械能。这样的发动机有一些缺陷，如功率小、振动大、不稳定、易熄火等。那么,我们怎样改进它? 汽车发动机通常有四个、六个或八个汽缸，每个汽缸都经历着“四冲程过程”,这四个冲程在内燃机的每个汽缸里重复进行，而且每秒重复多次。 新知讲授 喷气发动机 喷气发动机也是一种内燃机，燃料在燃烧室中燃烧，燃气向后高速喷出，从而获得向前的动力。喷气发动机有空气喷气发动机和火箭喷气发动机两种。空气喷气发动机在工作时，从前端吸入大量的空气，燃料燃烧后产生高温高喷管压燃气，带动涡轮叶片高速风扇旋转，使燃气压力逐级增大，最后从尾部高速喷出。燃烧室在此过程中，发动机向燃气废气涡轮机施加了力，使其向后喷出，燃气也给发动机一个向前的作用力，推动飞机前进。空气喷气发动机常使用在飞机上。 科学·技术·工程 新知讲授 科学·技术·工程 火箭喷气发动机自带燃料和氧化剂，它工作时不需要外界的空气，既可以在大气层外的宇宙空间工作，还可以在水下工作。火箭喷气发动机的主要部分是燃烧室和喷口，燃料和氧化剂混 合后在燃烧室中燃烧，燃气以极高的速度从发动机尾部的喷口向后喷出，从而产生极大的向前推力。火箭喷气发动机按使用的燃料不同，分为固体燃料火箭喷气发动机和液体燃料火箭喷气发动机。 在广大科技工作者的努力下，我国的航空航天技术得到了飞速发展，火箭及卫星技术已达到世界先进水平。 新知讲授 钱学森(1911—2009)，浙江杭州人，“两弹一星”功勋奖章获得者。 钱学森主要从事应用力学、工程控制论、航空工程、火箭导弹技术、系统工程和系统科学等领域的研究。 他主持近程导弹、中近程导弹和中国第一颗人造地球卫星的研制，领导了用中近程导弹运载原子弹“两弹结合”试验，被誉为“中国航天之父”和“火箭之王”。 钱学森先后任美国麻省理工学院航空系教授，加州理工学院航空系教授和喷气推进中心主任等职。得知新中国成立,他克服重重困难,毅然回国，为我国的航天事业做出了重大贡献。“科学无国界，科学家有祖国。”钱学森用实际行动，体现了中国知识分子报效祖国的赤子情怀。 新知讲授 动力机械的发展历程 01 一种古老的水利机械，利用水流的力量转动，用于灌溉和磨坊。 水车 02 利用蒸汽动力进行工作的机械，是工业革命的重要推动力。 蒸汽机 03 使用汽油作为燃料，通过内燃机原理产生动力的机械。 汽油机 04 使用柴油作为燃料，效率高，广泛应用于各种交通工具和工业设备。 柴油机 05 利用喷射高速气体产生推力的发动机，广泛应用于现代航空领域。 喷气式发动机 课堂小结 【详解】 关于“热机”，下列说法中不正确的是（    ） A．四冲程汽油机在工作过程中，飞轮每转两周完成一次做功冲程 B．柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大 C．四冲程内燃机的吸气、压缩、排气冲程是靠飞轮的惯性完成的 D．汽油机的压缩冲程将活塞的机械能转化为混合气体的内能 【例1】 A．四冲程汽油机在工作过程中，飞轮每转两周完成一次做功冲程，选项A符合题意； B．柴油机的效率比汽油机的高，主要是因为柴油机为压燃式，压缩的程度更高，气缸内温度更高，能量转化的程度更高，和热值无关，选项B不符合题意； C．内燃机的四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其它三个冲程都是依靠惯性完成的，因此吸气、压缩、排气冲程是靠飞轮的惯性完成的，选项C符合题意； D．汽油机的压缩冲程将活塞的机械能转化为混合气体的内能。选项D符合题意。 B 新知讲授 【详解】 （2025·浙江温州·二模）如图为礼花喷射器的内部结构，气罐通过气阀与纸筒相连。使用时转动纸筒，气罐内的高压气体便将纸筒内的礼花喷向远处。下图所示的热机四冲程与上述能量转化原理相同的是（　　） 【例2】 在喷出礼花的过程中，罐内的压缩空气对礼花做功，空气内能转化为礼花的机械能，罐内气体内能减少，将内能转化为机械能。 A．图中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程，故A不符合题意； B．图中进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能，故B不符合题意； C．图中进气门和排气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能，故C符合题意； D．图中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，故D不符合题意。 C 新知讲授 【详解】 关于热机，下列说法中正确的是（ ） A．效率越高的热机功率也越大 B．热机所用燃料的化学能转化成的内能越多，效率越高 C．寒冷的冬天，晚上要把热机水箱中的水放掉是为了防止水箱被冻裂 D．使用热值高的燃料可提高热机的效率 【例3】 A. 热机的效率与热机功率无关，二者是两个不同的概念，效率高的热机功率不一定大，所以A错误； B. 热机效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出能量的比值，所以B错误； C. 水凝固时体积变大，就会胀坏水箱，所以冬天要把水箱中的水放出，所以C正确； D. 用热值大的燃料，燃烧相同燃料可以放出更多的热量，但用来做有用功的能量不一定多，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量的比值不一定大，热机效率不一定得到提高 C 新知讲授 教 寄 师 语 细究材料性质，巧造万物便利生活 浙教版 九年级下册 $