2.1 热机（教学课件）物理新教材教科版九年级上册

该初中物理课件聚焦“热机”主题，核心知识点涵盖热机工作原理、内燃机构造及工作过程。课堂以“货运列车动力来源”设问导入，通过锥形瓶加热叶轮实验展示能量转化，逐步讲解内燃机定义、汽油机四个冲程及能量转化，构建连贯知识支架。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，借助“塑料盒酒精燃烧”实验和“蒸汽机工作原理动画图解”引导观察分析，用表格对比汽油机与柴油机强化模型建构。典例结合生活实例（如电瓶车是否用热机）深化物理观念，助力学生理解能量转化，教师可依此提升教学效率。

物理九年级上册 •教科版 第二章 改变世界的热机 第1节 热机 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 理解热机的基本概念，知道热机是内能转化为机械能的装置;能识别常见热机类型及其在生活中的应用。 02 科学思维 分析热机工作过程，培养逻辑推理能力和能量转化观念，理解热机工作中能量转化过程。 03 科学探究 通过观察、讨论和模拟实验，探究利用内能来做功，提高实验设计和问题解决能力。 04 科学态度与责任 通过对热机、汽油机的结构以及工作过程的学习，感受到人类对美好事物孜孜不倦的追求，逐步培养学生崇尚科学、爱科学、学科学的兴趣。 教学重难点 教学难点 教学重点 1. 明确热机工作原理 2. 掌握汽油机一个工作循环的四个冲程 3. 汽油机与柴油机的区别 1. 准确区分四个冲程 2. 理解压缩、做功冲程中内能与机械能相互转化的本质 3.理解四冲程工作循环数量关系 课堂引入 货运列车拥有极其强大的货运能力，请问他是如何做到的呢？ 知识点1 利用内能做功 知识点1：利用内能做功 热机 为在路面上行驶的燃油车源源不断提供动力的，是一种叫作热机的装置。 热机的原理 在锥形瓶内装些水，用带小孔的胶塞塞住瓶口，在小孔上方放一个用纸做成的小叶轮。加热锥形瓶使水沸腾，细心观察，会发生什么现象？ 知识点1：利用内能做功 热机的原理 知识点1：利用内能做功 热机的原理 燃烧 做功 燃料燃烧的化学能转化内能，传递给水，水沸腾变成水蒸气，水蒸气推动叶轮转动，说明内能转化成了叶轮的机械能。 热机：通过燃料燃烧获取内能并将其转化为机械能的装置。 燃料的化学能 内能 机械能 知识点1：利用内能做功 蒸汽机 蒸汽机是最早应用于工业生产的热机。利用蒸汽做功，可追溯到古希腊时期。但直到 1769 年，瓦特（James Watt ，1736—1819）改进、完善了蒸汽机，才使蒸汽机广泛成为带动其他机器运转的动力装置。 蒸汽机是怎么工作的？ 知识点1：利用内能做功 蒸汽机的工作原理 典例分析 【典例】下列设备工作过程中没有使用热机的是（     ） A．燃油汽车 B．火箭 C．喷气式飞机 D．电瓶车 D 【详解】ABC．燃油汽车的内燃机、火箭发动机，喷气式发动机，都属于热机，故ABC不符合题意； D．电瓶车靠电动机工作，是将电能直接转化为机械能，没有使用到热机，故D符合题意。 故选 D。 知识点2 内燃机 知识点2：内燃机 蒸汽机的燃料在汽缸外燃烧，随着应用的不断深入，人们发现这一模式存在诸多缺陷。于是工程师们着手设计新的热机。 在透明塑料盒上钻一个小孔，把电子式火花发生器的放电针插进孔中，打开盒盖，在盒中滴入几滴酒精，再将盒盖盖好，然后按下火花发生器的按钮，观察发生的现象。 知识点2：内燃机 内能转化为机械能 知识点2：内燃机 内燃机 定义：燃料直接在气缸内燃烧的热机叫内燃机。 种类 汽油机 柴油机 相比蒸汽机,内燃机的优点：机身小巧、质量较轻、热效率高。 典例分析 【典例】1．内燃机的工作能量来源于燃料的（　　） A．机械能 B．内能 C．化学能 D．化学能和内能 C 【详解】内燃机工作时，将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，燃气推动活塞做功，把内能转化为机械能．所以内燃机的工作能量来源于燃料的化学能。 故选C。 典例分析 【典例】2．如图所示，在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电子式火花发生器的放电针紧紧地塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒内滴入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后按下电火花发生器的按钮，将看到的现象是___________。在此过程中，酒精燃烧后燃气的___________能转化为塞子的机械能。　　 盒盖飞出 【答案】 盒盖飞出 内 【详解】[1][2]酒精燃烧后产生的高温高压的燃气，对盒盖做功，使盒盖飞出去，燃气的内能转化为盒盖的机械能。 内 知识点3 汽油机的工作过程 知识点3：汽油机的工作过程 汽油机的工作过程： 工作原理：利用汽油在气缸内燃烧，生成高温高压的燃气（化学能转化为内能），燃气推动活塞做功（内能转化为机械能）。 汽油机的构造：由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆组成。 知识点3：汽油机的工作过程 汽油机的工作过程 知识点3：汽油机的工作过程 吸气冲程 进气门_______ ，排气门_______ 。 活塞_______ 运动。 汽油和空气的混合物从进气门被吸入 。 曲轴转动：_______ 圈。 打开 关闭 向下 半 汽油机的工作过程 知识点3：汽油机的工作过程 汽油机的工作过程： 压缩冲程 进气门_______ ，排气门_______ 。 活塞_______ 运动。 气缸内气体的体积_______ ，温度_______。 活塞的_______ 能转化为燃料混合物的_______ 能。曲轴转动：_______ 圈。 关闭 关闭 向上 压缩 升高 机械 内 半 知识点3：汽油机的工作过程 汽油机的工作过程： 做功冲程 进气门_______ ，排气门_______ 。 火花塞产生电火花点燃燃料，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气。 燃气推动活塞_______运动，带动曲轴转动，对外做功燃气的_______ 能转化为活塞的_______ 能 曲轴转动：_______ 圈。 关闭 关闭 内 机械 半 向下 知识点3：汽油机的工作过程 汽油机的工作过程： 排气冲程 进气门_______ ，排气门_______ 。 活塞_______ 运动，将废气排出气缸。 曲轴转动：_______ 圈。 关闭 打开 向上 半 知识点3：汽油机的工作过程 汽油机的工作过程： 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 1. 汽油机四个冲程中，只有做功冲程对外做功，将内能转化为机械能，其余三个冲程依靠飞轮的惯性完成。 2. 汽油机1个工作循环：有4个冲程，活塞上下往复2次，曲轴转动2 圈，对外做功1次。 知识点3：汽油机的工作过程 汽油机与柴油机的工作区别 知识点3：汽油机的工作过程 汽油机与柴油机的工作区别 燃料 汽油机 柴油机 构造（顶部） 吸气冲程吸入物质 点火方式 压缩程度 主要特点 常见应用 火花塞 汽油和空气的混合物 喷油嘴 空气 点燃式 （火花塞点火引燃混合气） 压燃式（压缩空气升温，柴油遇高温空气自燃） 较小 更大 机身轻巧、转速高、噪音小 动力大、更笨重、效率高、噪音大 轿车、摩托车 货车、拖拉机、大型工程机械 典例分析 【典例】1．以下是汽油机工作时的四个冲程示意图，下列说法正确的是（   ） A．甲是吸气冲程，吸进的物质是空气 B．丁是压缩冲程，将机械能转化为内能 C．丙是做功冲程，将内能转化为机械能 D．依靠飞轮惯性完成的是甲、乙、丙冲程 C 典例分析 【详解】A．甲的吸气阀开启，排气阀关闭，活塞向下运动，是吸气冲程；汽油机在吸气冲程中吸入的是空气和雾状汽油的混合物，故A错误；     B．丁的吸气阀关闭，排气阀开启，是排气冲程，没有能量转化，故B错误； C．丙的吸气阀与排气阀均关闭，活塞向下运动，火花塞点火，是做功冲程，将燃料燃烧释放的内能转化为活塞的机械能，故C正确；     D．4个冲程中只有做功冲程对外做功，其他3个冲程都靠飞轮的惯性完成；乙的吸气阀与排气阀均关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，则依靠飞轮惯性完成的是甲、乙、丁冲程，故D错误。 故选C。 典例分析 【典例】2．如图所示，是某单缸四冲程汽油机的某一冲程示意图，它表示的是______冲程，该冲程的下个冲程是______冲程。若该汽油机飞轮转速为1800r/min，则汽油机每秒完成______个冲程，对外做功______次。 【答案】 做功 排气 60 15 【详解】[1][2]图中进气门和排气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，为汽油机的做功冲程。汽油机的四个冲程按顺序依次为吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，所以做功冲程的下一个冲程是排气冲程。 [3][4]已知飞轮转速为1800r/min，则每秒转30r，即飞轮每秒转30圈。在四冲程汽油机中，飞轮每转2圈完成4个冲程，对外做功一次。则飞轮每秒转50圈完成的冲程数为30×2=60个。每秒对外做功的次数为15次。 做功 排气 60 15 课堂小结 课堂小结 课堂练习 课堂练习 探究新知 1.近年来我国重大装备层出不穷，国人倍感自豪。下列装备的动力装置不是热机的是（     ） A．电动汽车 B．航母福建舰 C．国产大飞机C919 D．长征五号运载火箭 【详解】A．电动汽车的动力装置是电动机，主要把电能转化为机械能，不是热机，符合题意； B．航母的动力装置工作时通过燃料释放内能并对外做功，属于热机，不符合题意； C．国产大飞机C919的航空发动机工作时通过燃料燃烧释放内能并对外做功，属于热机，不符合题意； D．长征五号运载火箭的发动机工作时通过燃料释放内能产生高温高压气体喷出获得推力，属于热机，不符合题意。 故选A。 A 课堂练习 探究新知 2.如图，在试管里注入少量的水，用软木塞塞紧管口，用酒精灯加热。一会儿试管里的水沸腾了，水蒸气把软木塞向上冲起。下列说法正确的是（     ） A．这个过程与内燃机的排气冲程类似 B．试管内水的内能增加是通过做功方式改变 C．管内气体对橡皮塞做功，其内能减少 D．试管口的“白气”是水蒸气 【详解】A．该过程中水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，和内燃机的做功冲程原理类似，故A错误； B．试管内的水吸收酒精灯的热量，内能增加是通过热传递的方式改变的，故B错误； C．管内气体对橡皮塞做功，将内能转化为橡皮塞的机械能，管内气体自身内能减少，故C正确； D．水蒸气肉眼不可见，试管口的“白气”是水蒸气遇冷液化形成的小水滴，不是气态水蒸气，故D错误。 故选C。 C 课堂练习 探究新知 3．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 C 课堂练习 探究新知 【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。 课堂练习 探究新知 4.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．汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴 B．柴油机在吸气冲程中将柴油和空气的混合气吸入气缸 C．四冲程汽油机在工作过程中，进气门排气门都关闭的一定是压缩冲程 D．在柴油机的做功冲程中，活塞的机械能转化为密闭气体的内能 【详解】A．汽油机气缸顶部有一个火花塞，柴油机气缸顶部是一个喷油嘴，故A正确； B．吸气冲程中，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入的是空气，故B错误； C．四冲程汽油机在工作过程中，进气门排气门都关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程，故C错误； D．在柴油机的做功冲程中，是内能转化为机械能，故D错误。 故选A。 A 课堂练习 探究新知 5．如图所示是汽油机的______________冲程，汽油机在此冲程获得动力，其它三个冲程依靠飞轮的______________来完成；某汽油机飞轮的转速为3000r/min，则内汽油机对外做功______________次。 【答案】 做功 惯性 25 【详解】汽油机工作时，在做功冲程中缸内气体推动活塞做功，将内能转化为机械能，获得动力，图中可看出汽油机处在做功冲程；其它三个冲程，吸气冲程、压缩冲程、排气冲程没有动力推动，都是依靠飞轮惯性来完成；已知四冲程汽油机飞轮转速是3000r/min，则此汽油机每秒钟的转速为 ，一秒内汽油机飞轮转50圈，四冲程内燃机曲轴转两圈，完成1个工作循环，转50圈可完成25个工作循环，100个冲程，对外做功25次。 做功 惯性 25 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 Lavf60.16.100 Lavf59.16.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.48 Lavf60.16.100 Lavf59.16.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.30(gap_fixed:False) Lavf59.16.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.30(gap_fixed:False) $