2.1 热机 课件-2026-2027学年教科版物理九年级上册

该初中物理课件围绕“热机”展开，系统讲解热机定义、能量转化、四冲程工作循环及汽油机与柴油机区别。课堂从货运列车动力提问导入，通过加热试管水推动叶轮的演示实验，直观展示内能转化为机械能，结合蒸汽机发展历史，逐步过渡到内燃机原理，构建知识支架。 其亮点在于融合科学探究与思维培养，通过注射器酒精燃烧等实验和对比表格，帮助学生建立能量转化的物理观念。融入瓦特改进蒸汽机的历史情境和热机污染问题，培养科学态度与责任。分层练习题覆盖基础到中考题，助力学生巩固知识，教师使用可提升教学效率与学生探究能力。

教科版物理9年级上册培优备课课件 授课教师： . 班 级： 9年级（ ）班 . 时 间： 2026.07.23 . 2.1热机 第2章 改变世界的热机 2.1 热机（教科版九年级物理上册） 一、热机的基本概念 1. 定义：利用内能做功，将内能转化为机械能的机械，统称为热机。热机是人类生产生活中应用最广泛的动力机械，彻底改变了交通运输、工业生产的发展模式。 2. 工作本质：燃料燃烧释放内能，内能通过做功的方式转化为机械运动的机械能。区别于做功改变内能，热机是消耗内能、获得机械能的能量转化装置。 根据燃料燃烧的位置不同，分为外燃机和内燃机： - 外燃机：燃料在气缸外部燃烧，典型代表为蒸汽机、蒸汽轮机。结构笨重、效率低，目前仅用于大型发电厂等少数场景。 - 内燃机：燃料在气缸内部直接燃烧，体积小、动力大、效率高，是目前应用最广泛的热机。主要包括汽油机、柴油机，多用于汽车、摩托车、拖拉机、船舶等设备。 二、内燃机的核心工作原理 内燃机的核心工作依靠活塞在气缸内的往复运动，配合气门开闭、火花塞点火（汽油机），完成燃料燃烧和能量转化。绝大多数汽油机、柴油机均采用四冲程工作循环，一个完整循环包含四个冲程，曲轴转动2圈，对外做功1次。 1. 四冲程完整过程（重点） （1）吸气冲程 进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，气缸容积变大，气压减小。汽油机吸入汽油和空气的混合物，柴油机吸入纯空气。此冲程无能量转化，依靠曲轴惯性完成。 （2）压缩冲程 进气门、排气门全部关闭，活塞向上运动，压缩气缸内的混合气体或空气。活塞对气体做功，机械能转化为内能，气缸内气体内能增大、温度升高、压强增大。这是内燃机升温增压的关键冲程。 （3）做功冲程（唯一做功冲程） 进气门、排气门保持关闭。汽油机火花塞点火，引燃油气混合物；柴油机压燃空气雾化柴油，燃料剧烈燃烧，产生高温高压燃气。燃气推动活塞向下运动，内能转化为机械能，为机器提供动力，是整个循环中唯一对外做功的冲程。 排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动，将气缸内燃烧后的废气排出气缸。此冲程无能量转化，依靠惯性完成，为下一次循环做准备。 （4）排气冲程 2. 四冲程核心规律（必考） - 一个工作循环：4个冲程，活塞往复2次，曲轴转2圈，对外做功1次。 - 只有做功冲程对外做功、实现内能转机械能；压缩冲程实现机械能转内能。 - 吸气、压缩、排气三个冲程，均依靠飞轮的惯性完成。 三、汽油机与柴油机的区别 对比项目 汽油机 柴油机 点火方式 点燃式（火花塞点火） 压燃式（无火花塞，高压自燃） 吸入气体 汽油+空气混合物 纯空气 压缩程度 压缩比小，缸内温度较低 压缩比大，缸内温度极高 动力与效率 动力较小，效率较低，运转平稳 动力大，效率高，更省油 适用场景 轿车、摩托车、小型车辆 货车、拖拉机、大型机械、船舶 四、热机的效率与污染 1. 热机效率 热机效率是指热机用来做有用功的机械能，与燃料完全燃烧放出的热量之比。由于废气带走大量内能、机械摩擦损耗、散热损耗等因素，热机效率永远小于100%。柴油机效率高于汽油机，是目前效率较高的内燃机。 2. 热机带来的环境问题 热机燃料燃烧会产生二氧化硫、氮氧化物、粉尘、一氧化碳等污染物，引发空气污染、温室效应；同时机械运转会产生噪音污染，是现代城市污染的重要来源。 改进措施：改进燃烧工艺、使用清洁能源、加装尾气净化装置、定期保养机械减少摩擦损耗等。 五、课堂重难点总结 - 热机的核心能量转化：内能→机械能。 - 两个能量转化冲程：压缩冲程（机械能→内能）、做功冲程（内能→机械能）。 - 四冲程工作循环规律：四冲程、转两圈、做功一次。 - 汽油机和柴油机的点火方式、吸入气体是核心区分考点。 六、基础练习题 1. 下列机械中不属于热机的是（ ） A. 汽油机 B. 柴油机 C. 电动机 D. 蒸汽机 2. 内燃机工作循环中，将机械能转化为内能的冲程是（ ） A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 3. 一台四冲程内燃机每秒完成20个冲程，则每秒对外做功次数为（ ） A. 5次 B. 10次 C. 20次 D. 40次 4. 简述汽油机和柴油机最核心的两点区别。 七、参考答案 1. C（电动机是电能转化为机械能，不属于热机） 2. B（压缩冲程机械能转化为内能） 3. A（4个冲程做功1次，20÷4=5次） 4. ①点火方式不同：汽油机点燃式，柴油机压燃式；②吸入气体不同：汽油机吸入油气混合物，柴油机吸入纯空气。 演示实验 利用内能来做功 观察：热机的原理 如图所示，在试管内装些水，用带玻璃管的胶塞塞住，在玻璃管口处放一个用纸做成的小叶轮。加热试管使水沸腾，细心观察，会发生什么现象？ 实验原理：燃料的化学能转化为内能，传给水，水沸腾变成水蒸气，水蒸气驱动叶轮转动。这样，内能转化成了叶轮的机械能。 热机的原理 课堂导入 货运列车拥有及其强大的货运能力，请问他是如何做到的呢？ 热机 ——各种利用内能做功的机械叫做热机。 探究新知一　利用内能来做功 改变物体的内能 热传递 做功 通过做功使物体内能增加。那么，减少物体的内能可以做功吗? 　　在烧瓶内装些水，用带玻璃管的胶塞塞住，在玻璃管口处放一个小叶轮。 加热烧瓶使水沸腾，细心观察，会发生什么现象? 演示实验 叶轮转动起来 燃料的化学能 水的 内能 叶轮的机械能 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。 利用内能来做功 水蒸气内能对叶轮做功 探究新知一　利用内能来做功 知识点1 利用内能做功 1. 热机的出现改变了世界，最早的热机是( ) B A. 内燃机 B. 蒸汽机 C. 火箭发动机 D. 喷气式发动机 返回 考试考法 7 ①定义：通过燃料燃烧获取内能并转化为机械能的装置。 ②工作原理：热机利用内能做功，将内能转化为机械能。 ③种类：蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 1.热机 汽轮机 喷气发动机 蒸气机 探究新知一　利用内能来做功 2. 如图所示的是某科技小组制作的 模拟热机中能量转化的实验装置，将锥形瓶中的 水加热使其沸腾后，水蒸气从胶塞的小孔冲出推 动小风车转动，则热机中能量转化的基本过程是 ______能 内能 ______能。 化学 机械 返回 考试考法 9 蒸汽机是最早的热机，它的发明给人类发展带来了巨大的飞跃。 2.蒸汽机 ①蒸汽机的发展历程 世界上第一台蒸汽机：古希腊时期的汽转球 纽可门蒸汽机（效率非常低用于煤矿排水） 1769年，瓦特改进、完善了蒸汽机 冷凝器、蒸汽汽缸，直线运动转化为曲线运动。 探究新知一　利用内能来做功 　　18世纪，苏格兰发明家詹姆斯·瓦特在修理一台老式蒸汽机时，发现它效率低下，大部分蒸汽被浪费。经历二十余年的艰难历程，他终于完成了对纽可门蒸汽机的革新。 　　瓦特改进的蒸汽机具有划时代的意义，这也成为了第一次 工业革命的标志。后人为了纪念这位伟大的发明家，把功率的 单位定为“瓦特”。 瓦特与蒸汽机的故事 探究新知一　利用内能来做功 讨论交流 　　下图是蒸汽机的原理图，汽缸内活塞的左右移动由滑块阀门来控制。请和同学研究图中的机械结构，说明蒸汽是如何进入汽缸，推动活塞运动，带动轮子转动的。 滑块阀门移到右端时，蒸汽从左面进入汽缸，推动活塞向右运动，汽缸内的废气从排气管排出。 蒸汽机的构造和工作原理 ②蒸汽机的工作原理 探究新知一　利用内能来做功 探究新知一　利用内能来做功 探究新知二　内燃机 小小热机 　　蒸汽机工作过程中，燃料在试管外部燃烧，燃料的化学能转化为内能后只有少量传给了水，使水沸腾变成水蒸气，驱动叶轮转动。 能否直接将燃料在汽缸内燃烧，利用燃气直接推动活塞做功? 演示实验 【实验】内能转化为机械能 将电子式火花发生器的放电针插进注射器注射孔中，注射器筒内滴入几滴酒精，再堵好活塞，然后按下火花发生器的按钮，观察发生的现象。 酒精在注射筒内燃烧，活塞被弹出 酒精燃烧的化学能转化内能，推动活塞将活塞弹出，即 内能转化为活塞的机械能。 内能转化为机械能 探究新知二　内燃机 内燃机 1.定义：燃料直接在汽缸内燃烧的热机叫“内燃机”。 锅炉 气缸 早期的蒸汽机汽车，车身笨重，效率很低。 2.内燃机的优点： 机身小巧、质量较轻、热效率高。 探究新知二　内燃机 ②种类： 汽油机 柴油机 汽油机 柴油机 3.活塞式内燃机 ①定义：燃料在汽缸内燃烧，产生的燃气直接推动活塞做功的装置。 探究新知二　内燃机 探究新知三　汽油机的工作过程 1. 汽缸 2. 活塞 3. 连杆 4. 曲轴 5. 进气活门 6. 排气活门 7. 火花塞 8. 飞轮 汽油机的构造 利用汽油在汽缸内燃烧，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）。 1.工作原理 2.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。 汽油机的工作过程 3.汽油机的工作过程 ①冲程：活塞在往复运动中从汽缸一端运动到另一端叫做一个冲程。 ②多数汽油机是由吸气、压缩、燃烧—膨胀做功（简称做功） 排气四个冲程不断循环来保证连续工作。该四个冲程称为 发动机的一个工作循环。 要使汽油机连续工作，活塞必须在推动曲轴后回到原来的位置，以便再次推动曲轴，这就要求活塞能在汽缸里做往复运动。 探究新知三　汽油机的工作过程 ③汽油机的工作过程分析 【吸气冲程】 · 进气门 ，排气门 。 · 活塞 运动。 · 汽缸内气体的体积 ，气压 。 · 汽油和空气的混合物从进气门 。 · 曲轴转动： 圈。 打开 关闭 向下 吸入汽缸 半 增大 减小 探究新知三　汽油机的工作过程 【压缩冲程】 · 进气门 ，排气门 。 · 活塞 运动。 · 汽缸内气体的体积 ，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 机械 半 压缩 升高 内 探究新知三　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 向下 内 机械 半 探究新知三　汽油机的工作过程 【排气冲程】 · 进气门 ，排气门 。 · 活塞 运动，将废气排出汽缸。 · 由于安装在曲轴上的飞轮转动具有的动能，可以带动活塞继续运动，再次进入到吸气冲程，这样汽油机就实现了连续工作。 · 曲轴转动： 圈。 打开 关闭 半 向上 探究新知三　汽油机的工作过程 汽油机一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。 该工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动2周，对外做功1次。 只有做功冲程燃气推动活塞做功，其他三个冲程靠飞轮转动的动能来完成。 探究新知三　汽油机的工作过程 　　在实际应用中，为了增大功率和减小震动，常把四个或更多的汽缸组合在一起，它们的做功冲程是轮流进行的。汽车配备的四缸发动机，是汽车里构造最为精密、复杂的部件！ 探究新知三　汽油机的工作过程 知识点2 汽油机的工作过程 3. 如图是汽油机工作时某冲程的示意图。下列说 法正确的是( ) C A. 该冲程是吸气冲程 B. 在该冲程中机械能转化为内能 C. 该冲程使汽车获得了动力 D. 该冲程能排出汽车的废气 返回 考试考法 26 4. 下面关于汽油机与柴油机的说法，错误的是( ) A A. 柴油机与汽油机在构造上完全相同 B. 柴油机采用压燃式点火，汽油机采用点燃式点火 C. 柴油机汽缸顶部有个喷油嘴，汽油机汽缸顶部有个火花塞 D. 汽油机与柴油机在吸气冲程中吸进去的物质不同 返回 考试考法 27 制作热风机 把易拉罐剪开，做成一个热风车，下边放一点燃的蜡烛，叶轮就会转动起来，请用能量的转化来解释这个实验。这和热机有类似之处吗？ 　　蜡烛燃烧时，将化学能转化为内能；蜡烛燃烧使空气受热后，温度升高，密度减小而上升，推动风车转动，此过程将内能转化为机械能； 　　热机工作过程中，首先将燃料的化学能转化为内能，然后内能转化为机械能，本实验中的热风车和热机有类似之处。 探究新知三　汽油机的工作过程 物理在线 柴油机 　　柴油机是以柴油作燃料的内燃机。构造跟汽油机相似，主要区别是柴油机汽缸的顶部有一个喷油嘴，而没有火花塞。柴油机的每一个工作循环也是由吸气、压缩、做功和排气四个冲程组成。 排气门 喷油嘴 进气门 活塞 连杆 汽缸 曲轴 柴油机的构造 项目 汽油机 柴油机 燃料 构造 吸气冲程 点火方式 效 率 主要应用 汽油 汽缸顶部有火花寒 吸入汽油和空气的混合物 点燃式点火 26%-40% 小汽车、低速飞机等 柴油 汽缸顶部有喷油嘴 只吸入空气 压燃式点火 34%-45% 载重汽车、火车等 比较汽油机和柴油机 探究新知三　汽油机的工作过程 5. 一台单缸四冲程内燃机的飞轮转速为 ,那么每 秒钟( ) B A. 完成60个冲程 B. 燃气对活塞做功30次 C. 曲轴转动240转 D. 完成120个工作循环 返回 考试考法 30 6.[常州中考] 2025年2月，江苏地域文明探源 工程发布：在兴化草堰港遗址中发掘出7 000 年前的钻木取火器。如图所示，古人手搓钻 杆，使其与取火板摩擦生热一段时间，即可 机械能转化为内能 压缩 取得火种。摩擦生热的能量转化方式是__________________， 与四冲程汽油机的______冲程相同。 返回 考试考法 31 7. [广元中考] 1883年人类发明了汽油机。一台四冲程汽油机 的某个冲程中，火花塞点火，燃料猛烈燃烧，产生高温高压 的气体推动活塞对外做功，则该冲程( ) B A. 是压缩冲程 B. 气体对外做功，内能转化为机械能 C. 活塞依靠飞轮的惯性而运动 D. 气体对外做功，气体的内能增加 返回 考试考法 32 8. 光发动机可用于 卫星的能源补充，原理如图， 密闭化学反应室中 在光 照下会分解，使反应室气压增 B A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 大，推动活塞右移，无光条件下发生逆反应，控制光照即可 实现活塞往复运动。活塞左移过程相当于汽油机的( ) 考试考法 33 解题支架 返回 考试考法 34 9. 如图所示，将一个空易拉罐的底部 钻一个小孔，往易拉罐里喷少量酒精，然后将 一个空的纸杯迅速套上易拉罐的另一端，并将 C A. 酒精燃烧时，将化学能转化为机械能 B. 纸杯飞出去的过程的能量转化与内燃机的排气冲程相同 C. 纸杯飞出去时，易拉罐内气体的内能减小 D. 纸杯飞出去时，易拉罐对纸杯做了功 易拉罐固定，用手拿着点燃的打火机靠近易拉罐底部的小孔， 纸杯就会“冲天”飞出去，下列说法正确的是( ) 返回 考试考法 35 10. 如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，汽油 机一个工作循环四个冲程的正确顺序是________________； 若汽油机每秒对外做功10次，则飞轮的转速为_______ 。 乙、甲、丁、丙 1 200 返回 考试考法 36 11.我国载人登月初步方案已公布，在不远的将来，我国航天 员有望登陆月球，后续还将建造国际月球科研站。白天月球 表面温度可达以上，而夜晚会降至 以下。假如 你是设计师，让你设计一辆月球车，你认为月球车________ （填“可以”或“不可以”）用氢能源为燃料的热机来驱动，理 由是__________________________________________。假如 你穿着自己设计制作的航天服在月球上漫步，航天服应具备 的功能有______________________（写出一条即可）。 不可以 热机的工作需要吸入空气，而月球上没有空气 隔热防寒（合理即可） 返回 考试考法 37 12. 科学家在四冲程发动机的基础上发明了六冲 程引擎发动机。这种引擎在完成四冲程工作后，会把水注入 汽缸，使水瞬间变成水蒸气，从而带动活塞运动，引发第五 冲程，为汽车提供动力，第六冲程让水蒸气排放到冷凝器， 液化为可再次注入汽缸的水。六冲程引擎发动机的第五冲程 相当于四冲程发动机的______冲程；如果这种单缸六冲程引 擎发动机每秒完成 个冲程，则该发动机每秒钟对外做功 ____次，若每次做功为 ，六冲程引擎发动机的功率为 ________ 。 做功 20 10 000 返回 考试考法 38 13. 如图所示为四缸发动机图，其工作原理为四 个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功 过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸 在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气冲程。有 一台四缸发动机，其主要技术指标如表所示。其中排量等于 四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积指活塞从汽缸顶部 到底部所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的横截 考试考法 39 面积和活塞上下运动的距离（即冲程长）。转速表 示曲轴或飞轮每分钟所转的周数。则： 排量 输出功率 转速 考试考法 （1）该四缸发动机每分钟对外做功_____ ___次，每分钟对外做功__________ 。 12 0 00 【点拨】该四缸发动机转速为 ，在飞轮转动的每半周里， 都有一个汽缸在做功，所以该四缸发动机 每分钟对外做功12 000次，每分钟对外做的功 。 考试考法 41 （2） 在每个做功冲程里，发动机做功_____ 。 在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为 ，式 中表示燃气对活塞的压强，则__________ 。 600 【点拨】在每个做功冲程里，发动机做的功 ，根据 ，燃 气对活塞的压强 。 返回 考试考法 42 课堂小结 热机 利用内能来做功 蒸汽机 汽油机的工作过程 工作原理：燃料燃烧获取内能并转化为机械能。 定义：通过燃料燃烧获取内能并转化为机械能的装置。 热机 蒸汽机的发展历程 蒸汽机工作原理 内燃机 定义 活塞式内燃机 汽油机 柴油机 吸气、压缩、做功、排气四个冲程 Lavf57.62.100 $