14.2 热机 导学案 2026-2027学年人教版九年级全一册物理

该初中物理导学案围绕“热机”展开，核心知识点包括热机的基本原理、分类及四冲程工作过程。课堂通过汽车速度发展情境导入，结合试管加热水使橡皮塞飞出的演示实验，衔接旧知中做功改变内能、能量转化等内容，以旧知温故填空和新知递进引导为学习支架。 资料特色在于注重科学探究与模型建构，通过实验观察现象分析能量转化，引导学生构建汽油机、柴油机工作模型。预习、探究、自测结合的结构，助力学生自主学习，培养科学思维与探究能力，同时便于教师评估教学效果。

14.2 热机 预习提要 1.本节既是对之前所学的热力学知识的应用,也是为后续学习更深层次的物理知识打下基础，应了解热机的基本原理、分类和工作过程，理解热力学的基本概念。 2.阅读课本P25—P29内容，自主探究“热机”小节基础知识内容，并根据阅读内容填写本节预习任务，把握本课重难点。 旧知温故 1.通过________的方式可以改变物体内能，实质是机械能与内能之间发生转化。 2.对物体做功，物体内能________；物体对外做功，自身内能________。 3.燃料燃烧时，________能转化为内能，向外释放热量。 4.气体受热膨胀，体积会________，能够对外产生推力。 5.力可以改变物体的________，推动活塞运动就是力产生的作用效果。 6.能量转化过程中，一种能量减少，另一种能量________。 新知填空 1.热机 （1）概念：利用________做功的机械，叫热机。 （2）热机的种类：___________、___________、___________、___________等。 （3）内燃机：燃料________在发动机的汽缸内燃烧产生动力的热机。 （4）内燃机分为___________和___________两大类。 2.四冲程汽油机结构：如图所示是四冲程汽油机的结构剖面图。 其中：①是___________；②是___________；③是___________；④是___________；⑤是___________；⑥是___________；⑦是___________。 3.工作原理：汽油在气缸内燃烧时生成_____________的燃气，推动活塞________，活塞带动_______转动。 4.冲程：活塞在气缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个______。 5.四冲程汽油机的工作过程 （1）吸气冲程：进气门_______、排气门______、活塞由上端向_______运动，______和_______组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。 （2）压缩冲程：进气门和排气门都_________，活塞向_______运动，燃料混合物被压缩，压强增大、温度升高，把_________能转化为_________能。 （3）做功冲程：压缩冲程末，气缸顶部的火花塞发出电火花，点燃缸内气体使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气推动活塞做功，把_____能转化为_________能。 （4）排气冲程：进气门________，排气门________，活塞向_____运动，把废气排出气缸。 （5）汽油机的一个工作循环有______个冲程，活塞往复______次，只有_______冲程对外做功，内能转化为_______能。 6.柴油机 （1）构造：跟汽油机相似，但气缸顶部没有__________，而有一个___________。 （2）工作时与汽油机的区别：吸气冲程吸进气缸的只有________，通过压缩空气直接点燃柴油；做功时，气缸内气体压强________汽油机，因而可以输出更_________的功率。 课堂探究 【情境导入】 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？ 探究1 认识热机 实验探究不同形式能量之间的转化 【演示实验】在一个试管中装一些水，用橡胶塞紧；然后加热试管使水沸腾，请同学们观察现象。 实验器材：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 实验步骤：（1）将上述实验器材按如图所示组装。 （2）用酒精灯给试管中的水加热。 观察到的实验现象：（1）____________________；（2）____________________。 解决问题： （1）实验中橡皮塞飞出，说明橡皮塞的_________能增大。 （2）试管口有白气冒出，说明试管中的水蒸气的_________减小。 （3）这个实验说明水蒸气的_________能可以转化为橡皮塞的_________能。 （4）实验中水蒸气的内能是通过_________的方式改变的。 探究2 汽油机 【问题与思考】 汽油机是利用燃烧汽油来工作的。那么，需要怎样的装置才能通过燃烧汽油使机器不断地运转起来呢？ 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___________。 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。 3.冲程：活塞从气缸一端运动到另一端。 4.四冲程内燃机：每一个工作循环都分为四个冲程。________冲程、压缩冲程、________冲程、排气冲程。 5.工作过程 （1）吸气冲程特点： 活塞：向________运动。进气门：________。排气门：________。 （2）压缩冲程特点： 活塞：向________运动。进气门：________。排气门：________。 _______能转化为_______能。 （3）做功冲程特点： 活塞：向________运动。进气门：________。排气门：________。 气体的_______能转化为活塞的_______能。 （4）吸气冲程特点： 活塞：向________运动。进气门：________。排气门：________。 探究3 柴油机 【观察与思考】 柴油机是用柴油作燃料的热机，它的工作原理与汽油机大致相同。如图所示的是柴油机的主要构造，看一看它与汽油机的构造有什么不同，想一想柴油机是怎样工作的。 1.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___________。 2.柴油机和汽油机的相同之处：都是___________，都有___________冲程。 课前自测 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，正确的说法是(      ) 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.水蒸气的温度升高 D.这个实验基本展示了热机做功冲程的工作原理 2.如图所示的四种交通工具，不用热机作为动力机械的是(   ) A. B. C. D. 3.某汽油机在一次工作循环内有四个冲程，其中压缩冲程中是________________化为内能；此过程中，缸内混合气体的温度会_______________（选填“升高”或“降低”）。 4.内燃机的一个工作循环由四个冲程组成，如图所示是内燃机的____________冲程，一台某型号单缸四冲程汽油机的飞轮速度是1200r/min，一次做功250J，在1s内对外做功______J。 课外拓展：汽油机和柴油机的主要不同 在内燃机里，活塞在气缸内做往复运动时，活塞顶部离开气缸盖最近时的位置，叫作上止点；活塞顶部离开气缸盖最远时的位置，叫作下止点。上、下止点间的距离叫作活塞行程，简称冲程。活塞在下止点时，活塞上方的空间叫作气缸总容积；活塞在上止点时，活塞上方的空间叫作燃烧室容积；气缸总容积与燃烧室容积的比值叫作压缩比。压缩比表示空气（或燃料混合物）在气缸中被压缩的程度。压缩比越大，气缸内气体压缩后的压强越大，温度越高。压缩比是内燃机的主要技术规格之一，汽油机和柴油机的压缩比是不同的。例如，上海生产的165型汽油机的压缩比是6，压缩终了时的压强约为10⁶Pa，温度为430℃；东风195型柴油机的压缩比是20，压缩终了时的压强为3×10⁶~4×10⁶Pa，温度升高到500~700℃。压缩比愈大，热机效率就愈高。 在汽油机里，吸入气缸内的燃料混合物，是由汽化器把空气和汽油按一定比例进行均匀混合雾化形成的，燃料混合物被压缩后，是用火花塞点火引爆的。汽油机的压缩比在5~8之间，不能任意提高。因为压缩比过大时，压缩终了的气体温度太高，密度太大，使点火时气体燃烧太剧烈，会造成某一局部压力增长太快，对气缸和活塞产生极大的冲击力，产生很大的响声和震动，这种现象叫作“爆震”。发生爆震时，不仅对机件保养非常不利，还会使功率显著降低，经济性能大为恶化。 柴油机的点火方式跟汽油机不同，当压缩冲程快要结束之前，由喷油嘴喷出雾状柴油，会自动着火爆发。由于柴油机气缸里压缩的只是纯净空气，没有爆震问题，因此提高压缩比不受这方面限制。但受到气缸、活塞等部件能承担的压力限制，柴油机的压缩比也不能过大，通常限制在12~20之间。和汽油机相比，柴油机的热效率更高，重量则比同等功率的汽油机更大。 参考答案 旧知温故 1.做功 2.增大；减小 3.化学 4.变大 5.运动状态 6.增加 新知填空 1.（1）内能 （2）蒸汽机；内燃机；汽轮机；喷气发动机 （3）直接 （4）汽油机；柴油机 2.①气缸 ②火花塞 ③进气门 ④排气门 ⑤活塞 ⑥连杆 ⑦曲轴 3.高温高压；做功；曲轴 4.冲程 5.（1）打开；关闭；下端；汽油；空气 （2）关闭；上；机械；内 （3）内；机械 （4）关闭；打开；上 （5）四；两；做功；机械 6.（1）火花塞；喷油嘴 （2）空气；大于；大 探究1 认识热机 实验探究不同形式能量之间的转化 酒精灯、火柴、大试管、橡胶塞、水和铁架台 （1）橡胶塞飞出 （2）试管口有白气冒出 解决问题：（1）机械 （2）内能 （3）内；机械 （4）做功 探究2 汽油机 【问题与思考】 1.做功 4.吸气；做功 5.（1）下；开；关 （2）上；关；关；机械；内 （3）下；关；关；内；机械 （4）上；关；开 探究3 柴油机 1.做功 2.内燃机；四个 课前自测 1.答案：D 解析：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，内能减小，温度降低，故B错误；该过程中，水蒸气对外做功，内能减小，温度降低，故C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。 2.答案：A 解析：自行车是消耗人的生物质能，转化为自行车的机械能；轮船、卡车、飞机工作时都要使用化石能源作燃料，燃料燃烧时将内能转化为机械能驱使它们运动，所以它们都是使用热机工作的。 3.答案：机械能；升高 解析：汽油机的压缩冲程中，活塞向上运动，压缩缸内混合气体，此时活塞的机械能通过做功转化为气体的内能。由于外界对气体做功，气体的内能增加，温度会升高。 4.答案：排气； 解析：由图可知排气管打开，所以该冲程为排气冲程。汽油机的飞轮速度是 飞轮转两圈对外做功一次，则汽油机每秒钟对外做功10次，所以在1s内对外做功 学科网（北京）股份有限公司 $