14.3 热机（教学课件）物理新教材沪科版九年级全一册

该初中物理课件聚焦热机的概念、分类，汽油机与柴油机的结构、四冲程工作过程及能量转化，通过列车等动力问题导入，连接内能转化为机械能前序知识，搭建生活现象到原理探究的学习支架。 其亮点是用酒精蒸气做功实验和四冲程示意图培养科学思维，结合走马灯制作与火箭发动机体现科学探究，通过对比表格小结知识。帮助学生建立能量观念，教师可借助结构化内容提升教学效率。

第十四章 内能与热机 第3节 热机 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 理解热机的能量转化情况。建立“冲程”概念。知道汽油机和柴油机的基本构造与差异。 02 科学思维 运用示意图分析四冲程中活塞运动、阀门开闭与能量转化的对应关系，培养模型建构能力。 比较汽油机与柴油机适用场景，体会“结构与功能”相适应的工程思维。 03 科学探究 观察汽油机/柴油机模型，分析做功冲程的能量来源。 通过制作“走马灯”跨学科实践，体验从原理到作品的完整探究过程。 04 科学态度与责任 领会热机对社会发展带来的巨大推动，认识内能利用在人类文明进程中的重要地位。 通过“走马灯”制作，感受传统工艺中的科学智慧，增强文化自信与创新意识。 教学重难点 教学难点 教学重点 1.热机的工作原理：将内能转化为机械能。 2.四冲程汽油机的结构和工作过程，各冲程中的能量转化。 3.汽油机与柴油机的主要区别。 1.压缩冲程与做功冲程中能量的转化。 2.柴油机与汽油机点火的机制差异。 3.四个冲程的作用。 课堂引入 列车风驰电掣，舰船劈波斩浪，飞机凌空穿云。 他们是如何获得动力的呢？ 都是因为有了发动机。 发动机有什么样的结构，又是如何工作的呢？ 知识点1 热机 探索新知 发动机是把其他能量转化为机械能的机器，其中能将燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的发动机则称为热机。 思考：以上这些机器有什么共同点？ 答：需要加燃料才能运行。 知识点1 热机 常见的热机有蒸汽机、喷气发动机、内燃机等。 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。 知识点1 热机 内燃机中最常见的是汽油机和柴油机。 本节我们主要学习汽油机与柴油机的工作原理 汽车 拖拉机 知识点1 热机 热机的分类及能量转化 知识点2 汽油机 知识点2 汽油机 汽油机的燃料是汽油，它是怎样工作的呢？ 让我们先来做个内能转化为机械能的实验。 燃气内能的转化 如图 所示，在圆筒内加入适量酒 精，用橡胶塞塞紧筒口，筒内形成酒精蒸气 和空气的混合气体。用电火花点火，橡胶塞 跳出（注意操作安全）。由实验可见，混合气体燃烧产生高温高压的燃气对橡胶塞做功，将燃气的内能转变为橡胶塞的机械能。 知识点2 汽油机 四冲程汽油机 知识点2 汽油机 汽油机的能量转化与上述实验类似，只是用的燃料是汽油。 1、汽油机主要由气 缸、火花塞、进气道、进气阀、排气道、排气阀、活塞、连杆和曲轴组成。 知识点2 汽油机 2、汽油机工作时，活塞在气缸内做一次单向运动叫做一个冲程（或行程）。 下图 是四冲程汽油机工作原理示意图，图中标记了每个冲程的工作原理及作用。 旋转的曲轴通过连 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。 两个气阀关闭，活塞在 曲轴带动下，从气缸下部向 上运动，缸内混合气体被压 缩，因 此，内能增加、温度升高、 压强增大。 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 机械能转化为内能 曲轴因为惯性继续 转动使活塞上升，排 气阀打开，将燃烧后 的废气排出缸外。 知识点2 汽油机 汽油机的工作过程 汽车发动机的工作过程 知识点2 汽油机 3、汽油机四个冲程工作情况总结 冲程名称 进气门 排气门 活塞 运动 冲程的作用 能量转化 吸气冲程 吸入燃料和空气的混合物 压缩冲程 压缩燃料和空气的混合物， 使其内能增大，温度升高 做功冲程 火花塞产生电火花，点燃燃料，高温高压的燃气推动活塞做功，通过连杆、曲轴带动飞轮转动 排气冲程 排出废气 开 闭 向下 闭 闭 闭 闭 向上 向下 向上 闭 开 机械能转化为内能 内能转化为机械能 知识点2 汽油机 4、汽油机四个冲程工作情况总结 对外做功1次 飞轮转动2周 活塞往复2次 有4个冲程 一个工作 循环 4 2 1 ： ： 知识点2 汽油机 5、在这个四个冲程中，利用曲轴的惯性来完成的是吸气、压缩和排气冲程。 知识点2 汽油机 6、汽油机在现实中的应用。 割草机 轿车 知识点2 汽油机 【例题1】内燃机有四个工作冲程，如图所示是内燃机的_______冲程，活塞上升时，汽缸内气体的内能______（选填“减少”或“增加”），_______能转化为________能。 解析：从图中可以看出进气门和排气门都是关闭的，活塞向上运动，所以是压缩冲程。压缩冲程活塞向上运动，压缩气体，使气体的体积减小、温度升高、机械能转化为内能。 压缩 增加 机械 内 知识点2 汽油机 【例题2】内燃机的一个工作循环由_____ 、_____ 、_____ 、______四个冲程组成。一台某型号单缸四冲程汽油机的飞轮速度是1800r/min，则汽油机每秒钟对外做功___次，每秒钟活塞往复运动_______，每秒钟完成________个冲程 解析：一个工作循环包括四个冲程，曲轴转动二周，对外做功一次。汽油机的飞轮速度是 = 汽油机每秒钟对外做功 =15 （次） 吸气 压缩 做功 排气 15 30 60 知识点3 柴油机 知识点3 柴油机 1、柴油机的燃料是柴油，下图是柴油机的 结构示意图，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。 知识点3 柴油机 2、如图所示，四冲程柴油机与汽油机工作原理大致相同，也是吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环，从而保证连续工作。它们工作过程的主要不同是： 吸气冲程中，进入柴油机气缸中的只有空气；压缩冲程中，柴油 机气缸内气体被压缩的程度比汽油机更大，因此，其缸内气体的温度更高，压 强更大；压缩冲程末，柴油机的喷油嘴喷出雾状柴油，进行压燃式点火。 知识点3 柴油机 3、因为柴油机气缸内气体的温度更高，压强更大，所以可输出更大的功率，对柴油机相关零件的强度要求也更高，因此柴油机相对比较笨重。故汽油机作为动力装置大多用在小汽车、飞机等交通工具上；柴油机则多用于载重汽车、火车、轮船、拖拉机等。 载重汽车 拖拉机 飞机 知识点3 柴油机 4. 柴油机和汽油机的异同点： 项目 汽油机 柴油机 构造 气缸顶部有一个 气缸顶部有一个 燃料 汽油 柴油 吸气冲程 吸入 只吸入 压缩冲程 压缩程度较小， 压缩程度较大， 做功冲程 点燃式，内能转化为机械能 压燃式，内能转化为机械能 排气冲程 排出废气 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. 火花塞 喷油嘴 汽油与空气的混合物 空气 知识点3 柴油机 柴油机和汽油机的异同点： 知识点3 柴油机 【例题3】关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是（　　） A．柴油机汽缸顶部有个火花塞，汽油机汽缸顶部有个喷油嘴 B．柴油机通过压缩空气直接点燃柴油 C．汽油机与柴油机的工作过程都分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程 D．汽油机与柴油机使用的燃料不同 解析：A．柴油机汽缸顶部有个喷油嘴，汽油机汽缸顶部有个火花塞，A错误.B．柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，采用压燃式，B正确.C．柴油机和汽油机的工作过程分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程，故C正确. D．汽油机与柴油机使用的燃料不同，汽油机的燃料是汽油，柴油机的燃料是柴油，故D正确. 所以选A. A 知识点4 学 科 综 合 知识点4 学 科 综 合 调研并制作神奇“走马灯” 右图是节日常见的一种灯饰，是我国具有悠久历 史的民间工艺制品。下面通过制作简易的走马灯，了解其工作原理。 首先查阅资料了解走马灯历史及制作 过程，然后结合热传递、力与运动、工程 技术、美术等有关的知识，设计并制作一 个简易的走马灯。 展示你的走马灯作品，与同学分享制作 经验，交流并评价作品的工艺水平和艺术性。 知识点4 学 科 综 合 跑马灯的原理主要集中在热学、力学和能量转化三大板块。 1、热学知识 热传递（改变内能的方式）：蜡烛燃烧时，火焰通过热传递的方式将热量传递给周围空气，使其内能增加、温度升高。这是改变物体内能的两种方式之一。 知识点4 学 科 综 合 跑马灯的原理主要集中在热学、力学和能量转化三大板块。 热对流（热传递的一种方式）：被加热的空气密度减小而上升，周围的冷空气则下沉补充，形成对流循环。走马灯正是利用空气的对流来工作的。 知识点4 学 科 综 合 跑马灯的原理主要集中在热学、力学和能量转化三大板块。 2.力学知识 密度与温度的关系：空气受热后体积膨胀，但质量不变，因此密度变小。密度小的热空气上升，是走马灯转动的根本原因。 知识点4 学 科 综 合 跑马灯的原理主要集中在热学、力学和能量转化三大板块。 力与运动：上升的热空气对扇叶施加力的作用，从而改变物体的运动状态，推动其转动。 知识点4 学 科 综 合 跑马灯的原理主要集中在热学、力学和能量转化三大板块。 简单机械（杠杆）：走马灯的转轴可视为一个轮轴，本质上也是一种杠杆。部分安徽中考题会结合走马灯，考查杠杆的平衡条件。 知识点4 学 科 综 合 跑马灯的原理主要集中在热学、力学和能量转化三大板块。 3.能量转化知识 能量转化：走马灯工作的核心能量转化是内能转化为机械能。具体来说，是蜡烛的化学能→空气的内能→扇叶的机械能。 与汽油机对比：走马灯“内能转化为机械能”的过程，与四冲程汽油机的做功冲程能量转化相同。 知识点4 学 科 综 合 火箭发动机 火箭是我国古代的一项重大发明。当点燃火药筒中火药时，产生的高温高压燃气向后喷出，推动火药筒和箭身向前飞行。 化学能→内能→机械能 知识点4 学 科 综 合 现代火箭发动机的工作原理和古代火箭相同。液体火箭发动机内部的燃料和氧化剂燃烧后产生的高温高压气体高速喷出，由此推动火箭前进。火箭发动机主要用于发射人造卫星、洲际导弹和进行宇宙航行等。中国载人航天工程、北斗卫星导航系统、中国探月工程等重大工程的成功实施、推进，标志着我国已在现代火箭技术领域跨入世界先进行列。 化学能→内能→机械能 知识点4 学 科 综 合 【例题4】2020年1月18日,“第十届江苏·台湾灯会”在常州恐龙城开幕。如图所示为展会中的“走马灯”,点燃底部蜡烛,热空气上升驱动扇叶转动,观众惊奇地看到纸片小人的影子动了起来。热空气上升驱动扇叶转动的能量转化方式为__________________,这与四冲程汽油机的__________冲程相同。  　做功　 　内能转化为机械能　 知识点4 学 科 综 合 【例题4】某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30 cm2,一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50 mm,满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105 Pa,飞轮1 min转动1800周,当汽油机满负荷工作时(不计摩擦): (1)求做功冲程中燃气对活塞的平均压力; (2)求汽油机的功率; (3)若燃气对活塞的平均压强为p,设活塞的面积为S,冲程长为L,V=SL,如图所示,请推导出一个做功冲程中燃气对活塞做的功W=pV。 知识点4 学 科 综 合 【例题4】某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30 cm2,一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50 mm,满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105 Pa,飞轮1 min转动1800周,当汽油机满负荷工作时(不计摩擦): (1)求做功冲程中燃气对活塞的平均压力; 解:(1)由p=FS可得,燃气对活塞的平均压力 F=pS=9.0×105 Pa×30×10-4 m2=2.7×103 N 知识点4 学 科 综 合 【例题4】某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30 cm2,一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50 mm,满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105 Pa,飞轮1 min转动1800周,当汽油机满负荷工作时(不计摩擦): (2)求汽油机的功率; (2)一个做功冲程中燃气对活塞做的功 W=Fs=2.7×103 N×50×10-3 m=135 J 1 min内燃气对活塞做功的次数n=18002=900 则汽油机的功率P=W总t=135 J×90060 s=2025 W 知识点4 学 科 综 合 【例题4】某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为 30 cm2,一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50 mm,满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105 Pa,飞轮1 min转动1800周,当汽油机满负荷工作时(不计摩擦): (3)若燃气对活塞的平均压强为p,设活塞的面积为S,冲程长为L,V=SL,如图所示,请推导出一个做功冲程中燃气对活塞做的功W=pV。 (3)由p=FS可得,活塞受到的压力F=pS 在做功冲程中,活塞移动的距离为L,发动机的单缸排量V=SL 则燃气对活塞所做的功W=FL=pSL=pV 课堂小结 课堂小结 热机的种类 汽油机与柴油机 四个冲程 热机 概念 热机中涉及的能量转化 走马灯与火箭 01 02 03 04 05 06 热机 课堂练习 课堂练习 1. 如图所示，试管里盛有适量的水，加热试管使水沸腾，试管口冒出的“白气”推动管口处的小风车转动。选择下列说法中正确的选项并说明理由。 A. 水在沸腾过程中，不断吸收热量，温度升高 B. 实验过程中通过做功使试管内水的内能增大 C. 试管口冒出的“白气”是水汽化形成的水蒸气 D.“白气”使小风车转动的过程与汽油机的做功冲程类似 解析 理由:水在沸腾过程中，不断吸收热量，但温度不变，A错误。实验过程中是用酒精灯给试管加热，是通过热传递使试管内水的内能增大，B错误。试管口冒出的“白气”是水蒸气液化形成的小液滴，C错误。“白气”使小风车转动是“白气”的内能转化为风车的机械能，与汽油机做功冲程能量转化相同，D正确。 D 课堂练习 2. 图中，活塞向上运动，并依靠曲轴的惯性来完成运转的冲程是（ ）。 A. 吸气冲程和做功冲程 B. 压缩冲程和做功冲程 C. 做功冲程和排气冲程 D. 压缩冲程和排气冲程 解析：四冲程汽油机工作时，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性来完成的，而吸气冲程中活塞向下运动，压缩冲程和排气冲程中活塞向上运动。 D 课堂练习 3. 内燃机的工作过程由 ________、________、________、________ 四个 冲程组成，其中，将机械能转化为内能的是 ________ 冲程，将内能转化为机 械能的是 ________ 冲程。 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 压缩冲程 做功冲程 课堂练习 4. 查阅资料，了解汽油机与柴油机在构造、吸入气体、点火方式、使用 范围等方面的区别，并了解它们在生产生活中的使用现状与发展前景，完成一篇调研报告。 课后作业 作业 内容 同步作业 完成《能力培养与测试》14.3 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听 Lavf52.31.0 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Lavf52.31.0 Lavf58.45.100 Lavf52.31.0 Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $