14.3 热机 课件 -2026-2027学年沪科版物理九年级全一册

第十四章 内能与热机 第3节 热机 沪科版物理九年级全一册 引入新课： 汽车奔驰，列车飞驶，舰船劈波斩浪，飞机凌空穿云。人们日行千里的愿望已成现实。 车、船和飞机之所以能大展神威，就因为有了发动机。 你知道汽车、轮船是如何获得机械能的吗 【情景展示】 超音速汽车 远洋轮船 1.知道热机的概念，初步了解热机的工作原理，了解汽油机和柴油机的构造及工作过程。（物理观念） 2.学习和理解热机的工作原理和能量转化过程，了解模型法在汽油机和柴油机的应用；了解内能的利用在人类发展史上的重要意义。（科学思维） 3.通过实验了解可以利用内能做功；通过探究学习理解四冲程汽油机的基本结构和原理。（科学探究） 4.认识到热机在现代社会中的广泛应用，体会现代交通工具对人们生活的巨大影响，理解科技对社会发展的推动作用。了解热机在能源利用和环境保护方面的挑战，关注能源可持续发展，树立环保意识。（科学态度与责任） 学习目标： 任务一：认识热机 活动一：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，用橡胶塞塞紧；然后对试管加热使水沸腾，请同学们观察现象。         【实验现象】 ①瓶塞被冲出来； ②管口附近出现“白雾”。 【现象解释】酒精燃烧放出热量，将热量传递给水，使水的内能增加，温度升高，产生大量的水蒸气。水蒸气膨胀对外做功，内能减小，温度降低。刚从管底出来的水蒸气遇冷液化，所以出现“白雾”。 任务一：认识热机 活动一：实验探究不同形式能量之间的转化 【思考提问】 实验中的能量是怎样转化的？   【分析归纳】 ①酒精燃烧放出热量，酒精的化学能转化为水的内能； ②水吸热沸腾，产生大量水蒸气，气体膨胀对瓶塞做功，气体的内能转化为瓶塞的机械能. ③结论：利用内能可以做功. 任务一：认识热机 活动 二：认识热机 1.热机 （1）热机：是把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置。 （2）热机的能量转化：燃料的化学能（燃烧）→内能（做功）→机械能 （3）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧，产生高温高压的燃气，燃气对外做功，把内能转化成机械能。 （4）从能量角度——将内能转化为机械能的机器。 （5）热机的种类：汽油机、柴油机 【评价练习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，以下说法正确的是（　　） 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．水蒸气对外做功，温度升高 D．这个实验基本展示了热机的工作原理 【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，内能转化为机械能，内能减小，温度降低，故BC错误；D．蒸汽机的工作原理，是把内能转化为机械能。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热机的工作原理，故D正确。   D 任务一：认识热机 活动 二：认识热机 【拓展延伸】 世界上第一辆以汽油为动力的车开始只有三个轮子，这就是德国人卡尔•本茨于1885年制造出的“奔驰一号”。 任务二：汽油机 活动三：探究汽油机的工作原理及过程 【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?  如图所示，汽油机的主体是一个汽缸，汽缸内有一个活塞，活塞通过连杆与曲轴相连。汽缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞。 【小组活动】对照课本，自己试着找出汽油机各部分构造的位置。 任务二：汽油机 活动三：探究汽油机的工作原理及过程 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做功。 2.汽油机的构造 汽油机主要由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆组成。 任务二：汽油机 活动三：探究汽油机的工作原理及过程 【思考交流】汽油机是怎样工作的呢？   （1）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 )。 （2）四个冲程 汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。 多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 任务二：汽油机 活动三：探究汽油机的工作原理及过程 吸气冲程 进气门______，排气门______； 活塞由______向______运动； 能量转化：_______________； 汽缸中气体体积_____，压强_____，大气压将_____和_____组成的燃料混合物从进气门压入汽缸。 打开 关闭 上端 下端 没有能量转化 增大 减小 汽油 空气 任务二：汽油机 活动三：探究汽油机的工作原理及过程 压缩冲程 进气门______，排气门______； 活塞由______向______运动； 能量转化：_______________； 燃料混合物被压缩，压强_____，温度_____。 关闭 关闭 上端 下端 机械能 → 内能 增大 升高 任务二：汽油机 活动三：探究汽油机的工作原理及过程 做功冲程 进气门______，排气门______； 活塞由______向______运动； 能量转化：_______________； 在压缩冲程末尾，______产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气。 关闭 关闭 上端 下端 内能 → 机械能 火花塞 任务二：汽油机 活动三：探究汽油机的工作原理及过程 关闭 上端 下端 排气冲程 进气门______，排气门______； 活塞由______向______运动； 能量转化：_______________； 汽缸内气体体积_____，气压_____，当汽缸内气压大于大气压时，废气排出汽缸，为新的吸气冲程做准备。 打开 没有能量转化 减小 增大 任务二：汽油机 活动三：探究汽油机的工作原理及过程 【想想议议】 1.在四个冲程中，压缩冲程和做功冲程各发生了怎样的能量转化？ 2.哪个冲程使汽车获得动力？ 3.哪个冲程排出了汽车的废气？ 任务二：汽油机 活动三：探究汽油机的工作原理及过程 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 汽油机一个工作循环情况总结 ①汽油机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。 ②发生能量转化的有两个冲程：压缩和做功冲程。 ③汽油机工作的四个冲程中，只有做功冲程中燃气对外做功，其他三个冲程都是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。 【评价练习2】 汽油机有四个工作冲程，如图所示是汽油机的_______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 【评价练习3】 汽油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1200r/min，则汽油机每秒钟对外做功_____次。 【解析】汽油机的一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，曲轴转动二周，对外做功一次。汽油机的飞轮速度是  (1200r/1 min)=  (20r/1 s)  汽油机每秒钟对外做功  (20r/2r)=10（次） 吸气 压缩 做功 排气 10 任务三：柴油机 活动四：柴油机的工作过程 1. 柴油机 利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机。 2. 构造 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。 任务三：柴油机 活动四：柴油机的工作过程 3. 工作过程 柴油机的一个工作循环与汽油机相类似，也是由四个冲程组成的。每完成一个工作循环曲轴和飞轮均转两周，对外做功一次，活塞往复运动两次，除做功冲程外的其他三个冲程，是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成的。 柴油机吸入气缸内的物质只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。 任务三：柴油机 活动四：柴油机的工作过程 (4)柴油机工作过程示意图 任务三：柴油机 活动四：柴油机的工作过程 【归纳总结】 （1）柴油机的工作过程与汽油机大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。 （2）除做功冲程外的其他三个冲程，是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成的。 柴油机吸入气缸内的物质只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。 任务三：柴油机 活动四：柴油机的工作过程 【比较】柴油机和汽油机的异同点 项目 汽油机 柴油机 构造 气缸顶部有一个火花塞 气缸顶部有一个喷油嘴 燃料 汽油 柴油 吸气冲程 吸入汽油与空气的混合物 只吸入空气 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，做功冲程把内能转化为机械能 课堂练习： 练一练 1.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 A 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. 故选A. 课堂练习： 练一练 2．四冲程汽油机工作时，活塞向上运动，并依靠飞轮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 D 【解析】四冲程汽油机工作过程中，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，而吸气冲程活塞向下运动，压缩冲程和排气冲程活塞向上运动。 课堂练习： 练一练 3. 如图所示，工作中的四冲程汽油机正处于________冲程，该冲程将________能转化为机械能，若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功_______次。 做功 内 10 【解析】如图，进气门和排气门都是关闭的，火花塞放电，活塞下行，可以判断是做功冲程，做功冲程中内能转化为机械能。 热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功10次，飞轮转动20周。 课堂练习： 练一练 4. 如图是某种内燃机某一冲程的示意图，由图可知： （1）这种内燃机是______机； （2）它表示的是______冲程； （3）在这个冲程中______能转化为______能； （4）完成这一冲程，曲轴和飞轮转______转。 柴油 内 压缩 机械 半 【解析】 （1）由图可知，内燃机的顶端是喷油嘴，所以该内燃机是柴油机。 （2）图中的气门闭合、活塞上行，所以是压缩冲程； （3）压缩冲程活塞对缸内气体做功，是机械能转化为内能的冲程。 （4）曲轴转一圈可以完成2个冲程，故完成一个压缩冲程时曲轴转动半圈。 课堂练习： 练一练 5. 根据汽油机和柴油机的区别，下列说法错误的是（　　） 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 B．汽油机吸入的是空气，柴油机吸入的是空气和柴油的混合物 C．做功冲程是内能转化为机械能 D．压缩冲程是机械能转化为内能 B 【解析】A．汽油机汽缸顶部有一个火花塞，柴油机汽缸顶部是一个喷油嘴，故A正确，不符合题意； B．工作过程中，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，符合题意； C．做功冲程将内能转化为机械能，故C正确，不符合题意； D．压缩冲程将机械能转化为内能，故D正确，不符合题意。 所以选B 课堂练习： 6. 如图甲所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放入一小团干燥的硝化棉，用力把活塞迅速压下，该过程中是通过 _____的方式来改变筒内空气的内能，其能量转化情况与图____（选填“乙”或“丙”）所示汽油机冲程中的能量转化情况是一致的。 做功 乙 【解析】 图甲，用力把活塞压下，玻璃筒中的硝化棉会燃烧起来，是活塞向下过程中，对玻璃筒内空气做功，空气内能增大，温度升高，达到硝化棉的燃点。 图甲中活塞下压的过程是机械能转化为内能的过程。图乙是汽油机的压缩冲程，将机械能转化为内能，图丙是汽油机的做功冲程，将内能转化为机械能，所以图甲与图乙的能量转化情况一致。 课堂小结: Lavf59.27.100 $