14.2 热机 学习任务单 2026-2027学年物理人教版九年级全一册

14.2 热机 学习任务单 班级: 姓名: 小组: 【学习目标】 1. 知道热机是利用内能做功的机械,了解热机的种类;知道燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机叫内燃机,内燃机分为汽油机和柴油机。(物理观念) 2. 能说出四冲程汽油机的构造和工作过程,能说出吸气、压缩、做功、排气四个冲程中气门的开闭、活塞的运动方向和能的转化,会用"4、2、2、1"规律进行简单计算。(科学思维) 3. 通过观察实验和对比分析,归纳汽油机与柴油机工作过程的异同,体会热机的发明对人类社会发展的作用,关注热机技术在运载工具中的应用。(科学态度与责任) 【课前任务】 1. 预习实验:如图所示,试管内装入适量水,用橡胶塞塞住管口,用酒精灯对水加热一段时间。注意:橡胶塞不要塞得太紧,同时试管口不要对着人,注意操作安全。 酒精灯加热试管中水的实验装置 (1)你会观察到什么现象? (2)在这个过程中不同形式的能量之间是如何转化的? 2. 观察生活:汽车、摩托车、拖拉机、飞机、火箭中,哪些要靠燃烧燃料来获得动力?把它们记录下来: 【课堂任务】 任务一 热机 问题链 1. 热机:利用做功的机械。 2. 热机的种类:蒸汽机、、汽轮机、喷气发动机等。 3. (1)燃料直接在发动机内燃烧产生动力的热机,叫作内燃机。(2)内燃机分为和柴油机两大类,它们分别用和柴油作为燃料。 学以致用 例1 下列运载工具中,不需要利用热机的是( ) A. 喷气式飞机 B. 柴油拖拉机 C. 纯电动汽车 D. 长征系列火箭 课堂练习 1. (贵州中考)内能的利用推动了工业和社会的快速发展。下列机器设备利用内能工作的是( ) A. 电动机 B. 计算机 C. 汽油机 D. 照相机 2. 小明利用图示装置进行实验,加热试管一段时间,在水蒸气驱动下小叶轮转动起来,这个实验体现了的原理。 水蒸气驱动小叶轮转动的实验装置 3. 人类最早发明的热机是( ) A. 蒸汽机 B. 内燃机 C. 喷气发动机 D. 火箭发动机 我的结论 任务二 汽油机 活动:观察四冲程汽油机的构造 1. 构造:四冲程汽油机剖面图如图所示。其中,(1)是,(2)是,(3)是。 四冲程汽油机剖面图 2. 原理:汽油在内燃烧时产生高温高压的气体,高温高压的气体推动活塞运动,带动曲轴转动,对外做功。 活动:梳理汽油机的工作过程 3. 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,叫作一个冲程。工作循环:四冲程汽油机的一个工作循环是由、、、四个冲程组成的,并通过四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 4. 完成四冲程汽油机工作过程对比表: 过程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 图示 气门开闭情况 进气门打开,排气门关闭 进气门、排气门均关闭 进气门、排气门均关闭 进气门关闭,排气门打开 活塞运动方向 向下运动 ①运动 ②运动 向上运动 能的转化 — ③ ④ — 5. 对汽油机工作过程的理解: (1)四冲程汽油机在一个工作循环中,活塞往复运动次,曲轴和飞轮转动周,对外做功次。简记为"4、2、2、1"。 (2)汽油机在工作时只有冲程使机车获得动力,其他的三个冲程均为辅助冲程,依靠安装在曲轴上飞轮的来完成。 学以致用 例2 汽油机的冲程如图所示。在压缩冲程中,是通过的方式增加燃气的内能的。若汽油机飞轮的转速为3 000 r/min,则汽油机每秒对外做功次。 汽油机某冲程工作示意图 课堂练习 1. 关于汽油机的说法,下列正确的是( ) A. 在吸气冲程中,吸入的是空气 B. 完成做功冲程后进气门打开,排气门关闭 C. 使汽车获得动力的冲程是做功冲程 D. 压缩冲程将内能转化为机械能 2. (镇江中考)下列汽油机工作的四个冲程中,做功冲程是( ) A. B. C. D. 3. (常州中考)四冲程汽油机工作时,将内能转化为机械能的冲程是( ) A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 4. 如图所示的内燃机的四个冲程,气缸内气体的内能最小的是( ) A. B. C. D. 5. 演示点火爆炸的实验装置如图所示,按动电火花发生器的按钮,点燃盒内酒精,盒盖迅速飞出。这个过程与四冲程汽油机中的哪一个冲程的能量转化相同( ) 点火爆炸实验装置 A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 6. 单缸四冲程汽油机某一冲程工作示意图如图所示,该冲程是冲程。若该汽油机1 s对外做功15次,则汽油机曲轴的转速为r/min。 汽油机某冲程工作示意图 7. (南通中考)2024年5月,中国嫦娥六号任务搭载四个国际载荷成功发射升空。火箭发射时,燃料燃烧获得的能量使其加速升空,与该过程能量转化形式相同的是( ) A. 热机做功冲程 B. 钻木取火过程 C. 水力发电过程 D. 物体上抛过程 8. 在安全情况下,小明用高压打气筒往封闭空塑料瓶内打入空气,如图所示。随着瓶内气压增加,气体内能增大,这是通过的方式改变瓶内气体内能的。当气压达到一定程度时,瓶盖飞出,这一过程与汽油机冲程的能量转化情况相同。若一台单缸四冲程汽油机,飞轮的转速为1 200 r/min,则该汽油机每秒做功次。 高压打气筒往封闭空塑料瓶内打入空气 任务三 柴油机 问题链 1. 主要构造:与汽油机相似,但是柴油机通过压缩空气直接点燃,因此柴油机气缸顶部没有,而有一个。 2. 工作过程:分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。阅读柴油机与汽油机工作过程的对比表,完成下面的问题: 种类 柴油机 汽油机 吸气冲程 吸进气缸的只有空气 吸进气缸的是汽油和空气的混合物 压缩冲程 把空气的体积压缩得非常小,使得空气的温度很高,达到柴油的燃点 把汽油和空气的混合物压缩的程度没有柴油机高 做功冲程 压缩冲程结束时,喷油嘴喷出的雾状柴油遇到温度很高的热空气便立刻燃烧(压燃式) 压缩冲程结束时,火花塞产生电火花,点燃燃料(点燃式) 排气冲程 排出废气 排出废气 (1)柴油机和汽油机在构造上的最大不同:柴油机气缸顶部是,汽油机气缸顶部是。 (2)柴油机采用式点火,汽油机采用式点火。 (3)吸气冲程中,柴油机吸进气缸的只有,汽油机吸进气缸的是。 学以致用 例3 关于汽油机和柴油机的不同点,下列说法正确的是( ) A. 在构造上,汽油机气缸顶部有喷油嘴,柴油机气缸顶部有火花塞 B. 在吸气冲程中,汽油机吸入气缸的是汽油,柴油机吸入气缸的是柴油 C. 在压缩冲程末,汽油机用点燃式点火,柴油机用压燃式点火 D. 在做功冲程中,汽油机气缸内气体的压强大于柴油机 课堂练习 1. 下列关于汽油机和柴油机的区别,不正确的是( ) A. 柴油机的气缸顶部是喷油嘴 B. 柴油机的飞轮大,柴油机比汽油机笨重 C. 在压缩冲程中,柴油机对气体的压缩程度比汽油机高 D. 柴油机用点燃式点燃燃料 2. 如图所示,甲是汽油机某个冲程的工作示意图,乙是柴油机某个冲程的工作示意图。下列说法正确的是( ) 甲 乙 A. 甲是汽油机的压缩冲程,此时进气门和排气门均关闭 B. 甲是汽油机的做功冲程,气缸顶部的火花塞产生电火花 C. 乙是柴油机的吸气冲程,吸进气缸的是空气和柴油的混合物 D. 乙是柴油机的排气冲程,此时气缸顶部的喷油嘴正在喷油 【课后任务】 1. 四缸发动机示意图如图所示,其工作原理为:四个气缸的活塞连在一根曲轴上,并使各气缸的做功过程错开,在飞轮转动的每半周里,都有一个气缸在做功,其他三个气缸分别在做吸气、压缩和排气工作。有一台四缸发动机,其主要技术指标如下表所示。其中,排量等于四个气缸工作容积的总和,气缸工作容积指活塞从气缸顶部到底部所扫过的容积,又称单缸排量,它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离。转速表示曲轴或飞轮所转的周数。 四缸发动机示意图 技术指标 排量 输出功率 转速 数值 2 L 120 kW 6 000 r/min (1)该发动机1 min对外做功次,1 min对外做功J。 (2)在每个做功冲程里,发动机做功W=J。在做功冲程里,高温高压气体对活塞所做的功可表示为 ,式中p表示高温高压气体对活塞的平均压强,V表示单缸排量,则p=Pa。1 L=。 2. 实践观察:找一辆摩托车或汽车(也可查阅资料),了解它使用的发动机是汽油机还是柴油机,你判断的依据是什么?把结果记录下来与同学交流: 【参考答案】 【课前任务】 1. (1)橡胶塞被冲出去。(2)酒精燃烧,化学能转化为水和水蒸气的内能;水蒸气对橡胶塞做功,又将内能转化为机械能。 2. 汽车、摩托车、拖拉机、飞机、火箭等要靠燃烧燃料获得动力(电动自行车不需要)。 【任务一 热机】 问题链:1. 内能 2. 内燃机 3. (1)气缸 (2)汽油机;汽油 例1 C 解析:喷气式飞机、柴油拖拉机、长征系列火箭都靠燃烧燃料获得动力,都要利用热机;纯电动汽车用电动机驱动,不需要利用热机。 1. C 2. 热机 3. A 【任务二 汽油机】 问题链:1. 火花塞;连杆;活塞 2. 气缸 3. 吸气;压缩;做功;排气 4. ①向上 ②向下 ③机械能转化为内能 ④内能转化为机械能 5. (1)2;2;1 (2)做功;惯性 例2 做功;做功;25 解析:图中火花塞点火,两气门均关闭,活塞向下运动,是做功冲程;压缩冲程中是通过做功的方式增加燃气的内能的。飞轮转速3 000 r/min=50 r/s,飞轮每转2周对外做功1次,每秒对外做功50 2=25次。 1. C 2. C 3. C 4. D 解析:吸气冲程吸入低温的汽油和空气的混合物,气缸内气体的内能最小,D图进气门打开、活塞向下运动,是吸气冲程。 5. C 解析:点燃盒内酒精,盒内气体膨胀对盒盖做功,内能转化为机械能,与做功冲程的能量转化相同。 6. 压缩;1 800 解析:图中两气门均关闭,活塞向上运动,是压缩冲程。1 s对外做功15次,曲轴每秒转动15 2=30周,每分钟转动30 60=1 800周,转速为1 800 r/min。 7. A 解析:火箭发射时燃料燃烧释放的内能转化为机械能,与热机做功冲程的能量转化相同。 8. 做功;做功;10 解析:打气时活塞压缩气体做功,气体内能增大;瓶盖飞出是气体对外做功,内能转化为机械能,与做功冲程相同。飞轮转速1 200 r/min=20 r/s,每转2周做功1次,每秒做功20 2=10次。 【任务三 柴油机】 问题链:1. 柴油;火花塞;喷油嘴 2. (1)喷油嘴;火花塞 (2)压燃;点燃 (3)空气;汽油和空气的混合物 例3 C 1. D 2. B 解析:甲图火花塞点火、两气门均关闭、活塞向下运动,是汽油机的做功冲程,B正确;乙图两气门均关闭,是柴油机的压缩冲程,C、D错误。 【课后任务】 1. 解:(1)转速6 000 r/min表示曲轴(飞轮)每分钟转动6 000周。在飞轮转动的每半周里都有一个气缸在做功,则1 min内对外做功的次数为6 000 2=12 000次。 输出功率 ,1 min对外做功为 (2)每个做功冲程里发动机做功为 单缸排量为 由 可得高温高压气体对活塞的平均压强为 2. (示例)该发动机是汽油机,因为它的气缸顶部有火花塞(若是柴油机,气缸顶部是喷油嘴)。 学科网(北京)股份有限公司 $