北师大版九年级物理全一册 第四节 热机（表格式教学设计）

第四节热机（教学设计）

年级九年级学科物理教师

课题第四节热机

让学生了解热机的原理和构造。掌握热机的工作过程和能最转换，了解汽油

物理观念

机和柴油机的主要区别。了解火箭的工作原理。

通过观察、分析热机的工作过程，总结汽油机与柴油机的异同点，培养学生

科学思维

的观察能力和逻辑思维能力。

教学目标

通过探究等活动，掌握四冲程汽油机的构造和工作原理，让学生体验科学探

科学探究

究的过程，提高学生的实践能力和合作交流能力。

科学态度通过学习热机的应用，感受到技术进步在社会发展中的重要作用。培养学生

与责任关注社会、关注生活的责任感。

本节内容围绕热机的种类及其工作原理展开，属于能量转化与利用的典型实例，衔接了内

能与机械能的核心概念，体现物理与科技、社会的联系。知识体系以热机为载体，涵盖汽油

机、柴油机、喷气发动机和火箭的工作过程，突出能量转换路径：化学能T内能一机械能。

重点在于四冲程汽油机的工作循环及能量转化，难点在于理解做功冲程与其他辐助冲程的协

教材分析

同机制，以及点燃式与压燃式的区别。教学应通过示意图和动态模型帮助学生构建工作过程

的物理图景，采用对比法分析汽油机与柴油机的异同。学习活动可设计冲程排序、能量流向

图绘制等任务，促进学生主动建构知识。目标定位为能描述常见热机的基本原理，理解匕轮

惯性作用和多缸协作意义，达成对热机连续工作的认知进阶，发展工程思维与科学推理能力。

学生此前已学习内能、能量转化等知识，具备一定能量认知基础。此阶段学生逻辑思维

能力增强，渴望探索新知识，但对复杂热机原理理解可能存困难。教材重难点为热机工作原

学情分析理及能量转化过程，尤其是内燃机四个冲程的特点及能量变化。要求学生能清晰区分不同热

机，深入理解各冲程作用及能量转化，还要了解热机在生活中的应用，体会物理与生活的紧

密联系。。

教学重点热机的工作过程和能量转换。

教学难点汽油机和柴油机的主要区别。

教学准备铁架台、水、试管、橡皮塞、汽油机模型、柴油机模型等。

教学过程

导入新课

看一看想一想

还记得图10.2-11所示的实验吗？用酒精灯对装有水的密闭试管持续加热，随着温度的升高，水蒸气膨

胀对外做功，最终将橡胶塞顶出管口。如图10.4-1所示，在塑料盒内喷入少量酒精，将盒盖密封，用压

电点火器引燃盒内酒精与空气的混合物，盒盖被顶出。

这些看似简单的装置，都与热机类似。那么热机的基本工作原理是什么？它乂有哪些种类呢？？

本节课将学习有关的内容。

学习新课一一、热机的种类

I.实验探究：利用内能可以做功

【做一做】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，观察现象。分析实验中的

能量是怎样转化的？

观察到的现象有：①瓶塞被冲出来；②管口附近出现“白雾”。

【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.

（1）热机：各种利用内能做功的机械叫做热机.

（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.

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(4)常见热机——内燃机

①内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机.

②分类：汽油机和柴油机

课堂练习一

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蒸汽机的工作原理

【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蒸汽机的工作原理，故D正确。所以选D.

2.人们制造了各种利用内能做功的机械统称机，其中最早出现的是。

【答案】热，蒸汽机。

【详解】人们发现内能可以做功，并制造了各种利用内能做功的机械，统称热机，其中最早出现的是蒸汽

机。

3.FI前我国已将发动机研发列为国家重大科技专项。下列我国“陆、海、空、天”装备中动力机械不属

于热机（利用内能做功的机械）的是（）

A.共享电动汽车B.052D型导弹驱逐舰燃气轮机

C.歼-20战机涡扇-15煤油发动机D.长征五号火箭液氢液氧发动机

【答案】A

【详解】燃气轮机、煤油发动机和火箭液氢液氧发动机都是热机，工作时把内能转化成机械能，而电动汽

车是把电能转化成机械能，不符合热机的特点，不属于热机。故选A。

学习新课一二、一汽油机

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。

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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.工作过程

（1）冲程：汽油机在工作时，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。

（2）四个冲程：汽油机的•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。

（3）汽油机的工作过程分析

乱1.吸气冲程：JL2.压缩冲程：

活塞：向上运动。

JT活塞：向工运动。

邺进气门：珏。1进气门：差。

3.做功冲程：

14.排气冲程：

，用活塞：向工运动。I

部进气门：专I活塞向上运动。

1《।进气门：去。

（4）汽油机一个工作循环情况总结

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。

4.汽油机的应用

汽油机转速高、结构简单、质量轻、造价低廉、运转平稳、使用维修方便。汽油机在汽车、K机、快艇、

赛车、小型农机、园林机械甚至航模等都大量采用。

课堂练习二

1.汽油机完成一个工作循环，活塞经历四个冲程，分别为、、、,其中机械能

转化为内能的是冲程；一个工作循环中，曲轴旋转圈，活塞往复运动次，对外做功

次，某单缸四冲程汽油机飞轮转速1200r/min,则该汽油机每秒钟对外做功次。

【答案】吸气冲程，压缩冲程，做功冲程，排气冲程，压缩，2,2,1,10o

【详解】汽油机的一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。其中，压

缩冲程中机械能转化为内能。

在内燃机的一个工作循环中，完成4个冲程，曲轴旋转2周，活塞往复2次，对外做功1次。

某单缸四冲程汽油机飞轮转速1200r/min,即每秒钟转20圈，完成40个冲程，做功10次。

2.如图为四冲程汽油机未按工作循环排列的各冲程示意图，工作时，属于做功冲程的是（）

【答案】D

【详解】A.图中的排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程，故A不符合题意；

B.图中的气门都关闭，活塞向上运行，气缸容积减小，是压缩冲程，故B不符合题意；

C.进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程，故C不符合题意；

D,图中的气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，故D符合题意。

故选D。

3.如图所示，在试管里盛适量的水，用带玻璃管的胶塞塞住试管口，加热试管使水沸腾，玻璃管口冒出

的“白气”推动管口处的小叶轮转动。下列说法正确的是（）

A.水在沸腾过程中，不断吸收热量，温度升高

B.实验过程中通过热传递使试管内水的内能增大

C.玻璃管口冒出的“白气”是水汽化形成的水蒸气

D.“白气”使小叶轮转动的过程相当于汽油机的压缩冲程

【答案】B

【详解】A.水在沸腾过程中，不断吸收热量，温度保持不变，故A错误；

B.实验过程中加热试管使水沸腾，试管内的水吸收热量，这是通过热传递使试管内水的内能增大，故B

正确：

C.玻璃管口冒出的“臼气”是水蒸气液化形成的小水珠，故C错误；

D.“白气”使小叶轮转动的过程是内能转化为机械能，相当于汽油机的做功冲程，故D错误。

故选B。

4.某品牌汽车以72km/h的速度匀速行驶时，仪表盘显示发动机转速是1800r/min,若做功冲程每次做功

6000J,则下列有关该汽车发动机的说法错误的是（）

A.每秒完成60个冲程B.每秒对外做功15次

C.发动机提供的牵引力为4500ND.发动机的输出功率是80kW

【答案】D

【详解】AB.发动机转速是1800r/min,则飞轮Is转动的圈数〃=竺吧=30r/s

60s

飞轮转动两圈对外做功一次，所以该发动机1s对外做功15次，每对外做功一次完成四个冲程，故1s完

成的冲程个数为15x4=60

故A、B正确，不符合题意；

C.汽车的速度v=72km/s=20iWs1s汽车运动的路程s=W=20m/sx1s=20m

做功冲程每次做功6000J,发动机1s对外做功15次，则发动机1s做功

Mz=6000Jxl5=9xl04J

9x104J

由W=Fs可知，发动机提供的牵引力F=—=-----------=4500N

s20m

故C正确，不符合题意；

W

D,发动机的输出功率P=-Fv=4500Nx20m/s=9xIO4W=90kW

故D错误，符合题意。

学习新课三、柴油机

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做功。

2.柴油机的构造：与汽油机的大致相同，不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞而是•个喷油嘴。

3.工作过程

（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）柴油机和汽油机构造及工作过程的不同点:

火

花

寒

汽油发动机柴油发动机

①n油机汽缸顶部有火花塞，在压缩冲程末，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生高温高压的气体（俗称“点

燃式”）；柴油机汽缸顶部没有火花塞，只有喷油嘴，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汨遇到热空气就立刻燃烧起来（俗称“压燃式”）。

②汽油机吸气冲程吸入空气和汽泊的混合物；柴油机吸入气缸内的物质只有空气。

4.汽油机与柴油机的优缺点：

①汽油机转速高，结构简单，质量轻，造价低廉，运转平稳，使用维修方便。汽油机在摩托车、汽车上特别是

小型汽车上大量使用.

②柴油机比较笨重，主要用于载重汽车、拖拉机、火车和轮船上.

③柴油发动机与汽油发动机相比，热效率高。因此从节约能源、降低燃料成本角度上讲，柴油发动机在小汽车

上的推广使用具有更重大的意义.

课堂练习三

1.下列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.汽油机与柴油机使用的燃料不同

D,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

【答案】A

【详解】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，故A错误，符合题意；

B.柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，采用压燃式，故B正询，不符合题意；

C.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C正确，不符合题

意；

D,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D正确，不符合题意。

故选Ao

2.内燃机，是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力

发动机。让你描述你对内燃机的一些认识，你会怎样描述（）

A.柴油机吸气冲程吸入的是柴油和空气的混合物

B.汽油机气缸顶部有喷油嘴

C.内燃机功率越大，效率越高

D,做功冲程中内能转化为机械能

【答案】D

【详解】A.柴油机在吸气冲程中，将空气吸入气缸，故A错误；

R.汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，故R错误：

C.功率是物体做功快慢的物理量，与热机效率是两个完全不同的概念，故C错误；

D,内燃机的做功冲程中，将内能转化成了机械能，故D正确，

故选D。

3.如图所示，甲为四冲程柴油机吸气冲程的示意图，图中正确地画出了吸气冲程中活塞和曲轴的位置和

进气门、排气门的开闭情况。图乙、丙、丁分别是小明同学自己画的压缩、做功、排气冲程，其中有误的

甲吸气冲程乙压缩冲程丙做功冲程丁排气冲程

A.乙B.丙C.乙和丁D.T

【答案】D

【详解】A.由图知道，甲图中正确地画出了吸气冲程中曲轴的位置，即曲轴下端在右侧，此时活塞向下

运动，故A不符合题意；

B.乙图中，两个气门都关闭，根据曲轴的转动方向知道，此时活塞向上运动，符合压缩冲程的特点，故

乙图正确，不符合题意；

C.丙图中，两个气门都关闭，根据曲轴的转动方向可知，此时活塞向下运动，符合做功冲程的特点，故

丙图正确，不符合题意：

D.丁图中，进气门关闭，排气门打开，根据曲轴的转动方向可知，此时活塞向下运动，不符合排气冲程

的特点，故丁图错误，符合题意。

故选D。

学习新课-四〉―火箭

1,中国古代科技一火箭

我国古