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第1节 热机
九年级物理上册 教科版
第二章　改变世界的热机
学习目标
01
02
03
04
物理观念
理解热机的基本概念，知道热机是内能转化为机械能的装置;能识别常见热机类型及其在生活中的应用。
科学思维
分析热机工作过程，培养逻辑推理能力和能量转化观念，理解热机工作中能量转化过程。
科学探究
通过观察、讨论和模拟实验，探究利用内能来做功，提高实验设计和问题解决能力。
科学态度与责任
通过对热机、汽油机的结构以及工作过程的学习，感受到人类对美好事物孜孜不倦的追求，逐步培养学生崇尚科学、爱科学、学科学的兴趣。
重点难点
明确热机的原理，理解热机的工作循环，包括进气、压缩、做功、排气四个冲程，以及内能和机械能的相互转换。
教学重点
热机能量转换的微观机制；理解内能和机械能如何相互转换。
教学难点
课堂导入
货运列车拥有极其强大的货运能力，请问他是如何做到的呢？
热机
——各种利用内能做功的机械叫做热机。
　　在烧瓶内装些水，用带玻璃管的胶塞塞住，在玻璃管口处放一个小叶轮。
加热烧瓶使水沸腾，细心观察，会发生什么现象
演示实验
叶轮转动起来
燃料的化学能
水的
内能
叶轮的机械能
燃烧
做功
燃料燃烧的化学能转化内能，传递给水，水沸腾变成水蒸气，水蒸气推动叶轮转动，说明内能转化成了叶轮的机械能。
利用内能来做功
水蒸气内能对叶轮做功
探究新知一　利用内能来做功
【学习任务一】利用内能来做功
下面几个例子中，利用内能来做功的是（　　）
A．用锤敲石头，石头和锤都要发热
B．火箭在“熊熊烈火”的喷射中冲天而起
C．冬天，人站在阳光下感到暖和
D．给烧杯加热，使杯内水的温度升高
解：A．用锤敲石头，是通过做功使石头和锤变热，是机械能转化为内能，故A不符合题意；
B．火箭在“熊熊烈火”的喷射中冲天而起，利用内能做功，故B符合题意；
C．冬天人站在阳光下感到暖和，属于利用内能加热物体，是通过热递改变物体内能，故C不符合题意；
D．给烧杯加热，使杯内水的温度升高，属于利用内能加热物体，是通过热传递改变物体内能，故D不符合题意。故选：B。
B
探究新知一　利用内能来做功
①定义：通过燃料燃烧获取内能并转化为机械能的装置。
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。
1.热机
汽轮机
喷气发动机
蒸气机
探究新知一　利用内能来做功
【学习任务二】热机的定义与种类
关于热机，下列说法正确的是（　　）
A.蒸汽机不属于热机
B.柴油机的效率能达到100%
C.汽油机会散发出汽油味属于扩散现象
D.内燃机的压缩冲程将内能转化为机械能
解：A、蒸汽机属于热机，故A错误；
B、因为额外功和热量散失是不可避免的，故无论怎样改良，柴油机的效率也不可能达到100%，故B错误；
C、汽油机工作时，会闻到汽油味，属于扩散现象，故C正确；
D、内燃机的压缩冲程，将机械能转化为内能，故D错误。
故选：C。
C
探究新知一　利用内能来做功
蒸汽机是最早的热机，它的发明给人类发展带来了巨大的飞跃。
2.蒸汽机
①蒸汽机的发展历程
世界上第一台蒸汽机：古希腊时期的汽转球
纽可门蒸汽机（效率非常低用于煤矿排水）
1769年，瓦特改进、完善了蒸汽机
冷凝器、蒸汽汽缸，直线运动转化为曲线运动。
探究新知一　利用内能来做功
　　18世纪，苏格兰发明家詹姆斯·瓦特在修理一台老式蒸汽机时，发现它效率低下，大部分蒸汽被浪费。经历二十余年的艰难历程，他终于完成了对纽可门蒸汽机的革新。
　　瓦特改进的蒸汽机具有划时代的意义，这也成为了第一次
工业革命的标志。后人为了纪念这位伟大的发明家，把功率的
单位定为“瓦特”。
瓦特与蒸汽机的故事
探究新知一　利用内能来做功
讨论交流
　　下图是蒸汽机的原理图，汽缸内活塞的左右移动由滑块阀门来控制。请和同学研究图中的机械结构，说明蒸汽是如何进入汽缸，推动活塞运动，带动轮子转动的。
蒸汽机的构造和工作原理
②蒸汽机的工作原理
探究新知一　利用内能来做功
探究新知二　内燃机
小小热机
　　蒸汽机工作过程中，燃料在试管外部燃烧，燃料的化学能转化为内能后只有少量传给了水，使水沸腾变成水蒸气，驱动叶轮转动。
能否直接将燃料在汽缸内燃烧，利用燃气直接推动活塞做功
演示实验
【实验】内能转化为机械能
将电子式火花发生器的放电针插进注射七注射孔中，注射器筒内滴入几滴酒精，再堵好活塞，然后按下火花发生器的按钮，观察发生的现象。
酒精在注射筒内燃烧，活塞被弹出
酒精燃烧的化学能转化内能，推动活塞将活塞弹出，即
内能转化为活塞的机械能。
内能转化为机械能
探究新知二　内燃机
内燃机
1.定义：燃料直接在汽缸内燃烧的热机叫“内燃机”。
锅炉
气缸
早期的蒸汽机汽车，车身笨重，效率很低。
2.内燃机的优点：
机身小巧、质量较轻、热效率高。
探究新知二　内燃机
②种类：
汽油机
柴油机
汽油机
柴油机
3.活塞式内燃机
①定义：燃料在汽缸内燃烧，产生的燃气直接推动活塞做功的装置。
探究新知二　内燃机
探究新知三　汽油机的工作过程
1. 汽缸
2. 活塞
3. 连杆
4. 曲轴
5. 进气活门
6. 排气活门
7. 火花塞
8. 飞轮
汽油机的构造
利用汽油在汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气（化学能转化为内能），
燃气推动活塞做功（内能转化为机械能）。
1.工作原理
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。
汽油机的工作过程
3.汽油机的工作过程
①冲程：活塞在往复运动中从汽缸一端运动到另一端叫做一个冲程。
②多数汽油机是由吸气、压缩、燃烧—膨胀做功（简称做功）
排气四个冲程不断循环来保证连续工作。该四个冲程称为
发动机的一个工作循环。
要使汽油机连续工作，活塞必须在推动曲轴后回到原来的位置，以便再次推动曲轴，这就要求活塞能在汽缸里做往复运动。
探究新知三　汽油机的工作过程
③汽油机的工作过程分析
【吸气冲程】
· 进气门 ，排气门 。
· 活塞 运动。
· 汽缸内气体的体积 ，气压 。
· 汽油和空气的混合物从进气门 。
· 曲轴转动： 圈。
打开
关闭
向下
吸入汽缸
半
增大
减小
探究新知三　汽油机的工作过程
【压缩冲程】
· 进气门 ，排气门 。
· 活塞 运动。
· 汽缸内气体的体积 ，温度 。
· 活塞的 能转化为燃料混合物的 能。
· 曲轴转动： 圈。
打开
关闭
向上
机械
半
压缩
升高
内
探究新知三　汽油机的工作过程
【做功冲程】
· 进气门 ，排气门 。
· 火花塞产生电火花点燃燃料，使燃料猛烈燃烧，
产生高温高压的燃气。
· 燃气推动活塞 运动，带动曲轴转动，对外做功。
· 燃气的 能转化为活塞的 能。
· 曲轴转动： 圈。
关闭
关闭
向下
内
机械
半
探究新知三　汽油机的工作过程
【排气冲程】
· 进气门 ，排气门 。
· 活塞 运动，将废气排出汽缸。
· 由于安装在曲轴上的飞轮转动具有的动能，可以带动活塞继续运动，再次进入到吸气冲程，这样汽油机就实现了连续工作。
· 曲轴转动： 圈。
打开
关闭
半
向上
探究新知三　汽油机的工作过程
汽油机一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。
该工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动2周，对外做功1次。
只有做功冲程燃气推动活塞做功，其他三个冲程靠飞轮转动的动能来完成。
探究新知三　汽油机的工作过程
　　在实际应用中，为了增大功率和减小震动，常把四个或更多的汽缸组合在一起，它们的做功冲程是轮流进行的。汽车配备的四缸发动机，是汽车里构造最为精密、复杂的部件！
探究新知三　汽油机的工作过程
如图所示，用酒精灯对试管加热。水被加热一段时间后，木塞受到试管内水蒸气的压力而冲出去。下列说法正确的是（　　）
A．用酒精灯加热试管，是通过做功的方式改变水的内能
B．木塞冲出去的过程，相当于四冲程汽油机的压缩冲程
C．木塞冲出去的过程中，木塞的机械能是由水蒸气的内能转化的
D．木塞冲出去后，试管口出现的白雾是水汽化后形成的水蒸气
解：A、用酒精灯加热试管，水吸收热量，水的内能增加，是通过热传递的方式实现的，故A错误；
B、蒸气把木塞冲出去的过程，相当于汽油机的做功冲程，故B错误；
C、蒸气把木塞冲出去，水蒸气部分内能转化为软木塞的机械能，实现了内能向机械能的转化，故C正确；
D、白雾是空气中的水蒸气遇冷液化形成的小水珠，故D错误。
故选：C。
C
探究新知三　汽油机的工作过程
【学习任务三】四冲程的能量转化
反复弯折铁丝，铁丝弯折处会很烫，这个过程中能量的转化与图_____中的（选填“甲”或“乙”）汽油机工作过程是一致的，若某汽油机在工作时转速为3600r/min,则每分钟做功_____次。
解：（1）用手弯折铁丝，对铁丝做功，内能增加，温度升高，铁丝会变热，这是通过做功的方式改变内能。该过程能量转化与汽油机的压缩冲程能量转化是一致的，在图甲中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能，故此过程能量转化与甲图能量转化是一致的。
（2）在汽油机的一个工作循环中，曲轴转动2圈，活塞往复运动2次，对外做功1次，飞轮转速是3600r/min,则每分钟对外做功1800次。
故答案为：甲；1800。
甲
探究新知三　汽油机的工作过程
【变式训练】四冲程的能量转化
1800
制作热风机
把易拉罐剪开，做成一个热风车，下边放一点燃的蜡烛，叶轮就会转动起来，请用能量的转化来解释这个实验。这和热机有类似之处吗？
　　蜡烛燃烧时，将化学能转化为内能；蜡烛燃烧使空气受热后，温度升高，密度减小而上升，推动风车转动，此过程将内能转化为机械能；
　　热机工作过程中，首先将燃料的化学能转化为内能，然后内能转化为机械能，本实验中的热风车和热机有类似之处。
探究新知三　汽油机的工作过程
物理在线
柴油机
　　柴油机是以柴油作燃料的内燃机。构造跟汽油机相似，主要区别是柴油机汽缸的顶部有一个喷油嘴，而没有火花塞。柴油机的每一个工作循环也是由吸气、压缩、做功和排气四个冲程组成。
排气门
喷油嘴
进气门
活塞
连杆
汽缸
曲轴
柴油机的构造
项目
汽油机
柴油机
燃料
构造
吸气冲程
点火方式
效 率
主要应用
汽油
汽缸顶部有火花寒
吸入汽油和空气的混合物
点燃式点火
26%-40%
小汽车、低速飞机等
柴油
汽缸顶部有喷油嘴
只吸入空气
压燃式点火
34%-45%
载重汽车、火车等
比较汽油机和柴油机
探究新知三　汽油机的工作过程
课堂小结
热机
利用内能来做功
蒸汽机
汽油机的工作过程
工作原理：燃料燃烧获取内能并转化为机械能。
定义：通过燃料燃烧获取内能并转化为机械能的装置。
热机
蒸汽机的发展历程
蒸汽机工作原理
内燃机
定义
活塞式内燃机
汽油机
柴油机
吸气、压缩、做功、排气四个冲程
课堂练习
1.最早的热机是 ________，经过英国工程师_______ 的改进、完善，在18世纪得到广泛使用。
蒸汽机
【解析】
最早的热机是蒸汽机，英国工程师瓦特改进了蒸汽机性能，在18世纪得到广泛使用，使人类进入了工业化时代。
故答案为：蒸汽机；瓦特。
瓦特
课堂练习
2.关于热机的能量转化过程，下列说法正确的是（　　）
A．将势能转化为动能
B．将内能转化为机械能
C．将机械能转化为化学能
D．主要目的是通过热传递改变物体的内能
B
【解析】
热机就是把燃料燃烧得到的内能转化为机械能的装置；在四冲程内燃机的工作过程中，做功冲程中将燃料燃烧产生的内能转化为机械能，为热机工作提供动力，故B正确，ACD错误。
故选：B。
课堂练习
3.关于四冲程汽油机的工作过程，下列说法正确的是（　　）
A．吸气冲程：只吸入空气
B．压缩冲程：缸内温度降低
C．做功冲程：燃气推动活塞做功
D．排气冲程：内能转化为机械能
【解析】A、汽油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物，故A错误；
B、在压缩冲程，活塞对气体做功，将机械能转化为内能，气体的内能变大，温度升高，故B错误；
C、做功冲程中，燃气对活塞做功，燃气的内能转化为活塞的机械能，故C正确；
D、排气冲程中没有能量的转化，故D错误。
故选：C。
C
布置作业
1.基础性作业：完成课件中的课堂练习。
2.拓展性作业：如图为我国古代流行于民间的走马灯，当走马灯内的蜡烛点燃时，燃烧产生的高温区气体便上升并推动纸风车和固定在转轴上的纸马转动。请用能量的转化来解释这个现象。这和内燃机那个冲程类似，为什么？
　　点燃蜡烛时，气体温度升高，密度变小，热空气就会向上运动，运动的热空气推动纸风车和固定在转轴上的纸马转动。运动的热空气对外做功，将内能转化为机械能，该冲程与四冲程汽油机的做功冲程的能量转化相同。
思路指导
谢谢聆听
下课
Thanks!
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