第1節熱機

區L整體設好

?教學目標

知識與技能

1.知道什么是熱機、熱機中的能量轉化、四沖程內燃機的構造和工作原理.

2.了解汽油機和柴油機的工作過程和在實際中的應用.

3.提高學習興趣,養成樂于討論、樂于交流的習慣.

臉程■相

1.通過演示實驗使學生了解可以利用內能來做功.

2.利用視頻動畫、圖片或模型講解四沖程汽油機的基本結構和工作原理.

3.通過閱讀“科學世界”了解現代汽車的一些常識.

r情感態度與價值^門

1.通過演示實驗培養學生觀察實驗現象和分析問題的能力.

2.通過閱讀“科學世界”擴展學生的知識面.

（,）教學重難點

【重點】四沖程汽油機的基本工作原理.

【難點】熱機中的能量轉化.

q教學準備

【教師準備】內燃機掛圖、內燃機模型等.

【學生準備】酒精燈、試管、塞子、水等.

舊教學過程

E新課導入

導入一：問題導入

1.猜猜它是誰？

教師向學生展示五幅圖片，分別描述古代人農耕、織布、車水、行車、行船.

農耕織布車水

行車行船

教師提出問題:古人如何獲得動力？

學生回答:人們的耕、織、運、作、行等活動，依靠畜力、風力、甚至人力.

2.它來了，帶來一場革命！

教師向學生展示三幅圖片.分別描述蒸汽時代的紡織、火車、輪船.

蒸汽時代的紡織蒸汽時代的火車蒸汽時代的輪船

［過渡語］“它”為我們提供了強大的動力,把人們從繁重的體力勞作中解放出來.“它”

是誰?這節課我們就來了解有關“它”的知識.

導入二:實驗導入

【演示實驗】如圖所示，在試管中裝些水,用橡膠塞塞住試管口，加熱使水沸騰,觀察會

發生什么現象.

學生:一段時間后,橡膠塞突然被推出.

［過渡語］橡膠塞為什么會被推出？同學們知道其中的道理嗎?這種現象有什么用途?學

了這節內容,問題就迎刃而解了.

區新知構建

一、熱機

思路一

一、熱機發展簡史

1.向瓦特致敬：介紹瓦特對蒸汽機改進作出的貢獻.

瓦特改良的蒸汽機

2.展示蒸汽機車圖片,讓學生說一說蒸汽機的弊端.

學生討論回答:笨重、體積巨大,只能用于大型機器;不夠環保.

3.展示內燃機圖片,讓學生說一說與蒸汽機比較,它都有哪些優點.

學生討論回答:輕巧;相對環保.

二、熱機

1.熱機的原理

實驗演示：

小組討論:實驗中能量轉化的情況.

分析總結:燃料燃燒時化學能轉化為內能，傳給水和水蒸氣;水蒸氣把塞子沖出去，水蒸

氣的內能轉化為塞子的機械能.

2.什么是熱機

定義:利用內能做功的機械.

3.熱機的種類

迄今為止，已經出現的熱機有蒸汽機、內燃機、汽輪機、噴氣發動機等.

4.內燃機及其分類

(1)定義:燃料直接在發動機汽缸內燃燒的熱機.

(2)最常見的內燃機,根據所使用燃料的不同,可以分為汽油機和柴油機兩大類.展示摩

托車和重型卡車的圖片.

【拓展延伸】內能的利用主要體現在兩個方面:一是利用內能直接對物體加熱;二是利

用內能做功.利用內能加熱物體實際是內能轉移的過程,利用內能做功實際是內能轉化成其

他形式能的過程.

［過渡語］汽油機的工作原理與剛才所做實驗的原理差不多，下面我們來分析一下汽油

機的工作過程.

二、汽油機

1.觀看汽油機剖面圖，介紹進氣門、排氣門、火花塞、活塞、汽缸、連桿、曲軸等重點

結構.

2.什么是沖程？

教師:活塞在汽缸內從一端運動到另一端的過程,叫做一個沖程.

3.學生閱讀課本，了解四沖程汽油機的工作過程.

4.播放汽油機工作過程的視頻動畫,邊放映,邊請學生解說.

5想—'想—,

(1注四?沖程中，哪些沖程發生了能量的轉化？

學生討論回答:壓縮沖程機械能轉化為內能,獲得溫度較高的混合氣體;做功沖程內能轉

化為機械能,汽車從做功沖程中獲得的機械能,遠遠超過了壓縮沖程中消耗的機械能.

(2)哪個沖程使汽車獲得動力？

學生討論回答:做功沖程獲得動力.

(3)哪個沖程排出汽車的尾氣？

學生討論回答:排氣沖程.

(4)老式摩托車在啟動時,需踏動啟動桿,這是為什么？

酗

學生討論回答:提供第一次啟動時的初動力,主要完成吸氣和壓縮沖程.當做功沖程發生

后,其余的沖程就依靠飛輪的慣性完成了.依靠飛輪慣性完成的沖程是:吸氣沖程、壓縮沖程

和排氣沖程.

(5)現代汽車里的馬達起什么作用？

學生討論回答:馬達是一個電動機，依靠電力轉動的機器.當馬達幫助發動機完成吸氣和

壓縮沖程后,假如做功沖程能如約完成,馬達就完成啟動任務了.過去的老式汽車都是靠手搖

完成第一次啟動的.現在在一些簡單的農機具，比如手扶拖拉機等,在啟動時還在用手搖方式

啟動.

思路二

3燃機:閱讀教材,依據教材P17「18圖示自學并填寫.

一、熱機

是把轉化為的機器,是利用來的機械.比

如、、、等.機是現代社會中最常見的一種熱

機.

二、汽油機

1.汽油機是利用作燃料來工作的.

2.構造:汽缸上部有進氣門和排氣門;頂部有火花塞;下部有活塞;活塞用連桿跟曲軸相

連.

3.工作過程:依據課本中P19的圖14.1Y自學、交流、填寫.

⑴第一沖程:吸氣沖程

問題:吸氣沖程中燃氣為什么會進入汽缸?汽缸中活塞由哪端向哪端運動？

回答:吸氣沖程時，活塞下移，汽缸內空間增大，氣壓下降.活塞由上往下運動.

(2)第二沖程:壓縮沖程

問題1:壓縮沖程中，活塞壓縮燃料混合物是什么能向什么能轉化？

回答1：機械能轉化成燃料的內能.

問題2:壓縮沖程末產生什么結果？

回答2:火花塞產生電火花，使燃料猛烈燃燒,產生高溫高壓的氣體.

問題3:汽油機是利用什么方式點火的？

回答3:利用火花塞產生電火花引燃汽油和空氣的混合物.

(3)第三沖程:做功沖程

問題:做功沖程中為什么能做功?是什么能向什么能轉化？

回答:汽缸中的燃氣被火花塞點燃后體積急劇增大,推動活塞向下運動而做功.氣體的內

能轉化為機械能.

(4)第四沖程:排氣沖程

問題:排氣沖程有什么作用？

回答:燃燒以后產生的廢氣及時排出，以免影響下一次做功.

【拓展延伸】內燃機的工作過程簡記為“四沖二轉一做功”.意思是:做一次功，曲軸

和飛輪轉兩圈，經過四個沖程.

［過渡語］柴油機的構造和汽油機有什么不同?做功過程有什么區別？

三、柴油機

1.柴油機的構造：

展示圖片,讓學生觀察柴油機的構造.

排氣門

曲軸

2.汽油機和柴汕機構造的異同點:

汽油機的構造柴油機的構造

(1)相同點:都有汽缸、活塞、連桿、曲軸、進氣門、排氣門等.

(2)不同點:汽油機汽缸頂部有火花塞;柴油機沒有,只有噴油嘴.

3.汽油機和柴油機工作過程的異同點：

播放視頻動畫,學生觀察發現,柴油機和汽油機在構造上和工作過程中有不同之處,這些

不同會引起哪些變化？

問題1：柴油機燃燒室頂端有一個噴油嘴,有什么作用？

回答1:在壓縮沖程結束時,汽缸內空氣溫度超過柴油的燃點,霧狀柴油直接噴入立刻燃

燒.

問題2:汽油機和柴油機吸氣沖程吸入的物質有什么不同？

回答2:汽油機吸氣沖程吸入空氣和汽油的混合物;柴油機吸氣沖程只吸入空氣.

問題3:柴油機沒有火花塞,如何點燃？

回答3:壓縮空氣點燃，俗稱“壓燃式”.

4.汽油機與柴油機的優缺點：

(1)汽油機轉速高，結構簡單,質量輕,造價低廉,運轉平穩，使用維修方便.汽油機在汽車

上,特別是小型汽車上大量使用.

(2)柴油機比較笨重,主要用于載重汽車、拖拉機、火車和輪船上.

(3)柴油發動機與汽油發動機相比，熱效率高.因此從節約能源、降低燃料成本角度上講,

柴油發動機在小汽車上的推廣使用具有更重大的意義.

【拓展延伸】四沖程內燃機工作過程可巧記為：“一門打開，上排下吸氣，兩門關閉，

上壓下做功.”其中“門”指進氣門和排氣門，"上"''下"指活塞的運動方向.

5.學生閱讀“科學世界”，了解現代汽車.

g課堂小結

一、汽油機

1.構造：進氣門、排氣門、火花塞、活塞、汽缸、連桿、曲軸等.

2.工作原理:汽缸內裝有活塞,活塞與連桿、曲軸相連.活塞在汽缸內做往復運動,通過連

桿帶動曲軸轉動,從而使機器運轉.

3.能的轉化:化學能轉化為內能再轉化為機械能.

二、柴油機

1.柴油機與汽油機的相同點：都是內燃機;一個工作循環都要經歷四個沖程.

2.柴油機與汽油機的不同點：

(1)構造方面:汽油機有火花塞，柴油機有噴汕嘴.

(2)工作過程上:壓縮程度不同;點火方式不同.

(3)用途方面:汽油機輕巧，用于轎車、摩托車等;柴油機笨重，用于卡車、貨車等.

性檢測反饋

1.下列交通工具中，動力設備不是熱機的是()

A.遠洋輪船B.載重汽車

C.戰斗機D.電動摩托車

解析:遠洋輪船、載重汽車、戰斗機工作時都要使用熱機進行工作；電動摩托車是利用電

工作的,沒有使用熱機.故選D.

2.下列有關柴油機和汽油機的說法中，不正確的是()

A.汽油機有火花塞

B.柴油機有噴油嘴

C.汽油機的壓縮程度比柴油機高

D.汽油機的點火方式是點燃式

解析:柴油機汽缸頂部有個噴油嘴,汽油機汽缸頂部有個火花塞,A,B正確;壓縮沖程中，

柴油機將空氣壓縮的程度更大,溫度更高,C錯誤;柴油機與汽油機的點火方式不同,柴油機

采用壓燃式,汽油機采用點燃式,D正確.故選C.

3.汽油機的四個沖程分別為吸氣、壓縮、做功、排氣沖程，如圖所示是沖程.

在壓縮沖程中，活塞壓縮氣體做功,氣體的內能會.

解析：由圖可知,進氣門和排氣門都關閉,并且活塞向下運動,所以是做功沖程;當活塞壓

縮氣體做功時,機械能轉化為氣體的內能.

【答案】做功增大

4.如圖所示,用酒精燈加熱試管中的水.當水沸騰一段時間后,塞子被試管內水蒸氣推出,

該現象說明能轉化為能.圖（填“甲”或“乙”）中汽油機的沖程

與這一實驗過程中能量的轉化是一致的.

解析:當水沸騰一段時間后,塞子被試管內的水蒸氣推出，水蒸氣對塞子做功，水蒸氣的

內能轉化為塞子的機械能.兩圖中的進氣門和排氣門都關閉，圖乙中的活塞向下運動,是做功

沖程,將內能轉化為機械能;圖甲中的活塞向上運動,是壓縮沖程,將機械能轉化為內能.

【答案】內機械乙

反板書設計

1.熱機.

2.四沖程汽油機的基本工作原理.

3.四沖程柴油機的基本工作原理.

除布置作業

一、教材作業

【必做題】

教材第21頁動手動腦學物理的1,2,3題

【選做題】

教材第21頁動手動腦學物理的4題

二、課后作業

【基礎鞏固】

1.如圖所示的四種交通工具,不用熱機作為動力機械的是（）

A.自行車B.輪船

C.卡車D.飛機

2.如圖所示，有關這個小蒸汽輪機的說法不正確的是（）

A.燒瓶內的水通過熱傳遞的方式增加了水的內能

B.酒精燃燒將內能轉化為化學能

C.水蒸氣的內能轉化為葉輪的機械能

D.內能的一個重要應用是可以用來做功

3.關于熱機中的能量轉化關系,下列說法中正確的是（）

A.熱機是將機械能轉化為內能的機器

B.熱機是將內能轉化為機械能的機器

C.熱機是直接將燃料的化學能轉化為機械能的機器

D.熱機是利用化學能來做功的機器,它是將化學能轉化為內能

4.熱機工作時,能量的轉化過程是（）

A.內能一化學能一機械能

B.化學能一內能一機械能

C.化學能一機械能一內能

D.內能一機械能一化學能

【能力提升］

5.下列關于四沖程內燃機工作的共同特點說法正確的是（）

A.吸氣沖程都有燃料進入汽缸

B.將燃料燃燒放出的內能傳遞給工作物質，使工作物質受熱膨脹,對外做功

C.都能把燃料燃燒所釋放出的內能全部轉化為機械能

D.一個工作循環中每一個沖程都要靠飛輪的慣性來完成

6.學習了內燃機的有關知識后，小聰同學利用星期天的時間到汽車交易市場上進行了一系列

的調查研究，最后他寫出了如下幾條調查結論，其中不正確的一條是（）

A.現在市場上的汽油機逐漸被淘汰

B.大型的載重汽車絕大部分是柴油機

C.柴油機在工作過程中，雖然用不到火花塞產生電火花，但是也配有一個蓄電池

D.汽車的價格與車的載重之間不成正比關系

7.隨著城市的污染嚴重,更多的市民增強了環保意識，借此各大車商也紛紛推出各式各樣的

新能源汽車，包括純電動、混合動力汽車等.目前我國研發出一款新型空氣動力汽車,它利用

壓縮空氣膨脹推動活塞做功提供動力，這種新型發動機對汽車提供動力時將能轉化

為能.這種車與汽油機相比的優點是.（說出一點即可）

【拓展探究】

8.有兩輛車壞在公路上，一輛是小汽車,一輛是拖拉機.司機檢查后發現,原來是車內的電瓶

壞了，無法啟動.在行人的幫助下，將車子推動了一段距離后，你認為哪輛車能繼續前進,為什

么？

【答案與解析】

［解析：自行車消耗人的體能轉化為自行車的機械能;輪船、卡車、飛機工作時都要使用燃

料,燃料燃燒時將產生的內能轉化為機械能驅動它們,所以它們都是使用熱機工作的.故選

A.］

2.B［解析:酒精燃燒將化學能轉化為內能,通過熱傳遞傳給水,A正確,B錯誤;水蒸氣對外做

功，內能轉化為機械能,C正確；內能的應用可以是加熱物體,也可以是做功,D正確.故選B.］

3.B［解析:熱機是利用內能來工作的機器,將內能轉化為機械能,A錯誤,B正確;熱機是將燃

料的化學能轉化為內能,再將內能轉化為機械能的機器,并不是將化學能直接轉化為機械

能,C錯誤;熱機是利用內能來做功的機器,將內能轉化為機械能,D錯誤.故選B.］

4.B［解析:熱機工作時需要燃料,通過燃料燃燒將化學能轉化為內能,然后通過內能做功,將

內能轉化為機械能.故選B.］

5.B［解析:在吸氣沖程中，汽油機吸入的是空氣和汽油的混合物,柴油機吸入的只有空氣,A

錯誤；都有做功沖程，都是將燃料燃燒放出的內能傳遞給工作物質對外做功,B正確;有一部

分內能散失掉和克服摩擦力做功,所以燃料燃燒釋放出的內能沒有全部轉化為機械能,C錯

誤;一個工作循環中除了做功沖程，其他三個沖程都要靠飛輪的慣性來完成,D錯誤.故選B.］

6.A［解析:汽油機比較輕巧,多用在小型設備上，它和柴油機各有長處,是不會被淘汰的,A錯

誤;柴油機多用在載重汽車、輪船、坦克等大型設備上,B正確;柴油機是壓燃式，不需要產生

電火花，但電路設備啟動時以及電動機都需要電源,所以配有蓄電池,C正確;汽車的價格跟

載重不成正比,而是跟車的性能等具體因素有關,D正確.故選AJ

7.內機械無污染,有利于環境保護［解析:新型空氣動力汽車,是利用壓縮空氣推動活塞

做功提供動力的,這種車在行駛時將空氣的內能轉化為車的機械能.該車的排放物為空氣,而

汽油機排放的廢氣中含有大量污染環境的物質，所以這種車與汽油機相比,優點是無污染,有

利于環境保護.］

8.汽車無法前進,拖拉機能前進.因為是電瓶壞了，汽車無法用火花塞點火，做功沖程無法進

行,所以其他沖程也無法進行，因此不能前進.而拖拉機靠噴油嘴噴油，是用壓燃式點火,只要

開動起來就能繼續工作,所以能繼續前進.［解析:汽車內部動力裝置是汽油機,其壓縮沖程末

需要火花塞點燃汽油和空氣的混合物,完成做功沖程,所以需要電瓶提供電能，電瓶損壞就無

法前進.拖拉機內部動力裝置是柴油機,其汽缸頂部是噴油嘴，點火方式是壓燃式,不需要電

瓶提供電能也能完成四個沖程,所以可以繼續前進.］

舊教學反思

教學時有的班級先讓學生結合預習提綱自己分析四個沖程,沒有提前交代汽油機的各個

部件,在后續教學時發現學生分析的稀里糊涂,給教學人為的造成了麻煩.在其他班級的教學

中刻意調整了一下順序,先讓學生認識汽油機的各個部件,明確各部件的作用,再讓學生小組

內互相討論分析四個沖程工作的特點,結合視頻動畫再讓學生對一個工作循環有個感性認識.

實踐發現，第二種方式要好很多.

舊教材習題解答

動手動腦學物理（教材第21頁）

1.如:燃氣輪機、噴氣發動機、蒸汽機、斯特林發動機、拖拉機、火車等，其中拖拉機、火車

是內燃機.

2.如圖所示.

甲乙丙T

3.⑴做功沖程（2）做功沖程（3）壓縮沖程

4.柴油機和汽油機的相同點：都是燃料在汽缸中燃燒;都是將內能轉化為機械能的機器;汽油

機的火花塞與柴油機的噴油嘴的工作時刻都是壓縮沖程末;都是由吸氣、壓縮、做功、排氣

四個沖程構成一個工作循環，曲軸和飛輪轉兩周，對外做功一次;排氣沖程排出廢氣;啟動時

都是靠外力先使飛輪和曲軸轉動起來.不同點:如表格所示.

1.汽油機和柴油機的相同點和不同點:

項目汽油機柴油機

把內能轉化

把內能轉化為

為機械能;通

機械能;通常是

相同點常是四個沖

四個沖程;燃燒

程;燃燒化石

化石燃料

燃料

燃料汽油柴油

汽缸較短,頂

汽缸構汽缸較長,頂部

部有一個火

造有一個噴油嘴

花塞

吸入氣空氣與汽油

空氣

體的混合物

壓縮比較小較大

點火方

點燃式壓燃式

式

效率較低較高

機

震

汽汕

動柴油機功率大,

轉