文档文本内容
14.2 热机（教学设计）
年级
九年级
学科
物理
教师
课题
第1 节 热量 比热容
物理观念
明确热机利用内能做功的工作原理，掌握汽油机四冲程工作过程，分清汽油机与
柴油机结构、点火方式差异，准确说出压缩、做功冲程的能量转化。
科学思维
借助实验、剖面模型、冲程示意图建立热机工作模型，通过气门、活塞运动状态
推理对应冲程，形成能量转化逻辑推理能力。
科学探究
观察水蒸气冲塞演示实验、汽油机模型运转演示，自主归纳四冲程工作顺序、循
环规律，总结两种内燃机异同点。
教学
目标
科学态度
与责任
了解热机在交通、农业、工业中的广泛用途，知道内燃机尾气会造成大气污染，
树立绿色出行、节约能源的环保观念。
教材
分析
本节位于第十四章第二节，承接 14.1 能量的转化与守恒，是内能实际应用的核心内容。
教材先用水蒸气推动瓶塞小实验引出热机定义，点明热机能量转化本质；重点讲解生活最常用
的汽油机四冲程完整工作流程，辅以对比柴油机。本节是中考高频考点，常以识图、填空、简
答题型考查冲程判断、能量转化、工作循环数据；同时为下一节热机效率做铺垫，是内能板块
从理论走向实际应用的关键一课。
学情
分析
已有基础：学生已经掌握内能、做功改变内能、能量转化规律，知道内能可以转化为机械能；
生活中接触汽车、摩托车、拖拉机，对发动机有直观印象。
认知难点：容易混淆四个冲程的气门开闭、活塞运动方向；经常颠倒压缩、做功冲程的能量转
化；记不清汽油机火花塞、柴油机喷油嘴的结构区别；难以记住 “一个工作循环曲轴转 2
圈、做功 1 次” 的规律。
学习特点：学生对实验、发动机剖面模型兴趣浓厚，但四冲程循环过程抽象，单纯文字记忆容
易混淆，需要动画、模型、口诀、表格多重辅助理解。
教学
重点
1.热机定义与能量转化本质（内能转化为机械能）；
2.汽油机四个冲程的工作过程、气门活塞状态、能量变化；
3.汽油机工作循环规律：4 冲程、曲轴 2 周、做功 1 次。
教学
难点
1.根据冲程简图判断吸气、压缩、做功、排气冲程；
2.区分汽油机点燃式与柴油机压燃式的原理；
3.准确区分压缩冲程、做功冲程的能量转化。
教学
器材
1.教师演示器材：铁架台、酒精灯、试管、清水、橡胶软塞；汽油机、柴油机剖面教学模型；
2.多媒体资源：四冲程汽油机循环动态动画、汽油机柴油机对比图片、冲程识图练习题；
3.学生学习用具：草稿纸、课堂识图单。
教学过程
教师活动
学生活动
导入新课
1.演示水蒸气冲开瓶塞实验：试管中装入少量水，塞紧橡胶塞，酒精灯持续加热试管
底部。
2.分层递进提问，引导学生观察现象：
① 加热水时，酒精燃烧将化学能转化为什么能？（内能）
② 水沸腾产生大量高压水蒸气，最终把橡胶塞冲出去，塞子获得了什么能？（机械
能）
③ 整个实验中，核心能量转化是什么？（内能→机械能）
3.拓展生活提问：汽车、摩托车行驶依靠发动机提供动力，发动机内部是否和这个实
验原理一样？
4.导入新课：这种利用内能对外做功，将内能转化为机械能的机器统称为热机，今天
我们系统学习 14.2《热机》，板书课题。
设计意图
微型实验直观展示热机最基础原理，把抽象的 “内能做功” 可视化，结合学生
熟悉的汽车发动机，快速激发探究兴趣。
仔细观察实
验：水沸腾、
管口出现白
雾、橡皮塞被
弹出全过程；
独立思考教师
问题，记录课
题，带着“汽
车发动机如何
持续做功”的
疑问进入新
课。
学习新课 一、热机
1.热机定义：利用内能来做功的机械。
2.核心能量转化：内能 → 机械能。
3.热机分类讲解
（1）外燃机：燃料在气缸外部燃烧，例：老式蒸汽机、蒸汽火车；
（2）内燃机（本节课重点）：燃料直接在气缸内部燃烧产生动力，分为汽油机、柴
油机；
拓展：喷气发动机、火箭发动机也属于热机。
4.内燃机基础结构：结合汽油机模型逐一标注部件：气缸、活塞、连杆、曲轴、进气
门、排气门、火花塞。
补充说明：活塞往复直线运动，通过连杆带动曲轴旋转，对外输出动力。
设计意图
搭建整体知识框架，区分热机大类，认识内燃机基础构造，为四冲程学习做好铺
垫。
【典例1】中国现代交通运输发展情况总体呈现出显著的提升和进步。下列交通或运
输工具中，动力设备不是热机的是（ ）
A．C919 客机
B．载重汽车
牢记热机定义
与能量转化；
分清外燃机、
内燃机的区
别，识别汽油
机各结构名
称；
通过例题练
习，理解并区
分热机的特点
C．纯电动汽车
D．远洋货轮
【答案】C
【详解】A．C919 客机使用航空燃油发动机，通过燃烧燃料产生动力，将内能转化为
机械能，属于热机，故A 不符合题意；
B．载重汽车通常使用柴油或汽油发动机，将内能转化为机械能，属于热机，故B 不
符合题意；
C．纯电动汽车使用电动机驱动，将电能转化为机械能，不是利用内能工作的机器，
故不是热机，故C 符合题意；
D．远洋货轮通常使用大型柴油发动机或涡轮机，通过燃料燃烧提供动力，将内能转
化为机械能，属于热机，故D 不符合题意。
故选C。
学习新课 二、汽油机
教师过渡
汽油机持续工作分为四个连续阶段，每一个阶段称为一个冲程；完整的吸气、压
缩、做功、排气过程称为一个工作循环，结合模型 + 动画分步讲解。
1. 吸气冲程
•气门状态：进气门打开，排气门关闭；
•活塞运动：曲轴带动活塞向下运动；
•工作内容：将汽油和空气的混合气体吸入气缸；
•能量变化：无能量转化，仅进气。
2. 压缩冲程
•气门状态：进气门、排气门全部关闭；
•活塞运动：活塞向上运动，强力压缩气缸内混合气；
•现象：气体体积变小，压强、温度急剧升高；
•能量转化：机械能 → 内能（消耗活塞机械能，增加气体内能）。
3. 做功冲程（唯一动力冲程，本节课核心）
•气门状态：两气门全部关闭；
•工作过程：火花塞打出电火花，点燃油气混合气，燃气剧烈膨胀；
•活塞运动：高温高压燃气向下推动活塞；
•能量转化：内能 → 机械能（内能转化为曲轴转动的机械能，车辆动力来源）。
4. 排气冲程
•气门状态：排气门打开，进气门关闭；
•活塞运动：活塞向上运动；
•工作内容：燃烧后的废气全部排出气缸，为下一次吸气做准备；
•能量变化：无能量转化。
跟随模型、动
画观察每个冲
程活塞、气门
变化，逐条记
录笔记；
循环规律总结（板书必背重点）
1.一个完整工作循环包含吸气、压缩、做功、排气4 个冲程；
2.活塞往复运动 2 次，曲轴连续转动 2 圈；
3.四个冲程中，只有做功冲程对外输出动力；吸气、压缩、排气依靠飞轮惯性完成；
4.一个循环仅对外做功 1 次。
冲程识图判断技巧（突破难点）
1.一开门、一关门：吸气、排气冲程；活塞向下 = 吸气，活塞向上 = 排气；
2.两门全部关闭：压缩、做功冲程；无火花 = 压缩，有电火花 = 做功；
3.能量转化区分：活塞向上压缩→机械能转内能；燃气推活塞向下→内能转机械能。
设计意图
分步拆解四个冲程，结合动态动画与实体模型，总结简单判断技巧，攻克识图、
能量转化两大难点。
【典例2】如图所示是四冲程汽油机的工作示意图，下列描述错误的是（ ）
A．甲做功冲程燃气的内能转化为活塞的机械能
B．乙排气冲程活塞向上运动，把废气排出气缸
C．丙吸气冲程活塞向下运动，空气进入气缸
D．丁压缩冲程活塞向上运动，燃料混合物被压缩，活塞的机械能转化为燃料混
合物的内能
【答案】C
【详解】A．甲图中进气门和排气门都关闭，高温高压的气体推动活塞向下运动，带
动曲轴转动，对外做功，是做功冲程。做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞向下运
动，将燃气的内能转化为活塞的机械能，故A 正确，不符合题意；
B．乙图中进气门保持关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸，是排气
冲程。排气冲程时，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸，故
B 正确，不符合题意；
C．丙图，进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入汽
缸，是吸气冲程。吸气冲程中，进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空
气的混合物进入气缸，而不是只有空气进入气缸，故C 错误，符合题意；
D．丁图，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，是压缩冲
程。压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，活塞
的机械能转化为燃料混合物的内能，故D 正确，不符合题意。
背诵压缩、做
功冲程两组能
量转化，牢记
循环数据；
掌握识图判断
口诀，小组互
相抽查识图习
题。
通过例题练
习，区分汽油
机的四个冲程
及各阶段活塞
的运动情况和
气门的变化
故选C。
【典例3】如图所示，是汽油机的_______ 冲程示意图，若该单缸四冲程汽油机飞轮
转速是3000r/min，则此汽油机10 秒对外做功________ 次。
【答案】
排气
250
【详解】由图可知，排气门打开、进气门关闭，活塞向上运动，符合排气冲程的特
征，因此该图是汽油机的排气冲程示意图。
汽油机的一个工作循环中，经历四个冲程，飞轮转动两周，对外做功一次，因为该汽
油机飞轮的转速是
，所以飞轮每秒转动50 周，则汽油机每秒钟对
外做功25 次，汽油机10 秒对外做功
次。
通过例题练
习，掌握汽油
机的曲轴转到
的圈数、冲程
竖和做功次数
间的数量关系
学习新课 三、柴油机
【教师活动】
出示对比表格，逐项讲解四点核心差异，同时总结共同点
1.结构不同：汽油机气缸顶部有火花塞；柴油机顶部是喷油嘴；
2.吸入气体：汽油机吸入汽油 + 空气混合气；柴油机只吸入纯净空气；
3.点火方式：汽油机点燃式（火花塞电火花引燃）；柴油机压燃式（压缩空气温度超
柴油燃点，喷油自燃）；
4.应用场景：汽油机轻巧，用于小汽车、摩托车；柴油机动力大，用于货车、拖拉
机、轮船。
二者共同点
均为四冲程内燃机；循环规律完全相同；压缩、做功冲程能量转化一致。
易错提问：柴油机为什么不需要火花塞？
答：压缩冲程中空气被强力压缩，温度达到柴油着火点，高压柴油喷出后自动燃烧。
设计意图
表格对比清晰直观，解决学生易混淆两种内燃机的易错考点。
【典例4】关于四冲程汽油机和柴油机的工作过程说法正确的是（ ）
A．在压缩冲程中，内能转化为机械能
B．吸气冲程时，汽油机吸入的是空气
C．只有做功冲程是燃气对外做功
D．汽油机和柴油机的点火方式相同
【答案】C
【详解】A．在压缩冲程中，活塞向上运动压缩气体，机械能转化为内能，不是内能
记录汽油机、
柴油机四点区
别，标记关键
词；
明白柴油机和
汽油机点火方
式不同的原因
通过例题练
习，加深区分
汽油机和柴油
机的异同点
转化为机械能，故A 错误；
B．汽油机在吸气冲程吸入的是汽油和空气的混合气体，不是空气，故B 错误；
C．在四冲程内燃机中，只有做功冲程燃气膨胀推动活塞向下运动，对外做功；吸
气、压缩和排气冲程均不对外做功，故C 正确；
D．汽油机采用点燃式点火，柴油机采用压燃式点火，两者点火方式不同，故D 错
误。
故选C。
课
堂
练
习
1．“九三大阅兵”展示了我国陆海空三军的各式先进装备，下列装备中动力机械不属于热机的是
（ ）
A．歼-20S 隐身战斗机 B．东风-61 导弹搭载车 C．电动洗扫车
D．99B 主战坦
克
【答案】C
【详解】A．歼-20S 的动力系统是喷气式发动机属于热机的一种，其工作原理是：通过燃烧航空
煤油，将燃料的化学能转化为内能，使气体受热膨胀后高速喷出，利用反作用力推动飞机前进，
本质是内能转化为机械能，故A 不符合题意；
B．东风-61 导弹搭载车的动力系统是内燃机，通常为柴油发动机，属于热机范畴。其工作过程
是：燃烧柴油将化学能转化为内能，内能推动发动机活塞做功，进而将内能转化为机械能，驱动
搭载车行驶，故B 不符合题意；
C．电动洗扫车的动力来源是电动机，其能量转化过程是电能直接转化为机械能，既没有燃料燃
烧的过程，也没有利用内能来做功，故C 符合题意；
D．99B 主战坦克的动力系统是柴油发动机，属于内燃机的一种，其工作原理是：通过燃烧柴油，
将燃料的化学能转化为内能，再利用内能推动活塞做功，最终将内能转化为机械能，驱动坦克行
驶，故D 不符合题意。
故选C。
2．如图a 为内燃机四冲程工作示意图，图b 为迅速压下活塞，厚玻璃筒内硝化棉会燃烧起来，下
列说法正确的（ ）
A．一个工作循环的正确顺序是：乙甲丁丙
课
堂
练
习
B．图甲冲程是将所有的内能转化为机械能的过程
C．从能量转化角度讲，图b 工作时与图甲的原理相似
D．图丁冲程是机械能转化为内能的过程
【答案】D
【详解】由图1 中，甲图两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，这是做功冲程。在此冲
程中，燃料燃烧产生的内能转化为活塞的机械能。乙图进气门打开，排气门关闭，活塞向下运
动，这是吸气冲程。丙图进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，这是排气冲程。丁图两个气
门都关闭，活塞向上运动，这是压缩冲程。在此冲程中，活塞对气缸内的气体做功，将机械能转
化为气体的内能，使气体温度升高。
图b 中，迅速向下压活塞，活塞对筒内空气做功，使空气的内能增加，温度急剧升高，达到硝化
棉的燃点，导致硝化棉燃烧。这个过程是机械能转化为内能。
A．内燃机的一个工作循环顺序是吸气、压缩、做功、排气冲程，即图1 中的乙、丁、甲、丙，
故A 错误；
B．图甲是做功冲程，是将内能转化为机械能。但是，由于存在热量散失、克服摩擦做功等能量
损失，不可能将“所有”的内能都转化为机械能，故B 错误；
C．图b 是将机械能转化为内能。图甲（做功冲程）是将内能转化为机械能。两者的能量转化方
向相反，故C 错误；
D．由分析可知，图丁是压缩冲程，将机械能转化为气体的内能，故D 正确。
故选 D。
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：气体推动活塞做功
D．排气冲程：内能转化为机械能
【答案】C
【详解】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。
4．如图表示四冲程内燃机工作时的示意图，一个工作循环的正确顺序为（ ）
课
堂
练
习
A．甲、乙、丙、丁
B．丁、丙、乙、甲
C．甲、丁、乙、丙
D．甲、丙、乙、丁
【答案】C
【详解】甲图：左侧进气门打开，右侧排气门关闭，活塞向下运动，外界混合气被吸入气缸，为
吸气冲程；
丁图：两个气门全部关闭，活塞向上运动，气缸内气体被压缩，为压缩冲程；
乙图：两个气门全部关闭，活塞向下运动，燃气燃烧膨胀推动活塞下行做功，为做功冲程；
丙图：右侧排气门打开，左侧进气门关闭，活塞向上运动，气缸内废气被排出，为排气冲程；
四冲程标准顺序为吸气、压缩、做功、排气，对应甲、丁、乙、丙，故C 符合题意，ABD 不符合
题意。
故选C。
5．1876 年，德国工程师奥托制造了第一台新型的以煤气为燃料的四冲程内燃机。如图为四冲程
柴油机的工作过程。下列相关说法正确的是（ ）
A．汽油机和柴油机都是内燃机，吸入汽缸的物质相同
B．乙冲程使缸内气体内能增大，为内燃机提供动力
C．丙冲程主要是依靠飞轮的惯性完成的
D．柴油机降温常用水做冷却剂是因为水的比热容大
【答案】D
【详解】A．柴油机和汽油机都属于内燃机，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A 错误；
B．由乙图可知，两个气门关闭，活塞向上运动，活塞压缩气体做功，此冲程为压缩，内燃机通
过做功冲程获得动力，故B 错误；
C．由丙图可知，两个气门关闭，高温气体推动活塞向下运动，气体对外做功，丙是做功冲程，
课
堂
练
习
是气体推动活塞做功，不是靠惯性，故C 错误；
D．水的比热容大，升高相同温度吸收热量多，冷却效果好，故D 正确。
故选D。
6．一台单缸四冲程汽油机工作时，若飞轮转速是3600r/min，该汽油机每秒对外做功________
次；在压缩冲程中，气体的温度升高，是通过________的方式增加内能，下图中________（填序
号）表示该冲程。
【答案】
30
做功
B
【详解】飞轮转速3600r/min = 60r/s，即每秒飞轮转60 圈；四冲程汽油机的工作规律是：飞轮
每转2 圈，完成4 个冲程，对外做功1 次，因此每秒对外做功30 次。
压缩冲程中，活塞压缩气缸内气体，对气体做功，机械能转化为内能，气体内能增加、温度升
高，因此是通过做功的方式增加内能。
压缩冲程中，两气门均关闭，活塞上行，故图中B 表示该冲程。
7．下列四幅图中，汽油机正处于压缩冲程的是________，压缩冲程的能量转化情况是________，
若汽油机1s内对外做功20 次，则其曲轴的转速为________r/min。
【答案】
乙
机械能转化为内能
2400
【详解】由图乙知道，两个气门都关闭，活塞向上运动，因此是压缩冲程，此过程中机械能转化
为内能。
汽油机一个工作循环中，对外做功1 次，曲轴转动2 圈。已知1 s 内对外做功20 次，则曲轴1min
内转动 20 × 2 × 60 = 2400 圈，因此转速为 2400r/min。
8．轿车已成为现代家庭比较青睐的出行工具。轿车上的散热器等制冷设备常用水作为冷却剂，这
是利用了水____________的性质；一台四冲程汽油机工作时曲轴转速是1800r/min，此汽油机每秒
钟完成____________个做功冲程；夜间行驶车内禁止开灯，可防止车____________（选填“内”或
课
堂
练
习
“外”）景物在挡风玻璃上成像干扰司机，成像原理是____________（选填“光的反射”或“光的折
射”）。
【答案】 比热容大
15
内
光的反射
【详解】根据𝑄= 𝑐𝑚Δ𝑡可知，相同质量的水和其他物质相比，升高相同温度时，水吸收的热量更
多，冷却效果更好，因此散热器用水作冷却剂利用了水比热容大的性质。
曲轴每秒转速1800r/min = 30r/s；四冲程汽油机每转动2 圈完成一个工作循环，每个工作循环包
含1 个做功冲程，因此每秒完成的做功冲程数为15 个。
轿车挡风玻璃相当于平面镜，夜间车内开灯时，车内亮度高于车外，车内景物会经挡风玻璃成像
干扰司机视线；
平面镜成像的原理是光的反射。
9．如图甲所示是我国传统的“走马灯”，点燃底部蜡烛，在热空气上升驱动扇叶转动的过程中，能
量的转化方式与四冲程汽油机的__________冲程相同，图乙中__________（填“A”或“B”）图就是
这个冲程；内燃机还有柴油机，从构造上看柴油机气缸顶部有一个__________。
【答案】
做功
A
喷油嘴
【详解】[1]点燃底部蜡烛，热空气温度升高，热空气上升驱动扇叶转动，是热空气的内能转化为
扇叶转动的机械能，这与四冲程汽油机的做功冲程能量转化方式相同。
[2]图乙中A 图进气门和排气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程；B 图两气门关
闭，活塞向上运动，是压缩冲程。故选A。
[3]内燃机中的柴油机，从构造上看，柴油机气缸顶部有一个喷油嘴。
10．全球对环保越发重视，但燃油公交车在城市交通中仍承担着重要作用。某单缸四冲程柴油机
作为燃油公交车的动力来源，若它在1min 内完成了3600 个冲程，则它每秒对外做功________
次，柴油机在吸气冲程中吸入汽缸的是________。
【答案】
15
空气
【详解】[1]柴油机的一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程四个冲程组成。
在一个工作循环中，有4 个冲程，曲轴和飞轮转2 周，对外做功1 次；已知1min 内完成了3600
个冲程，即1s 内完成了60 个冲程，则它每秒对外做功15 次。
[2]柴油机顶部有一个喷油嘴，柴油机在吸气冲程中吸入汽缸的物质只有空气，在压缩冲程末喷入
柴油。
板
书
设
计
14.2 热机
一、热机
1.原理：利用内能做功 内能 → 机械能
2.分类：外燃机（蒸汽机）、内燃机（汽油
机、柴油机）
二、汽油机四冲程
1.吸气：进气开，活塞下，吸油气混合气
2.压缩：两门关，活塞上，机械能 → 内能
3.做功：两门关，火花塞点火，内能 → 机械
能（动力冲程）
4.排气：排气开，活塞上，排出废气
循环规律：4 冲程，曲轴转 2 圈，做功 1
次；三冲程靠飞轮惯性
三、汽油机 vs 柴油机
汽油机：火花塞、吸混合气、点燃、小车摩托
柴油机：喷油嘴、只吸空气、压燃、货车拖拉
机
课
堂
小
结
14.2 热机
作
业
1. 完成教材课后作业：“练习与应用”
2. 配套同步分层作业
教
学
反
思
通过本节课的学习，我们认识到热机是将内能转化为机械能的关键机械，是人类利用能源、推
动生产力发展的重要工具，能帮助我们理解内能在实际生产生活中的应用逻辑，从能量转化的视角
理清热机工作的内在原理。
反思：是否混淆了四冲程内燃机四个冲程的工作顺序和能量转化特点？是否误将排气冲程的气
门开闭状态当成了吸气冲程？是否会利用冲程的特点判断生活中不同内燃机处于的工作状态？
