《2025年新课程学习与测评同步学习九年级物理全一册人教版》

一、汽油机的工作原理及设计
1.四冲程循环
|冲程|工作原理|物理变化|能量转化|
|----|----|----|----|
|吸气冲程|在曲轴和飞轮的惯性作用下，进气门打开，汽油和空气的混合物进入气缸|缸内气体气压变大，温度降低|—|
|压缩冲程|在曲轴与飞轮的惯性作用下，进气门关闭，活塞上行，压缩缸内气体|缸内气体气压变大，温度升高，内能增大|机械能→内能|
|做功冲程|缸内汽油达到着火点，汽油被点燃，缸内气体迅速膨胀，对外做功；同时使活塞下行，为曲轴和飞轮提供动力|点火瞬间，缸内气体气压增大，温度升高，内能增大；做功期间，缸内气体气压降低，温度降低，内能降低|化学能→内能→机械能|
|排气冲程|在曲轴和飞轮的惯性作用下，排气门打开，废气排出|缸内气体气压减小，温度降低|—|
2.设计简易四冲程内燃机
（1）结构设计
|部件|替代材料|功能说明|
|----|----|----|
|气缸|气密性较好的材料，最好用透明的，勿用玻璃瓶或易拉罐等锋利易碎的物品|容纳活塞运动，将冲程可视化|
|活塞|活塞要与气缸紧密贴合，并能往复运动|模拟气体压缩与膨胀|
|进气/排气阀|管与单向气阀|控制气体单向流动|
|曲轴连杆|硬棒，并能随活塞流畅运动|将活塞往复运动转为旋转运动|
|火花塞|模拟火花塞|模拟点火（安全替代明火）|
（2）动力模拟方案
安全燃料替代：用压缩空气（注射器快速推压）或酒精喷雾模拟燃气爆发。
手动辅助驱动：初始测试时手动转动曲轴，验证机械联动。
3.工具的选择与使用
工具清单与操作
|工具|安全使用要点|跨学科关联|
|----|----|----|
|热熔胶枪|佩戴手套，避免烫伤；胶体凝固前勿触碰|密封性处理（气密性）|
|PVC 管切割器|固定管道后垂直切割，避免碎片飞溅|材料加工（工程精度）|
|电钻（微型）|低速钻孔，保持钻头与材料垂直|机械结构组装（杠杆支点）|
|万用表|检查电路短路，确保模拟火花塞安全|电学基础（物理）|
二、注意事项
1.工具安全：
切割工具由教师统一操作，学生佩戴护目镜和手套。
热熔胶枪使用后立即断电，放在隔热架上。
2.实验安全：
禁止使用明火燃料（如丁烷），若用酒精喷雾，则需在通风环境操作。压缩空气推压时不要对人。
项目实施
1.材料选择：________________________
2.制作步骤
（1）气缸制作：________________________
（2）活塞制作：________________________
（3）进气/排气阀制作：________________________
（4）曲轴连杆制作：________________________
（5）火花塞制作：________________________
展示交流
成果展示形式
1.模型演示：现场操作模型，分步骤讲解四冲程循环（重点：压缩冲程气压变化、做功冲程能量转化）。
2.跨学科海报：用图文展示内燃机原理、化学燃烧公式、物理能量转化流程图。
拓展应用
热机在现代生活中扮演着重要的角色，请你完成以下围绕“热机”展开的一些探究活动。

（1）图 14-4-1 甲中的流程图可用来说明汽油机的一个工作循环及各冲程的主要能量转化情况，请将其补充完整。
①________________________；
②机械能转化为内能；
③________________________；
④________________________。
（2）如图 14-4-1 乙所示，在试管中装些水，用橡皮塞塞住，加热使水沸腾后，水蒸气把橡皮塞冲出。该过程中________能转化为________能，图中情景可用来演示四冲程汽油机工作过程中的________冲程。
（3）14-4-1 丙中（a）为四冲程内燃机吸气冲程的示意图，图中画出了吸气冲程中进气门、排气门的开闭和活塞运动的方向。请参照图（a），在图（b）中画出压缩冲程中进气门、排气门的开闭情况和活塞运动的方向。

答案：
项目实施
1.材料选择：材料：PVC管、注射器、橡皮管、小齿轮、热熔胶枪、酒精喷雾瓶、LED灯、电池。
2.制作步骤
（1）气缸制作：气缸：透明PVC管（直径3～5 cm），截取15 cm的PVC管，一端用透明亚克力板密封。
（2）活塞制作：活塞：大号注射器（20 mL以上）。
（3）进气/排气阀制作：进气/排气阀：橡皮管＋单向气阀，在PVC管两侧开孔，插入橡皮管并安装单向气阀（箭头指示气流方向）
（4）曲轴连杆制作：曲轴连杆：木棍＋橡皮筋/微型齿轮组，注射器活塞柄钻孔，连接木制曲轴（曲轴半径≈活塞行程的1/4）。
（5）火花塞制作：火花塞：LED＋按压开关，在气缸顶部安装LED，通过按压开关触发“点火”信号。
拓展应用
（1）①压缩冲程；②机械能转化为内能；③做功冲程；④内能转化为机械能
（2）内 机械 做功
（3）如答图14-1所示