第4节 跨学科实践：制作简易热机模型（大单元教学课件）物理人教版2024九年级全一册

第十四章 内能的利用 物理九年级全一册 •人教版2024 第4节 跨学科实践： 制作简易热机模型 学习目标 01 02 03 04 物理观念 深化对热机工作原理的理解，包括能量转化（内能与机械能）及工作过程。 认识到热机模型制作中各部件的功能及相互关系，构建热机结构与工作原理相联系的物理观念。 科学思维 通过设计和制作热机模型，学会运用物理原理进行工程设计，培养逻辑思维和创新思维。 在解决模型制作问题过程中，运用科学推理和论证，优化模型设计，提升科学思维能力。 科学探究 经历制作简易热机模型的探究过程，包括提出问题、设计方案、选择材料、制作调试、分析评估等环节，掌握科学探究方法。能够根据实验现象和数据，对模型进行改进和优化。 科学态度与责任 在模型制作过程中，培养严谨认真、实事求是的科学态度，勇于面对困难和挫折，积极解决问题。 意识到热机在能源利用和社会发展中的重要作用，增强节约能源、保护环境的社会责任感。 学习目标 教学重点 教学重点 1.理解热机将内能转化为机械能的工作原理，明确各部件在能量转化过程中的作用。 2.依据热机工作原理，合理选择材料，正确设计并成功制作出简易热机模型，确保模型实现基本能量转化演示功能。 1.对模型进行创新性设计，提高模型的演示效果、稳定性和实用性。 2.分析模型制作与运行过程中的误差来源，如能量损耗、部件精度等，并提出有效的改进措施。 重点难点 什么？？？ 表哥手搓一个蒸汽机！ 竟然还用他的蒸汽机发电了！！！ 这还是那个躺平的表哥吗！！！ 课堂导入 热机是人们获得动力的重要机械。热机在生产、生活中非常重要，为了更好地了解热机的工作原理，包括热机中的能量是如何转化的，热机中各部分是如何协调工作的，在学过的热机知识基础上，我们可以尝试制作一个简易热机模型。 项目提出 知识点1　热机分类与历史 热机分类标准 热机按工作方式分为外燃机和内燃机，按燃料分为汽油机和柴油机。 不同分类标准反映了热机在结构和性能上的差异。 项目分析 知识点2 内燃机工作原理 该实验中，燃料燃烧时产生的热量传给水和水蒸气；塞子受到水蒸气的压力而冲出去，水蒸气的内能转化为塞子的动能。 项目分析 知识点2 内燃机工作原理 内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机 一种内燃机的剖面图 项目分析 知识点2 内燃机工作原理 内燃机的分类 分为汽油机和柴油机两大类 使用柴油作为燃料的叫柴油机 使用汽油作为燃料的叫汽油机 项目分析 知识点2 内燃机工作原理 汽油机组成： 汽缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆 项目分析 知识点2 内燃机工作原理 汽油机工作时，活塞在汽缸内做往复运动，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。 汽油机一个工作循环有四个冲程： 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 项目分析 热机种类 内燃机 外燃机 举例 汽油机 蒸汽机 热源 汽油燃烧 燃料燃烧 工作物质 汽油和空气的混合物 水蒸气 不同点 在封闭缸体内燃烧燃料在封闭缸体外燃烧燃料 能量转化 燃料的化学能→内能→机械能 项目分析 1：制作材料准备（仅作参考，不同小组采用不同器材） 空易拉罐、去芯中性笔管、小风扇、酒精灯、胶水等材料。 选择合适的材料是制作成功的关键，确保材料的易得性和安全性。 项目实施 2：制作步骤详解（仅作参考，不同小组采用不同器材，不同步骤） 易拉罐注水、密封笔管、加热产生蒸汽，推动风扇叶片旋转。 向易拉罐内部注入大约半罐水。将笔的尖端朝外，另一端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封，将易拉罐放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶。点燃易拉罐下面的酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来。 项目实施 3：实验现象（仅作参考，不同小组采用不同器材，不同步骤） 当点燃易拉罐下方的酒精灯加热罐内的水时，会产生以下现象： ​蒸汽喷出：易拉罐中的水受热沸腾，汽化产生大量水蒸气，蒸汽从插入罐体的中性笔尖（开口端）高速喷出。 ​动能转化：喷出的蒸汽具有一定动能，直接冲击对准笔尖的小风扇扇叶，使其迅速转动。 ​能量转化体现：蒸汽的热能（内能）通过推动扇叶转化为机械能（动能）。 项目实施 4：安全与注意事项（仅作参考，不同小组采用不同器材，注意事项） ​酒精灯使用规范： 点燃酒精灯时禁止直接对罐体加热，应保持距离罐底2-3cm均匀加热。 ​禁止向点燃的酒精灯内添加酒精，需熄灭冷却后再补充。 酒精灯熄灭时用灯帽盖灭，​不可用嘴吹灭。 ​加热与蒸汽防护： 注水量不超过易拉罐容积的1/2，避免沸腾时水溢出或蒸汽压力过大。 加热过程中禁止触碰罐体、笔管或支架​（高温烫伤风险）。 蒸汽喷出时勿直视喷口，避免高温蒸汽灼伤眼睛或面部。 项目实施 5：改进建议与创新（仅作参考，不同小组采用不同器材，不同改进） 提出改进建议，如增加密封措施、优化结构等。 制作不同的热机模型，激发创意。 项目实施 1. 成果展示： 展示交流 1. 成果展示： 展示交流 1. 成果展示： 展示交流 2. 交流评价 (1)蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过什么的方式改变水的内能？ (2)当铜管向右喷蒸汽时，“蒸汽船”向左运动，这个过程的能量是如何转化的？这与汽油机的哪个冲程相同？ 热传递。 内能转化为机械能；与汽油机的做功冲程相同。 展示交流 (3)当铜管向右喷蒸汽时，“蒸汽船”获得喷出的蒸汽对其向左的推力，这说明了 __________________。 力的作用是相互的 展示交流 例题1 人类最早发明的热机是( ) A. 蒸汽机 B. 内燃机 C. 喷气发动机 D. 火箭发动机 A 课堂练习 解析： ​蒸汽机（A）是历史上最早被发明并大规模应用的热机。 内燃机​（B）：19世纪中后期（如奥托循环汽油机，1876年）。 ​喷气发动机​（C）：20世纪（1937年首次成功试飞）。 ​火箭发动机​（D）：20世纪（现代液体燃料火箭，1926年）。 ​结论：蒸汽机是热机发展的起点，早于其他类型的热机。 课堂练习 例题2 关于四冲汽油机的工作冲程，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 课堂练习 解析： ​选项A：错误。四冲程汽油机在吸气冲程中吸入的是空气与汽油的混合气体 ​选项B：错误。压缩冲程中，活塞压缩混合气体，外界对气体做功，导致气体内能增加，温度升高​。 ​选项C：正确。做功冲程中，火花塞点燃压缩后的混合气体，高温高压气体膨胀，​推动活塞向下运动，将内能转化为机械能。这是热机唯一对外做功的冲程。 ​选项D：错误。排气冲程中，活塞上行排出废气，此过程需要消耗飞轮的机械能（无能量转化），而内能→机械能的转化仅发生在做功冲程。 结论：只有选项C正确。 课堂练习 例题3 如图所示的实验，在橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出的过程中，将内能转化为机械能，这与四冲程柴油机工作的哪个冲程能量转化相同( ) A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 课堂练习 解析： ​​实验现象： 实验中，水蒸气压力推动橡胶塞（或喷出蒸汽驱动扇叶）时，蒸汽的内能​（高温高压气体的内能）转化为机械能​（橡胶塞或扇叶的动能）。 实验与柴油机做功冲程的能量转化方向完全一致（内能→机械能） 故答案为C. 做功冲程 课堂练习 制作简易热机模型 模型制作详解 热机分类与历史 内燃机工作原理 课堂小结 1.调查了解蒸汽机的发明及发展历程，写一篇科学小论文。 2.对本节课制作的热机模型进行优化设计，完善、优化作品，完成后与其他同学或小组进行交流展示。 布置作业 谢谢聆听 谢谢聆听 学习目标 Lavf58.41.100 Wxmm_9020230808 Lavf57.62.100 Wxmm_9020230808 Wxmm_9020230808 Wxmm_9020230808 $$