14.4 跨学科实践：制作简易热机模型 2025-2026学年物理人教版（2024）九年级全一册

该初中物理课件围绕“制作简易热机模型”展开，以火箭发射为真实情境导入，通过问题链引导学生从热源选择、工作物质确定到能量转化路径的层层递进，构建起内能转化为机械能的认知框架，形成由生活现象到物理规律的学习支架。 其亮点在于深度融合科学思维与科学探究，突出模型建构和证据推理能力培养，如在酒精蒸气推动扇叶实验中引导学生分析效率影响因素，体现能量观念的核心素养。设计火箭优化电路环节，巧妙融合电学知识，强化跨学科实践意识，既提升学生解决实际问题的能力，又助力教师开展项目式教学，实现知识迁移与素养落地。

第4节 跨学科实践:制作简易热机模型 课堂 教材认知 典题 实践应用 课堂 教材认知 【项目提出】 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,为了更好地理解热机的工作原理及热机中的能量转化、热机中各部分是如何协调工作的,请制作一个简易热机模型。 【项目分析】 问题一:用什么做热源? 观点:燃料、电热元件、太阳能、化学元件、核能等。 问题二:工作物质是什么? 观点:空气、水蒸气、酒精蒸气等。 问题三:如何将内能转化为机械能? 观点:①利用空气受热膨胀,对空气加热使其膨胀推动活塞等部件运动,将内能转化为机械能。 ②通过加热水产生水蒸气,水蒸气具有较大的压强和能量,推动活塞等机械装置运动,将内能转化为机械能。 ③酒精受热成酒精蒸气,其膨胀产生压力推动活塞等机械装置运动,将内能转化为机械能。 【项目实施】 准备材料:一个空易拉罐、一支去掉笔芯和尾塞的中性笔、一台小风扇、一个 酒精灯。 实验过程: (1)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。 (2)如图,将易拉罐放置在支架上,笔的尖端对准小风扇的扇叶,并点燃易拉罐下面 的酒精灯。实验现象:酒精蒸气喷出时,_。 小风扇扇叶转动 【展示交流】 展示自己制作的热机模型:比如火箭模型、蜡烛易拉罐热机模型、气球热机模型等,交流心得并思考改进建议。 典题 实践应用 蜡烛易拉罐热机模型:利用蜡烛和易拉罐制作热机模型,步骤如下:在易拉罐底部开一个小孔,将蜡烛固定在易拉罐内底部,在易拉罐侧面靠近顶部处打两个小孔,穿入一根铁丝作为转轴,在转轴上安装两个轻质叶片。点燃蜡烛后,发现叶片会转动起来。 (1)此热机模型工作过程中,蜡烛燃烧将_能转化为内能,最终又转化为 叶片的_能。 (2)若将易拉罐换成更薄的材料,其他条件不变,叶片转动的速度会_(选 填“变快”“变慢”或“不变”),原因是_ _。 (3)该热机模型的效率较低,从能量转化角度分析,可能的原因是什么? 答:蜡烛燃烧产生的热量大部分散失到周围空气中,只有一小部分内能转化为机 械能,所以效率较低。 化学 机械 变快 更薄的材料散热更快,内能转化为机械能 的效率更高,相同时间内转化的机械能更多,叶片转动更快 设计火箭发射系统 【项目提出】 2025年4月24日17时17分,搭载神舟二十号载人飞船的火箭成功发射,此次成功发射成为我国航天事业发展的又一重要里程碑。展现了我国航天技术的成熟与先进。同学们为此感到无比自豪,同时也对火箭的发射产生浓厚的兴趣,在跨学科实践课上,经老师指导,开展了“设计火箭发射系统”的项目化学习活动。 【项目分解】 (1)制作简易火箭 (2)改进并优化火箭发射系统 【项目设计与实施】 (1)过程 为探究火箭发射原理,同学们先进行了下面的实验,如图甲所示在试管内装些水, 用橡胶塞塞住管口,给水加热,加热一段时间后我们看到的现象是_, 说明利用_可以做功。 塞子被冲出 内能 (2)通过学习,同学们知道火箭属于_机。于是同学们以酒精为燃料制作简 易火箭。如图乙,饮料瓶剪掉底,用纸壳做支架就制成箭体。用喷壶向瓶内喷适 量酒精后迅速将火箭立在桌面上,用如图丙所示的打火器在火箭底部引燃酒精 蒸气,燃气就将瓶体顶飞出去了。简易火箭发射过程的能量转化流程图如方框 所示,请你补充完整:①_, ②_。以上能量的转化过程中,能量 的总量_。 热 内能 机械能 不变 (3)优化火箭发射系统 同学们在实践过程中考虑到直接用打火器点火距离火箭太近不安全,于是设计 了如图的电路,将火箭扣在电热丝上,闭合开关后,电热丝温度升高,将_ 转化为_,引燃箭体内酒精蒸气,完成火箭的发射。 电能 内能 【项目拓展】 (4)经查阅资料,我国自主研制的朱雀二号遥二运载火箭在酒泉卫星发射中心发射成功。这是 全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭。火箭专用的燃料被称为推进剂,推进剂在火箭发动机中 加速燃烧为火箭飞行提供能量。液态甲烷可以作为低温推进剂,因为甲烷的比热容_,是 良好的冷却剂。另外液态甲烷的温度与液态氧的温度非常接近,