第14章 第4节 跨学科实践：制作简易热机模型（讲解课件）-【优翼·学练优】2025-2026学年新教材九年级物理上册同步备课（人教版2024）

第十四章 内能的利用 第4节 跨学科实践：制作简易热机模型 单击此处编辑 第二级 第三级 第四级 第五级 0 1 素养目标 物理观念：理解热机工作中化学能—内能—机械能的转化，构建能量转化与守恒认知；知晓热机部件由不同物质构成，明白物质特性决定其功能。 科学思维：把热机原理简化为实物模型，把握关键要素，呈现工作原理；依据原理设计简易热机模型，优化模型实现能量转化；鼓励突破常规，在模型设计上推陈出新。 科学探究：在模型制作中发现并提出如密封性、效率等关键问题；针对问题自主设计解决方案，规划步骤、选材料和工具；收集模型运行数据，根据证据评估、改进模型。 科学态度与责任：秉持严谨、实事求是的精神，认真对待制作与调试；关注热机影响，思考优化模型方案，培养环保与社会责任感。 热机是人们获得动力的重要机械，热机在生产生活中应用十分广泛...... 情境导入 燃油汽车中的汽油机 大型轮船使用的汽轮机 飞机使用的喷气发动机 坦克使用的柴油机 引导提问：你知道柴油和天然气这两种燃料有什么不同吗？热机效率是指什么？ 18世纪，瓦特成功改良了蒸汽机，还推动了多个行业的变革，开启了蒸汽时代。 情境导入 18世纪第一辆汽车，其速度只有数千米 每小时 当前速度最快的汽车 速度已经超过了声速 世界上第一台蒸汽机：古希腊时期的汽转球 纽可门蒸汽机（效率非常低，用于煤矿排水） 今天我们将重温科学家的发明过程，本节课我们也来设计制作简易热机模型。 引导提问：你知道柴油和天然气这两种燃料有什么不同吗？热机效率是指什么？ 新知探究 任务一 分析热机 1.热机的种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 从外燃机到内燃机，再到现代喷气发动机，热机不断发展。 每种热机都有其独特的结构和工作原理，适应不同的应用场景。 2.热机分类标准 工作方式 外燃机 内燃机 燃料 汽油机 柴油机 不同分类标准反映了热机在结构和性能上的差异。 衔接：回答问题。 新知探究 任务一 分析热机 3.不同热机的工作原理 ①内燃机： 以汽油机为例，它的热源是在气缸内的空气和汽油混合物。 ②外燃机： 以蒸汽机为例，其热源在气缸外，燃料燃烧使水变成水蒸气，水蒸气推动活塞运动产生动力，蒸汽机的工作物质是水蒸气。 衔接：这几年我国在航天领域可以说是硕果累累，各类火箭发射的成功率高达百分之百。让我们一起来欣赏一下我们国家的火箭发射成就。 火箭常用的燃料有偏二甲肼、无水肼、液氢等，这些燃料都不是很好得到，因此价格昂贵，那为什么不使用比较便宜的柴油或汽油作为燃料呢？学完这节课大家就知道了。 新知探究 通常而言，制作采用燃烧燃料加热水产生蒸汽来做功的外燃机，比制作在封闭缸体内燃烧燃料来做功的内燃机要安全，材料也相对易得，建议优先考虑前者。 任务一 分析热机 衔接：人类在原始社会就知道燃烧木材来取暖，在现代社会，人们所用的能量很大一部分是来源于燃料的，在现代人类能够利用的燃料种类也越来越多了。现在请大家思考这样一个问题。 我们要制作一台热机模型，需要考虑哪些问题？ 新知探究 1.热源可以是什么？ 2.工作物质是什么？ 3.工作物质在什么容器中工作？ 4.如何将内能转化为机械能？通过什么装置实现？ 5.如何使获得更多的机械能？ 热源可以是酒精灯、蜡烛、燃气、煤气等。 水沸腾后产生的水蒸气。 比较坚固的金属容器中，例如易拉罐、铁罐等。 在容器外插一细管，使水蒸汽通过细管喷出，然后使细管口对着汽轮机，推动汽轮机转动。 容器的容器要大一些，热源的热值也要大一些等。 任务二 制作简易热机模型 衔接：来，我们继续来烧开水。（幽默过渡）用锅炉烧开水 新知探究 任务二 制作简易热机模型 方案设计 方案1 方案2 方案3 衔接：现在我们已经把工厂要用的燃料准备好了，大家看一看，有什么感受？ 我们发现如果烧同样多的水，消耗的木柴的质量要大于消耗的煤的质量。我们发现，烧开同样质量的水，消耗的木柴质量要大于消耗的煤的质量。 材料准备 新知探究 一个空易拉罐， 一个去掉笔芯的中性笔， 一台小风扇， 酒精灯或蜡烛， 密封胶，铁丝等。 气缸 将水蒸气导出吹到小风扇上 汽轮机 加热水装置 方案1 任务二 制作简易热机模型 衔接：好，现在我们再来继续思考这样一个问题。 这说明煤燃烧释放热量的能力要比木柴要强。如何描述物质的这种能力呢？我们用热值这个概念来表示燃料放出热量的本领。 强调完全燃烧以及热值是物质本身的属性。 新知探究 制作过程 （1）气缸：用小刀在易拉罐侧壁上开一个比中性笔笔杆略粗的孔，将笔杆截成两段，带笔尖的一段插在易拉罐罐口处，尖端朝外，带尾塞的一段插在侧壁的孔中，尾塞朝外，用橡皮泥将笔杆固定并将开口处密封。 (２)叶片：可直接使用一台小风扇的扇叶，或利用用完的卫生纸纸筒和硬纸板制作。 (３)组装：通过侧壁的笔杆向易拉罐内部注入大约半罐水，旋紧尾塞。将易拉罐放置在用铁丝弯折成的支架上，笔的尖端对准叶片。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。 任务二 制作简易热机模型 衔接：现在请同学们看一下书本上的燃料的热值表。 新知探究 任务二 制作简易热机模型 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。 视频 制作简易热机模型 新知探究 任务二 制作简易热机模型 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）。 新知探究 任务二 制作简易热机模型 1.各小组展示交流制作的热机模型，看哪一个小组设计的作品运行更加流畅，制作精细，更有创意。 2.展示交流制作过程中遇到的困难，是怎样处理的？还可以怎样优化设计。 3.你们小组制作简易热机的缺点是怎样的？如何提高热机效率? 新知探究 任务三 展示交流 跨学科实践：制作简易热机模型 项目分析 展示交流 制作简易热机模型 热机的种类 热机的分类标准 热机的工作原理 课堂小结 项目实施 如图是小明制作的简易“蒸汽船”模型。将 盛有一定量水的铜制容器安装在“船体”上， 用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜管 会向右喷蒸汽，“蒸汽船”就向左行驶。 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_________的方式改变水的内能。 ②当管向右喷蒸汽时“船体”向左运动，这个过程的能量转化是：_____能转化为_______能。这与热机的_______冲程相同。 课堂练习 内 机械 做功 热传递 声 明 本文件著作权为创作公司所有，仅限于教师教学及其他非商业性和非盈利性用途。如发现盗用、转卖、网络传播等侵权行为，本公司将依法追究其相应法律责任。 部分素材选自网络，如有争议，请联系删改。 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $