第14章 第4节 跨学科实践制作简易热机模型（Word教案）-【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4节　跨学科实践:制作简易热机模型 1.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。 2.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。 3.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。 4.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。 1.教学重点:简易热机模型的设计与制作。 2.教学难点:如何引导学生运用跨学科知识解决模型制作过程中的实际问题。 讲述:“同学们,18世纪,英国正处于工业革命初期。那时,纺织业蓬勃发展,但工厂的动力大多依赖人力、畜力或水力,十分受限。一位名叫瓦特的年轻人,在修理纽科门蒸汽机时,敏锐地发现了其效率低下的问题。经过无数次的试验和改进,瓦特成功改良了蒸汽机,这一发明不仅让工厂摆脱了对自然动力的依赖,还推动了交通运输等多个行业的变革,开启了蒸汽时代。” [提问]瓦特改良蒸汽机的关键是什么?如果我们身处那个时代,可以从哪些方面改进热机?今天我们就来一起制作热机! 任务一　分析热机 教师活动 学生活动 [提问]热机是如何将内能转化为机械能的? [追问] (1)常见的热机有哪些? (2)它们的异同点是什么? [引导提问]如果是你来设计热机,你会选择什么作为热机的高温热源呢? [强调酒精灯的使用规范]用打火机或火柴点燃,不能用燃着的酒精灯引燃另一只酒精灯;熄灭时用酒精灯灯帽盖灭,不可用嘴吹;用酒精灯的外焰加热。 [提问]高温热源是热机的能量来源,要使机械运动还需要工作物质的帮助。你会选择什么介质作为热机的工作物质,为什么? [提示]工作物质的选择要注意安全性高、容易获取、操作简单。 [提问]在热机工作过程中的能量转化是什么? [设计方案]接下来各小组交流并设计制作方案。 [回答]热机通过吸收高温热源的热量,使工作物质膨胀做功,同时将部分热量释放到低温热源,从而实现内能向机械能的转化。 [回答] (1)常见的热机有蒸汽机、内燃机、汽轮机等等。 (2)它们都是利用内能做功的机器,但是它们的工作物质不同,例如:蒸汽机利用水蒸气;内燃机利用空气加汽油或柴油等。 [交流讨论]如果选择内燃机,那么装置内部设计图也需要设计,使用燃料的安全性也需要注意,所以选择外燃机安全一些,因此选择酒精灯(蜡烛)作为热机的高温热源。 [交流讨论]综合成本选择水作为工作物质。(提倡同学们交流出不同的设计理念;酒精、空气均可) [回答]酒精的化学能转化为水和水蒸气的内能;产生的高温水蒸气推动外部装置转动,水蒸气的内能转化为外部装置的机械能。 [小组合作]思考不同学科知识在热机模型制作中的应用,与同桌交流讨论材料选择和结构设计的初步想法。 任务二　制作简易热机模型 教师活动 学生活动 [发放工具]为各小组发放制作热机模型所需的材料和工具,如材料准备:圆形软木塞、小刀、8个大小相同的铝片、锥子、铁丝、烧瓶、铁架台、带导管的木塞、酒精灯等。 [演示操作]制作简易汽轮机模型。 (1)制作叶轮:在圆形软木塞四周用小刀切几个对称的小缝,将铝片插在小缝中即为叶片,在圆形软木塞中心用锥子钻一个小孔,将铁丝穿过小孔,使圆形软木塞能在铁丝上自由转动,如图甲所示。(此步骤注意安全,可观察电风扇上面的扇叶的安装) (2)组装汽轮机:按照如图乙所示装置组装器材,调整叶轮的位置,使导管口正对着叶片。 (3)给烧瓶中的水加热直至沸腾,当大量的“白气”从导管口喷出时可以看到叶轮转了起来。汽轮机工作时,水蒸气对叶轮做功,水蒸气的内能减小,温度降低。 (4)汽轮机工作时内能转化为机械能。这一过程与汽油机的做功冲程相似。 [小组合作]小组同学按照设计方案和老师的示范,分工合作进行模型制作。 在制作过程中,注意材料的合理使用和工具的正确操作,遇到问题及时与小组成员沟通或向老师请教。 对制作好的模型进行初步调试,检查各部件是否能正常工作,根据调试结果对模型进行适当调整。 (具体设计方案模型不唯一) 任务三　展示与评价 教师活动 学生活动 [展示评价]组织各小组展示制作好的简易热机模型,并进行现场演示。邀请其他小组同学认真观察,从模型的科学性、创新性、实用性以及制作工艺等方面进行评价。根据学生制作的模型提问: (1)如何提高热机效率? (2)实验过程中大家花费了较多时间加热,缩短加热时间可以采取什么方法? 对各小组的模型和演示进行总结评价,肯定学生的努力和创新之处,指出存在的问题和不足之处,提出改进建议。 [交流回答]各小组选派代表上台展示并演示模型,介绍模型的设计思路、创新点以及在制作过程中遇到的问题和解决方法。 (1)将装置密封在封闭空间,减少热损失。 (2)选择初温更高的水。 认真倾听其他小组的展示和老师的评价,学习他人的优点,反思自己小组模型的不足,记录改进方向。 教师活动 学生活动 [总结]本节课聚焦于自制简易热机模型,旨在让同学们通过实践操作深入理解热机的工作原理与能量转化过程。课程伊始,详细讲解了热机的基本概念,如热机是将内能转化为机械能的装置,以及常见热机类型,包括蒸汽机、内燃机等,为同学们后续动手制作奠定理论基础。随后进入实践环节,指导同学们分组制作简易热机模型。从材料选择,如利用酒精灯、铁丝等生活常见物品;到工具使用,如小刀、锥子等,逐步引导同学们完成模型搭建。 跟随老师的思路回顾本节课内容,思考自己在知识、技能和团队协作等方面的收获,明确今后努力的方向。 第4节　跨学科实践:制作简易热机模型 制作简易热机模型                                                                                                                                                  学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $