第十四章 内能 第4节跨学科实践：制作简易热机模型（课件）-2025-2026学年物理人教版九年级全一册

该初中物理课件围绕热机工作原理及能量转化，通过汽车、飞机等生活应用实例导入，引导学生从查阅资料了解蒸汽机、内燃机等原理，到选择材料制作简易模型，再到改进优化，构建“原理理解-实践制作-问题解决”的递进式学习支架。 其亮点在于以任务驱动融合科学探究与科学思维，如通过分析扇叶不转动的原因（小孔对准、蒸汽压力等）培养科学推理能力，结合蜡烛/酒精灯热源选择、密封导管等改进方案提升工程实践能力。既帮助学生深化能量观念，又为教师提供可操作的跨学科实践教学流程，提升教学效果。

第4节 跨学科实践：制作简易 热机模型 九年级全 任务线 查阅资料，了解不同热机的工作原理 选择材料并制作简易热机模型 针对制作成果进行改进优化 制作简易热机模型 主题情境 主题情境框架 了解各种热机的热源和工作物质， 选择制作对象 问题线 不同热机的工作原理是什么，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? 如何制作 热机模型? 从哪些角度来改进热机模型? 物理观念 了解热机的工作原理，通过对生活中应用热机获得动力的重要机械的了解，提出制作热机模型的任务，提高观察能力和提出问题的能力. 科学思维 在实践活动中，尝试运用简单模型解决问题，利用推理的方法对跨学科问题进行合理性分析，能提出自己的见解. 科学探究 在制作简易热机模型活动中，能够发现问题并提出设想，设计简单的实践方案，完成实践活动，并以作品形式呈现活动成果，提高工程实践能力. 科学态度与责任 经历简易热机模型的制作过程，提升合作学习的能力，体会知识的应用价值，增强团队协作精神，培养勇于探索的科学精神. 学习目标 热机是人们获得动力的重要机械，在生产生活中非常重要. 燃油汽车中的汽油机 飞机的喷气发动机 大型轮船的柴油机或汽轮机 柴油机 汽轮机 为了可以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.请你尝试制作一个简易 热机模型. 任务1 查阅资料，了解不同热机的工作原理 蒸汽机 热机是将内能转化为机械能的机器，常见的热机有蒸汽机、内燃机、汽轮机和喷气发动机等，以下是它们的工作原理： 气缸 锅炉 工作过程： 燃料燃烧 加热水 高温高压水蒸气 推动活塞做功 工作原理： 燃料燃烧产生的内能 水蒸气的内能 活塞的机械能 进入气缸 内燃机 ——四冲程汽油机 压缩冲程 吸气冲程 做功冲程 排气冲程 工作原理： 燃料在气缸内燃烧 高温高压气体 推动活塞做功 工作过程： 柴油机与汽油机的工作过程以及工作原理相似. 汽轮机 汽轮机结构图 工作过程： 工作原理： 燃料燃烧 加热水 高温高压蒸气 推动汽轮机的叶片旋转 冲击叶片 燃料燃烧产生的内能 蒸气的内能 汽轮机的机械能 转移 转化 喷气发动机 喷气发动机结构图 工作过程： 工作原理： 燃料燃烧 高温高压燃气 推动飞机前进 高速喷出 燃料燃烧产生的内能 燃气的动能 飞机的机械能 任务2 了解各种热机的热源和工作物质，选择制作对象 热机的热源和工作物质 热机 热源 工作物质 蒸汽机 汽油机 柴油机 汽轮机 喷气发动机 煤炭、木材等 汽油 柴油 煤炭、天然气等 航空煤油 高温高压水蒸气 汽油+空气的混合物 高温高压气体 高温高压蒸汽 高温高压的燃气 选择制作对象 任务2 了解各种热机的热源和工作物质，选择制作对象 制作起来更安全，且材料更易得！ 外燃机 蜡烛 酒精灯 小木柴 小木柴燃烧不稳定，汽油的安全性相对较低，因此蜡烛或酒精灯更适合作为热源. 汽油 用什么作热源? 思考 任务3 选择材料并制作简易热机模型 如何制作简易热机模型呢? 思考 下面展示的是一个简易的汽轮机模型，供参考. 准备以下材料： 两个易拉罐，一支蜡烛，火柴，细铁丝，胶水或热熔胶，剪刀，水，以及用来做底座的木板或硬纸板等. 制作简易热机模型时会遇到高温蒸汽、锋利的物体等，要注意安全. 根据你的设计选择合适的材料，动手制作不同类型的热机模型吧！ 将一个易拉罐裁剪制成小风扇，利用细铁丝和木板制成模型支架，在另一个易拉罐顶部打孔，向内部注入一些水放置在支架上，易拉罐的小孔对准小风扇的扇叶.将蜡烛放在易拉罐底部并点燃，一个简易的汽轮机就制成了. 点击播放视频 任务4 针对制作成果进行改进优化 思考 1. 对易拉罐进行加热的过程中，扇叶不转动是什么原因造成的呢?该怎样进行改进呢? 原因 1：可能是易拉罐的小孔没有对准扇叶. 改进方案：调整扇叶支架的高度或调整易拉罐支架的高度，使小孔 对准扇叶. 原因 2：可能是小孔距离扇叶较远，蒸汽未能作用在扇叶上. 改进方案一：调整扇叶支架的位置，使其靠近易拉罐小孔. 改进方案二：在易拉罐小孔处加固一根细玻璃管或笔管，将高温蒸 汽导向扇叶(注意玻璃管或笔管尖端朝外，另一端通过 小孔插入易拉罐内，并在开口处进行密封). 任务4 针对制作成果进行改进优化 思考 2. 简易汽轮机的扇叶转动时间较短，可能是什么原因?该如何改进? 原因 1：可能是易拉罐中装的水较少，蒸汽压力不足. 改进方案：增加易拉罐中水的质量. 原因 2：可能是叶片的角度过小、面积较小，不能有效利用蒸汽的 能量. 改进方案：适当增加叶片的角度和面积，从而增加扇叶获得的蒸汽 动力. 任务4 针对制作成果进行改进优化 思考 3. 为什么简易汽轮机的扇叶转动较慢?应该如何改进? 原因 1：可能是热源较小，导致蒸汽源提供的压力不够. 改进方案：更换火力较大的热源. 原因 2：可能是易拉罐与导管之间密封性较差，导致蒸汽泄露. 改进方案：用固凝胶或502胶水对插入导管的开口处进行密封加固. 原因 3：扇叶的转轴安装过紧，导致转轴与支架的轴承间摩擦较大. 改进方案：适当将安装转轴的轴承调松一些，并涂上适量的润滑油. 结合思考内容改进你制作的简易汽轮机，也可以针对你发现的其他问题，设计改进的办法，让你的简易热机模型更加完善！ 在展示交流中，也可以谈谈你的热机模型的工作原理，以及制作过程中的难点，说一说你在制作过程中的心得体会. 1. (2025内蒙古)如图，物理兴趣小组制作了一个简易汽轮机装置.在易拉罐中装入适量的水，用酒精灯加热，水沸腾后从管口喷出蒸汽使风车转动.简易汽轮机工作过程中(      ) A. 酒精燃烧将内能转化为化学能 B. 水的内能增加的方式是热传递 C. 蒸汽被喷出后内能保持不变 D. 蒸汽的内能全部转化为风车的机械能 酒精燃烧： 化学能→内能 × √ × 减小 一部分内能散失在空气中 × B 2. 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．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． 当铜管向右喷蒸汽时“船体”获得喷出的蒸汽对 其向左的推力，此过程中蒸汽的内能转化为船 体的________能，说明________可以改变物体 的内能． 热传递 机械 做功 水吸收热量内能增大，是通过热传递改变内能的 水蒸气的内能→船体的机械能 3. 图甲是小昕自制的热机模型，她在矿泉水瓶的侧壁上开了一个孔，把电火花发生器紧紧插入孔中，实验时从上方瓶口喷入液态酒精并轻轻盖上一次性塑料杯，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，塑料杯立即飞出，此过程酒精燃烧产生的______能转化为塑料杯的_______能，相当于图乙中_____(选填“A”“B”“C”或“D”)的能量转化过程. 内 机械 C 做功冲程 —杯子 —矿泉水瓶 —电火花发 生器按钮 甲 乙 A B C D $