14.4 跨学科实践：制作简易热机模型（教学课件） 物理新教材人教版九年级全一册

该初中物理课件聚焦热机工作原理及内能转化为机械能，课堂导入通过提问回顾热机定义、能量转换等旧知，结合热机发展史和分类引出制作简易模型任务，搭建理论到实践的学习支架。 其亮点是跨学科实践与科学探究结合，以“项目提出—分析—实施—展示”流程引导学生动手制作，如用易拉罐作蒸汽发生器、中性笔管作喷口，直观理解能量转化，培养科学思维与实践能力，助力教师高效开展实践教学，提升学生学习兴趣。

物理九年级全一册 •人教版 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 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 通过动手制作简易热机，直观再现内能转化为机械能的过程，巩固热机工作原理、能量转化相关物理概念。 02 科学思维 在模型设计、故障排查中分析动力不足、无法运转的原因，运用能量转化、热损耗逻辑推理优化方案。 03 科学探究 完整经历提出方案、选材组装、调试改进、实验观察的探究流程，动手验证热机的基本工作规律。 04 科学态度与责任 融合劳动实践、安全规范意识，体会工程制作严谨性，懂得节约材料、规范用火，树立低碳节能的工程设计理念。 教学重难点 教学重点 教学难点 1.简易蒸汽热机模型组装操作，完整再现内能转化为机械能； 2.结合模型说出热机工作过程、能量转化； 3.跨学科融合：物理能量转化、化学燃料燃烧、劳动手工加工。 1.模型密封、配重、加热量的调试优化； 2.自主排查模型不转动、动力弱等故障并提出改进方案； 3.结合模型分析能量损耗，联系热机效率知识。 1. 什么是热机？ 2. 热机工作过程中的能量转换？ 3. 简述四冲程汽油机的工作过程？ 课堂引入 项目提出 项目提出 探究新知 1.热机的发展历史 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） （1）希罗福在1世纪发明了最早的蒸汽引擎原型，被认为是热机的初步雏形。 （2）18世纪早期，托马斯·纽科门发明了蒸汽机的早期原型，用于从矿井中抽水。 项目提出 探究新知 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。 （3）19世纪中期，内燃机的出现进一步推动了热机的发展。奥托发明了四冲程内燃机，而且还发表了有关燃烧机理的研究，成为内燃机技术发展的里程碑。 （4）20世纪初，蒸气涡轮机的发明推动了热机技术的进一步革新。蒸气涡轮机利用高速旋转的涡轮叶片将热能转化为机械能，被广泛应用于发电厂和船舶。 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。 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。 项目提出 探究新知 2.热机的分类标准 3.常见热机类型及其原理 项目提出 探究新知 （1）蒸汽机 锅炉加热水产生高压蒸汽，推动活塞或涡轮转动，如：早期的火车、发电厂等。 （2）内燃机 汽油机或柴油机在气缸内燃烧，气体膨胀推动活塞做往返运动。如：汽车、摩托车等。 提示：所有热机都需要三个基本要素：热源、工作物质（如水蒸气、燃气）、能量转化装置（如活塞、涡轮） 项目提出 探究新知 （4）喷气发动机 在燃烧室燃烧，向后喷出高速气体从而获得前进的动力。 （3）燃气轮机 高温燃气直接推动涡轮叶片旋转。 项目提出 探究新知 热机是人们获得动力的重要机械，例如燃油汽车中的汽油机、大型轮船使用的柴油机或蒸气轮机、有些飞机使用的喷气发动机等。 热机在生产生活中非常重要，为了更好的了解热机的工作原理，我们可以尝试制作一个热机模型，热机中各部分是如何协调工作的，包括理解热机中的能量是如何转化的。 请同学们在学过的热机知识基础上，进一步查找相关资料，了解不同热机的工作原理，制作一个简易热机模型。 项目提出 探究新知 项目分析 实际方法： （1）酒精灯或蜡烛、操作安全、温度可控（优先选择酒精灯，避免明火过大） （2）替代方案：电加热器（需要注意用电安全） 项目分析 探究新知 1.热源的选择 科学性和可行性 （1）空气：易获取，但热膨胀效率低； （2）水蒸气：受热膨胀明显，推动力强（最终选择水蒸气） 2.工作物质 核心结构设计： （1）喷嘴与小风扇：用中性笔管作为蒸气喷口，小风扇。 项目分析 探究新知 3.能量转化装置 （2）原理：蒸气从笔管高速喷出，冲击小风扇叶片，小风扇旋转，机械能输出。 （3）能量转化路径：蜡烛加热水，水蒸气内能增加，内部气体膨胀从笔管喷出做功，使小风扇转动转化为机械能。 项目实施 项目实施 探究新知 1.材料与工具 一个空易拉罐， 一个去掉笔芯的中性笔， 一台小风扇， 酒精灯， 密封胶，铁丝等、火柴。 蒸气发生器 将水蒸气导出吹到小风扇上 汽轮机 加热水装置 项目实施 探究新知 步骤1:制作蒸汽发生装置 (1)易拉罐顶部用剪刀开一个直径略大于中性笔管的圆孔。 (2)将笔的尖端朝外，另一端插入易拉罐 内，用热熔胶密封固定(确保接口不漏气)。 (3)易拉罐内注入大约半罐水，作为蒸 汽来源。 (4)将易拉罐如图所示放置在支架上。 2.制作步骤 项目实施 探究新知 步骤2:组装小风扇 (1)将小风扇固定在支架上，可用硬纸板或木棍制作支架，使笔的尖端对准小风扇的扇叶。 (2)用橡皮泥加固支架底座，防止倾倒。 2.制作步骤 项目实施 探究新知 步骤3:连接与测试 (1)点燃易拉罐下面的酒精灯，保持安全距离。 (2)观察蒸汽喷出是否能推动小风扇旋转。 (3)优化调整: ①若蒸汽量不足——减少易拉罐水量或增大加热功率。 ②若小风扇不转——检查笔尖喷口是否对准扇叶，调整扇叶倾斜角度(约45°最佳) 2.制作步骤 项目实施 探究新知 展示交流 1. 展示要点 展示交流 探究新知 (1)现象记录:小风扇从静止到转动的耗时、最高转速(可用手机慢动作视频辅助观察)。 (2)能量转化分析:绘制能量流向图 例如:酒精化学能→水蒸气的内能→风扇的机械能 2. 安全提示 展示交流 探究新知 (1)酒精灯使用时远离易燃物，熄灭时用灯帽盖灭。 (2)加热后的易拉罐温度极高，需戴手套操作，冷却后再触碰。 (3)蒸汽喷口勿对准人体，防止烫伤。 典例练习 探究新知 【典例】热机对人类文明发展起着重要的推动作用。同学们成立了制作简易汽轮机模型的项目团队，制定了“项目提出——项目分析——项目实施——展示交流”的学习流程，研究了热机原理，并收集材料组装了如图所示的汽轮机模型。 实验时向易拉罐内部注入大约半罐水，将去掉笔芯和尾塞的中性笔的尾端插入易拉罐内，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。 典例练习 探究新知 (1)汽轮机模型工作过程的能量转化情况为：化学能___________机械能； (2)某团队的同学们在测试过程中，发现扇叶不转动，出现这种现象的原因可能是______________________；（答出一条即可） (3)热机发展史也是一部热机效率提高史。在展示交流环节，对如何提高简易汽轮机效率，同学们进行了激烈讨论。请你依照“结构决定功能”的观念，从结构的角度思考，帮助他们提出一个可行性措施：_________________________________。 内能 笔尖喷出的蒸汽太少 在易拉罐上半部分覆盖保温层 课堂小结 课堂小结 ①热机的历史 ②热机的种类，及常见热机的工作原理 ①热源的选择. ②工作物质的选择. ③将内能转化成机械能的方法. ①材料的准备与选择. ②制作步骤. ①展示要点 ②安全提示 制作简易热机模型 项目实施 项目分析 项目提出 展示交流 课堂练习 课堂练习 1．（2026·湖南娄底·二模）图是某科技小组自制的简易热机。点燃蜡烛，易拉罐中产生蒸汽喷出推动扇叶转动。下列说法正确的是（    ） A．燃料燃烧放出热量越多，其热值越大 B．易拉罐中的蒸汽主要通过做功的方式增大内能 C．蜡烛燃烧时化学能直接转化为机械能 D．蒸汽推动扇叶转动起来的过程中，蒸汽的部分内能转化为扇叶的机械能 D 课堂练习 2．（2026·天津北辰·一模）跨学科实践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，用酒精灯加热至沸腾，而后，蒸汽从管口喷出使风车转动。简易汽轮机工作过程中（　　） A．酒精燃烧时，内能转化为化学能 B．管口喷出的“白气”是水蒸气 C．蒸汽被喷出时，内能转化为机械能 D．蒸汽的内能可以全部转化为风车的机械能 C 课堂练习 3．（24-25九年级上·福建泉州·期中）点燃如图所示的走马灯底部蜡烛， 扇叶可以在热空气的驱动下转动起来。该过程与汽油机工作中能量转换相似的是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 C 课堂练习 4．（24-25九年级上·江苏苏州·期末）如图所示，将一个空易拉罐的底部钻一个小孔，从易拉罐开口端向罐内喷适量酒精喷雾，然后将一个空纸杯迅速套上。用细线将易拉罐水平悬挂在铁架台上，将点燃的打火枪靠近易拉罐底部的小孔，纸杯就会“向前”飞去。以下说法正确的是（　　） A．酒精燃烧越充分，其热值越大 B．纸杯飞出去时，易拉罐对纸杯做了功 C．纸杯飞出去时，易拉罐内气体的内能减小 D．纸杯飞出过程中的能量转化，与内燃机的压缩冲程相同 C 课堂练习 5．（24-25九年级上·安徽阜阳·阶段检测）如图是课外兴趣小组制作的“蒸汽船”模型，在铜制容器中盛有一定量的水之后安装在“船体”上，用蜡烛对铜质容器底部加热，一段时间后铜质容器内水温升高产生蒸汽，铜管会向右喷出蒸汽，“蒸汽船”就会向左行驶，下列说法正确的是（　　） A．水变热是通过做功来改变内能的 B．“蒸汽船”运动时能量转化与热机做功冲程相同 C．水在沸腾时会有热量的散失，所以能量不守恒 D．“蒸汽船”在向左运动时主要将机械能转化 为内能。 B 课堂练习 6．（25-26九年级上·陕西榆林·期末）如图是小明制作的简易“蒸汽船”模型。将盛有一定量水的玻璃容器安装在“船体”上，用蜡烛对玻璃容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”就向左行驶。蜡烛对玻璃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”向左运动，该过程将内能转化为________能，该过程中能量的总量________。 热传递 机械 保持不变 课堂练习 7．（25-26九年级上·河南焦作·期中）如图所示是小光制作的简易热机模型。 (1)制作过程中，需要将笔的尖端朝外，另一端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处____________。 (2)点燃易拉罐下面的酒精灯，当蒸汽喷出时，扇叶转动起来，此过程相当于内燃机的____________冲程。 (3)为了提高热机的效率，我们可以在气缸、 管道等部位使用____________材料，以减 少____________。 密封 做功 隔热 热量散失 课堂练习 8．实践小组制作了如图简易汽轮机模型，操作过程如下： ①取一个空易拉罐，用铁丝根据易拉罐的形状制作支架； ②向易拉罐内注入大约半罐水，将笔管的尖端朝外，另一端插入易拉罐内，用密封胶将罐的开口处密封； ③将易拉罐放在支架上，笔管的尖端对准小 风扇的扇叶，点燃易拉罐下方的酒精灯，罐 内的水蒸气通过笔管喷出，推动风扇转动。 课堂练习 (1)上述过程中酒精燃烧将化学能转化为内能，水沸腾产生大量水蒸气。水蒸气对小风扇做功，将内能转化为_______，这个过程相当于热机的_______冲程； (2)热机发展史也是一部机械效率提高史，如何提高该汽轮机效率，请你帮他们提出一条可行性措施_______________________________ __________。 机械能 做功 给易拉罐包裹隔热材料，减少热量散失 课后作业 探究新知 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“练习与应用” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听 Lavf58.46.101 $