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14.4 跨学科实践：制作简易热机模型
素养目标
科学思维：能根据热机的能量转化特点设计出适合的简易模型。
◎重点：能够使用正确的能量转换模式输出机械能。
【合作探究】
【项目提出】根据热机的工作原理及相关知识，制作一个简易热机模型
【项目分析】1.了解热机的基本原理。
2.用所设计的热机完成一定的工作。
3.根据设计方案和成果进行评价和改进。
【项目实施】
一、热机的基本原理
1.主要结构：热源、转动装置、传动装置
2.原理：需要一个热源通过燃烧将化学能转化为　　　　能，然后再通过做功的方式转化为转动装置的　　　　能。
对于热机来说，在使用时，能量的损失主要来自　　　　、　　　　、　　　　等方面，在制作简易热机模型时需要让尽可能多的　　　　能转化为机械能。
二、设计简易热机模型
1.确定热机的工作物质
（1）参考走马灯可以直接用加热的空气作为工作物质（能量转化效率低）。
（2）参考蒸汽机可以使用加热水产生的水蒸气作为工作物质（便于操作）。
（3）参考内燃机可以采用燃烧后的高温高压燃气作为工作物质（难度较大）。
2.根据设计的方案准备器材与组装模型
（1）科学兴趣小组组装了如图1所示的简易热机模型。
图1
该热机模型中的工作物质是　　　　（选填“热空气”“水蒸气”或“高温高压燃气”），若此时将风车放置在酒精灯火焰上方一定高度，我们会看到风车　　　　（选填“转动”或“不转动”）。
（2）经过思考后，小组成员发现，气体被压缩后再做功，会产生更大的推力，于是设计了另一种热机模型，设计图如图2所示。
图2
①该热机模型中的工作物质是　　　　（选填“热空气”“水蒸气”或“高温高压燃气”），但由于整个装置是密封的，从而产生了更大的动力。
②当热源开始加热时，气缸　　　　（选填“A”或“B”）中的空气通过　　　　的方式增大了自身的内能，从而推动活塞　　　　（选填“A”或“B”）带动飞轮转动，从而将内能转化为机械能。
（3）在经过理论研究后，有成员提出该装置的缺陷，由于活塞B和气缸B之间不是完全密封的，所以气体受热膨胀后产生的推动力不足，因此再一次进行改进，重新绘制了如图3所示的设计图。
图3
参考答案
【合作探究】
【项目实施】一、2.内能　机械能
对点自测
燃烧不充分　热损失　摩擦损失　内
二、2.（1）水蒸气　转动
（2）①热空气　B　热传递　B

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