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第四节 跨学科实践:制作简易热机模型
新课导入
热机在交通领域的核心地位：
热机是燃油汽车、轮船、飞机等交通工具的“心脏”，为其提供强大动力，推动人类交通发展。
没有热机，现代交通将停滞不前，人们出行方式将退回到原始状态，经济交流也会受到极大限制。
1. 通过模型理解工作原理。（重点）
2. 深入探究能量转化过程。（重点）
学习目标
知识点1　热机分类与历史
新知讲解
第一辆汽车
最快的汽车
18世纪第一辆汽车问世时，它的速度只有数千米每小时，而目前最快的汽车速度已经超过了声速。汽车是如何获得机械能的呢？
知识点1　热机分类与历史
新知讲解
热机演变历程
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。
现代热机的应用
现代热机广泛应用于汽车、飞机等领域，推动了社会的发展。
知识点1　热机分类与历史
新知讲解
热机分类标准
热机按工作方式分为外燃机和内燃机，按燃料分为汽油机和柴油机。
不同分类标准反映了热机在结构和性能上的差异。
知识点2 内燃机工作原理
新知讲解
该实验中，燃料燃烧时产生的热量传给水和水蒸气；塞子受到水蒸气的压力而冲出去，水蒸气的内能转化为塞子的动能。
知识点2 内燃机工作原理
新知讲解
内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机
一种内燃机的剖面图
知识点2 内燃机工作原理
新知讲解
内燃机的分类
分为汽油机和柴油机两大类
使用柴油作为燃料的叫柴油机
使用汽油作为燃料的叫汽油机
知识点2 内燃机工作原理
新知讲解
汽油机组成：
汽缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆
知识点2 内燃机工作原理
新知讲解
汽油机工作时，活塞在汽缸内做往复运动，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。
汽油机一个工作循环有四个冲程：
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
知识点3　模型制作详解
新知讲解
1：制作材料准备
空易拉罐、去芯中性笔管、小风扇、酒精灯、胶水等材料。
选择合适的材料是制作成功的关键，确保材料的易得性和安全性。
知识点3　模型制作详解
新知讲解
2：制作步骤详解
易拉罐注水、密封笔管、加热产生蒸汽，推动风扇叶片旋转。
向易拉罐内部注入大约半罐水。将笔的尖端朝外，另一端插入易拉罐内，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。
知识点3　模型制作详解
新知讲解
3：实验现象
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）。
知识点3　模型制作详解
新知讲解
4：安全与注意事项
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。
知识点3　模型制作详解
新知讲解
5：改进建议与创新
提出改进建议，如增加密封措施、优化结构等。
制作不同的热机模型，激发创意。
例题1
人类最早发明的热机是( )
A. 蒸汽机
B. 内燃机
C. 喷气发动机
D. 火箭发动机
当堂练习
A
解析：
蒸汽机（A）是历史上最早被发明并大规模应用的热机。
内燃机 （B）：19世纪中后期（如奥托循环汽油机，1876年）。
喷气发动机 （C）：20世纪（1937年首次成功试飞）。
火箭发动机 （D）：20世纪（现代液体燃料火箭，1926年）。
结论：蒸汽机是热机发展的起点，早于其他类型的热机。
当堂练习
例题2
关于四冲汽油机的工作冲程，下列说法正确的是( ）
A. 吸气冲程：只吸入空气
B. 压缩冲程：缸内温度降低
C. 做功冲程：气体推动活塞做功
D. 排气冲程：内能转化为机械能
当堂练习
C
解析：
选项A：错误。四冲程汽油机在吸气冲程中吸入的是空气与汽油的混合气体
选项B：错误。压缩冲程中，活塞压缩混合气体，外界对气体做功，导致气体内能增加，温度升高 。
选项C：正确。做功冲程中，火花塞点燃压缩后的混合气体，高温高压气体膨胀， 推动活塞向下运动，将内能转化为机械能。这是热机唯一对外做功的冲程。
选项D：错误。排气冲程中，活塞上行排出废气，此过程需要消耗飞轮的机械能（无能量转化），而内能→机械能的转化仅发生在做功冲程。
结论：只有选项C正确。
当堂练习
例题3
如图所示的实验，在橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出的过程中，将内能转化为机械能，这与四冲程柴油机工作的哪个冲程能量转化相同( )
A. 吸气冲程
B. 压缩冲程
C. 做功冲程
D. 排气冲程
当堂练习
　　
C　
解析：
实验现象：
实验中，水蒸气压力推动橡胶塞（或喷出蒸汽驱动扇叶）时，蒸汽的内能 （高温高压气体的内能）转化为机械能 （橡胶塞或扇叶的动能）。
实验与柴油机做功冲程的能量转化方向完全一致（内能→机械能）
故答案为C. 做功冲程
当堂练习
本课小结
制作简易热机模型
模型制作详解
热机分类与历史
内燃机工作原理

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