资源简介

(共20张PPT)
第十四章内能利用
第四节 跨学科实践:制作简易热机模型
目标阐述：
本次跨学科实践的目标是自己动手制作一个简易热机模型，通过这个过程深入理解热机的工作原理。
意义：
制作热机模型有助于我们将物理知识与实际操作相结合，提高动手能力和跨学科思维，加深对能量转化和机械工作原理的理解。
学习目标
探索热机的奥秘，开启实践之旅
燃油汽车中的汽油机
大型轮船使用的汽轮机
飞机使用的喷气发动机
热机是人们获得动力的重要机械，在我们的生活和交通中有着广泛的应用。
如果我们能尝试制作一个热机模型，是否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，热机中的各部分是如何协调工作的呢？
项目提出
内燃机工作物质（汽油机为例）：气缸内的空气和汽油的混合物
任务一了解不同热机的工作原理
简要说明每个冲程的特点
项目分析
外燃机工作物质（蒸汽机为例）：水蒸气
工作原理描述：燃料燃烧使水变成水蒸气，水蒸气推动活塞运动产生动力
简要说明其工作流程
任务一了解不同热机的工作原理
制作建议
通常而言，制作采用燃烧燃料加热水产生蒸汽来做功的外燃机，比制作在封闭缸体内燃烧燃料来做功的内燃机要安全，材料也相对易得，建议优先考虑前
任务一了解不同热机的工作原理
任务——了解不同热机的工作原理
任务二设计并制作简易热机模型、准备材料
材料展示
展示所需材料的图片，包括一个空易拉罐，一个去掉笔芯的中性笔，橡皮泥，一台小风扇，铁丝，几个蜡烛
项目实施
材料作用说明
作为气缸的主体部分
用于构建气体通道和活塞结构
用于密封和固定部件
提供叶片，模拟热机的动力输出
制作支架，支撑易拉罐
作为热源，加热水产生蒸汽
任务二设计并制作简易热机模型——制作过程（气缸部分）
方案介绍
·方案一：可直接使用一台小风扇的扇叶。
方案二：利用用完的卫生纸纸筒和硬纸板制作叶片
制作步骤（方案二）
简单介绍利用卫生纸纸筒和硬纸板制作叶片的基本步骤，并展示制作好的叶片图片
任务二设计并制作简易热机模型 - 制作过程（组装部分）
步骤展示
1.通过侧壁的笔杆向易拉罐内部注入大约半罐水，旋紧尾塞。
2.将易拉罐放置在用铁丝弯折成的支架上，笔的尖端对准叶片。
3.点燃蜡烛，开始测试热机模型的运行
注意事项
提醒在组装过程中要注意水的注入量、部件的连接稳固性以及蜡烛的安全使用等问题
展示交流
展示要求
展示自己的热机模型，看看谁的模型制作精细、运行顺畅，更有创意
优秀模型示例
展示一些可能出现的优秀热机模型图片，提供参考和启发
模型展示
经验分享
问题讨论
谈谈制作过程中的难点和心得体会，讨论可以改进的地方。
常见问题及解决方法
在制作过程中如果遇到了密封不严、动力不足等，是如何解决？
展示交流
知识拓展——热机的应用和发展
一、交通运输领域
汽车与摩托车：汽油机和柴油机作为主流热机类型，通过燃料燃烧驱动活塞运动，为车辆提供动力18。我国自主研发的发动机技术已达到国际领先水平
火车与轮船 ：柴油机广泛应用于传统内燃机车与船舶推进系统，而高铁动力系统中燃气涡轮发动机的高效特性逐渐凸显
航空航天 ：燃气涡轮发动机（如喷气发动机）利用高速气流推动涡轮，为飞机和火箭提供推力16。例如，国产大飞机发动机的性能已跻身世界前列
二、能源电力领域
火力发电厂 ：蒸汽轮机通过燃烧煤炭或天然气产生高温蒸汽，驱动涡轮旋转发电，占据全球电力供应的主要份额
热电联产 ：燃气轮机与余热回收系统结合，同时输出电能和工业用热，能源综合利用率提升至60%以上
分布式能源 ：微型燃气轮机应用于楼宇供电及区域电网调节，实现清洁能源的高效利用
三、工业制造领域
重型机械 ：钢铁、化工等行业中，燃气轮机为压缩机、鼓风机等设备提供连续动力，支撑高能耗生产流程
船舶制造 ：大型货轮采用低速柴油机作为主推进装置，单机功率可达10万马力以上
农业机械 ：拖拉机、收割机等农用设备普遍搭载内燃机，通过柴油燃烧驱动液压系统与传动装置
四、特种应用场景
军事装备 ：坦克、装甲车依赖高功率密度柴油机，而舰艇动力系统多采用燃气轮机与蒸汽轮机组合方案
航天工程 ：火箭发动机通过燃料剧烈燃烧产生高速喷射气流，满足宇宙探索所需的超高推重比
内容回顾
回顾本次跨学科实践的主要内容，包括热机的工作原理、简易热机模型的制作过程和展示交流的成果
浅谈收获
强调通过本次实践活动，我们不仅掌握了热机的相关知识，还提高了动手能力和跨学科思维，培养了创新精神和团队合作意识

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