资源简介

(共27张PPT)
制作简易热机模型
第4节
第十四章 内能的利用
初/中/物/理 人教版——九年级全一册 —————————————————————
1.能够准确阐述热机的定义、常见种类及其工作原理；
2.通过制作简易热机模型，学生可以熟练掌握模型制作所需的材料、具体制作步骤，并能够正确描述实验现象，准确解释能量转化过程；
3.在探究热机工作原理的过程中，引导学生运用观察、比较、分析等科学方法，培养其归纳总结能力；
4.在制作简易热机模型的实践中，培养学生严谨认真的科学态度和精益求精的探究精神，体验从理论知识到实际应用的转化过程，增强对科学探究的认同感。
学习目标
难点
重点
新课引入
同学们，你们还记得热机的工作原理吗？
热机是人们获得动力的重要机械。热机在生产、生活中非常重要。
燃油汽车中的汽油机
飞机中的喷气式发动机
老式火车中的蒸汽发动机
拖拉机中的柴油发动机
大型轮船中使用汽轮机
新课引入
同学们，还记得热机中的能量是如何转化的吗？
加热试管，管内水沸腾
水蒸气将试管塞冲出
项目提出
我们可以尝试制作一个简易的热机模型，以便更好的了解热机的工作原理、热机中的能量转化以及热机中各部分是如何协调工作的。
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让我们当一次小科学家，制作简易热机吧。
制作前，我们再重温下热机的工作原理吧。
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项目分析
点燃酒精灯，加热试管中的水。
1.热机原理
燃料的化学能
火焰的内能
水的内能
风扇的机械能
燃烧
热传递
做功
能的转化
能的转化
能的转移
项目分析
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除了熟悉热机的工作原理，制作前我们还要考虑哪些问题呢？
2.制作热机，需要考虑的问题
（1）热源可以是什么？
（2）工作物质是什么？
（3）工作物质在什么容器中工作？
（4）如何将内能转化为机械能？通过什么装置实现？
热源可以是酒精灯、蜡烛、燃气、煤气等。
水沸腾后产生的水蒸气。
比较坚固的金属容器中，例如易拉罐、铁罐等。
在容器外插一细管，使水蒸汽通过细管喷出，然后使细管口对着小风扇，推动小风扇转动。
项目分析
2.制作热机，需要考虑的问题
制作时，安全问题是首要问题哦。
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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。通常而言，制作采用燃烧燃料加热水产生蒸汽（或直接加热空气）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，建议优先考虑前者。
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项目分析
3.成品简易热机模型欣赏与参考
简易热机原理图
斯特林热机简易模型视频
项目分析
3.成品简易热机模型欣赏与参考
斯特林热机简易模型视频
项目实施
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我们需要哪些材料和工具。
材料：易拉罐、去掉笔芯和尾塞的中性笔、小风扇、酒精灯（安全环保热源）、黑塑料片。
工具：胶枪、剪刀、铁支架、细绳、小烧杯。
1.制作的材料选择
小风扇
项目实施
空易拉罐
环保热源
胶枪
中性笔管
1.制作的材料选择
项目实施
取一空易拉罐，去掉其表面覆盖的塑料商标。用小烧杯向空易拉罐中灌入适量的水（水的量占易拉罐体积一半多点即可）。
2. 制作装水(工作物质)的容器
项目实施
取一笔管（去掉笔芯和尾塞的中性笔），将其尾部适当插入易拉罐中，套上一块剪孔的原型黑塑料片，并用胶枪，将笔管的尾部和塑料片一起固定在易拉罐上（也可以选择橡皮泥代替胶），此过程一定确保笔管和易拉罐的密封性。
3. 固定笔管和易拉罐
项目实施
涂完胶后，晾置几分钟，待胶完全冷却后。然后把倒置装置，看有没有水从笔管和易拉罐的固定处流出来，如果没有流出来，说明密闭性是良好的。
4. 热机主体完成
用细棉线或是铁丝分别缠绕在易拉罐的头部和尾部，余出的棉线在易拉罐上方打结，以便悬挂在铁架台上，如果有条件，可以用焊接枪按照易拉罐的尺寸单独制作一个悬置易拉罐的铁架，以便后续对其加热。
5. 细线缠绕易拉罐的头部和尾部
项目实施
将实验器材按照图示进行组装，笔管头部对准小风扇扇叶，注意小风扇尽量选用纸质轻便的，以便扇叶更容易转动。将环保热源置于易拉罐中间处，注意远离两端的细绳，避免烧断细绳（为了避免火焰烧断细绳，实验中可以用铁丝或是铝丝替换细绳）。点燃环保热源，加热易拉罐中的水，注意观察实验现象。
6. 组装各部件，进行实验
项目实施
展示交流
各式各样的热机
易拉罐热机模型视频
展示交流
将易拉罐置于煤气灶上加热，由于水量较少，水会很快沸腾。水沸腾后，产生的水蒸气会通过预留的孔洞喷出，推动周围的空气旋转，从而带动易拉罐快速旋转。
旋转的易拉罐
各式各样的热机
展示交流
（1）请大家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。
各式各样的热机
展示交流
（2）在展示交流中，谈谈你的热机模型的工作原理，以及制作过程中的难点。
各式各样的热机
展示交流
（3）说一说你在制作过程中的心得体会，想一想在哪些方面还可以做得更好。
各式各样的热机
知识迁移
1.图所示为科技小组制作的实验装置，燃料 燃烧将试管中的水加热后，水蒸气从橡皮塞小孔冲出，推动风车转动。 下列关于这个实验的说法，正确的是（ ）
A.燃料的化学能直接转化为风车的机械能
B.燃料燃烧产生的热量完全传递给水和水蒸气
C.水蒸气的内能全部转化成风车的机械能
D.这是蒸汽机的工作原理，蒸汽机属于热机
D
A.在这个实验中，燃料的化学能转化为内能，内能再转化为风车的机械能，故A错误；
B.在能量转化过程中会有能量的损耗，燃料燃烧产生的热量不能完全传给了水和水蒸气，故B错误； C.在能量转化过程中会有能量的损耗，水蒸气的内能不能全部转化成风车的机械能，故C错误； D.在四冲程的热机中，做功冲程是内能转化为机械能的冲程，试管内水蒸气的内能可以转化为塞子的机械能，与做功冲 程相同，故该实验基本展示了蒸汽机的工作原理，故D正确； 故选：D。
知识迁移
2.2025年4月24日是第十个中国航天日。小振用可乐瓶制作出水火箭，如图所示，先在瓶里装适量水，旋紧瓶塞，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，用打气筒往瓶里打足气，打开阀门后，水从金属管向下喷出，水火箭竖直向上飞向空中。下列分析正确的是（ ）
A.水火箭上升过程中，水火箭瓶内气体的内能在不断增加
B.水向下喷出时，通过热传递的方式减小了瓶内空气的内能
C.升空时，水火箭内气体对水向下的力与水对它向上的力是一对平衡力
D.打气筒将空气压入水火箭内的能量转化与汽油机的压缩冲程相同
D
A、水火箭上升过程中，水火箭瓶内气体对外做功，内能在不断减少，故A错误;
B、水向下喷出时，气体膨胀做功，通过做功的方式减小气体的内能，故B错误；
C、升空时，水火箭内气体对水向下的力与水对它向上的力，受力物体不同，不是一对平衡力，故C错误；
D、打气筒将空气压入水火箭内时，将机械能转化为内能，能量转化与汽油机的压缩冲程相同，故D正确。 故选：D。
科学世界
牛角点火器
我国古人曾发明一种点火器，以牛角为套筒，把艾绒黏附在木质推杆前端，其结构如图所示。取火时一只手握住套筒，另一只手向内猛推推杆，推杆前端的艾绒就会被点燃，拔出推杆后，吹吹艾绒就有火苗产生。艾绒被点燃的过程中是推杆的机械能转化为套筒内气体的内能过程，这一过程与四冲程汽油机的压缩冲程相似。
艾绒
套筒
推杆
科学世界
火箭发射
以常见的液体燃料火箭为例，液氧作为氧化剂与液氢（或煤油、甲烷等燃料）在燃烧室中相遇，点火装置产生的高温火花触发剧烈的氧化还原反应释放化学能。
化学能首先转化为内能，使燃烧室内温度骤升至数千摄氏度，气体分子被剧烈加热后动能急剧增加，形成高压高温的燃气。当燃气压力达到设计阈值时，燃气被迫从尾部喷管高速喷出，在这个过程中，内能进一步转化为燃气的动能，使喷流速度可达数千米每秒。
根据牛顿第三定律，高速喷出的燃气对火箭产生反作用力，推动火箭克服地球引力和空气阻力向上运动，此时燃气的动能最终转化为火箭的机械能（动能与重力势能的总和）。从点火到升空的瞬间，能量完成了从化学能到内能，再到动能，最终转化为机械能的链式传递，每一步转化都伴随着能量的高效利用，支撑着火箭挣脱地心束缚的壮举。
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ROCKETLAUNCH
The conversion of energy during a rocket launch.
知识小结
项目提出
项目实施
项目分析
展示交流
分析简易热机原理和制作时所要考虑和注意的问题。
小组比较各自制作的简易热机模型的性能。
思考制作简易热机模型需要哪些材料和工具。
分步制简易热机模型。
知识点1相交线
提出项目：制作简易热机模型。
制作简易热机模型

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