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14.4 跨学科实践：制作简易热机模型 学案
班级：________ 姓名：________ 学号：________
一、核心素养目标
能分析不同热机的工作原理，理解热机中的能量转化机制，区分内燃机和外燃机。
能根据所学热机知识，自主设计并制作一个简易热机模型。
能清晰阐述自己热机模型的工作原理，分享制作难点和解决方法。
二、KWL预习法
K——我已经知道
关于热机，我已经知道的：________
热机的种类有________
________
W——我想知道
如何自己制作一台热机？________
制作热机模型需要哪些材料？________
________
L——我学到了（课后填写）
学完本课后，我学到了：________
________
________
预习思考题：
热机工作时能量是如何转化的？用箭头链表示。________
内燃机和外燃机（蒸汽机）的主要区别是什么？________
热机中的四个冲程分别是什么？做功冲程中能量如何转化？________
三、探究活动记录表
探究一：热机种类与工作原理分析
探究目的：通过对比内燃机和外燃机，理解不同热机的工作原理和能量转化。
探究步骤：
1. 观察PPT中各种热机的图片（汽油机、汽轮机、蒸汽机、喷气发动机）
2. 对比内燃机（汽油机）和外燃机（蒸汽机）的工作原理
3. 分析两种热机中能量转化的共同点和差异
4. 思考：为什么本节实践选择制作外燃机模型？
探究记录：
内燃机（汽油机）：燃料在________内燃烧，工作物质是________。
外燃机（蒸汽机）：燃料在________外燃烧，工作物质是________。
共同能量转化链：________能→________能→________能。
选择外燃机的原因：①________；②________。
探究结论：内燃机和外燃机的核心区别在于________，但能量转化的基本路径是一致的：________→________→________。
探究二：简易汽轮机模型制作实验
探究目的：利用简单材料制作一个汽轮机模型，观察能量转化现象。
探究步骤：
1. 准备材料：空易拉罐、去芯中性笔、小风扇、酒精灯、铁丝支架、橡皮泥、小刀
2. 用小刀在易拉罐侧壁开孔，将笔杆截成两段插入罐口和侧壁孔，用橡皮泥密封
3. 安装叶片（小风扇或自制硬纸板叶片）
4. 通过侧壁笔杆向易拉罐注入约半罐水，旋紧尾塞
5. 将易拉罐放在支架上，笔尖对准叶片，点燃酒精灯加热
6. 观察现象并记录
安全注意：
易拉罐内水不能太多________；笔与易拉罐连接处要加固________；活动过程中小心________；注意调整叶片位置，使笔尖管口正对________。
探究记录：
点燃酒精灯后：
易拉罐内的水________（现象）
蒸汽从________高速喷出（现象）
扇叶被蒸汽冲击后________（现象）
能量转化过程：________能（酒精燃烧）→________能（水蒸汽）→________能（叶片转动）
探究结论：简易汽轮机模型的工作原理是________产生高速________，冲击________，将________能转化为________能。此过程与真实汽轮机的原理________（填“相同”或“不同”）。
探究三：展示交流及反思表
探究目的：展示自己的模型，总结经验教训，提出改进方向。
展示要求：
阐述热机模型的工作原理：我的热机模型的工作原理是________。
说明制作过程中遇到的难点和解决方法：制作中遇到的难点是________，解决方法是________。
反思可以改进的地方：我的模型可以在________方面改进。
反思表：
问题及原因分析 解决方案 待解决的问题
________ ________ ________
________ ________ ________
________ ________ ________
四、知识对比归纳表
内燃机与外燃机的对比
比较项目 内燃机（汽油机） 外燃机（蒸汽机）
燃烧位置 燃料在________内燃烧 燃料在________外燃烧
工作物质 ________和________的混合物 ________
主要冲程 ________、________、________、________ 燃烧加热→水变蒸汽→推动活塞
能量转化 ________能→________能→________能 ________能→________能→________能
安全性 需要封闭缸体，制作要求________ 更________，材料更容易获得
典型应用 ________、________等 蒸汽火车、火电站________等
四冲程能量转化辨析
冲程 活塞运动方向 能量转化
吸气冲程 活塞向________运动 ________
压缩冲程 活塞向________运动 ________能→________能
做功冲程 活塞向________运动 ________能→________能
排气冲程 活塞向________运动 ________
五、课堂练习
练习1
如图所示是瓦特改良的蒸汽机。蒸汽机的发明是人类利用能源的新里程碑，它的工作原理是：用煤烧水产生水蒸汽，水蒸汽进入汽缸，推动活塞，带动机器工作。由此可知，蒸汽机工作过程中能量转化的正确顺序是（　　）
A.内能→机械能→化学能
B.内能→化学能→机械能
C.化学能→内能→机械能
D.机械能→内能→化学能
练习2
如图是课外兴趣小组制作的蒸汽船模型，在铜质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
练习3
如图所示，图甲为小昕自制的热机模型，她在矿泉水瓶的侧壁上开了一个孔，把电火花发生器紧紧插入孔中，实验时从上方瓶口喷入液态酒精并轻轻盖上一次性塑料杯，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，塑料杯立即飞出，此过程酒精燃烧产生的____能转化为塑料杯的____能，相当于图乙中____（选填A/B/C/D）的能量转化过程。
（在横线上填写答案，并写出判断依据）
判断依据：________
六、课堂小结
热机分为________和________两大类，其中汽油机属于________，蒸汽机属于________。热机工作时能量转化的共同路径为：________能→________能→________能。制作热机模型时需考虑五个要素：________、________、________、________、________。油机的四个冲程为：________、________、________、________，其中________冲程将内能转化为机械能。安全注意事项：水不能________；密封要________；小心________；喷嘴要________叶片。
七、自我评价表
评价标准 自我评分 目标
能区分内燃机和外燃机并说出工作原理区别 ________ ☆☆☆☆☆
能用箭头链说明热机中的能量转化过程 ________ ☆☆☆☆☆
能自主设计并制作简易热机模型 ________ ☆☆☆☆☆
能观察并分析模型工作时的能量转化现象 ________ ☆☆☆☆☆
能清晰阐述自己模型的工作原理和改进方向 ________ ☆☆☆☆☆
能正确判断能量转化的顺序和对应冲程（练习题） ________ ☆☆☆☆☆
本节课我学得最好的部分是：________
我还不太理解的部分是：________
我打算通过________方式来加强薄弱环节
八、课后作业
完善你的热机模型，并写一份包含原理说明、制作步骤、反思改进的实验报告。
调查：了解我国大飞机（如C919、运-20等）的发动机类型及其工作原理，与本节所学内容联系。
九、参考答案
知识对比归纳表答案
内燃机与外燃机对比：汽缸 | 汽缸 | 空气 / 汽油 | 水蒸汽 | 吸气、压缩、做功、排气 | 化学能→内能→机械能 | 化学能→内能→机械能 | 高 | 安全
四冲程能量转化辨析：下 | —— | 上 | 机械能→内能 | 下 | 内能→机械能 | 上 | ——
课堂小结答案
内燃机 | 外燃机 | 内燃机 | 外燃机 | 化学能 | 内能 | 机械能 | 热源 | 工质 | 工作容器 | 能量转化装置 | 提升功率因素 | 吸气 | 压缩 | 做功 | 排气 | 做功 | 太多 | 加固密封 | 划伤 | 对准
课堂练习答案
练习1：C
练习2：B
练习3：内；机械；C

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