人教版物理九年级上册 第十四章 第4节 跨学科实践：制作简易热机模型 课件+教案+习题（原卷版+解析版）

14.4 跨学科实践：制作简易热机模型东风4D型内燃机车（DF4D），是中国铁路使用的一款内燃机车。是客、货运用交—直流电传动内燃机车。项目提出热机是人们获得动力的重要机械，例如燃油汽车中的汽油机、大型轮船使用的柴油机或汽油机、有些飞机使用的喷气发动机等。热机在生产生活中非常重要，如果我们能尝试制作一个热机模型，就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，热机中各部分是如何协调工作的。请同学们在学过的热机知识基础上，进一步查找相关资料，了解不同热机的工作原理，制作一个简易热机模型。项目分析热机按工质接受燃料释放能量的方式分为内燃机和外燃机。内燃机——燃料在发动机气缸内燃烧外燃机——燃料在发动机气缸外燃烧项目分析认识内燃机以汽油机为例，从以下三个角度分析内燃机的信息：热源：工作物质：内能转化为机械能的途径：汽油燃烧的化学能汽油与空气的混合气活塞压缩气体，使气体内能增大，火花塞点火后气体迅速爆燃，推动活塞，将气体的内能转化为机械能。项目分析认识外燃机以蒸汽机为例，从以下三个角度分析外燃机的信息：热源：工作物质：内能转化为机械能的途径：燃料燃烧的化学能水蒸气锅炉内的水吸热沸腾并汽化成水蒸气，水蒸气经管道进入汽缸，通过滑阀控制交替进入活塞两侧，推动活塞往复运动，将内能转化为机械能。项目分析要完成热机模型的制作，需要考虑下面一些主要问题。用什么作热源？对热机模型的设计在选择热源时，我们要注意选取的燃料在生活中易于获得与储存安全。项目分析对热机模型的设计要完成热机模型的制作，需要考虑下面一些主要问题。工作物质是什么？若选择设计的模型为外燃机，则工作物质为水蒸气若选择设计的模型为内燃机，则工作物质为燃料与空气混合物项目分析对热机模型的设计要完成热机模型的制作，需要考虑下面一些主要问题。如何将内能转化成机械能？加热气体，气体温度升高，体积膨胀，气体即可推动风扇旋转或活塞运动。项目实施请根据自己的设计，制作一个简易的热机模型。下面展示的是一个简易的汽轮机模型，供参考。项目实施制作材料：一个空易拉罐，一支去掉笔芯和尾塞的中性笔，一台小风扇，一个酒精灯。项目实施【制作步骤】1. 向易拉罐内部注入约大半罐水；2. 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；项目实施【制作步骤】3. 将易拉罐放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶；项目实施【制作步骤】4. 点燃易拉罐下面的酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶就可以转动起来。项目实施【制作参考】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、运行流畅，更有创意。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，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。展示交流模型气密性的改进：使用橡皮泥进行封堵时可能会出现密封不严的情况，导致沸腾的蒸汽除通过导管喷出使小风扇旋转外还通过缝隙溢出，减小了气流的实际推力。可以通过改变密封材料、使用胶水对封堵处的封堵进行加固等方式改进装置的气密性。展示交流模型其他零件的改进：选用导热性更好的材料制成的储存水的工具；在易拉罐上加盖保温层；固定风扇时选择更稳定的固定方法；在风扇下方加装固定装置；调试风扇合适的固定位置，以期达到最佳转动速度;…… C2. 制作简易汽轮机模型热机对人类文明发展起着重要的推动作用。同学们成立了制作简易汽轮机模型的项目团队，制定了“项目提出——项目分析——项目实施——展示交流”的学习流程，研究了热机原理，收集材料组装了如图所示的汽轮机模型。实验时向易拉罐内部注入大约半罐水，将去掉笔芯和尾塞的中性笔的尾端插入易拉罐内，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。(1)汽轮机模型工作过程的能量转化情况为：化学能→________ →________ ；内能机械能2. 制作简易汽轮机模型热机对人类文明发展起着重要的推动作用。同学们成立了制作简易汽轮机模型的项目团队，制定了“项目提出——项目分析——项目实施——展示交流”的学习流程，研究了热机原理，收集材料组装了如图所示的汽轮机模型。实验时向易拉罐内部注入大约半罐水，将去掉笔芯和尾塞的中性笔的尾端插入易拉罐内，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。(2)某团队的同学们在测试过程中，发现扇叶不转动，出现这种现象的原因可能 ；（答出一条即可）水蒸气的内能太小；笔尖喷出的蒸汽太少2. 制作简易汽轮机模型热机对人类文明发展起着重要的推动作用。同学们成立了制作简易汽轮机模型的项目团队，制定了“项目提出——项目分析——项目实施——展示交流”的学习流程，研究了热机原理，收集材料组装了如图所示的汽轮机模型。实验时向易拉罐内部注入大约半罐水，将去掉笔芯和尾塞的中性笔的尾端插入易拉罐内，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。(3)热机发展史也是一部热机效率提高史，在展示交流环节，对如何提高简易汽轮机效率，同学们进行了激烈讨论。请你依照“结构决定功能”的观念，从结构的角度思考，帮助他们提出一个可行性措施：____________________________________________________________。在易拉罐上半部分覆盖保温层，可以减少热量的损失，提高汽轮机效率。3. 空气的动力空气动力是指空气与物体做相对运动时作用在物体上的力，简称气动力。当我们快速地松开鼓起来的气球时，气球会“嗖”的一下飞出去，这时气球获得了气动力。经过长时间探索，人们已经成功制造出多种使用压缩空气为动力，推动叶片或者活塞运动的发动机，即叶片式、活塞式空气发动机。如图，这是某新型以空气发动机为动力的汽车。它共有4个压缩空气缸，总容量为90L。可储存标准大气压下90m3的空气，其设计最高速度可达154km/h，平均每加一次气能行驶200km或10h。由于空气发动机不直接使用燃料，因而具有体积小、结构简单、维修成本低、操控方便、“零”排放的优点。即使因为技术不成熟导致某些缺点，在科学界引起不小的争议但这项技术仍然具有广阔的发展空间。（1）气动力的获得利用的物理原理是 　 　 ；（2）空气发动机是利用　 　能做功的，空气发动机获得动力时与四冲程内燃机的 　 　 冲程工作过程相似；（3）压缩空气动力汽车与汽油机相比优点是 __________________________________________________________（写出一点即可）。物体间力的作用是相互的内做功由于它不直接使用燃料，因此具有“零排放”的特点，对环境无污染模型气密性的改进方法认识外燃机认识内燃机材料的准备与选择制作步骤模型其他零件的改进方法制作简易热机模型工作原理简易热机模型的制作展示与交流