資源簡介

(共23張PPT)
第四節 跨學科實踐:制作簡易熱機模型
新課導入
熱機在交通領域的核心地位：
熱機是燃油汽車、輪船、飛機等交通工具的“心臟”，為其提供強大動力，推動人類交通發展。
沒有熱機，現代交通將停滯不前，人們出行方式將退回到原始狀態，經濟交流也會受到極大限制。
1. 通過模型理解工作原理。（重點）
2. 深入探究能量轉化過程。（重點）
學習目標
知識點1　熱機分類與歷史
新知講解
第一輛汽車
最快的汽車
18世紀第一輛汽車問世時，它的速度只有數千米每小時，而目前最快的汽車速度已經超過了聲速。汽車是如何獲得機械能的呢？
知識點1　熱機分類與歷史
新知講解
熱機演變歷程
從外燃機到內燃機，再到現代噴氣發動機，熱機不斷發展。
每種熱機都有其獨特的結構和工作原理，適應不同的應用場景。
現代熱機的應用
現代熱機廣泛應用于汽車、飛機等領域，推動了社會的發展。
知識點1　熱機分類與歷史
新知講解
熱機分類標準
熱機按工作方式分為外燃機和內燃機，按燃料分為汽油機和柴油機。
不同分類標準反映了熱機在結構和性能上的差異。
知識點2 內燃機工作原理
新知講解
該實驗中，燃料燃燒時產生的熱量傳給水和水蒸氣；塞子受到水蒸氣的壓力而沖出去，水蒸氣的內能轉化為塞子的動能。
知識點2 內燃機工作原理
新知講解
內燃機：燃料直接在發動機汽缸內燃燒產生動力的熱機
一種內燃機的剖面圖
知識點2 內燃機工作原理
新知講解
內燃機的分類
分為汽油機和柴油機兩大類
使用柴油作為燃料的叫柴油機
使用汽油作為燃料的叫汽油機
知識點2 內燃機工作原理
新知講解
汽油機組成：
汽缸、火花塞、進氣門、排氣門、活塞、曲軸、連桿
知識點2 內燃機工作原理
新知講解
汽油機工作時，活塞在汽缸內做往復運動，從汽缸的一端運動到另一端的過程，叫作一個沖程。
汽油機一個工作循環有四個沖程：
吸氣沖程
壓縮沖程
做功沖程
排氣沖程
知識點3　模型制作詳解
新知講解
1：制作材料準備
空易拉罐、去芯中性筆管、小風扇、酒精燈、膠水等材料。
選擇合適的材料是制作成功的關鍵，確保材料的易得性和安全性。
知識點3　模型制作詳解
新知講解
2：制作步驟詳解
易拉罐注水、密封筆管、加熱產生蒸汽，推動風扇葉片旋轉。
向易拉罐內部注入大約半罐水。將筆的尖端朝外，另一端插入易拉罐內，用膠將罐的開口處密封，將易拉罐放置在支架上，筆的尖端對準小風扇的扇葉。點燃易拉罐下面的酒精燈，當有蒸汽噴出時，扇葉就轉動起來。
知識點3　模型制作詳解
新知講解
3：實驗現象
當點燃易拉罐下方的酒精燈加熱罐內的水時，會產生以下現象：
蒸汽噴出：易拉罐中的水受熱沸騰，汽化產生大量水蒸氣，蒸汽從插入罐體的中性筆尖（開口端）高速噴出。
動能轉化：噴出的蒸汽具有一定動能，直接沖擊對準筆尖的小風扇扇葉，使其迅速轉動。
能量轉化體現：蒸汽的熱能（內能）通過推動扇葉轉化為機械能（動能）。
知識點3　模型制作詳解
新知講解
4：安全與注意事項
酒精燈使用規范：
點燃酒精燈時禁止直接對罐體加熱，應保持距離罐底2-3cm均勻加熱。
禁止向點燃的酒精燈內添加酒精，需熄滅冷卻后再補充。
酒精燈熄滅時用燈帽蓋滅， 不可用嘴吹滅。
加熱與蒸汽防護：
注水量不超過易拉罐容積的1/2，避免沸騰時水溢出或蒸汽壓力過大。
加熱過程中禁止觸碰罐體、筆管或支架 （高溫燙傷風險）。
蒸汽噴出時勿直視噴口，避免高溫蒸汽灼傷眼睛或面部。
知識點3　模型制作詳解
新知講解
5：改進建議與創新
提出改進建議，如增加密封措施、優化結構等。
制作不同的熱機模型，激發創意。
例題1
人類最早發明的熱機是( )
A. 蒸汽機
B. 內燃機
C. 噴氣發動機
D. 火箭發動機
當堂練習
A
解析：
蒸汽機（A）是歷史上最早被發明并大規模應用的熱機。
內燃機 （B）：19世紀中后期（如奧托循環汽油機，1876年）。
噴氣發動機 （C）：20世紀（1937年首次成功試飛）。
火箭發動機 （D）：20世紀（現代液體燃料火箭，1926年）。
結論：蒸汽機是熱機發展的起點，早于其他類型的熱機。
當堂練習
例題2
關于四沖汽油機的工作沖程，下列說法正確的是( ）
A. 吸氣沖程：只吸入空氣
B. 壓縮沖程：缸內溫度降低
C. 做功沖程：氣體推動活塞做功
D. 排氣沖程：內能轉化為機械能
當堂練習
C
解析：
選項A：錯誤。四沖程汽油機在吸氣沖程中吸入的是空氣與汽油的混合氣體
選項B：錯誤。壓縮沖程中，活塞壓縮混合氣體，外界對氣體做功，導致氣體內能增加，溫度升高 。
選項C：正確。做功沖程中，火花塞點燃壓縮后的混合氣體，高溫高壓氣體膨脹， 推動活塞向下運動，將內能轉化為機械能。這是熱機唯一對外做功的沖程。
選項D：錯誤。排氣沖程中，活塞上行排出廢氣，此過程需要消耗飛輪的機械能（無能量轉化），而內能→機械能的轉化僅發生在做功沖程。
結論：只有選項C正確。
當堂練習
例題3
如圖所示的實驗，在橡膠塞受到水蒸氣的壓力而沖出的過程中，將內能轉化為機械能，這與四沖程柴油機工作的哪個沖程能量轉化相同( )
A. 吸氣沖程
B. 壓縮沖程
C. 做功沖程
D. 排氣沖程
當堂練習
　　
C　
解析：
實驗現象：
實驗中，水蒸氣壓力推動橡膠塞（或噴出蒸汽驅動扇葉）時，蒸汽的內能 （高溫高壓氣體的內能）轉化為機械能 （橡膠塞或扇葉的動能）。
實驗與柴油機做功沖程的能量轉化方向完全一致（內能→機械能）
故答案為C. 做功沖程
當堂練習
本課小結
制作簡易熱機模型
模型制作詳解
熱機分類與歷史
內燃機工作原理

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