人教版九年级物理 第十四章内能的利用第4节制作简易热机模型（教学设计）

人教版九年级物理 第十四章内能的利用
第4节 制作简易热机模型 （教学设计）
【课题】第4节 制作简易热机模型
【学习目标】
1.通过活动，熟悉简单热机的结构和原理。
2.通过活动，进一步加强对热机工作原理的理解。
3.通过实验，激发学生的学习兴趣和创新精神。
4.通过讨论和交流，培养学生合作的意识和运用知识分析解决问题的能力。
【学习重点】制作简易热机模型。
【学习难点】处理制作简易热机模型过程中遇到的问题。
【新课导入】一、项目提出：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，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。
【新课学习】制作简易热机模型
二、项目分析
1.热机的工作原理
如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间。
实验现象: 橡胶塞飞出；试管口有白雾产生。
实验结论: 气体膨胀对外做功，内能转化为机械能。
2.蒸汽机工作时，燃料燃烧使水变成水蒸气，水蒸气推动活塞运动产生动力。蒸汽机的燃烧室在汽缸外，属于外燃机。。
根据实验器材的特点和热机的工作原理，得出热源的选择、工作物质、热机工作过程中如何将内能转化为机械能的。
用酒精灯作为热源，工作物质是水蒸气，水蒸气膨胀推动塞子做功，将内能转化为机械能。
三、项目实施
制作简易汽轮机模型，用汽轮机模型驱动小风扇转动
制作方法：向易拉罐内部注入大约半罐水。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。将易拉罐如图所示放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶。
实验过程：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。
四、交流评估
1. 制作简易汽轮机模型时，选择用空易拉罐当缸体，这样做的优点：导热性好、材料易得、容易加工。
2.制作的简易汽轮机模型，其工作过程中哪些方面存在能量的损失：酒精燃烧不充分、酒精灯燃烧释放的能量部分散失到空气中、缸体发热等。
3. 制作的简易汽轮机模型，在哪些方面进行改进可以提高它的热机效率：对缸体进行隔热处理;喷管不要太长等。
4.部分制作成果展示
简易热机（“蒸汽船”）模型
将盛有一定量水的铜制容器安装在“船体”上, 用蜡烛对铜制容器底部加热,一段时间后会向右喷射蒸汽“, 蒸汽船”就向左行驶。
当铜管向右喷射蒸汽时，“蒸汽船”获得喷出的蒸汽对其向左的推力，蒸汽的推力推动蒸汽船做功，把内能转化为机械能。
【课堂练习】
【例题1】（2025年内蒙古中考题）如图，物理兴趣小组制作了一个简易汽轮机装置。在易拉罐中装入适量的水，用酒精灯加热，水沸腾后从管口喷出蒸汽使风车转动。简易汽轮机工作过程中【 】
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A. 酒精燃烧将内能转化为化学能
B. 水的内能增加的方式是热传递
C. 蒸汽被喷出后内能保持不变
D. 蒸汽的内能全部转化为风车的机械能
【答案】B
【解析】A．酒精燃烧是一种化学变化，酒精燃烧的过程中将化学能转化为内能；
B．加热过程中，易拉罐中的水吸收热量，内能增加温度升高，是通过热传递的方式增加水的内能；
C．蒸汽喷出过程中对风车做功，将水蒸气的一部分内能转化为机械能，水蒸气的内能减小；
D．因为有热量损失，所以蒸汽的内能不会全部转化为风车的机械能。
【例题2】（2025年山西中考题）跨学科实践
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__________________；
（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）
（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：_________________。
【答案】（1）内能 机械能 （2）是笔尖喷出的水蒸汽太少 （3）在易拉罐上半部分覆盖保温层
【解析】（1）酒精燃烧，将酒精内部储存的化学能转化为内能释放出来，通过热传递过程将内能转移给水和易拉罐，水吸收热量迅速的汽化，形成大量的水蒸气，水蒸气推动扇叶对扇叶做功，将水蒸气的内能转化为扇叶的机械能。
（2）在测试过程中，发现扇叶不转动，可能是笔尖喷出的水蒸汽太少。
（3）在易拉罐上半部分覆盖保温层，可以减少热量的损失，提高汽轮机的效率。
【课时知识总结】
热机工作过程中的能量转化
燃料的化学能 → 内能 → 机械能