人教版（2024）九年级全册（2024）第4节 跨学科实践：制作简易热机模型评优课ppt课件

这是一份人教版（2024）九年级全册（2024）第4节 跨学科实践：制作简易热机模型评优课ppt课件，共28页。PPT课件主要包含了项目提出，燃油汽车中的汽油机，大型轮船使用的汽轮机，飞机使用的喷气发动机，坦克使用的柴油机，项目分析，工作方式，外燃机，内燃机，汽油机等内容，欢迎下载使用。
3.在模型制作中发现并提出如密封性、效率等关键问题；针对问题自主设计解决方案，规划步骤、选材料和工具；
热机是人们获得动力的重要机械，热机在生产生活中应用十分广泛
18世纪第一辆汽车，其速度只有数千米每小时
当前速度最快的汽车速度已经超过了声速
世界上第一台蒸汽机：古希腊时期的汽转球
纽可门蒸汽机（效率非常低，用于煤矿排水）
今天我们将重温科学家的发明过程，本节课我们也来设计制作简易热机模型。
18世纪，瓦特成功改良了蒸汽机，还推动了多个行业的变革，开启了蒸汽时代。
1.热机的种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
从外燃机到内燃机，再到现代喷气发动机，热机不断发展。每种热机都有其独特的结构和工作原理，适应不同的应用场景。
不同分类标准反映了热机在结构和性能上的差异。
3.不同热机的工作原理
①内燃机：以汽油机为例，它的热源是在气缸内的空气和汽油混合物。②外燃机：以蒸汽机为例，其热源在气缸外，燃料燃烧使水变成水蒸气，水蒸气推动活塞运动产生动力，蒸汽机的工作物质是水蒸气。
通常而言，制作采用燃烧燃料加热水产生蒸汽来做功的外燃机，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。
我们要制作一台热机模型，需要考虑哪些问题？
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？5.如何使获得更多的机械能？
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，然后使细管口对着汽轮机，推动汽轮机转动。
容器的容器要大一些，热源的热值也要大一些等。
一个空易拉罐，一个去掉笔芯的中性笔，一台小风扇，酒精灯或蜡烛，密封胶，铁丝等。
将水蒸气导出吹到小风扇上
（1）气缸：用小刀在易拉罐侧壁上开一个比中性笔笔杆略粗的孔，将笔杆截成两段，带笔尖的一段插在易拉罐罐口处，尖端朝外，带尾塞的一段插在侧壁的孔中，尾塞朝外，用橡皮泥将笔杆固定并将开口处密封。
(２)叶片：可直接使用一台小风扇的扇叶，或利用用完的卫生纸纸筒和硬纸板制作。
(３)组装：通过侧壁的笔杆向易拉罐内部注入大约半罐水，旋紧尾塞。将易拉罐放置在用铁丝弯折成的支架上，笔的尖端对准叶片。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。
点燃酒精灯时禁止直接对罐体加热，应保持距离罐底2-3cm均匀加热。禁止向点燃的酒精灯内添加酒精，需熄灭冷却后再补充。酒精灯熄灭时用灯帽盖灭，不可用嘴吹灭。
注水量不超过易拉罐容积的1/2，避免沸腾时水溢出或蒸汽压力过大。加热过程中禁止触碰罐体、笔管或支架（高温烫伤风险）。蒸汽喷出时勿直视喷口，避免高温蒸汽灼伤眼睛或面部。
视频 制作简易热机模型
当点燃易拉罐下方的酒精灯加热罐内的水时，会产生以下现象：
蒸汽喷出：易拉罐中的水受热沸腾，汽化产生大量水蒸气，蒸汽从插入罐体的中性笔尖（开口端）高速喷出。
能量转化体现：蒸汽的热能（内能）通过推动扇叶转化为机械能（动能）。
动能转化：喷出的蒸汽具有一定动能，直接冲击对准笔尖的小风扇扇叶，使其迅速转动。
1.各小组展示交流制作的热机模型，看哪一个小组设计的作品运行更加流畅，制作精细，更有创意。2.展示交流制作过程中遇到的困难，是怎样处理的？还可以怎样优化设计。3.你们小组制作简易热机的缺点是怎样的？如何提高热机效率?
随着科技发展，热机成为人们获得动力的重要机械，汽车走入寻常百姓家。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及其工作过程中的能量转化。
1.热源的选择：燃料燃烧后加热水产生水蒸气，通常实验室用________作为热源。
2.工作物质的选择与获取：用可以密封的易拉罐加热水，类比家用高压锅，开小孔后蒸汽喷出，可以推动高压阀运动，此时工作物质是______；实现____能转化为______能。
3.内能转化装置的设计（1）小荣同学利用小风车作为机械能输出装置，制作纸风车的步骤如下：
（2）纸风车制作完成后，小荣设计了,如图所示的模型方案，其中蒸汽对着风车吹动，存在的不安全因素是________________，改进方法是_______________________，蒸汽烫伤比开水烫伤还要严重，原因是__________________。
蒸汽可能烫伤手
将风车固定在铁架台上
4.实验器材空易拉罐、剪刀、一支去掉笔芯和尾塞的中性笔、水、密封胶、一小块泡沫、一台小风扇、一个酒精灯，一个支架。
5.实验步骤（1）在易拉罐的底部开一小孔，将笔的尖端朝外，另一端插入易拉罐内，如图所示。（操作过程中要注意安全）（2）在易拉罐内加入大约半罐水。（3）用一小块泡沫和密封胶，将易拉罐的口封住。将易拉罐平放在支架上。
（4）将风扇放在操作台上，中性笔的尖端正对小风扇的扇叶，点燃酒精灯加热易拉罐，观察到水沸腾后有“白气”喷出，风扇转动，同时扇叶温度升高，是通过________方式改变内能的。
6.优化热机结构小组同学们在测试过程中，发现扇叶不转动，经过小组观察讨论，认为出现这种现象的原因可能是易拉罐上半部分热量散失严重导致的，为了减少热量散失，提高易拉罐的保温性能可采取的具体措施是____________________________。（答出一条即可）
在易拉罐上半部分覆盖保温层
7.选择保温性能好的材料 查阅资料后，小组同学发现陶瓷纤维毯和石棉毯具有良好的保温性能同时具备耐火性，
该小组选取了①陶瓷纤维毯和②石棉毯，两根相同的温度计，两个相同的大玻璃烧杯，钟表和热水，以及细线、硬纸片、
剪刀。他们做了两个相同的硬纸外壳，把盛有热水的两个大玻璃烧杯放入硬纸盒中，在夹层中装满不同保温材料，装置如图甲所示，然后将该装置放在同一环境下自然冷却。根据实验测得的数据绘制了图乙所示“水温与时间关系”的图像。#1.1
（1）在这个实验中还需要控制什么条件相同：__________________________________。（写出两个即可）
热水的质量、初温相同（合理即可）
（2）小组同学是采用了“___________________________________”的方法来比较两种材料的保温性能的，你还可以采用
相同的时间内，比较水温降低的多少
使相同质量的水降低相同的温度，比较所用时间
“____________________________________________” 的方法来比较两种材料的保温性能。根据图乙可知，在这两种材料中，保温效果比较好的是_____________。