自制外燃機(jī)

摘 要：為促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的全面形成，突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性，利用生活中的常見材料自制教具已成為中學(xué)物理教學(xué)發(fā)展的新趨勢(shì).本文教具——外燃機(jī)，利用氣體受熱膨脹，遇冷壓縮的特點(diǎn)，提供動(dòng)力，產(chǎn)生機(jī)械能.充分地向?qū)W生說明了外燃機(jī)的原理及能量轉(zhuǎn)化與守恒的關(guān)系.

關(guān)鍵詞：中學(xué)物理教學(xué)；自制外燃機(jī)；能量轉(zhuǎn)化

作者簡介：宮慶萍（1994-），女，黑龍江人，碩士研究生在讀，在第十屆全國大學(xué)生與研究生物理教學(xué)技能與培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)獲得“自制教具能手”稱號(hào)，研究方向：學(xué)科教學(xué)（物理）.

物理學(xué)科是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的課程，不僅應(yīng)注重學(xué)科知識(shí)的傳授和技能的訓(xùn)練，還應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、探究能力、創(chuàng)新意識(shí)，以形成其物理學(xué)科核心素養(yǎng).在物理教學(xué)中，往往是教師的驗(yàn)證性的演示實(shí)驗(yàn)，很難真正地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，引發(fā)學(xué)習(xí)興趣.實(shí)際上，利用日常生活用品自制教具更能帶給學(xué)生樂趣，引發(fā)求知欲.本文介紹自制教具——外燃機(jī).

一、實(shí)驗(yàn)原理

外燃機(jī)屬于熱機(jī)中的一類，是通過氣體受熱膨脹、遇冷壓縮進(jìn)而提供動(dòng)力的裝置.如圖1所示，即在封閉的氣缸內(nèi)充有一定質(zhì)量的氣體，氣缸一端為熱腔，另一端為冷腔.氣體在低溫冷腔中壓縮，然后流通到高溫?zé)崆恢斜谎杆偌訜?，使活塞往?fù)運(yùn)動(dòng).燃料在氣缸外的燃燒室內(nèi)連續(xù)燃燒，通過加熱器傳給氣體，氣體不直接參與燃燒，也不更換.

二、實(shí)驗(yàn)用具

酒精燈、置氣缸、動(dòng)力缸、連通管、小木板、扇葉、微型電流表、小磁鐵、線圈等.

三、實(shí)驗(yàn)步驟

（1）檢查置氣缸內(nèi)氣體是否密封；輕輕撥動(dòng)轉(zhuǎn)輪，觀察置氣缸內(nèi)活塞是否頂缸.

（2）點(diǎn)燃酒精燈，并用外焰加熱，靜置1至2分鐘.

（3）輕輕撥動(dòng)轉(zhuǎn)輪，使其開始工作.

（4）觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束，要先熄滅酒精燈，再令轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng).

四、注意事項(xiàng)

（1）此教具的兩個(gè)氣缸都屬于玻璃制品，需輕拿輕放，避免其與質(zhì)地堅(jiān)硬的物體發(fā)生碰撞.在加熱過程中避免水滴在置氣缸上，以防驟冷爆裂.實(shí)驗(yàn)時(shí)，人員不可離開，轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)要拿離火源，不能在久停的狀態(tài)下長時(shí)間加熱.

（2）蒸汽在動(dòng)力缸內(nèi)容易結(jié)露，而導(dǎo)致動(dòng)力缸卡滯，處理辦法：輕度的結(jié)露可以拔掉動(dòng)力缸端的連通管，用熱風(fēng)機(jī)對(duì)著動(dòng)力缸吹，同時(shí)撥動(dòng)轉(zhuǎn)輪，反復(fù)幾次直到排出蒸汽；重度的結(jié)露就要拔出動(dòng)力缸的活塞并用干凈的布把活塞和缸體內(nèi)的水蒸氣擦干，組裝時(shí)檢查滑動(dòng)阻力.

（3）為使置氣缸中的水蒸氣排出系統(tǒng)，可在實(shí)驗(yàn)前拔下置氣缸一端的連通管，把置氣缸對(duì)著火源加熱，直到置氣缸里的蒸汽逐漸消散后再插上連通管.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后也可以拔掉動(dòng)力缸內(nèi)的連通管，使少量的蒸汽自然散發(fā).

（4）實(shí)驗(yàn)注意安全，規(guī)范操作.正確使用酒精燈.實(shí)驗(yàn)在室內(nèi)，無風(fēng)的環(huán)境中進(jìn)行.實(shí)驗(yàn)中不要碰觸置氣缸，以防燙傷，讓其自然冷卻.

（5）夏天氣溫高將導(dǎo)致置氣缸冷端的溫度也相對(duì)較高，置氣缸的溫差小會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力不足，需要注意置氣缸的散熱.

五、教具特色

此教具補(bǔ)充了教科書對(duì)外燃機(jī)介紹較少的狀況，加深了學(xué)生對(duì)外燃機(jī)的認(rèn)識(shí)與理解.針對(duì)九年級(jí)的學(xué)生還是以形象思維為主，用簡單的材料、簡易的拼裝，就說明了外燃機(jī)的原理，及能量轉(zhuǎn)化過程.本教具創(chuàng)新之處，通過教具背面的小風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，引起學(xué)生發(fā)問置疑；然后，裝置轉(zhuǎn)至正面，向?qū)W生展示外燃機(jī)的結(jié)構(gòu)并說明工作原理.如圖2所示.

六、小結(jié)

本教具主要應(yīng)用于人教版初中物理九年級(jí)上冊(cè)第二章第一節(jié)熱機(jī)的教學(xué).熱機(jī)包括外燃機(jī)和內(nèi)燃機(jī)兩種，此教具為外燃機(jī).教科書上主要介紹蒸汽機(jī).此實(shí)驗(yàn)雖然簡單，但卻體現(xiàn)著能量轉(zhuǎn)化的基本過程.通過燃料燃燒獲取內(nèi)能并轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能.實(shí)驗(yàn)取材容易，物盡其用，操作性強(qiáng)，效果明顯.而且適合學(xué)生小組合作，共同制作.

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣曉涵，吳偉.自制教具在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用——電磁驅(qū)動(dòng)[J].物理教師，2016，37（11）：09.