项目提出
走马灯,这一富有中国传统文化特色的民间艺术品,承载着深厚的历史底蕴,常用作庆祝节日的装饰品,寓意着团圆、美满与幸福。“走马灯”之名,源自其独特的旋转机制。其下部有燃烛或灯,点燃后,灯内的热气上升带动叶轮旋转,使得灯上的剪纸或图案随之转动,宛如骏马奔腾,因此得名“走马灯”,这正是现代热机工作原理的原始应用。本节我们自己动手设计和制作一个简易走马灯。
项目分析
要制作简易的走马灯,你需要完成以下任务：
1. 了解走马灯的结构和工作原理；
2. 设计一个简易走马灯；
3. 选择材料,完成制作。
项目实施
1. 查询资料,了解走马灯的工作原理及其常见结构。
在一个方形或圆形的纸灯笼中,插入一根铁丝作为立轴,轴上方装一个叶轮,用热源加热空气产生气流,并以气流推动叶轮旋转,按此原理制造的灯就是走马灯。
2. 设计与选材。
(1) 纸灯笼：用纸杯充当纸灯笼,取材方便。
(2) 叶轮：在纸杯的上方或侧面均匀做多个切口,作为叶轮。
(3) 转轴：可用一根竹签或铁丝充当简易转轴。
(4) 热源：利用点燃的蜡烛加热空气,产生气流,推动叶轮转动。
(5) 材料准备：剪刀、胶带、竹签或铁丝(约 20 cm)、纸杯 2 个、小段蜡烛、点火仪。
3. 制作。
(1) 制作叶轮：如图甲所示,在纸杯的侧面对称画 4～8 个“L”形折线,用剪刀沿“L”剪开,并朝斜边翻折,形成多片扇叶型叶轮。
(2) 制作底座：如图乙所示,在纸杯的侧面对称开两个梯形或方形的洞,杯底用于放置蜡烛。
(3) 组装：
a. 将竹签或铁丝用胶带固定在蜡烛侧面；
b. 将带有竹签或铁丝的蜡烛置于纸杯底座上；
c. 将纸杯制作的叶轮撑在竹签的上方,使竹签顶住上方纸杯的中心；
d. 可以根据自己的需求用彩笔或彩纸修饰自己制作的走马灯(如图丙所示)。
(4) 点火并调试自制走马灯：点燃蜡烛,观察走马灯工作情况。
提示：在制作过程中,小心使用剪刀、竹签(铁丝)等锐利工具,以免受伤。

展示交流
1. 向全班同学展示自己制作的走马灯的工作情况,对制作中遇到的困难及如何克服困难进行简要说明。
2. 对自制走马灯整个成品的美观性和工作情况进行自我评价,提出进一步的改进意见。
3. 对他人作品从优点及改进建议两方面进行点评交流。

走马灯的工作原理是利用热空气上升推动叶轮旋转，能量转化为化学能→内能→机械能。

走马灯的工作原理如下：
点燃蜡烛后，蜡烛燃烧将化学能转化为内能，释放热量使灯内空气温度升高。根据热胀冷缩原理，空气受热膨胀，质量不变时体积增大，由密度公式$\rho=\frac{m}{V}$可知，空气密度变小。密度小的热空气会向上运动，形成上升气流。上升的气流对叶轮产生推力，推动叶轮绕转轴旋转，叶轮转动带动纸灯笼上的图案随之转动，从而实现走马灯“走马”的效果。
能量转化过程：蜡烛的化学能→空气的内能→叶轮的机械能。