第4节 跨学科实践：制作简易热机模型
热机是人们获得动力的重要机械，在人类的发展中，其发明和使用大幅提升了生产速度与规模，大大提高了生产效率，并催生了火车、汽车、轮船等交通工具，极大地“缩短”了地理距离，促进了交通运输的发展，使手工业转向机械化生产，推动了工业革命，促进了材料科学、热力学等学科进步，推动了社会整体技术水平的提升。下面我们运用已学知识来做一个简易热机模型。
活动1:认识原理
热机分为内燃机和外燃机。汽油机属于内燃机，工作物质是气缸内的空气和汽油的混合物，利用汽油在气缸内燃烧生成的高温高压气体推动活塞做功，实现内能到机械能的转化。蒸汽机工作时，燃料燃烧加热水使之变成水蒸气，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，蒸汽机的工作物质是水蒸气。
活动2:设计简易热机模型
制作外燃机比制作内燃机要安全，材料相对易得，设计外燃机模型的思路如下。
|序号|关键问题|设计思路|
|----|----|----|
|1|用什么作热源|酒精灯(或者蜡烛)|
|2|工作物质是什么|水蒸气(或者空气)|
|3|用什么承装工作物质|铝合金的易拉罐(或者塑料瓶)|
|4|如何将内能转化成机械能|将水加热成水蒸气，水蒸气对扇叶做功，扇叶转动，水蒸气的内能转化为扇叶的机械能|
|5|……|……|
活动3:制作简易热机模型
|材料|空易拉罐、铁丝、酒精灯、火柴、水、小风扇、去掉笔芯和尾塞的中性笔等|
|----|----|
|制作步骤|1.用铁丝做一个易拉罐的支架。
2.向易拉罐内部注入大约半罐水。
3.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。
4.将易拉罐放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶。
5.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|
|图示|简易热机模型图|
活动4:迁移运用
在制作简易热机模型的活动中，小星和小慧两位同学分别制作了自己的热机模型，并进行了相关研究。

(1)图甲是小星设计的汽轮机模型。小星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与四冲程汽油机的冲程的能量转化情况相同。
②加热过程中，易拉罐中的水的温度升高，这是通过的方式改变水的内能的。
③小星在测试时发现，加热一段时间后，扇叶才开始转动，这是因为。进行调整后再次测试，发现风扇转动得很慢。小星与同学交流后认为，这是蒸汽喷射时的速度较小造成的。以下两种解决方案中可行的是（填选项字母）。
A.更换一个尖端更细的中性笔
B.增加加热时间
(2)图乙是小慧制作的内燃机模型。用喷雾器往塑料瓶内喷入适量酒精，启动电子打火机点燃酒精，活塞瞬间冲出。这个热机模型中，工作物质是，电子打火机相当于汽油机的。

(1)① 做功
(1)② 热传递
(1)③ 水的质量较大，将水加热至沸腾需要的时间较长
(1) 选 A
(2) 酒精和空气的混合物
(2) 火花塞