自制外燃机

摘 要：为促进学生物理核心素养的全面形成，突出实验教学的重要性，利用生活中的常见材料自制教具已成为中学物理教学发展的新趋势.本文教具——外燃机，利用气体受热膨胀，遇冷压缩的特点，提供动力，产生机械能.充分地向学生说明了外燃机的原理及能量转化与守恒的关系.

关键词：中学物理教学；自制外燃机；能量转化

作者简介：宫庆萍（1994-），女，黑龙江人，硕士研究生在读，在第十届全国大学生与研究生物理教学技能与培养经验交流会获得“自制教具能手”称号，研究方向：学科教学（物理）.

物理学科是一门以实验为基础的课程，不仅应注重学科知识的传授和技能的训练，还应该培养学生学习兴趣、探究能力、创新意识，以形成其物理学科核心素养.在物理教学中，往往是教师的验证性的演示实验，很难真正地调动学生学习的积极性，引发学习兴趣.实际上，利用日常生活用品自制教具更能带给学生乐趣，引发求知欲.本文介绍自制教具——外燃机.

一、实验原理

外燃机属于热机中的一类，是通过气体受热膨胀、遇冷压缩进而提供动力的装置.如图1所示，即在封闭的气缸内充有一定质量的气体，气缸一端为热腔，另一端为冷腔.气体在低温冷腔中压缩，然后流通到高温热腔中被迅速加热，使活塞往复运动.燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给气体，气体不直接参与燃烧，也不更换.

二、实验用具

酒精灯、置气缸、动力缸、连通管、小木板、扇叶、微型电流表、小磁铁、线圈等.

三、实验步骤

（1）检查置气缸内气体是否密封；轻轻拨动转轮，观察置气缸内活塞是否顶缸.

（2）点燃酒精灯，并用外焰加热，静置1至2分钟.

（3）轻轻拨动转轮，使其开始工作.

（4）观察实验现象.

（5）实验结束，要先熄灭酒精灯，再令转子停止转动.

四、注意事项

（1）此教具的两个气缸都属于玻璃制品，需轻拿轻放，避免其与质地坚硬的物体发生碰撞.在加热过程中避免水滴在置气缸上，以防骤冷爆裂.实验时，人员不可离开，转子停转要拿离火源，不能在久停的状态下长时间加热.

（2）蒸汽在动力缸内容易结露，而导致动力缸卡滞，处理办法：轻度的结露可以拔掉动力缸端的连通管，用热风机对着动力缸吹，同时拨动转轮，反复几次直到排出蒸汽；重度的结露就要拔出动力缸的活塞并用干净的布把活塞和缸体内的水蒸气擦干，组装时检查滑动阻力.

（3）为使置气缸中的水蒸气排出系统，可在实验前拔下置气缸一端的连通管，把置气缸对着火源加热，直到置气缸里的蒸汽逐渐消散后再插上连通管.实验结束后也可以拔掉动力缸内的连通管，使少量的蒸汽自然散发.

（4）实验注意安全，规范操作.正确使用酒精灯.实验在室内，无风的环境中进行.实验中不要碰触置气缸，以防烫伤，让其自然冷却.

（5）夏天气温高将导致置气缸冷端的温度也相对较高，置气缸的温差小会导致动力不足，需要注意置气缸的散热.

五、教具特色

此教具补充了教科书对外燃机介绍较少的状况，加深了学生对外燃机的认识与理解.针对九年级的学生还是以形象思维为主，用简单的材料、简易的拼装，就说明了外燃机的原理，及能量转化过程.本教具创新之处，通过教具背面的小风扇转动，引起学生发问置疑；然后，装置转至正面，向学生展示外燃机的结构并说明工作原理.如图2所示.

六、小结

本教具主要应用于人教版初中物理九年级上册第二章第一节热机的教学.热机包括外燃机和内燃机两种，此教具为外燃机.教科书上主要介绍蒸汽机.此实验虽然简单，但却体现着能量转化的基本过程.通过燃料燃烧获取内能并转化为机械能，并将机械能转化为电能.实验取材容易，物尽其用，操作性强，效果明显.而且适合学生小组合作，共同制作.

参考文献：

[1]蒋晓涵，吴伟.自制教具在中學物理教学中的应用——电磁驱动[J].物理教师，2016，37（11）：09.