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

關(guān)鍵詞：中學物理教學；自制外燃機；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，在第十屆全國大學生與研究生物理教學技能與培養(yǎng)經(jīng)驗交流會獲得“自制教具能手”稱號，研究方向：學科教學（物理）.

物理學科是一門以實驗為基礎(chǔ)的課程，不僅應(yīng)注重學科知識的傳授和技能的訓練，還應(yīng)該培養(yǎng)學生學習興趣、探究能力、創(chuàng)新意識，以形成其物理學科核心素養(yǎng).在物理教學中，往往是教師的驗證性的演示實驗，很難真正地調(diào)動學生學習的積極性，引發(fā)學習興趣.實際上，利用日常生活用品自制教具更能帶給學生樂趣，引發(fā)求知欲.本文介紹自制教具——外燃機.

一、實驗原理

外燃機屬于熱機中的一類，是通過氣體受熱膨脹、遇冷壓縮進而提供動力的裝置.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，然后流通到高溫熱腔中被迅速加熱，使活塞往復運動.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、實驗用具

酒精燈、置氣缸、動力缸、連通管、小木板、扇葉、微型電流表、小磁鐵、線圈等.

三、實驗步驟

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

（2）點燃酒精燈，并用外焰加熱，靜置1至2分鐘.

（3）輕輕撥動轉(zhuǎn)輪，使其開始工作.

（4）觀察實驗現(xiàn)象.

（5）實驗結(jié)束，要先熄滅酒精燈，再令轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動.

四、注意事項

（1）此教具的兩個氣缸都屬于玻璃制品，需輕拿輕放，避免其與質(zhì)地堅硬的物體發(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.實驗時，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)下長時間加熱.

（2）蒸汽在動力缸內(nèi)容易結(jié)露，而導致動力缸卡滯，處理辦法：輕度的結(jié)露可以拔掉動力缸端的連通管，用熱風機對著動力缸吹，同時撥動轉(zhuǎn)輪，反復幾次直到排出蒸汽；重度的結(jié)露就要拔出動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，組裝時檢查滑動阻力.

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

（4）實驗注意安全，規(guī)范操作.正確使用酒精燈.實驗在室內(nèi)，無風的環(huán)境中進行.實驗中不要碰觸置氣缸，以防燙傷，讓其自然冷卻.

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

五、教具特色

此教具補充了教科書對外燃機介紹較少的狀況，加深了學生對外燃機的認識與理解.針對九年級的學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扇轉(zhuǎn)動，引起學生發(fā)問置疑；然后，裝置轉(zhuǎn)至正面，向?qū)W生展示外燃機的結(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上冊第二章第一節(jié)熱機的教學.熱機包括外燃機和內(nèi)燃機兩種，此教具為外燃機.教科書上主要介紹蒸汽機.此實驗雖然簡單，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)化為機械能，并將機械能轉(zhuǎn)化為電能.實驗取材容易，物盡其用，操作性強，效果明顯.而且適合學生小組合作，共同制作.

參考文獻：

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