高中物理选修第一节 热机的发展和应用-教学建议

第一节热机的发展和应用教学建议l．热机的出现是人类能源利用史上一次重要的转折。在蒸汽机使用之前，人类对能源的利用主要是燃烧柴薪、煤炭等一次能源；有了蒸汽机，实现了热向机械能的转换，开始利用二次能源。教材从英国纺织业的机械化入手，介绍了瓦特在巴本、萨弗里、纽可门等人工作的基础上对蒸汽机所做的关键性改进，以及蒸汽机的广泛应用所带来的一系列技术上变化，归纳了这场工业革命引发的社会经济、政治等方面的变革。围绕着热机的发展与应用，来讨论能源的利用推动了社会的发展。本节教材的内容结构概括如下：2．教材先提出了问题：为什么在19世纪的前几十年，英国处于世界发展的领先地位，设置这个问题的目的，是为了突出以蒸汽机为代表的一系列技术发明实现了人类历史上第一次工业革命，并引发了社会的一系列变革。让学生带着这一问题学习这部分内容，有利于在了解蒸汽机的发展和应用的基础上，理解科学技术是第一生产力的思想。3．第一次工业革命发生在英国是有深刻的社会原因的。英国工业革命是资本主义工业化历程的起点。这场工业革命为什么出现在18世纪后半叶?为什么发生在英国?l7世纪后期，英国比较彻底地完成了资产阶级革命，确立了君主立宪政体。国家制定了一系列有利于工商业发展的法律；农村的资本主义迅速发展，贵族地主收回出租土地而集中改并成牧场的“圈地运动”使大批农民成为城市无产者，为工业发展提供了人力资源；早期商业资本家通过海外贸易和殖民地掠夺过程积累了大量的原始资本，他们中大多数向工业资本家转化；英国的煤和铁矿储量比较丰富，为工业革命提供了充足的原材料；英国的庞大殖民地和海上霸权创造了广阔的商品市场。这些因素综合在一起，使英国率先发生了工业革命。从技术的角度看，英国的工业革命是由棉纺织业的机械化推动的。教材分析了由于整个纺织业的机械化，引起了动力问题。蒸汽机就是在这样的背景下出现的。技术发明产生的背景，不仅对于学生了解热机本身，而且对于学生理解科学与技术、经济和社会的互动也是有帮助的。4．蒸汽机的发明与改进是本节的一个重点。围绕着蒸汽机的发明与改进，不仅技术本身的突破，而且它的发明与改进过程以及这一过程的一些特点，同样对学生也是有启发意义的。例如：曾经有材料把蒸汽机归结为瓦特的发明，传说是他看到壶盖被水蒸气推得起起落落而发明了蒸汽机。教材第76页的图片，就是依据这样的传说而画的。不过，教材安排这幅图，目的并不是介绍这个传说，而是结合蒸汽机发明与改进的历程，指出蒸汽机和其他人类的伟大发明一样，不是个人的天才创造，而是凝结着众多人的共同心血。另外，蒸汽机也不是一种纯工匠经验的产物，它的最初研制是根基于托里拆利、格里凯、惠更斯、波义耳、胡克等人的大气压力与真空等方面的基础研究；瓦特后来对纽可门蒸汽机的改进，是汲取了布莱克等人热学理论研究的成果。5．瓦特对蒸汽机的改进做出了关键性的突破，那就是在汽缸外加了一个冷凝器。这个关键性的突破是如何得来的呢?教师可以引导学生思考和讨论这个问题。为了便于学生思考和讨论，可以提出这样一些问题：纽可门等人的蒸汽机存在什么突出问题?瓦特是怎样弄清纽可门机效率低下的主要原因的?瓦特为什么能想到在汽缸外加一个冷凝器呢?等等。6．蒸汽机的应用和社会影响是本节的另一个重点。瓦特蒸汽机的革新成功，为英国的工业生产提供了动力机。1785年，在诺定昂郡就建立了英国第一座蒸汽纺织厂。采用蒸汽机作为动力机，使纺织厂打破了只能建在河谷地带的地理条件限制，使纺织业的发展进入了一个新时期。和许多重大技术发明一样，蒸汽机的实际应用也超出了人们的预料，而且引起了技术进步的连锁反应。教材指出以蒸汽机为先导，以机器制造业为关键，带动了采矿、冶金、化工、交通运输等行业的技术革命，表达的就是这个思想。教材主要介绍了蒸汽机的使用带动了机器制造业的发展，这成为近代工业的起点；而蒸汽机的直接应用产生了火车和轮船，交通运输业产生了翻天覆地的变化。可以结合一些科学史资料，让学生感受科学技术进步对社会发展的推动作用。7．蒸汽机实现了内能向机械能的转换，这种能源方式的变化所带来的社会变化是十分巨大的。正如恩格斯所说“17世纪和18世纪从事制造蒸汽机的人们，谁也没有料到．他们所创造的工具，比其他任何东西都更会使全世界的社会状况革命化……”(恩格斯《自然辩证法》，人民出版社，1975年，第18页)教材从产业结构、生产方式等方面做了一个简要的介绍，还可以让学生自己查找这方面的资料。8．为了克服蒸汽机的自身缺陷．发展出了内燃机。由于有了内燃机，人类社会