高中物理選修第一節(jié) 熱機的發(fā)展和應(yīng)用-教學(xué)建議

第一節(jié)熱機的發(fā)展和應(yīng)用教學(xué)建議l．熱機的出現(xiàn)是人類能源利用史上一次重要的轉(zhuǎn)折。在蒸汽機使用之前，人類對能源的利用主要是燃燒柴薪、煤炭等一次能源；有了蒸汽機，實現(xiàn)了熱向機械能的轉(zhuǎn)換，開始利用二次能源。教材從英國紡織業(yè)的機械化入手，介紹了瓦特在巴本、薩弗里、紐可門等人工作的基礎(chǔ)上對蒸汽機所做的關(guān)鍵性改進，以及蒸汽機的廣泛應(yīng)用所帶來的一系列技術(shù)上變化，歸納了這場工業(yè)革命引發(fā)的社會經(jīng)濟、政治等方面的變革。圍繞著熱機的發(fā)展與應(yīng)用，來討論能源的利用推動了社會的發(fā)展。本節(jié)教材的內(nèi)容結(jié)構(gòu)概括如下：2．教材先提出了問題：為什么在19世紀的前幾十年，英國處于世界發(fā)展的領(lǐng)先地位，設(shè)置這個問題的目的，是為了突出以蒸汽機為代表的一系列技術(shù)發(fā)明實現(xiàn)了人類歷史上第一次工業(yè)革命，并引發(fā)了社會的一系列變革。讓學(xué)生帶著這一問題學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容，有利于在了解蒸汽機的發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，理解科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力的思想。3．第一次工業(yè)革命發(fā)生在英國是有深刻的社會原因的。英國工業(yè)革命是資本主義工業(yè)化歷程的起點。這場工業(yè)革命為什么出現(xiàn)在18世紀后半葉?為什么發(fā)生在英國?l7世紀后期，英國比較徹底地完成了資產(chǎn)階級革命，確立了君主立憲政體。國家制定了一系列有利于工商業(yè)發(fā)展的法律；農(nóng)村的資本主義迅速發(fā)展，貴族地主收回出租土地而集中改并成牧場的“圈地運動”使大批農(nóng)民成為城市無產(chǎn)者，為工業(yè)發(fā)展提供了人力資源；早期商業(yè)資本家通過海外貿(mào)易和殖民地掠奪過程積累了大量的原始資本，他們中大多數(shù)向工業(yè)資本家轉(zhuǎn)化；英國的煤和鐵礦儲量比較豐富，為工業(yè)革命提供了充足的原材料；英國的龐大殖民地和海上霸權(quán)創(chuàng)造了廣闊的商品市場。這些因素綜合在一起，使英國率先發(fā)生了工業(yè)革命。從技術(shù)的角度看，英國的工業(yè)革命是由棉紡織業(yè)的機械化推動的。教材分析了由于整個紡織業(yè)的機械化，引起了動力問題。蒸汽機就是在這樣的背景下出現(xiàn)的。技術(shù)發(fā)明產(chǎn)生的背景，不僅對于學(xué)生了解熱機本身，而且對于學(xué)生理解科學(xué)與技術(shù)、經(jīng)濟和社會的互動也是有幫助的。4．蒸汽機的發(fā)明與改進是本節(jié)的一個重點。圍繞著蒸汽機的發(fā)明與改進，不僅技術(shù)本身的突破，而且它的發(fā)明與改進過程以及這一過程的一些特點，同樣對學(xué)生也是有啟發(fā)意義的。例如：曾經(jīng)有材料把蒸汽機歸結(jié)為瓦特的發(fā)明，傳說是他看到壺蓋被水蒸氣推得起起落落而發(fā)明了蒸汽機。教材第76頁的圖片，就是依據(jù)這樣的傳說而畫的。不過，教材安排這幅圖，目的并不是介紹這個傳說，而是結(jié)合蒸汽機發(fā)明與改進的歷程，指出蒸汽機和其他人類的偉大發(fā)明一樣，不是個人的天才創(chuàng)造，而是凝結(jié)著眾多人的共同心血。另外，蒸汽機也不是一種純工匠經(jīng)驗的產(chǎn)物，它的最初研制是根基于托里拆利、格里凱、惠更斯、波義耳、胡克等人的大氣壓力與真空等方面的基礎(chǔ)研究；瓦特后來對紐可門蒸汽機的改進，是汲取了布萊克等人熱學(xué)理論研究的成果。5．瓦特對蒸汽機的改進做出了關(guān)鍵性的突破，那就是在汽缸外加了一個冷凝器。這個關(guān)鍵性的突破是如何得來的呢?教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考和討論這個問題。為了便于學(xué)生思考和討論，可以提出這樣一些問題：紐可門等人的蒸汽機存在什么突出問題?瓦特是怎樣弄清紐可門機效率低下的主要原因的?瓦特為什么能想到在汽缸外加一個冷凝器呢?等等。6．蒸汽機的應(yīng)用和社會影響是本節(jié)的另一個重點。瓦特蒸汽機的革新成功，為英國的工業(yè)生產(chǎn)提供了動力機。1785年，在諾定昂郡就建立了英國第一座蒸汽紡織廠。采用蒸汽機作為動力機，使紡織廠打破了只能建在河谷地帶的地理條件限制，使紡織業(yè)的發(fā)展進入了一個新時期。和許多重大技術(shù)發(fā)明一樣，蒸汽機的實際應(yīng)用也超出了人們的預(yù)料，而且引起了技術(shù)進步的連鎖反應(yīng)。教材指出以蒸汽機為先導(dǎo)，以機器制造業(yè)為關(guān)鍵，帶動了采礦、冶金、化工、交通運輸?shù)刃袠I(yè)的技術(shù)革命，表達的就是這個思想。教材主要介紹了蒸汽機的使用帶動了機器制造業(yè)的發(fā)展，這成為近代工業(yè)的起點；而蒸汽機的直接應(yīng)用產(chǎn)生了火車和輪船，交通運輸業(yè)產(chǎn)生了翻天覆地的變化。可以結(jié)合一些科學(xué)史資料，讓學(xué)生感受科學(xué)技術(shù)進步對社會發(fā)展的推動作用。7．蒸汽機實現(xiàn)了內(nèi)能向機械能的轉(zhuǎn)換，這種能源方式的變化所帶來的社會變化是十分巨大的。正如恩格斯所說“17世紀和18世紀從事制造蒸汽機的人們，誰也沒有料到．他們所創(chuàng)造的工具，比其他任何東西都更會使全世界的社會狀況革命化……”(恩格斯《自然辯證法》，人民出版社，1975年，第18頁)教材從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式等方面做了一個簡要的介紹，還可以讓學(xué)生自己查找這方面的資料。8．為了克服蒸汽機的自身缺陷．發(fā)展出了內(nèi)燃機。由于有了內(nèi)燃機，人類社會