第4节 跨学科实践：制作简易热机模型（高效培优讲义）物理人教版2024九年级全一册

第4节 跨学科实践：制作简易热机模型 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 跨学科实践：制作简易热机模型 1 【能力培优练】 4 【链接中考】 11 【重难题型讲解】 题型1 跨学科实践：制作简易热机模型 1、项目原理：酒精化学能→水蒸气内能→风扇机械能。 简易汽轮机模型 2、项目跨学科分析: （1）热源的选择:酒精灯或电加热器。 （2）水蒸气或者直接加热空气。 （3）化学能如何转化为机械能？通过加热水沸腾,产生高温水蒸气。 3、项目实施关键: （1）注人的水量不要太多,通常为易拉罐容量的三分之一或者一半,留出容纳水蒸气的空间。 （2）出气管可以是中性笔套、细牛奶吸管或者细竹管,出口要尖细。 （3）出气管和易拉罐之间结合要紧密,不要漏气,易拉罐的洞口开得要比出气管外径小一点。 （4）小风扇和轴之间摩擦力要小。 ★特别提醒 热机是人们获得动力的重要机械，如果我们能尝试制作一个热机模型，就可以更好地了解热机的工作原理，包括热机中的能量是如何转化的热机中的各部分是如何协调工作的。 【典例3-1】在学校科技周展示中，物理兴趣小组的同学用塑料瓶自制了一个火箭模型，在瓶子的侧壁安装一个电火花发生器，按下按钮会产生电火花，从瓶口喷入酒精后，盖上锥形纸筒，按下按钮，纸筒立即向上飞出。下列说法正确的是（　　） A．瓶内酒精燃烧越充分，酒精热值越大 B．纸筒飞出过程中内能转化为机械能 C．纸筒飞出相当于热机工作时的压缩冲程 D．瓶内出现的白雾是由水蒸气汽化而成的 【典例3-2】如图所示，一个纸风车放在点燃的酒精灯火焰上方，风车会转动起来。在这个过程中，酒精的 能通过燃烧转化为燃气的 能，最终转化为风车的 能。 【典例3-3】张斌是班里的小发明家，刚刚学了热机的他，制作了如图－1－13所示的模型，他在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电子式火花发生器的放电针紧紧地塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒内滴入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后揿动电火花发生器的按钮。 （1）在此过程中，酒精燃烧后的燃气的 能转化为盒盖的机械能； （2）在这一实验过程中，你应当注意观察的是 ； A． 揿动电火花发生器 B． 盒内的酒精 C． 盒盖跳起的现象 D． 盒盖跳起的瞬间盒内出现的现象 （3）汽油机的工作过程的 冲程与这一实验过程中能量的转化是一致的。 跟踪训练1 如图是课外兴趣小组制作的“蒸汽船”模型，在铜制容器中盛有一定量的水之后安装在“船体”上，用蜡烛对铜质容器底部加热，一段时间后铜质容器内水温升高产生蒸汽，铜管会向右喷出蒸汽，“蒸汽船”就会向左行驶，下列说法正确的是（　　） A．水变热是通过做功来改变内能的 B．“蒸汽船”运动时能量转化与热机做功冲程相同 C．水在沸腾时会有热量的散失，所以能量不守恒 D．“蒸汽船”在向左运动时主要将机械能转化为内能。 跟踪训练2如图是小明在校园科技节中展示的小制作，塑料瓶内装入少量的液态乙醚，待乙醚挥发充满整个塑料瓶后，启动电子打火机，活塞瞬间向前飞出，同时闻到了乙醚的气味。“闻到气味”属于 现象；活塞从瓶口飞出时能量转化与热机 冲程相同。 跟踪训练3 能量是物理学研究的永恒主题。从牛顿提出蒸汽机模型，到瓦特将之变成现实，再到后来的内燃机，热机的发展历程倾注了无数科学家的不懈努力。 (1)如图（a）中，水蒸气使叶轮转动，实现了 的转化，该过程相当于图（b）中四冲程内燃机的 冲程； (2)内能需要依靠燃烧燃料获得，为了提高对内能的利用效率，请说出一项图（b）相比图（a）的改进之处： 。 【能力培优练】 1．模型运动锦标赛中制作的一种燃油模型车，动力装置是一个微型内燃机。为了提高内燃机的工作效率，下列做法可行的是（　　） A．换用热值更高的燃油 B．换用功率更大的发动机 C．换用导热性更好的汽缸 D．换用优良的润滑材料 2．如图所示是科技小组制作的实验装置，燃料燃烧将试管中的水加热后，水蒸气从橡皮塞小孔冲出推动风车转动，下列说法正确的是（　　） A．在这个实验中，燃料的化学能直接转化为风车的机械能 B．在这个实验中，燃料燃烧产生的热量完全传给了水和水蒸气 C．在这个实验中，水蒸气的内能全部转化成风车的机械能 D．这个实验基本展示了蒸汽机的工作原理，蒸汽机属于热机的一种 3．如图是小明用塑料瓶制作的水火箭。小明先在瓶里装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中。下列说法正确的是（　　） A．水火箭上升过程中瓶内气体温度升高 B．瓶内气体是通过热传递改变内能的 C．水火箭升空时与热机的压缩冲程工作原理相似 D．水火箭升空时的机械能由高压气体内能转化而来 4．小明学习完热机后，利用厨房里的蒸蛋器自制了一个简易“蒸汽机”，如图所示。在使用过程中蒸蛋器会通过上方的小孔喷出蒸汽，小明将自制的风车放在蒸蛋器上方，成功地让风车转了起来。下列说法错误的是（　　） A．蒸蛋器内部温度越高，水蒸发越快 B．水的内能增大是通过热传递方式实现的 C．水的温度升高以后，水的比热容变小 D．此实验展现了热机工作时做功冲程的能量转化过程 5．2024年4月24日是第九个“中国航天日”，物理社团的同学们制作了水火箭，如图是水火箭的简易原理图。使用打气筒向水火箭内不断打气，当内部气体压强增大到一定程度时，会使水从水火箭中向下喷出，从而使水火箭升空。结合题中信息，以下说法错误的是（　　） A．水向下喷出会使水火箭升空是由于物体间力的作用是相互的 B．上升过程中，水火箭瓶内气体的内能减少 C．水火箭加速升空过程中能量守恒 D．往水火箭里打气的过程相当于热机的做功冲程 6．如图是小明制作的简易“蒸汽船”模型．将盛有一定量水的铜制容器安装在“船体”上，用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”就向左行驶． （1）蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过 的方式改变水的内能． （2）当管向右喷蒸汽时“船体”向左运动，这个过程的能量转化是： 能转化为 能．这与热机的 冲程相同 7．如图是小明设计的简易实验装置，用手握住烧瓶的外壁，会看到液柱向左移动。这是因为空气受热膨胀对液柱做功，此能量转化过程与热机的 冲程原理相同。 8．我国航天技术已达到世界领先水平，在跨学科实践课上，某小组开展了“制作火箭模型”的学习活动，下面是该小组同学交流的实践过程。 (1)了解火箭的相关知识：2024年10月30日，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号遥十九运载火箭点火发射，如题图甲所示。火箭刚发射时，它的机械能 （选填“增加”“减小”或“不变”）。火箭产生的高温火焰向下喷射到发射台的地面，发射台遇到这样的高温容易发生 （填物态变化名称），为了保护发射台，在发射台底建了一个大水池，让火焰喷射到水中，利用水的 （填物态变化名称）来吸收大量的热量。火箭升空的瞬间伴有的庞大白色气团实质是 ；选填“小水滴”“烟雾”或“水蒸气”）。 (2)制作并发射：同学们制作了“水火箭”并进行发射，如图乙、丙所示，给“水火箭”打气，打开阀门，水向下喷出，“水火箭”一飞冲天，使用打气筒打气时的能量转化与汽油机的 冲程的能量转化相同，使“水火箭”上升的力的施力物体是 （选填“打气的同学”或“喷出的水”）。 (3)项目评估：小组的同学们制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，发现“水火箭”在竖直方向上升高的高度不容易测量，同学们讨论后认为可以通过测量“水火箭”的 来评选出“最佳飞行奖”。（写出一种方法即可） 9．利用易拉罐做以下儿个小实验， （1）如图1，向空易拉罐中插入透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱，把罐体放在热水中，可以看到油柱 ，这是利用气体的 制作简易温度计； （2）如图2，在易拉罐中放入盐和敲碎的冰，用筷子轻轻搅拌半分钟，可以看到罐底出现“白霜”这是空气中的水蒸气发生了 现象； （3）如图3，将易拉罐底部开一圆孔倒出饮料，放入滴有酒精的小块脱脂棉花，轻轻晃动易拉罐，把电火花发生器紧紧塞进孔中，按动按钮，观察到罐子飞出去了，这个过程与汽油机的 冲程能量转化方式一致。 10．小东学习了热机后，想制作一个压缩空气动力小车。 （1）小东将充满气的气球捆绑在小车上，制成压缩空气动力小车，当气球向右喷气时，静止的小车向左运动起来了，如图甲所示。说明力可以改变物体的 。细心的小东还发现喷完气的气球嘴内壁处湿漉漉的，原因是： ；    （2）为制造压缩空气动力汽车，工程师将装有压缩空气的钢瓶与空气动力发动机连接，该发动机的一个工作循环分为进气冲程和排气冲程，如图乙所示。该发动机对外做功的是 （进气/排气）冲程。若该发动机的转速为1200r/min，则1s内发动机对外做功 次； （3）和传统汽油机相比，压缩空气动力车的优点是 。 11．在跨学科实践课上，某小组在老师的指导下开展了“设计火箭发射系统”的项目式学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助完成下列内容： 【项目分解】（1）制作简易火箭  （2）优化火箭发射系统 【项目实施】 （1）制作简易火箭 通过课堂学习，同学们知道火箭属于 机。于是同学们以酒精为燃料制作简易火箭。如图甲，饮料瓶剪掉底，用纸壳做支架就制成箭体。用喷壶向瓶内喷适量酒精后迅速将火箭立在桌面上，用如图乙所示的打火器在火箭底部引燃酒精蒸汽，燃气就将瓶体顶飞出去了。简易火箭发射过程的能量转化流程图如图丙，请你补充完整：① ，② 。 （2）优化火箭发射系统 同学们在实践过程中考虑到直接用打火器点火距离火箭太近不安全，于是设计了如图丁的电路，将火箭扣在电热丝上，闭合开关一段时间后，电热丝的温度升高，从而引燃箭体内酒精蒸气，完成火箭的发射。 【项目拓展】 （3）经查阅资料，2023年7月12日，我国自主研制的朱雀二号遥二运载火箭在酒泉卫星发射中心发射成功。这是全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭。火箭专用的燃料被称为推进剂，推进剂在火箭发动机中加速燃烧为火箭飞行提供能量。液态甲烷可以作为低温推进剂，因为甲烷的比热容较 ，是良好的冷却剂。另外液态甲烷的温度与液态氧的温度很接近，这就节省了如液氧液氢方案给燃料剂箱和氧化剂箱做隔热的成本。 12．我国航天技术已达到世界领先水平。在跨学科实践课上，某小组开展了“制作火箭模型”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助完成下列内容： （1）了解火箭的相关知识： 喷气发动机是指靠喷管高速喷出的气流直接产生反作用推力的发动机，广泛用作飞行器的动力装置，按燃料燃烧时所需要的来源，可分为两大类：一类是火箭发动机，另一类是空气喷气发动机。如图甲为涡轮喷气发动机（属于空气喷气发动机的一种），压缩后的混合气体在燃烧室燃烧，燃烧后剧烈膨胀的气体从尾部高速喷出，其巨大的反冲推力直接成为飞机的推进力。 如图乙为火箭发动机的工作原理图，火箭发动机和涡轮喷气发动机十分相似，主要的差别是：火箭自带燃料和氧化剂如图乙，涡轮喷气发动机只带燃料，利用空气做氧化剂，同涡轮喷气发动机相比较，火箭发动机的最大特点是：它自身既带燃料，又带氧化剂，靠氧化剂来助燃，不需要从周围大气层中汲取氧气，所以它不但能在大气层内也可以在大气层之外的宇宙真空中工作。火箭发动机可用于航天器推进，也可用于导弹等在大气层内飞行。迄今为止发射的人造卫星、月球飞船以及各种宇宙飞行器所用的都是火箭发动机。 如图丙，2024年4月25日20时59分，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，3名航天员顺利进入太空。 （2）制作并发射：火箭模型小组的同学制作了水火箭并进行发射，如图丁的图一，图二是其结构示意图，对水火箭打气，打开阀门，水向下喷出，水火箭一飞冲天。使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的 冲程相同。水火箭起飞用到的物理原理是： 。当水火箭上升至最高点时，此时水火箭受到 （选填“平衡力”或“非平衡力”）。 （3）项目评估：各个小组制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，发现“水火箭”在竖直方向飞行上升的高度不容易测量。同学们讨论后认为可以通过测量 来评选出“最佳飞行奖”。（写出一种方法即可） （4）项目拓展思考： ①如图丙所示是火箭发射时的情景，下列说法正确的是 ； A．火箭点火升空离开发射台期间，重力势能不变 B．涡轮喷气发动机可用于各种宇宙飞行器中 C．火箭升空过程中，燃料燃烧释放的内能全部转化为火箭的机械能 D．火箭升空过程中外壳温度会上升，这是通过做功的方式增加了外壳的内能 ②一架飞机搭载的涡轮喷气发动机，其部分参数如表，表中热效率是指涡轮喷气发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指涡轮喷气发动机传递给飞机的推进功（推力所做的功）与其获得的机械能之比。已知飞机所受空气阻力与运行速度平方的关系如图戊所示，当飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的过程中，此时需要 t的航空燃油。 热效率 40% 推进效率 60% 航空燃油热值q 5.0×107J/kg 【链接中考】 1．（2025·云南昆明·一模）（多选）小明做了一个如图所示的简易热机，用酒精灯加热使易拉罐内的水沸腾后，蒸汽吹动小风扇转动。加热过程中忽略罐内气压的变化，则下列说法正确的是（　　） A．罐内水的内能是通过做功方式改变的 B．扇叶周围的“白气”是水蒸气液化形成的 C．热机工作过程中将内能转化为机械能 D．加热过程中酒精的热值变大 2．（2025·陕西汉中·一模）如图所示是小明用可乐瓶制作的水火箭。在瓶中装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气。打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中，此过程的能量转化情况与热机的 冲程相同，瓶内气体通过 的方式改变内能。 3．（2025·陕西西安·模拟预测）如图是景颇族祖先创造的点火器模型，用牛角做套筒、木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，可点燃艾绒。点火器的原理是利用 的方式，使空气内能 （选填“增大”或“减小”）。这个过程从能量转化角度看，和热机工作过程中的 冲程相似。 4．（2024·浙江·三模）如图甲所示为小乐制作的简易“蒸汽船”模型，将盛有一定量水的铜制容器安装在“船体”上，用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”向左行驶。 （1）蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过 改变水的内能； （2）铜管向右喷蒸汽，“蒸汽船”向左行驶，这个过程的能量转化与如图乙所示的汽油机的 （选填字母）冲程相同。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第4节 跨学科实践：制作简易热机模型 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 跨学科实践：制作简易热机模型 1 【能力培优练】 5 【链接中考】 16 【重难题型讲解】 题型1 跨学科实践：制作简易热机模型 1、项目原理：酒精化学能→水蒸气内能→风扇机械能。 简易汽轮机模型 2、项目跨学科分析: （1）热源的选择:酒精灯或电加热器。 （2）水蒸气或者直接加热空气。 （3）化学能如何转化为机械能？通过加热水沸腾,产生高温水蒸气。 3、项目实施关键: （1）注人的水量不要太多,通常为易拉罐容量的三分之一或者一半,留出容纳水蒸气的空间。 （2）出气管可以是中性笔套、细牛奶吸管或者细竹管,出口要尖细。 （3）出气管和易拉罐之间结合要紧密,不要漏气,易拉罐的洞口开得要比出气管外径小一点。 （4）小风扇和轴之间摩擦力要小。 ★特别提醒 热机是人们获得动力的重要机械，如果我们能尝试制作一个热机模型，就可以更好地了解热机的工作原理，包括热机中的能量是如何转化的热机中的各部分是如何协调工作的。 【典例3-1】在学校科技周展示中，物理兴趣小组的同学用塑料瓶自制了一个火箭模型，在瓶子的侧壁安装一个电火花发生器，按下按钮会产生电火花，从瓶口喷入酒精后，盖上锥形纸筒，按下按钮，纸筒立即向上飞出。下列说法正确的是（　　） A．瓶内酒精燃烧越充分，酒精热值越大 B．纸筒飞出过程中内能转化为机械能 C．纸筒飞出相当于热机工作时的压缩冲程 D．瓶内出现的白雾是由水蒸气汽化而成的 【答案】B 【详解】A．热值是燃料的特性，同种燃料的热值相同，酒精热值保持不变，不是瓶内酒精燃烧越充分，酒精热值越大，故A错误； BC．纸筒飞出过程中内能转化为机械能，而热机工作时的压缩冲程是机械能转化为内能，那么纸筒飞出不是相当于热机工作时的压缩冲程，故B正确，C错误； D．瓶内出现的白雾是人眼能看到的，是液态小水珠，是由水蒸气液化而成的，故D错误。 故选B。 【典例3-2】如图所示，一个纸风车放在点燃的酒精灯火焰上方，风车会转动起来。在这个过程中，酒精的 能通过燃烧转化为燃气的 能，最终转化为风车的 能。 【答案】 化学 内 机械/动 【详解】[1][2][3]酒精燃烧，化学能转化成内能，火焰上方空气加热后体积膨胀，根据可知空气密度变小，会向上运动，流动的空气吹动风车转动，使风车得到动能，因此是酒精的化学能最终转化成了风车的机械能（或动能）。 【典例3-3】张斌是班里的小发明家，刚刚学了热机的他，制作了如图－1－13所示的模型，他在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电子式火花发生器的放电针紧紧地塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒内滴入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后揿动电火花发生器的按钮。 （1）在此过程中，酒精燃烧后的燃气的 能转化为盒盖的机械能； （2）在这一实验过程中，你应当注意观察的是 ； A． 揿动电火花发生器 B． 盒内的酒精 C． 盒盖跳起的现象 D． 盒盖跳起的瞬间盒内出现的现象 （3）汽油机的工作过程的 冲程与这一实验过程中能量的转化是一致的。 【答案】 内 D 做功 【详解】[1]根据题意知道，酒精燃烧后产生的高温高压的燃气，体积膨胀，对外做功，使盒盖飞出去，使内能转化为盒盖的机械能。 [2]在这一实验过程中，气体膨胀对外做功，内能减小，温度降低，所以，应当注意观察的是瓶塞跳起的瞬间盒内出现的现象，故选D。 [3]根据题意知道，汽油机的做功冲程将内能转化为机械能，与这一实验过程中能量的转化是一致的。 跟踪训练1 如图是课外兴趣小组制作的“蒸汽船”模型，在铜制容器中盛有一定量的水之后安装在“船体”上，用蜡烛对铜质容器底部加热，一段时间后铜质容器内水温升高产生蒸汽，铜管会向右喷出蒸汽，“蒸汽船”就会向左行驶，下列说法正确的是（　　） A．水变热是通过做功来改变内能的 B．“蒸汽船”运动时能量转化与热机做功冲程相同 C．水在沸腾时会有热量的散失，所以能量不守恒 D．“蒸汽船”在向左运动时主要将机械能转化为内能。 【答案】B 【详解】A．蜡烛燃烧放出的热量被水吸收，使水的内能增大，这是通过热传递的方式改变水的内能，故A错误； BD．当铜管向右喷蒸汽时，“船体”向左运动，这个过程的能量转化是内能转化为机械能。这与热机做功冲程的能量转化相同，故B正确，D错误； C．水在沸腾时，一部分水吸收热量变为水蒸气，剩余的水内能减小，但水和水蒸气总的能量不变，符合能量守恒定律，故C错误。 故选B。 跟踪训练2如图是小明在校园科技节中展示的小制作，塑料瓶内装入少量的液态乙醚，待乙醚挥发充满整个塑料瓶后，启动电子打火机，活塞瞬间向前飞出，同时闻到了乙醚的气味。“闻到气味”属于 现象；活塞从瓶口飞出时能量转化与热机 冲程相同。 【答案】 扩散 做功 【详解】[1]“闻到气味”属于扩散现象，说明分子不断地做无规则运动。 [2]活塞从瓶口飞出时是内能转化为机械能，与热机做功冲程相同。 跟踪训练3 能量是物理学研究的永恒主题。从牛顿提出蒸汽机模型，到瓦特将之变成现实，再到后来的内燃机，热机的发展历程倾注了无数科学家的不懈努力。 (1)如图（a）中，水蒸气使叶轮转动，实现了 的转化，该过程相当于图（b）中四冲程内燃机的 冲程； (2)内能需要依靠燃烧燃料获得，为了提高对内能的利用效率，请说出一项图（b）相比图（a）的改进之处： 。 【答案】(1) 内能和机械能 做功 (2)将燃料燃烧过程改在热机内部进行 【详解】（1）[1][2]由图可知，从玻璃管口喷出的水蒸气驱动叶轮转动，水蒸气会对叶轮做功，将水蒸气的内能会转化为风车的机械能；此过程与汽油机的做功冲程类似，在做功冲程中也是燃气的内能转化为活塞的机械能。 （2）（a）图燃料在外部燃烧，热损失多，效率低，（b）图燃料在气缸内部燃烧，热损失少，效率相对较高。 【能力培优练】 1．模型运动锦标赛中制作的一种燃油模型车，动力装置是一个微型内燃机。为了提高内燃机的工作效率，下列做法可行的是（　　） A．换用热值更高的燃油 B．换用功率更大的发动机 C．换用导热性更好的汽缸 D．换用优良的润滑材料 【答案】D 【详解】A．热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，与燃料热值无关，故A不符合题意； B．内燃机效率与功率无关，内燃机功率表示内燃机的做功快慢的能力，效率值内燃机做功是否优良的标识，故B不符合题意； C．汽缸导热性越好，热量损失越大，内燃机效率越低，故C不符合题意； D．换用优良的润滑油可以减小机械间的摩擦，提高内燃机效率，故D符合题意。 故选D。 2．如图所示是科技小组制作的实验装置，燃料燃烧将试管中的水加热后，水蒸气从橡皮塞小孔冲出推动风车转动，下列说法正确的是（　　） A．在这个实验中，燃料的化学能直接转化为风车的机械能 B．在这个实验中，燃料燃烧产生的热量完全传给了水和水蒸气 C．在这个实验中，水蒸气的内能全部转化成风车的机械能 D．这个实验基本展示了蒸汽机的工作原理，蒸汽机属于热机的一种 【答案】D 【详解】A．在这个实验中，燃料的化学能转化为内能，内能再转化为风车的机械能，故A错误； B．在能量转化过程中会有能量的损耗，燃料燃烧产生的热量不能完全传给了水和水蒸气，故B错误； C．在能量转化过程中会有能量的损耗，水蒸气的内能不能全部转化成风车的机械能，故C错误； D．在四冲程的热机中，做功冲程是内能转化为机械能的冲程，试管内水蒸气的内能可以转化为塞子的机械能，与做功冲程相同，故该实验基本展示了蒸汽机的工作原理，故D正确。 故选D。 3．如图是小明用塑料瓶制作的水火箭。小明先在瓶里装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中。下列说法正确的是（　　） A．水火箭上升过程中瓶内气体温度升高 B．瓶内气体是通过热传递改变内能的 C．水火箭升空时与热机的压缩冲程工作原理相似 D．水火箭升空时的机械能由高压气体内能转化而来 【答案】D 【详解】AB．水火箭升空时，是里面的气体对外做功，内能减小，温度降低，通过做功的方式改变物体的内能，故AB错误； C．水火箭升空时，是里面的气体对外做功，将内能转化为机械能，相当于内燃机的做功冲程，故C错误； D．水火箭升空过程中高压气体的内能转化为水火箭的机械能，故D正确。 故选 D。 4．小明学习完热机后，利用厨房里的蒸蛋器自制了一个简易“蒸汽机”，如图所示。在使用过程中蒸蛋器会通过上方的小孔喷出蒸汽，小明将自制的风车放在蒸蛋器上方，成功地让风车转了起来。下列说法错误的是（　　） A．蒸蛋器内部温度越高，水蒸发越快 B．水的内能增大是通过热传递方式实现的 C．水的温度升高以后，水的比热容变小 D．此实验展现了热机工作时做功冲程的能量转化过程 【答案】C 【详解】A．蒸发的快慢与液体温度、液体表面积、液体表面空气流动速度有关，温度越高，蒸发越快，故A正确，不符合题意； B．改变内能的方式有两种，分别是做功和热传递，由题意可知，水内能增大是通过热传递实现的，故B正确，不符合题意； C．比热容与物质的种类有关，与温度无关，所以温度升高，水的内能不变，故C错误，符合题意； D．由题意可知，简易“蒸汽机”的能量转化是将内能转化为机械能，做功冲程是将内能转化为机械能，故D正确，不符合题意。 故选C。 5．2024年4月24日是第九个“中国航天日”，物理社团的同学们制作了水火箭，如图是水火箭的简易原理图。使用打气筒向水火箭内不断打气，当内部气体压强增大到一定程度时，会使水从水火箭中向下喷出，从而使水火箭升空。结合题中信息，以下说法错误的是（　　） A．水向下喷出会使水火箭升空是由于物体间力的作用是相互的 B．上升过程中，水火箭瓶内气体的内能减少 C．水火箭加速升空过程中能量守恒 D．往水火箭里打气的过程相当于热机的做功冲程 【答案】D 【详解】A．水火箭向下喷水，给水一个向下的力，由于物体间力的作用是相互的，水给水火箭一个向上的力，使水火箭升空，故A正确，不符合题意； B．上升过程中，水火箭瓶内气体对水做功，自身内能减小，故B正确，不符合题意； C．根据能量守恒定律，水火箭加速升空过程中能量守恒，故C正确，不符合题意； D．向打气筒内打气的过程中机械能转化为内能，相当于热机的压缩冲程，故D错误，符合题意。 故选D。 6．如图是小明制作的简易“蒸汽船”模型．将盛有一定量水的铜制容器安装在“船体”上，用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”就向左行驶． （1）蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过 的方式改变水的内能． （2）当管向右喷蒸汽时“船体”向左运动，这个过程的能量转化是： 能转化为 能．这与热机的 冲程相同 【答案】 热传递 内 机械能 做功 【详解】（1）蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过热传递的方式改变水的内能．（2）当管向右喷蒸汽时“船体”向左运动而获得机械能，消耗了内能，故这个过程的能量转化是: 内能转化为机械能能．热机的做功冲程中也是将内能转化为机械能，故二者能量转化相同． 7．如图是小明设计的简易实验装置，用手握住烧瓶的外壁，会看到液柱向左移动。这是因为空气受热膨胀对液柱做功，此能量转化过程与热机的 冲程原理相同。 【答案】做功 【详解】瓶内的空气受热膨胀对液柱做功，将内能转化为机械能，热机的做功冲程中，高温高压的燃气振动活塞做功，将内能转化为机械能，所以，此能量转化过程与热机的做功冲程原理相同。 8．我国航天技术已达到世界领先水平，在跨学科实践课上，某小组开展了“制作火箭模型”的学习活动，下面是该小组同学交流的实践过程。 (1)了解火箭的相关知识：2024年10月30日，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号遥十九运载火箭点火发射，如题图甲所示。火箭刚发射时，它的机械能 （选填“增加”“减小”或“不变”）。火箭产生的高温火焰向下喷射到发射台的地面，发射台遇到这样的高温容易发生 （填物态变化名称），为了保护发射台，在发射台底建了一个大水池，让火焰喷射到水中，利用水的 （填物态变化名称）来吸收大量的热量。火箭升空的瞬间伴有的庞大白色气团实质是 ；选填“小水滴”“烟雾”或“水蒸气”）。 (2)制作并发射：同学们制作了“水火箭”并进行发射，如图乙、丙所示，给“水火箭”打气，打开阀门，水向下喷出，“水火箭”一飞冲天，使用打气筒打气时的能量转化与汽油机的 冲程的能量转化相同，使“水火箭”上升的力的施力物体是 （选填“打气的同学”或“喷出的水”）。 (3)项目评估：小组的同学们制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，发现“水火箭”在竖直方向上升高的高度不容易测量，同学们讨论后认为可以通过测量“水火箭”的 来评选出“最佳飞行奖”。（写出一种方法即可） 【答案】(1) 增加 熔化 汽化 小水滴 (2) 压缩 喷出的水 (3)飞行时间 【详解】（1）[1]火箭刚发射时，质量不变，速度增加，动能增加；高度增加，重力势能增加，因此机械能总量增加。 [2]火焰的温度很高，所以发射台遇到高温的火焰会吸热而熔化。 [3][4]发射台下是水池，而让火焰喷射到水中，水从液态变为气态的水蒸气即发生汽化，从而能从周围吸取热量。这些水蒸气散发到空气中，遇到冷空气液化成的小水滴就是我们看到的“白气”。 （2）[1]使用打气筒打气时，活塞压缩气体做功，将机械能转化为气体的内能，与汽油机的压缩冲程相同。 [2]水火箭向下喷水，喷出的水给火箭一个向上的力，使火箭上升，所以使水火箭上升的施力物体是喷出的水。 （3）“水火箭”在竖直方向飞行上升的高度不容易测量，可以测量水火箭在空中飞行的时间，时间越长，飞行的高度越高。 9．利用易拉罐做以下儿个小实验， （1）如图1，向空易拉罐中插入透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱，把罐体放在热水中，可以看到油柱 ，这是利用气体的 制作简易温度计； （2）如图2，在易拉罐中放入盐和敲碎的冰，用筷子轻轻搅拌半分钟，可以看到罐底出现“白霜”这是空气中的水蒸气发生了 现象； （3）如图3，将易拉罐底部开一圆孔倒出饮料，放入滴有酒精的小块脱脂棉花，轻轻晃动易拉罐，把电火花发生器紧紧塞进孔中，按动按钮，观察到罐子飞出去了，这个过程与汽油机的 冲程能量转化方式一致。 【答案】 上升 热胀冷缩 凝华 做功 【详解】（1）[1][2]空易拉罐中插入透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱，把罐体放在热水中，由于热胀冷缩，罐内气体受热体积会膨胀，使管内油柱上升。 （2）[3]冰中加盐会降低冰的熔点，在易拉罐中放入盐和敲碎的冰，用筷子轻轻搅拌半分钟，罐内的冰会在0℃以下开始熔化，因熔化过程要吸收热量，所以使罐壁的温度降低且低于0℃，空气中的水蒸气遇到0℃以下的罐底发生凝华现象，由水蒸气直接变为小冰晶附着在罐壁上，所以出现“白霜”。 （3）[4]按动电火花发生器按钮，会点燃罐内酒精，酒精燃烧产生高温高压的燃气而向外喷气做功，所以罐子飞出去。这一过程是酒精的化学能转化为内能，再由内能转化为罐子的机械能，与汽油机的做功冲程能量转化方式一致。 10．小东学习了热机后，想制作一个压缩空气动力小车。 （1）小东将充满气的气球捆绑在小车上，制成压缩空气动力小车，当气球向右喷气时，静止的小车向左运动起来了，如图甲所示。说明力可以改变物体的 。细心的小东还发现喷完气的气球嘴内壁处湿漉漉的，原因是： ；    （2）为制造压缩空气动力汽车，工程师将装有压缩空气的钢瓶与空气动力发动机连接，该发动机的一个工作循环分为进气冲程和排气冲程，如图乙所示。该发动机对外做功的是 （进气/排气）冲程。若该发动机的转速为1200r/min，则1s内发动机对外做功 次； （3）和传统汽油机相比，压缩空气动力车的优点是 。 【答案】 运动状态 水蒸气液化 进气 20 无污染 【详解】（1）[1]气球向右喷气，静止的小车向左运动，因为力的作用是相互的，小车的运动状态改变了，说明力可以改变物体的运动状态。 [2]喷气是气体对外做功的过程，内能减小，气球嘴处温度较低，水蒸气会在气球嘴处液化成小水珠。 （2）[3]压缩空气动力汽车的一个工作循环分为进气冲程和排气冲程，进气冲程时，进气门打开，排气门关闭，钢瓶中压缩空气进入气缸，推动活塞向下移，带动曲轴转动，车获得动力，同时气体内能减小，温度降低；排气冲程时，活塞上移，进气门关闭，排气门打开，将气体排气，因此对外做功的是排气冲程。 [4] 发动机的一个工作循环有二个冲程，曲轴转一周，对外做功一次，若该发动机的转速为1200r/min，则1秒转20周，即对外做功20次。 （3）[5]传统汽油机，会有环境污染，压缩空气动力车的优点是无污染。 11．在跨学科实践课上，某小组在老师的指导下开展了“设计火箭发射系统”的项目式学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助完成下列内容： 【项目分解】（1）制作简易火箭  （2）优化火箭发射系统 【项目实施】 （1）制作简易火箭 通过课堂学习，同学们知道火箭属于 机。于是同学们以酒精为燃料制作简易火箭。如图甲，饮料瓶剪掉底，用纸壳做支架就制成箭体。用喷壶向瓶内喷适量酒精后迅速将火箭立在桌面上，用如图乙所示的打火器在火箭底部引燃酒精蒸汽，燃气就将瓶体顶飞出去了。简易火箭发射过程的能量转化流程图如图丙，请你补充完整：① ，② 。 （2）优化火箭发射系统 同学们在实践过程中考虑到直接用打火器点火距离火箭太近不安全，于是设计了如图丁的电路，将火箭扣在电热丝上，闭合开关一段时间后，电热丝的温度升高，从而引燃箭体内酒精蒸气，完成火箭的发射。 【项目拓展】 （3）经查阅资料，2023年7月12日，我国自主研制的朱雀二号遥二运载火箭在酒泉卫星发射中心发射成功。这是全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭。火箭专用的燃料被称为推进剂，推进剂在火箭发动机中加速燃烧为火箭飞行提供能量。液态甲烷可以作为低温推进剂，因为甲烷的比热容较 ，是良好的冷却剂。另外液态甲烷的温度与液态氧的温度很接近，这就节省了如液氧液氢方案给燃料剂箱和氧化剂箱做隔热的成本。 【答案】 热 内能 机械能 大 【详解】（1）[1]热机是一种将燃料的化学能转化为内能，再将内能转化为机械能的机器动力机械，火箭是利用内能做功的机器，故火箭属于热机。 [2][3]酒精燃烧，通过化学变化，将化学能转化为内能，高温高压的燃气推动火箭向上运动，将内能转化为机械能。 （3）[4]冷却剂在升高相同温度时可以吸收更的热量，是因为其比热容大，故甲烷是良好的冷却剂是因为其比热容较大。 12．我国航天技术已达到世界领先水平。在跨学科实践课上，某小组开展了“制作火箭模型”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助完成下列内容： （1）了解火箭的相关知识： 喷气发动机是指靠喷管高速喷出的气流直接产生反作用推力的发动机，广泛用作飞行器的动力装置，按燃料燃烧时所需要的来源，可分为两大类：一类是火箭发动机，另一类是空气喷气发动机。如图甲为涡轮喷气发动机（属于空气喷气发动机的一种），压缩后的混合气体在燃烧室燃烧，燃烧后剧烈膨胀的气体从尾部高速喷出，其巨大的反冲推力直接成为飞机的推进力。 如图乙为火箭发动机的工作原理图，火箭发动机和涡轮喷气发动机十分相似，主要的差别是：火箭自带燃料和氧化剂如图乙，涡轮喷气发动机只带燃料，利用空气做氧化剂，同涡轮喷气发动机相比较，火箭发动机的最大特点是：它自身既带燃料，又带氧化剂，靠氧化剂来助燃，不需要从周围大气层中汲取氧气，所以它不但能在大气层内也可以在大气层之外的宇宙真空中工作。火箭发动机可用于航天器推进，也可用于导弹等在大气层内飞行。迄今为止发射的人造卫星、月球飞船以及各种宇宙飞行器所用的都是火箭发动机。 如图丙，2024年4月25日20时59分，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，3名航天员顺利进入太空。 （2）制作并发射：火箭模型小组的同学制作了水火箭并进行发射，如图丁的图一，图二是其结构示意图，对水火箭打气，打开阀门，水向下喷出，水火箭一飞冲天。使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的 冲程相同。水火箭起飞用到的物理原理是： 。当水火箭上升至最高点时，此时水火箭受到 （选填“平衡力”或“非平衡力”）。 （3）项目评估：各个小组制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，发现“水火箭”在竖直方向飞行上升的高度不容易测量。同学们讨论后认为可以通过测量 来评选出“最佳飞行奖”。（写出一种方法即可） （4）项目拓展思考： ①如图丙所示是火箭发射时的情景，下列说法正确的是 ； A．火箭点火升空离开发射台期间，重力势能不变 B．涡轮喷气发动机可用于各种宇宙飞行器中 C．火箭升空过程中，燃料燃烧释放的内能全部转化为火箭的机械能 D．火箭升空过程中外壳温度会上升，这是通过做功的方式增加了外壳的内能 ②一架飞机搭载的涡轮喷气发动机，其部分参数如表，表中热效率是指涡轮喷气发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指涡轮喷气发动机传递给飞机的推进功（推力所做的功）与其获得的机械能之比。已知飞机所受空气阻力与运行速度平方的关系如图戊所示，当飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的过程中，此时需要 t的航空燃油。 热效率 40% 推进效率 60% 航空燃油热值q 5.0×107J/kg 【答案】 压缩 物体间力的作用是相互的 非平衡力 离地飞行的时间 D 1.08 【详解】（2）[1]使用打气筒打气时，通过做功增大气体的内能，将机械能转化为内能，与汽油机的压缩冲程相同。 [2]水火箭向下喷水，给水一个向下的力，由于物体间力的作用是相互的，则水给火箭一个向上的力，使得火箭能够起飞。 [3]水火箭竖直上升到最高点时只受重力作用，因而受力不平衡，即受非平衡力。 （3）[4]水火箭在竖直方向上升的高度不容易测量，可测量水火箭离地飞行的时间，飞行时间越长，竖直方向的上升高度越高。 （4）①[5] A．火箭点火升空离开发射台期间，质量不变，高度增大，重力势能增大，故A错误； B．涡轮喷气式发动机需要大气中的氧气做氧化剂，不适合在真空中运行的宇宙飞行器，故B错误； C．火箭升空过程中，燃料燃烧释放的内能只有部分转化为火箭运动的机械能，有部分热量损失，故C错误； D．火箭上升过程中，需克服空气阻力做功，使火箭外壳温度升高，这是通过做功的方式增加了外壳的内能，故D正确。 故选D。 ②[6]由图戊可知，飞机飞行时所受的阻力与速度的平方成正比，设， 把，，代入上式得，所以当时，飞机飞行受到得阻力 飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的距离 飞机克服阻力所做得功 飞机在水平方向上匀速飞行时，所以飞机飞行0.5h推力做的功 获得的机械能 需要的内能 需要航空燃油的质量 【链接中考】 1．（2025·云南昆明·一模）（多选）小明做了一个如图所示的简易热机，用酒精灯加热使易拉罐内的水沸腾后，蒸汽吹动小风扇转动。加热过程中忽略罐内气压的变化，则下列说法正确的是（　　） A．罐内水的内能是通过做功方式改变的 B．扇叶周围的“白气”是水蒸气液化形成的 C．热机工作过程中将内能转化为机械能 D．加热过程中酒精的热值变大 【答案】BC 【详解】A．用酒精灯给易拉罐内的水加热是通过热传递的方式增大其内能的，故A错误； B．扇叶周围的“白气”是易拉罐内喷出的水蒸气在空气中遇冷液化形成的小液滴，故B正确； C．该热机工作过程中高温高压的水蒸气推动风扇转动，水蒸气的内能转化为小风扇的机械能，故C正确； D．热值是燃料的特性，与燃料的质量、燃烧放出的热量以及燃烧情况等无关，所以加热过程中酒精的热值不变，故D错误。 故选 BC。 2．（2025·陕西汉中·一模）如图所示是小明用可乐瓶制作的水火箭。在瓶中装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气。打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中，此过程的能量转化情况与热机的 冲程相同，瓶内气体通过 的方式改变内能。 【答案】 做功 做功 【详解】[1][2]旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打气时，压缩瓶内气体做功，瓶中气体内能增加。打开阀门后，瓶内高压气体对水做功，水从尾部的金属管向下喷出，瓶内气体的内能转化为水火箭的机械能；热机做功冲程中，燃气的内能转化为机械能，所以此过程的能量转化情况与热机的做功冲程相同。 3．（2025·陕西西安·模拟预测）如图是景颇族祖先创造的点火器模型，用牛角做套筒、木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，可点燃艾绒。点火器的原理是利用 的方式，使空气内能 （选填“增大”或“减小”）。这个过程从能量转化角度看，和热机工作过程中的 冲程相似。 【答案】 做功 增大 压缩 【详解】[1][2][3]用牛角做套筒、木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，可点燃艾绒，在此过程中，推杆压缩筒中气体做功，将机械能转化为内能，使气体内能增大，温度升高，点火器的原理是利用做功的方式，使空气内能增大。热机工作过程中，在压缩冲程机械能转化为内能，这个过程从能量转化角度看，和热机工作过程中的压缩冲程相似。 4．（2024·浙江·三模）如图甲所示为小乐制作的简易“蒸汽船”模型，将盛有一定量水的铜制容器安装在“船体”上，用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”向左行驶。 （1）蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过 改变水的内能； （2）铜管向右喷蒸汽，“蒸汽船”向左行驶，这个过程的能量转化与如图乙所示的汽油机的 （选填字母）冲程相同。 【答案】 热传递 A 【详解】（1）[1]蜡烛燃烧放出热量被水吸收而增大水的内能，这是通过热传递的方式改变水内能的。 （2）[2]当管向右喷蒸汽时“船体”向左运动，这个过程的能量转化是：内能减小，机械能增大，内能转化为机械能。这与热机的做功冲程相同，图片中A两个气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$