14.4 跨学科实践：制作简易热机模型-2025-2026学年人教版物理九年级全一册

第十四章　内能的利用 第4节　跨学科实践：制作简易热机模型 课程标准(2022年版) 本节要点 5.2.2　调查物理学应用于 工程技术的案例，体会物理学对工程技术发展的促进作用. 1.经历制作简易热机模型的过程，加 深对热机工作原理的理解. 2.能由发现的问题提出设想，能设计 简单的实践方案，能完成实践活动， 并以作品的形式呈现活动成果. 热机工作原理 1. 热机是人们获得 　动力　的重要机械，例如燃油汽车中的汽油 机、大型轮船使用的柴油机或汽轮机、有些飞机用的喷气发动机等. 热机工作时将 　内　能转化为 　机械　能. 2. 汽油机属于内燃机，它的工作物质——空气和汽油的混合物，在 气缸 　内　燃烧产生高温高压的气体推动活塞运动产生 　动力　. 动力　 内　 机械　 内　 动力　 3. 蒸汽机燃料燃烧使水变成 　水蒸气　，水蒸气推动活塞运动产生 动力.蒸汽机的燃烧室在气缸外，属于 　外　燃机，蒸汽机的工作物 质是水蒸气. 水蒸气　 外　 热机模型的制作 本节选择制作一个最简易的热机模型——汽轮机模型. 材料准备：一个空易拉罐，一支去掉笔芯和尾塞的中性笔，一台小 风扇，一个酒精灯. 制作过程：(1)向易拉罐内部注入大约半罐水.将笔的尖端朝外，另一端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封. (2)将易拉罐放置在支架上，如图所示，把笔尖口对准小风扇的扇叶. (3)点燃酒精灯，待易拉罐有水蒸气喷出时，扇叶就转动起来. [物理观念]如图是一个小蒸汽轮机.请你分析小蒸汽轮机的 工作过程. (1)酒精灯内的酒精通过燃烧把 　化学　能转化为 　内　能. (2)烧瓶内的水是通过 　热传递　的方式增加了内能，变为水蒸气. (3)蒸汽推动风轮转动，自身的 　内　能转化为风轮的 　机械　能. 化学　 内　 热传递　 内　 机械　 变式　[物理学与工程实践]图甲是小凯制作的一台简单的蒸汽涡轮 机，其工作原理如下：用燃气炉加热茶壶中的水，使水沸腾产生大 量的水蒸气，水蒸气从壶口喷出，使风车转动，从而达到提升物体 的目的.小凯设想该装置的能量流向如图乙所示.该装置加热质量为 0.5 kg的水，从20 ℃升高到100 ℃，消耗天然气0.03 m3，已知燃气 的热值q＝4×107 J/m3，水的比热容c＝4.2×103 J/(kg·℃).求： (1)0.5 kg的水吸收的热量； 解：(1)水吸收的热量 Q吸＝c水m水(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×0.5 kg×(100 ℃－20 ℃)＝ 1.68×105 J 答：(1)0.5 kg的水吸收的热量为1.68×105 J； 解：(2)燃气完全燃烧放出的热量 Q放＝Vq＝0.03 m3×4×107 J/m3＝1.2×106 J 燃气炉的加热效率η'＝＝＝14％ 答：(2)加热水的过程中，燃气炉的加热效率为14％. (2)加热水的过程中，燃气炉的加热效率； (3)该蒸汽涡轮机的效率η＝ 　 (用图乙中的物理量符号表示). 1. 如图甲所示，此过程的能量转化与热机 　压缩　冲程的能量转化 相同；若不放棉花，快速压缩活塞，筒内空气温度 　升高　(选填 “升高”“不变”或“降低”).如图乙所示，盒盖飞出时，盒内燃 气的内能 　变小　(选填“变大”“不变”或“变小”)，这是通 过 　做功　的方式改变盒内燃气的内能. 压缩　 升高　 变小　 做功　 2. [物理学与工程实践]图甲是小科制作的简易“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 　热传 递　的方式改变水的内能. 热传 递　 (2)铜管向右喷蒸汽，“船体”向左行驶，这个过程中的能量转化与 四冲程汽油机的 　做功　冲程相同，该冲程的工作原理图为图乙 中 　D　(选填“A”“B”“C”或“D”). 做功　 D　 3. 图1为航母的蒸汽弹射装置，该装置在工作时气缸内部的蒸汽推动 活塞向右运动，从而带动舰载机在短时间内达到起飞速度，图2为四 冲程汽油机的工作示意图.有关内容下列判断正确的是(　D　) D A. 图1中气缸内的蒸汽推动活塞做功时，蒸汽的内能增大 B. 从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图2乙所示的原理相似 C. 图2中甲为汽油机工作时的排气冲程 D. 图2中若该汽油机1 s可对外做功30次，则其飞轮转速为3 600 r/min $$