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

姓名_________ 日期______ 等第______ 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 【知识梳理】 1. 热机的工作原理是将燃料燃烧产生的________能转化为________能而获得动力的机械。根据燃烧室的位置不同，热机可分为________机和________机。 2. 内燃机的燃料在气缸内燃烧。它的工作物质是气缸内的________和燃油混合物。外燃机（蒸汽机）的燃烧室在气缸之外，蒸汽机的工作物质是________。 3. 要完成热机（建议优先考虑外燃机）模型的制作，需要考虑下面一些主要问题。 （1） 你准备用________作热源。（2） 工作物质是________。 （3） 将热源产生的________能转化为________能来获得动力。 4. 请根据自己的设计，并参考教材中的示例，制作简易的热机模型。 【随堂练习】 1. 如图所示为小明同学制作的蒸汽机模型。请回答下列问题： （1） 该蒸汽机的热源是_________，工作物质是_________。 （2） 制作叶轮：在圆形软木塞四周用小刀切几个对称的小缝，将铝片插在 小缝中，在软木塞中心用锥子钻一个小孔，将铁丝穿过小孔，使软木塞能在 铁丝上自由转动。 （3） 组装“蒸汽机”：按照如图所示组装器材，注意调整叶轮的位置，使 导管管口正对着铝片。 （4） 给烧瓶中的水加热直至沸腾，当大量的“白气”从导管口喷出时可以 看到叶轮转了起来。 （5） 探究思考： ① 蒸汽机工作时，水蒸气对叶轮______，水蒸气的内能______（填“增大”“减小”或“不变”），温度______（填“升高”“降低”或“不变”）。 ② 蒸汽机工作过程中，将______能转化为______能。 2. 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，用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜 制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 【基础过关】 1. 如图所示为科技小组制作的热机模型，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 2. 张斌是班里的小发明家，刚刚学了热机的他，制作了如图所示的模型，他在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电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，然后按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. 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。 3. 热机对人类文明发展起着重要的推动作用。同学们成立了制作简易汽轮机模型的项目团队，制定了“项目提出——项目分析——项目实施——展示交流”的学习流程，研究了热机原理，收集材料组装了如图所示的汽轮机模型。实验时向易拉罐内部注入大约半罐水，将去掉笔芯和尾塞的中性笔的尾端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封。将易拉罐放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶。点燃易拉罐下面的酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来。 (1)汽轮机模型工作过程的能量转化情况为：化学能→_________ →_________； (2)某团队的同学们在测试过程中，发现扇叶不转动，出现这种现 象的原因可能_________________；（答出一条即可） (3)热机发展史也是一部热机效率提高史，在展示交流环节，对如 何提高简易汽轮机效率，同学们进行了激烈讨论。请你依照“结 构决定功能”的观念，从结构的角度思考，帮助他们提出一个可 行性措施：_________________。 【能力进阶】 4. 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。 （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） 5. 小明同学在学习了热机的有关知识后，自己找来一些器材制作了一个鸡蛋纸船，如图所示。其中纸船用硬蜡纸折成，鸡蛋用注射器开孔吸出蛋清蛋黄，蛋壳里注一半的水，塑料管的一端斜插入鸡蛋里的水面上，另一端斜向下，整个鸡蛋用两根弯铁丝（未画出）放在船上使之固定，鸡蛋下放着装有棉花和酒精的小铁瓶盖，用塑料片粘一个船舵，凡是开口处都用胶水和塑料纸粘好，做好鸡蛋纸船后，将小船放进装有水的塑料脸盆中，使塑料管口浸入船尾水面下，然后用火柴点燃酒精，小船尾部喷射水蒸气使小船破浪前进。 （1） 为纸船提供动力的热机模型由哪几部分构成？其热源和工作物质分别是什么？ （2） 蛋壳在被加热过程中会被烧坏破裂吗？为什么？ （3） 是什么力推动纸船前进？它的施力物体是谁？ （4） 在这个过程中能量转化过程如何？ 参考答案 【知识梳理】 1、内；机械；内燃；外燃；2、空气 水蒸气；3、燃料；蒸汽；内；机械； 【随堂练习】 1、酒精灯；水蒸气；做功；减小；降低；内；机械；2、B； 【基础过关】 1、D；2、内；D；做功；3、内能；机械能；水蒸气的内能太小，喷出的水蒸气太少；易拉罐上半部分覆盖保温层，减少热损失，提高效率； 【能力进阶】 4、压缩；力的作用是相互的；非平衡力；离地飞行时间； 5、（1） 蛋壳、塑料管、水、瓶盖酒精灯；酒精；水蒸气；（2） 蛋壳在加热过程中不会被烧坏破裂。因为水沸腾时温度保持在沸点，不再升高，水的沸点在标准大气压下是100℃，蛋壳在这样的温度下不会被烧坏；（3） 因为一部分高压水蒸气受到鸡蛋内其他水蒸气压力而向后喷出，喷出的水蒸气同时对内部的水蒸气有一个反作用力，这个力就是推动小船航行的力，它的施力物体是喷出的水蒸气；（4） 首先是酒精燃烧时，把它的化学能转化为火焰的内能，火焰的内能通过热传递转移给水，从而形成高温高压的水蒸气，水蒸气喷射后，把内能转化为船的机械能； 1 学科网（北京）股份有限公司 $$