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

第4节　跨学科实践：制作简易热机模型 第十四章　内能的利用 01 基础过关 02 能力进阶 目 录 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 （　D　） 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 D 第1题　　　 1 2 3 返回目录 2. （2024·揭阳段考）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…… 第2题 （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。 内　 1 2 3 返回目录 （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 D　 第2题 （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。 做功　 1 2 3 返回目录 3. 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。 第3题 1 2 3 返回目录 （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？ 解：（1） 蛋壳、塑料管、水、瓶盖酒精灯　酒精　水蒸气 第3题 1 2 3 返回目录 （2） 蛋壳在被加热过程中会被烧坏破裂吗？为什么？ 解：（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 第3题 1 2 3 返回目录 （3） 是什么力推动纸船前进？它的施力物体是谁？ 解：（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 第3题 1 2 3 返回目录 （4） 在这个过程中能量转化过程如何？ 解：（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 第3题 1 2 3 返回目录 热量、热值与热效率的计算 类型一　热平衡方程 1. 在标准大气压下，一质量为2kg的金属块，被加热到500℃后，立即 投入质量为1kg，温度为20℃的冷水中，不计热量损失，最终水的温度 升高到80℃。求：[c水＝4.2×103J/（kg·℃）] （1） 水吸收的热量。 解：（1） 水吸收的热量Q吸＝c水m水（t水－）＝4.2×103J/（kg·℃）×1kg×（80℃－20℃）＝2.52×105J 1 2 3 4 5 6 返回目录 （2） 金属块的比热容。 解：（2） 金属块放出的热量与水吸收的热量相等， 即Q放＝Q吸＝2.52×105J，由Q放＝cm（t0－t）得金属块的比热容 c金＝＝＝0.3×103J/（kg·℃） 1 2 3 4 5 6 返回目录 2. 有一个质量为10kg，温度为60℃的铁球，投入到标准大气压下的沸 水中加热较长时间。然后将铁球取出，放入装有质量是4.6kg，初温是 48℃的水的容器中，直到它们达到热平衡，忽略热量损失。已知：c水＝ 4.2×103J/（kg·℃），c铁＝0.46×103J/（kg·℃），则： （1） 铁球在沸水中吸收的热量是多少？ 解：（1） 铁球在沸水中吸收的热量 Q铁吸＝c铁m铁（t－t0）＝0.46×103J/（kg·℃）×10kg ×（100℃－60℃）＝1.84×105J 1 2 3 4 5 6 返回目录 （2） 铁球和容器中的水热平衡时的温度是多少？ 解：（2） 将铁球取出，放入装有质量为4.6kg，初温是48℃的水的容 器中，直到它们达到热平衡，忽略热量损失，则水吸收的热量等于铁球 放出的热量，即Q吸＝Q放，设热平衡时的温度为t'，所以 c水m水（t'－t0'）＝c铁m铁（t－t'）， 即4.2×103J/（kg·℃）×4.6kg×（t'－48℃）＝0.46×103J/（kg·℃）×10kg×（100℃－t'），解得t'＝58℃ 1 2 3 4 5 6 返回目录 类型二　热效率 3. 页岩气是一种清洁新能源，对加快节能减排和大气污染防治具有重 要意义。页岩气的热值约为3.0×107J/m3。 （1） 完全燃烧2.1m3的页岩气，放出多少热量？ 解：（1） 2.1m3的页岩气完全燃烧后放出的热量 Q放＝Vq＝2.1m3×3.0×107J/m3＝6.3×107J 1 2 3 4 5 6 返回目录 （2） 在标准大气压下，完全燃烧2.1m3的页岩气，假设热量被水完全 吸收，能使质量为200kg、初温为20℃水温度升高多少摄氏度？[c水＝ 4.2×103J/（kg·℃）] 解：（2） 由题知，页岩气完全燃烧后，放出的热量被水完全吸收，即 Q吸＝Q放＝6.3×107J，由Q吸＝cmΔt得，吸收的热量可使水升高的温度 Δt＝＝＝75℃。在标准大气压下，水在 100℃沸腾，理论上水的末温t＝t0＋Δt＝20℃＋75℃＝95℃＜100℃， 所以水温度升高75℃ 1 2 3 4 5 6 返回目录 4. 小明学习了燃料的热值后，很想知道家中使用的天然气的热值的大 小。但在教材的燃料热值表中没有查阅到。于是，他在家里将装有2kg 水的水壶放到天然气灶上去烧，水从20℃加热至80℃的过程中，观察到 天然气表的数字变化了0.035m3。他通过上网查阅得知天然气灶的效率 约为36％，已知水的比热容c水＝4.2×103J/（kg·℃）。求： （1） 在这个过程中水吸收的热量。 解：（1） 在这个过程中水吸收的热量Q吸＝c水m水（t－t0）＝ 4.2×103J/（kg·℃）×2kg×（80℃－20℃）＝5.04×105J 1 2 3 4 5 6 返回目录 （2） 天然气的热值。 解：（2） 天然气完全燃烧放出的热量Q放＝＝＝1.4×106J， 天然气的热值q天然气＝＝＝4×107J/m3 1 2 3 4 5 6 返回目录 类型三　热机效率 5. 小明家新买了一辆以汽油为燃料的小汽车。细心的小明发现行驶的 速度不同时，耗油量不同。当小汽车以90km/h的速度匀速行驶时最省 油，此时发动机的功率为25kW，发动机的效率为30％。若小汽车以最 省油的速度行驶270km，求在此过程中： 第5题 1 2 3 4 5 6 返回目录 （1） 汽车受到的阻力。 解：（1） 汽车行驶的速度v＝90km/h＝25m/s， 因为汽车匀速行驶，汽车受到的阻力的大小等于牵引力，由公式 P＝＝＝Fv可知，汽车受到的阻力f＝F＝＝＝1000N 第5题 1 2 3 4 5 6 返回目录 （2） 汽车牵引力做的功。 解：（2） 汽车牵引力做的功W＝Fs＝1000N×2.7×105m＝2.7×108J 第5题 （3） 消耗汽油的质量（汽油的热值q汽取4.5×107J/kg）。 解：（3） 由η＝×100％可知，汽油完全燃烧释放的能量 Q＝＝＝9×108J，由Q＝mq可知，消耗汽油的质量 m＝＝＝20kg 1 2 3 4 5 6 返回目录 6. 如表是某品牌小轿车的一些技术参数。其中排气量是指发动机气缸 的工作容积，一般情况下，发动机的排气量越大，功率越大。空燃比是 指气缸内空气和燃油的质量比。汽油的热值为4.6×107J/kg。当该发动 机以最大功率工作时，气缸内汽油和空气的混合密度为1.5kg/m3，1min 内高温高压的燃气推动活塞做功2500次。求发动机以最大功率工作时： 排气量 1.8L 最大功率 75kW 空燃比 14∶1 1 2 3 4 5 6 返回目录 （1） 1min内做的有用功。 解：（1） 1min内做的有用功W＝Pt＝7.5×104W×60s＝4.5×106J （2） 做功一次消耗汽油的质量。 解：（2） 气缸内汽油和空气的总质量 m总＝ρV＝1.5kg/m3×1.8×10－3m3＝2.7×10－3kg， 因为空燃比是14∶1，所以汽油的质量是气缸内汽油和空气的总质量的，做功一次消耗汽油的质量为2.7×10－3kg×＝1.8×10－4kg 1 2 3 4 5 6 返回目录 （3） 发动机的效率。（结果精确到0.1％） 解：（3） 1min内做2500次功消耗的汽油质量 m＝1.8×10－4kg×2500＝0.45kg， 1min内汽油燃烧释放的热量 Q＝mq＝0.45kg×4.6×107J/kg＝2.07×107J， 发动机的效率η＝×100％＝×100％≈21.7％ 1 2 3 4 5 6 返回目录 $$