第4节跨学科实践：制作简易热机模型（大单元分层作业）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 目 录 1 一、项目分析 1 二、项目操作 4 8 15 一、项目分析 1．神舟十九号载人飞船返回舱于2025年4月30日在东风着陆场安全着陆。返回舱的表面有层叫做“烧蚀层”的固态物质，返回地球通过大气层过程中，“烧蚀层”可以保护返回舱不因高温而烧毁。下列说法正确的是（　　） A．返回舱通过大气层过程中的能量转化与热机做功冲程相同 B．飞船返回舱外面的隔热材料应选用熔点较低的材料 C．“烧蚀层”发生的物态变化主要是熔化和汽化 D．返回舱减速下落过程中，因速度减小惯性逐渐减小 2．2025年3月12日凌晨，长征八号遥六运载火箭以“一箭十八星”的方式，在海南商业航天发射场将千帆星座第五批组网卫星送入预定轨道。下列分析正确的是（　　） A．发射塔周围的“白气”是由水蒸气汽化形成的 B．火箭上升时外壳温度升高，外壳具有的内能减小 C．发射火箭与热机做功冲程的能量转化都是内能转化为机械能 D．火箭燃料相对于生活中常见的燃料密度、热值均较小 3．下图是正在煮饭的高压锅限压阀被气流顶起转动起来，这一现象与热机工作循环中的冲程原理相同的是（   ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 4．2024年12月17日2时50分，长征二号丁运载火箭以一箭四星的方式把航天宏图PIESAT-209-12星送入预定轨道。下列有关说法正确的是（　　） A．火箭升空时，动能转化为重力势能 B．燃气主要通过热传递使周围的空气内能增大 C．火箭点火升空过程的能量转化与热机的压缩冲程相同 D．火箭的发射过程中，燃料若不完全燃烧，热值会减小 5．如图所示，“围炉煮茶”是一种休闲方式，源自云南的“火塘烤茶”。对于煮茶过程中蕴含的科学知识，下列说法正确的是（　　） A．煮茶时香气飘溢，说明温度越高，分子运动越剧烈 B．木炭在燃烧过程中热值变小 C．茶水沸腾时吸热，比热容变大 D．壶盖“跳动”与热机压缩冲程的能量转化相同 6．2024年11月30日，我国新型运载火箭长征十二号成功实现首飞。火箭燃料燃烧产生的高温燃气对火箭产生反推力，推动火箭升空，此能量转化过程相当于热机的哪个冲程（　　） A． B． C． D． 7．如图所示是实践小组同学用塑料瓶制作的水火箭。他们先在瓶里装适量水，然后将带有喷嘴的橡胶塞插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气；当橡皮塞脱落时，水从火箭尾部瓶口向下喷出，水火箭向上飞向空中。下列有关说法正确的是（　　） A．打气后气筒会发热，这是通过热传递改变气筒的内能 B．水火箭升空时与热机做功冲程工作原理相似 C．水火箭喷水上升过程中瓶内气体温度升高 D．水火箭升空时受到向上的推力，推力的施力物体是空气 8．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。 9．如图所示，“围炉煮茶”作为一种传统的文化活动，近两年又成为一种新颖、时尚的生活方式。茶沸腾时壶盖被顶起，此过程和热机的 冲程原理相同；煮茶时，整个房间都有淡淡的茶香味，说明分子在不停地做 。 10．铁丝反复弯折后弯折处温度升高，这种改变物体内能的方式与汽油机 冲程相似，若该汽油机某时段的转速为，则该时段汽油机每秒对外做功 次，热机冷却液一般选择“水”是利用水的 大的物理属性。 二、项目操作 11．如图所示，走马灯点燃后会产生气流推动灯旋转，下列四个场景中，能量转化方式与走马灯类似的是（　　） A．热机某冲程 B．滚摆向下运动 C．向下压缩引火仪 D．钻木取火 12．对于图中所描述的物理过程，下列分析中正确的是（　　） A．甲，玻璃筒内的空气被压缩后内能增大，这是因为棉花燃烧放热 B．乙，塞子跳起时，瓶内气体内能减小，这是通过做功的方式改变的 C．丙，水蒸气将塞子推出的过程中，能量转化与热机的压缩冲程相同 D．丁，该冲程为内燃机的做功冲程，曲轴每转一圈发生一次该冲程 13．关于如图所示的实验，下列说法错误的是（    ） A．这个实验说明可以利用物体内能对外做功 B．对木塞做功的过程中管内水蒸气的内能增加 C．此过程中水蒸气内能转化为木塞的机械能 D．这个实验能够显示热机的工作原理 14．（如图所示，用酒精灯给水加热一段时间后，观察到软木塞冲出试管口。此过程中，水蒸气的内能 （选填“增大”或“减小”），且其内能的变化量 （选填“大于”“等于”或“小于”）软木塞增大的机械能，这与热机 冲程的能量转化相同。 15．如图所示，在一个配有活塞的密闭厚壁玻璃筒里放一小团硝化棉，用力把活塞迅速下压，棉花就会立即燃烧，根据实验现象判断下列说法中正确的是（ ） A．活塞迅速下压棉花燃烧，表明筒内气体温度升高了 B．活塞迅速下压的过程中，筒内气体的内能保持不变 C．活塞下压过程的能量转化与热机做功冲程的能量转化相同 D．实验中棉花的点燃方式与汽油机中汽油的点燃方式相同 16．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 17．在学习完《热机》后，某同学设计了实验来演示热机的工作原理，如图所示，用酒精灯加热试管使水沸腾，水蒸气驱动叶轮转动，下列关于该实验分析正确的是（    ） A．加热试管使水沸腾，是通过热传递的方式改变水的内能 B．叶轮转动时，水蒸气的内能转化为叶轮的机械能 C．加热过程中，酒精灯中的酒精内能不变，热值变小 D．增大酒精灯的火焰，可提高该装置的效率 18．小杨家聚餐时想打开一瓶红酒，但家中没有起瓶器。于是小杨用打火机对瓶口附近加热，如图瓶塞慢慢上升最后飞出，瓶塞飞出的过程与热机的 冲程能量转化相同。瓶塞飞出时，瓶内气体的内能会 （填“增大”“减小”或“不变” ）。 19．如图，小明在科技节中展示了自己的作品。塑料瓶内装入少量的液态乙醚，待乙醚充满整个塑料瓶后，启动电子打火器，活塞瞬间向前飞出一段距离，活塞飞出的过程相当于热机的 冲程；活塞离开瓶口还可以继续向前飞出一段距离，因为它具有 。 20．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。 21．汽油机是热机的一种，如图甲所示是一台单缸四冲程汽油机工作状态示意图，由图可以看出，此时它的能量转化情况与 （选填“乙”或“丙”）图相同，如果此汽油机1s做功20次，则汽油机1s完成 个冲程。 22．2022年11月30日7时33分，神舟十五号3名航天员顺利进驻中国空间站，两个航天员乘组首次实现“太空会师”。下列说法正确的是（　　） A．火箭发射升空的发动机不属于热机 B．火箭燃料燃烧越充分，其热值越大 C．燃料用了一部分后，质量变小，热值不变 D．燃料燃烧释放的热量越多，热机效率越高 23．关于内能、热量和热机，下列说法正确的是（　　） A．物体的温度不变，其内能就一定不变 B．物体的温度越低，含有的热量越少 C．热机的功率越大，其效率越高 D．柴油机的压缩冲程将机械能转化为内能 24．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，水蒸气吹动小风扇转动（叶片横截面的设计原理如图所示，一面较平，另一面较弯曲），同时观察到扇叶周围出现“白气”。下列说法正确的是（   ） A．根据，酒精燃烧过程中质量逐渐减少，热值变大 B．热机工作过程中将内能全部转化为机械能 C．扇叶周围的“白气”是液态的 D．此时扇叶会逆时针转动 25．2025年4月24日，我国在酒泉卫星发射中心，使用长征二号运载火箭，成功将神舟二十号载人飞船送入预定轨道，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．卫星在加速上升时，具有的动能保持不变 B．卫星在加速上升时，受到平衡力的作用 C．火箭上升时外壳温度升高，具有的内能减少 D．发射火箭与热机做功冲程的能量转化相同 26．热机是把内能转化为 能的装置，图是汽油机工作时的 冲程，汽油机的每一个工作循环活塞对外做功 次，曲轴转动 周． 27．涡扇喷气式发动机是现代飞机“心脏”，是热机的一种，其关键材料耐高温。如图所示，发动机结构由进气道、压气机、燃烧室、涡轮机、喷口五部分组成。其中压气机压缩空气，燃烧室喷油与高压空气混合燃烧产生高温高压燃气，推动涡轮机转动并从喷口喷出。下列关于涡扇喷气式发动机的说法不正确的是（　　） A．发动机内部耐高温的材料具有熔点高的特点 B．吸入发动机的空气被压缩机压缩后内能增大 C．发动机内，燃料和压缩空气混合后燃料的热值增大 D．高温高压的燃气经过涡轮机后燃气的内能减小，温度降低 28．2024年11月4日，神舟十八号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，如图所示，下列说法正确的是（　　） A．由图中可知返回舱的高度约为2.5m B．加速下降过程中，返回舱的动能增大，重力势能减小 C．反推火箭发动机是最高效的热机，其效率为100% D．返回舱降落伞打开后减速下落，降落伞对返回舱的拉力等于返回舱对降落伞的拉力 29．常规潜艇以四冲程热机为动力，其中做功冲程将内能转化为 能，如图所示是该热机的 冲程；潜艇以柴油作为动力燃料，每消耗1t柴油产生的热量为 J，若这些热量的40%被水吸收，可以将 kg的水由20℃加热到100℃。[q柴油=4.2×107J/kg，c水=4.2×103J/(kg·℃)]若海水密度的变化忽略不计，潜艇在海水里下潜过程中受到海水的压强 ，上浮出水前的过程中受到的浮力 。（后两格均选填“变大”、“变小”或“不变”） 30．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 31．热机发明后，一直在持续地改进和发展中。 材料一：1769年，法国人居纽制造出蒸汽机推动的三轮汽车（图甲），传统蒸汽机的燃料在汽缸外部燃烧（图乙）。 材料二：1862年，法国人德罗夏提出内燃机（内燃指燃料在汽缸内燃烧）的四冲程循环理论：①汽缸的向外运动造成的真空将混合气体燃料吸入汽缸；②通过汽缸的向内运动对进入汽缸里的燃料进行压缩；③高压燃烧气体产生巨大爆发力；④将已经燃烧的废气从汽缸中排出。 材料三：1876年，德国人奥托制造出以四冲程为依据的燃气内燃机，利用飞轮的惯性使四冲程自动实现循环往复。 阅读上面材料，回答下列问题： (1)传统蒸汽机的燃料在汽缸 部燃烧；内燃指燃料在汽缸 部燃烧； (2)图丙所示是将 能转化为 能； (3)根据材料知道热机一个工作循环有四个冲程，请你判断图丁中表示的是 冲程； (4)小锦同学阅读了某型号汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图戊所示的图表，请根据给出的信息，计算该内燃机输出的有用功为燃料释放热量的 %。 32．阅读下列信息回答问题： 目前国产油电混合动力汽车技术已十分成熟，图甲是某款油电混动汽车的工作原理图。当车行驶时，发动机和驱动电机同时共同为汽车提供动力；而发动机内燃油燃烧放出的热量部分用于驱动汽车行驶和对蓄电池充电。若普通汽车刹车时动能全部用于克服与地面的摩擦力做功，而该油电混合动力汽车在关闭发动机后，动能除用于克服与地面的摩擦力做功外，其余能量全部通过驱动电机反转为发电机给蓄电池充电。在某次测试时，同样车型的普通汽车和该油电混合动力汽车均以100km/h的速度在同一水平路面上匀速行驶0.1h后关闭发动机，测出这两辆车从关闭发动机到车辆速度减为0通过的路程s，作出对应的v﹣s图像如图乙所示，设两车受到的摩擦力大小相等。问题： (1)该油电混合汽车在行驶过程中，发动机 （选填“属于”或“不属于”）热机，其效率 1（选填“大于”或“小于”或“等于”）； (2)该油电混合动力汽车以100km/h的速度匀速行驶时0.1h的路程； (3)图乙中表示该油电混合动力汽车进行测试的图线是哪一条？阐述你判断的理由； (4)图丙所示是该混动汽车的发动机中的汽化器，它的作用是通过喷油管喷出汽油与流过的空气充分混合，混合后的气体再进入气缸。为使喷油管内汽油快速喷出，应将管口安装在图中的A位置还是B位置，写出你这样选择的理由。 33．小爽学习热机知识后，研究了自家汽车的汽油机的情况（如图）。查阅资料得知：自家汽车使用的是92号汽油，最多可容纳40L的汽油，q汽油＝4.5×107J/kg，ρ汽油＝0.7×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃）。请完成以下问题： (1)该车汽油机的热机效率为 。 (2)满箱汽油完全燃烧放出的热量是多少？ (3)满箱汽油完全燃烧，可使小汽车输出的有用功是多少？ (4)若行驶过程中平均阻力为567N，则该小轿车油耗是多少升？（油耗指行驶一百公里消耗燃油的体积） 34．（2025·四川成都·中考真题）2025年4月24日在酒泉卫星发射中心，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭发射升空。关于火箭发动机，下列说法正确的是（　　） A．火箭发动机使用比热容大的燃料 B．火箭燃料燃烧越充分，热值越大 C．火箭发动机主要通过热传递获得机械能 D．火箭发动机属于热机 35．（2025·山西·中考真题）跨学科实践 制作简易汽轮机模型 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： 。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 $$