14.4 跨学科实践：制作简易热机模型(课后作业)-【宝典训练】2025-2026学年新教材九年级全一册物理高效课堂（人教版2024）

宝典训练·物理·九年级全册(R) 第4节 跨学科实践：制作简易热机模型 1.阅读材料，回答问题。 随着航天和航空事业的发展，普通的内燃机已经不能提供足够的动力，人们迫切需要大功率 的发动机以提高飞行器的飞行速度，因此喷气发动机就应运而生，它主要有涡轮喷气发动机和火 箭发动机。 涡轮喷气发动机使压缩后的混合气体在燃烧室燃烧（如图甲），燃烧后剧烈膨胀的气体从尾部 高速喷出，其巨大的反冲推力成为飞机的推进力，减小发动机的体积和质量，使用高能燃料，可以 获得更大的推进力。 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推进装置，都是火箭发动机，火箭发动机基本都是内 燃机。 喷油嘴 氧化剂 喷管 压气机燃烧室轮机 燃料室 甲 乙 丙 (1)喷气发动机把燃气的内能转化为 ,从而提供动力。 (2)据中央电视台新闻联播报道，2017年4月20日19时41分长征七号火箭搭载“快递小哥”天舟 一号（图丙）货运飞船成功发射升空。发射天舟一号的遥二运载火箭使用的燃料主要是液态 氢，这是因为氢 A.比热容大 B.凝固点低 C.热值大 D.沸点低 (3)喷气压缩发动机使混合气体在燃烧室燃烧直到膨胀的气体再从尾部高速喷出的过程中，燃气 的温度是不断变化的，下列能大致反映燃气温度随时间而变化的是 ↑温度/℃ 个温度/℃ 个温度/℃ 个温度/C A. 时间s B. 时间S C 时间店 时间内 (4)涡轮喷气发动机 (选填“能”或“不能”)在大气层外工作。 20 第十四章内能的利用 (5)美F一1是有史以来人类制造的推力最大的火箭发动机，F一1设计海平面平均推力约为 6.8×10牛，这样大的竖直向上推力能够在5台并联的时候，将起飞质量3000多吨的土星5号 火箭在150秒的时间内推到约6.4×104米的高度，同时最大速度达到2.76千米/秒。美F一1 火箭发动机的设计海平面推力的平均功率约为多少瓦？（用科学记数法表示，保留一位小数） 2.随着神舟系列宇宙飞船发射升空，项目式学习小组的同学们对火箭升空的动力产生了浓厚的兴趣， 同学们进行了关于火箭升空原理的研究性学习，请你帮助项目式学习小组的同学们完成研究性学习 报告。 【研究目标】火箭升空的动力方式 【研究方法】网上查阅资料 【研究结果】 火箭使用的是喷气式发动机，它和内燃式发动机的工作原理不同，它的燃料在燃烧室内燃烧 后产生高温、高压的气体，这种气体从尾部以极高的速度喷出，同时产生很大的反作用力推动机身 向前运动。由于它不需要像活塞、螺旋桨等那样的传动装置，从而减少了能量的损失，大大提高了 机身的飞行速度。 喷气式发动机又分为空气喷气式发动机和火箭喷气式发动机两类。前者本身 整流罩 只携带燃料，因此不宜在空气稀薄的高空飞行；后者简称为火箭，它本身带有燃料和 氧化 氧化剂，不需要依靠外界空气来助燃。现代火箭使用的燃料多为液体燃料。液体燃 剂箱 燃料箱 料火箭主要由燃料箱、氧化剂箱、输送装置、燃烧室和尾部喷口组成，如图所示。输 输送 装置 送系统按时按量把燃料和氧化剂输送到燃烧室中，最初用电火花点燃，产生高温、高 压气体，随后继续进入燃烧室的燃料和氧化剂，由于燃烧室的温度极高，从而可以自 行燃烧。燃烧产生的气体以很大的速度从喷口喷出，同时对火箭产生强大的反冲推力，使火箭 前进。 【研究拓展】 (1)相比于内燃式发动机，喷气式发动机大大提高了机身的飞行速度，主要的原因是 (2)火箭点火后，尾部向下喷出高温、高压的气体使火箭加速上升。这一阶段，火箭顶部整流罩的 机械能 (选填“变大”“变小”或“不变”)； (3)我国已经在探月工程领域实现了重大突破，探月活动之一就是将卫星输送到近月的预定轨道。 将卫星输送到近月轨道所用的是 (选填“空气”或“火箭”)喷气式发动机，这种发动机 (选填“是”或“不是”)热机，理由是 21九年级全册(RJ)参考答案 第3节热机的效率 化学内内机械吸气压缩做功排气压缩做功 两两 一 单位质量J/kgJ/m gm qv完全燃烧 1.D2.D 3.1m3的天然气完全燃烧放出的热量为8×10J W里X100%充分燃烧损失废气 2.4×1082.52×102J/m 重难易错精练 4.解：氢的质量：m=21t=2.1×104kg,完全燃烧释放出的热量 1.C2.B3.C4.做功相同1800热传递5.D Qt=m9瓶=2.1X10kgX1.4×108J/kg=2.94X102J； 若产生相同的热量，需要完全燃烧煤的质量 6.(1)比热容做功(2)29m9X29% m=9-94X10-9.8X10kg. (3)清洁环保2.3×100.535(4)高汽油充分燃烧 9煤 3×102J/kg 7.解：(1)4kg汽油完全燃烧放出的热量 5.C6.A7.B Q=qm=4.5×10'J/kg×4kg=1.8X108J; 8.解：(1)小火锅中热汤吸收的热量为Q吸=c锅m%△1=4.2×103 (2)由题可知废气带走的能量 J/(kg·℃)×1kg×(100℃-50℃)=2.1×105J。 Q=Q做7=1.8×10JX42%=7.56×10J, (2)20g固体酒精完全燃烧所释放的热量为Q微=m精9=20× 即水吸收的热量Q吸=Q=7.56X10J, 10-3kg×2.0×107J/kg=4×105J. 由Q级=cm△t可知水升高的温度 3)小火锅烧汤的效率为”×100%=.X0一×100为 7.56×10J 4×105J Ar=Q级 ckms4.2×10j7(kg·C)X200kg-90℃， =52.5% 标准大气压下水的沸点为100℃，而T=90℃+20℃=110℃， 9.(1)做功内能机械能(2)30(3)3×104300 110℃>100℃，因此水实际升高的温度△t=100℃-20℃ 第4节跨学科实践：制作简易热机模型 =80℃； 1.(1)机械能(2)C(3)D(4)不能 W可知， (3)已知汽油机的效率为7一30%，由7厂 (5)解：推力做功为W=Fs=6.8×10N×6.4×105m 汽车做的有用功W=Q做7=1.8×10°J×30%=5.4×10J。 4.352×101J, 汽车匀速运动时的受到阻力与汽车的牵引力是对平衡力， 推力的平均功率约为P=W_4.352X10」-2.9X10°W。 由二力平衡的条件可知，汽车的牵引力F=f=900N, 150s 根据W一Fs可知汽车通过的路程 2.(1)减少了能量损失，能量转化率高(2)变大 (3)火箭是火箭是通过燃料燃烧，将化学能转化为内能再 w_5.4×102J=60000m=60km。 s= F 900N 转化为机械能的装置 第十五章电流和电路 专题一热学相关计算 1.解：(1)水吸收的热量Q级=cm△t=4.2×103J/(kg·℃)×1kg 第1节 两种电荷 ×(75℃-25℃)=2.1×105J; 1.B2.A3.吸引排斥验电器4.A5.D (2)液化气完全燃烧放出的热量 6.吸引得到负7.B8.摩擦异种静电9.C Q做=mq=0.01kg×4.2×107J/kg=4.2×105J; 10.(1)玻璃棒橡胶棒(2)负石棉玻璃(3)弱 (3)加热装置的效率？= ×100%=21X10J ×100% (4)不能(5)负正正 Q做 4.2×105J 11.(1)得到正(2)正异种电荷相互吸引(3)排斥 =50%。 第2节电流和电路 2.解：(1)水的质量m=p*V=1.0×103kg/m3×0.1m3=100kg; (2)水吸收的热量Q吸=c*m△t==4.2×103J/(kg·℃)×100 第1课时电流 kg×(50℃-20℃)=1.26×103J; 1.B2.B3.得到由装置到人不变4.D5.A (3)需要天然气完全燃烧放出的热量Q=Q=1.26X10」 42% 6.B解析：橡胶棒带负电，有多余的电子，橡胶棒接触不带电的 验电器金属球，电子从橡胶棒移动到验电器，正电荷定向移动 310J,至少需要完全燃烧天然气的体积V天然气= Q」 9天然 的方向是电流的方向，自由电子的定向移动方向与电流方向相 3×10J 反，所以电流方向是从验电器到橡胶棒，故A正确、B错误；验 4.0x10j7m=0.75m. 电器的原理是同种电荷互相排斥，故C正确；图乙中两个金属 100km 汽车行驶100km用时三号=72km 箔片带同种电荷相互排斥，金属箔的张角变小是由于两个金属 箔带的电荷量减小，它们之间的斥力减小，其原因是电子转移 3600s=5000s,发动机所做的功W=Pt=12kW×5000s= 走了，所以乙图中从锌板“逃”出的是电子，故D正确。 1.2×104W×5×103s=6×107J; 7.(1)负(2)单向导电(3)从D至CB (2)汽油完全燃烧所放出的热量Q=qm=4.6×102J/kg×4.2kg 解析：由图可知，闭合开关S,发光二极管发光，说明电流从二极 W 6×102J =1.932×10J,发动机的效率7=Q×100%-1.932X10× 管的长脚流入、短脚流出，即电流从土豆电池的B端流出，经二 极管流回A端，即金属片A是土豆电池的负极；CD段导线内 100%≈31%。 电流的方向是从C至D,而自由电子的移动方向与电流方向相 第十四章复习课 反，因此是从D至C,自由电子发生了定向移动，所以是B图。 8.不导电导体导体与绝缘体之间在一定条件下可以相互转 思维导图 化温度解析：a图电路中灯泡不发光，说明电路无电流，玻 消灭产生一种形式其他形式转移保持不变内能 璃在常温下是绝缘体，不导电；b图中，当玻璃加热到红炽状态 21