第4节 跨学科实践：制作简易热机模型（培优考点练）物理新教材人教版九年级全一册

第4节 跨学科实践：制作简易热机模型 1. 如图所示是课外兴趣小组制作的“蒸汽船”模型。将盛有适量水的铜制容器安装在“船体”上，并用蜡烛对其底部进行加热，一段时间后铜质容器内水温升高产生蒸汽，通过铜管向右喷出，“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．水在沸腾时会有热量的散失，所以能量不守恒 C．“蒸汽船”运动时能量转化与热机做功冲程相同 D．“蒸汽船”在向左运动时主要将机械能转化为内能 2. 实验中学举行了中学生自制火箭比赛。甲组参赛选手对水火箭打气，拉开气阀，水向下喷出，水火箭一飞冲天（如图甲所示）。乙组参赛选手用塑料瓶自制了火箭模型（如图乙所示），先在瓶内喷入酒精，然后盖上锥形纸筒，再按下电火花发生器按钮，点燃瓶内酒精气体，纸筒向上飞出。下列说法正确的是（　　） A．水对水火箭向上的推力是水火箭向上起飞的原因 B．水火箭上升过程中，水火箭的机械能一直增大 C．瓶内酒精燃烧越充分，酒精热值越大 D．纸筒飞出后瓶内气体的内能不变，温度不变 3. 学校科技节活动中，组织水火箭制作比赛。如图甲为自制的水火箭结构示意图，图乙为使用打气筒向水火箭内不断打气示意图。当水面上方压强增大到一定程度时，会使水向下喷出，从而使水火箭升空。关于水火箭以下说法正确的是（     ） A．利用打气筒向水火箭内打气，水火箭中空气的内能减小 B．水火箭落回地面的过程中，若以水火箭为参照物，地面是向下运动的 C．水向下喷出会使水火箭升空，是由于力的作用是相互的 D．打气筒将空气压入水火箭内时，能量转化的过程与汽油机的做功冲程相同 4. 如图甲是同学们在科技节中进行水火箭比赛的场景，水火箭向后喷水的同时向前飞行。图乙是水火箭飞行的大致路径，下列有关说法正确的是（　　） A．水火箭在加速上升时不受重力的作用 B．水火箭向下喷水从而获得升空的动力，说明力的作用是相互的 C．若水火箭飞到最高点时所受的力全部消失，它将保持静止 D．水火箭在下落的过程中，不具有重力势能 5. 如图所示，将一个空易拉罐的底部钻一个小孔，从易拉罐开口端向罐内喷适量酒精喷雾，然后将一个空纸杯迅速套上。用细线将易拉罐水平悬挂在铁架台上，将点燃的打火枪靠近底部的小孔，纸杯就会“向前”飞去。纸杯飞出过程中，下列说法正确的是（　　） A．罐内气体的内能增加 B．该过程机械能转化为内能 C．能量转化情况与内燃机的压缩冲程相同 D．能量转化情况与内燃机的做功冲程相同 6. 热机的种类 （1）热机：将燃料燃烧产生的高温、高压气体的内能转化为 的机器，统称为热机。热机的种类很多，如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 （2）常见的内燃机通常包括 和柴油机两大类。 （3）喷气发动机分为空气喷气发动机和 喷气发动机两类。 7. 汽油机和柴油机属于内燃机，内燃机在工作时燃料在气缸内直接燃烧，将燃料燃烧产生的 能转化为 能，请你再列举出一种热机： 。 8．如图所示，在圆筒内加入适量酒精，用橡胶塞塞紧筒口，用电火花点火，一段时间后，观察到橡胶塞突然被推出。此过程中，混合气体燃烧产生高温高压的燃气对橡胶塞做功，将燃气的 能转变为橡胶塞的机械能。此实验与内燃机 冲程能量转化原理相同。 9. 制作简易热机模型 （1）准备材料：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。 （2）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。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 。 10. 如图所示是某老师的自制教具，他在矿泉水瓶的侧壁上钻一个孔，把电火花发生器紧紧塞进孔中，实验时从瓶口喷入酒精并盖上锥形纸筒，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，纸筒即刻飞出。关于此实验的下列分析： （1）酒精不完全燃烧时热值将 （选填“变大”、“变小”、“不变”），酒精燃烧过程中，化学能转化为 能； （2）燃气推动纸筒飞出的过程中将内能转化为 能，相当于内燃机的 冲程； （3）纸筒飞出后瓶内气体的内能将 （选填“变大”、“变小”、“不变”），温度将 （选填“升高”、“降低”）。 11．我国古人曾发明一种点火器，以牛角为套筒，把艾绒粘在木质推杆前端，其结构如图所示。取火时一只手握住套筒，另一只手向内猛推推杆，推杆前端的艾绒就会被点燃，拔出推杆后，吹吹艾绒就有火苗产生。艾绒被点燃的过程与四冲程汽油机的 冲程相似，该冲程的能量变化：机械能转化为 。 12. 如图是小明制作的“走马灯”，点燃底部蜡烛，纸马随着纸风车转动起来，此过程的能量转化与四冲程汽油机的 冲程情况相同，纸马温度升高，主要是通过 的方式改变了其内能。 13．如图所示，向盒中滴入几滴酒精后就闻到了酒精的气味，将盒盖盖紧后启动电火花发生器，盒盖向外飞出，此过程中 能转化成 能，与内燃机的 冲程能量转化相同。 14. 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，用蜡烛对铜质容器底部加热，一段时间后铜质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 行驶，铜管口附近出现“白雾”说明蒸汽对外做功时，内能 ，水在沸腾时会有热量的散失，整个加热的过程中能量总量 。 15. 如图所示是小明设计的简易热机模型，燃料燃烧后加热水产生水蒸气，通常实验室用 作热源，用它来加热密封的易拉罐中的水，易拉罐的一侧开小孔后让蒸汽喷出，推动风车转动。此时工作物质是 。该模型可以看成是 。（选填“内燃机”或“外燃机”） 16. 跨学科实践 小明在学习热机知识的基础上，准备制作一个简易热机模型。以下是部分方案内容，请你补充完整。 （1）项目分析：选择适合作为热源的物质，如酒精灯，酒精燃烧时将 能转化为 。 （2）项目实施：组装铁架台，放置烧瓶和酒精灯，调试叶轮的位置，使烧瓶口的“L”形导管出口正对叶片，如图所示。点燃酒精灯，当大量白气从导管口喷出时，观察到叶轮转了起来。 （3）展示交流：汽轮机工作时，水蒸气内能减小，温度会 ；如果想提高此汽轮机效率，可以采用的方法有： （写出一条即可）。 17. 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”的学习活动，下面是该小组同学交流的实践过程。 （1）了解火箭的相关知识：2024 年10月30日，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭点火发射，如图甲所示。火箭刚发射时，它的机械能 （选填“增加”“减小”或“不变”）。为了保护发射台，在发射台底建了一个大水池，让火箭产生的高温火焰喷射到水中，利用水的 （填物态变化名称）来吸收大量的热量。 （2）制作并发射：同学们制作了“水火箭”并进行发射，如图乙、丙所示。给“水火箭”打气，打开阀门。水向下喷出，“水火箭”向固定角度一飞冲天。使用打气筒打气时的能量转化与汽油机的 冲程的能量转化相同，使“水火箭”上升的力的施力物体是 （选填“打气的同学”或“喷出的水”）。 （3）项目评估：小组的同学们制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，以竖直上升高度为标准评选“最佳飞行奖”，但操作过程中发现“水火箭”在竖直方向上升高的高度不容易测量，同学们讨论后认为可以通过测量“水火箭”的 来评奖。（写出一种方法即可） 18．设计制作简易热机模型 【项目分析】 （1）热机的工作原理是什么？ （2）热机包含哪些主要装置？ 【项目实施】某小组同学制作了如图所示的“汽轮机”。 （1）制作叶轮：将两个塑料瓶盖口对口粘在一起，用小刀在瓶盖侧边切几个对称的小缝，将铝片插在小缝中；在两瓶盖中心用锥子钻一个小孔，将铁丝穿过小孔，使瓶盖能在铁丝上自由转动。 （2）组装“汽轮机”：用铁丝将制作的“叶轮”固定在底座上，并按照如图所示组装器材，调整“叶轮”的位置，使导管的管口正对着“叶轮”上方的铝片。 （3）“汽轮机”工作：点燃酒精灯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。 【交流】 （1）根据所学的知识判断，该“汽轮机”属于 （选填“内燃机”或“蒸汽机”）。 （2）该“汽轮机”的燃料是 ，工作时燃料的化学能转化为水和水蒸气的 能。高温水蒸气由导管喷出对叶轮做功，又将 能转化为 能。 （3）“汽轮机”工作时，水蒸气不易推动叶轮转动，则可进行的改进措施有： ①将叶轮 （选填“靠近”或“远离”）导管口； ② 。 19．打气后的可乐瓶可制成“水火箭”。研究表明：水火箭射程与瓶内液体占总体积比例、瓶内气压和瓶内液体质量等因素有关。为研究水火箭射程与瓶内液体质量的关系，某兴趣小组通过只改变液体的密度来改变其质量，并用图甲装置和有关测量工具进行如下实验。 ①取一可乐瓶作为水火箭内胆，瓶内装入体积为V的水，将其放置在已固定好的发射架上； ②用打气筒给水火箭打气，当瓶内气压为p时，打开开关发射； ③测出水火箭的射程，多次实验取平均值； ④用食盐和水配制A、B、Ｃ三种密度不同的溶液，均取体积为V的溶液替换水，重复上述步骤①②③实验结果如图乙所示。 （1）打气时，瓶内气体内能 ，打开开关，水火箭发射，此过程能量转化关系类似于汽油机中 冲程； （2）一定温度下，用足量的食盐和水配制溶液，若充分溶解后观察到有食盐沉淀在下方，则溶液密度达到 ，在体积相同时， 也最大； （3）本实验结论：相同条件下，瓶内液体质量越 ，水火箭射程越远； （4）某同学认为本实验用相同装置，可只用水进行实验，通过改变水的体积来改变质量更方便。该同学的观点 （选填：“正确”或“错误”），理由： 。 20．（1）如图甲所示，给试管内水加热至一定程度，发现试管口木塞会被推出。给水加热是通过 的方式使水的内能增加；四冲程内燃机的 冲程与上述实验木塞被推出过程的能量转化相同，同理我们制作的简易汽轮机模型，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，也是内能转化为 。 （2）如图甲是我国古代发明的取火器模型图，把推杆迅速推入牛角套筒时，套筒内空气被压缩，推杆前端的艾绒立刻燃烧起来，此过程中机械能转化为 能，内燃机工作的 冲程原理与该过程相同。某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min，则该汽油机每分钟做功 次。如图乙所示，小明驾驶燃油汽车，在转向前，他会拨动转向横杆，汽车同侧的前后两个转向灯就会同时闪亮、同时熄灭，但其中一个损坏时。另一个仍能正常工作，这两个转向灯在电路中的连接方式为 ，转向杆相当于电路中的 。 （3）汽油机是燃油汽车的动力来源之一。如图所示是某台汽油机工作时的能量数据，图中横线处应填写的内容是：① ；② 。若汽油的热值为4.6×107 J/kg，则该工作过程中消耗的汽油质量为 kg。 （4）2023年5月17日，我国用长征三号乙运载火箭成功发射第56颗北斗导航卫星，如图。在卫星发射过程的点火加速上升阶段，发生的能量转化是：燃料的 能转化为内能，然后再转化为卫星的 能，火箭以氢为燃料，是因为氢的 大。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4节 跨学科实践：制作简易热机模型 1. 如图所示是课外兴趣小组制作的“蒸汽船”模型。将盛有适量水的铜制容器安装在“船体”上，并用蜡烛对其底部进行加热，一段时间后铜质容器内水温升高产生蒸汽，通过铜管向右喷出，“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．水在沸腾时会有热量的散失，所以能量不守恒 C．“蒸汽船”运动时能量转化与热机做功冲程相同 D．“蒸汽船”在向左运动时主要将机械能转化为内能 【答案】C 【详解】A．水变热是因为吸收了热量，是通过热传递的发生改变内能的，故A错误； B．水在沸腾时会有热量的散失，散失的热量被周围空气等吸收，能量仍守恒，故B错误； CD．“蒸汽船”运动时能量转化形式为：将内能转化为机械能，与热机做功冲程的能量转化形式相同，故C正确，D错误。 故选C。 2. 实验中学举行了中学生自制火箭比赛。甲组参赛选手对水火箭打气，拉开气阀，水向下喷出，水火箭一飞冲天（如图甲所示）。乙组参赛选手用塑料瓶自制了火箭模型（如图乙所示），先在瓶内喷入酒精，然后盖上锥形纸筒，再按下电火花发生器按钮，点燃瓶内酒精气体，纸筒向上飞出。下列说法正确的是（　　） A．水对水火箭向上的推力是水火箭向上起飞的原因 B．水火箭上升过程中，水火箭的机械能一直增大 C．瓶内酒精燃烧越充分，酒精热值越大 D．纸筒飞出后瓶内气体的内能不变，温度不变 【答案】A 【详解】A．力可以改变物体的运动状态，水对水火箭向上的推力是水火箭向上起飞的原因，故A正确； B．水火箭上升过程中，水火箭的机械能不断克服摩擦力做功，且水火箭的质量不断减小，速度先增大后减小，高度不断升高，因此水火箭的机械能并不是一直增大，故B错误； C．燃料的热值是燃料本身的一种特性，与燃料燃烧的充分程度无关。瓶内酒精燃烧越充分，酒精热值不变，故C错误； D．纸筒飞出后，瓶内气体对纸筒做功，瓶内气体的内能减小，温度降低，故D错误。 故选A。 3. 学校科技节活动中，组织水火箭制作比赛。如图甲为自制的水火箭结构示意图，图乙为使用打气筒向水火箭内不断打气示意图。当水面上方压强增大到一定程度时，会使水向下喷出，从而使水火箭升空。关于水火箭以下说法正确的是（    ） A．利用打气筒向水火箭内打气，水火箭中空气的内能减小 B．水火箭落回地面的过程中，若以水火箭为参照物，地面是向下运动的 C．水向下喷出会使水火箭升空，是由于力的作用是相互的 D．打气筒将空气压入水火箭内时，能量转化的过程与汽油机的做功冲程相同 【答案】C 【详解】A．利用打气筒向水火箭内打气，压缩筒内空气，通过做功使水火箭中空气的内能增加，故A错误； B．水火箭落回地面的过程中，若以水火箭为参照物，地面与火箭之间的距离变小，地面是向上运动的，故B错误； C．水火箭向下喷水，给水一个向下的力，由于物体间力的作用是相互的，水给水火箭一个向上的力，使水火箭升空，故C正确； D．打气筒将空气压入水火箭内时机械能转化为内能，汽油机的做功冲程中内能转化为机械能，所以两者能量转化方式不相同，故D错误。 故选C。 4. 如图甲是同学们在科技节中进行水火箭比赛的场景，水火箭向后喷水的同时向前飞行。图乙是水火箭飞行的大致路径，下列有关说法正确的是（　　） A．水火箭在加速上升时不受重力的作用 B．水火箭向下喷水从而获得升空的动力，说明力的作用是相互的 C．若水火箭飞到最高点时所受的力全部消失，它将保持静止 D．水火箭在下落的过程中，不具有重力势能 【答案】B 【详解】A．地面附近的物体都受重力，水火箭加速上升时也受重力，故A错误； B．水火箭向下喷水，对水有向下的力，因为力的作用是相互的，水对水火箭有向上的力，使水火箭升空，说明力的作用是相互的，故B正确； C．水火箭到最高点时仍有水平方向速度，若受力全部消失，根据牛顿第一定律，会保持匀速直线运动，不是静止，故C错误； D．水火箭下落过程中，有质量且有高度，具有重力势能，故D错误。 故选B。 5. 如图所示，将一个空易拉罐的底部钻一个小孔，从易拉罐开口端向罐内喷适量酒精喷雾，然后将一个空纸杯迅速套上。用细线将易拉罐水平悬挂在铁架台上，将点燃的打火枪靠近底部的小孔，纸杯就会“向前”飞去。纸杯飞出过程中，下列说法正确的是（　　） A．罐内气体的内能增加 B．该过程机械能转化为内能 C．能量转化情况与内燃机的压缩冲程相同 D．能量转化情况与内燃机的做功冲程相同 【答案】D 【详解】纸杯飞出过程中，罐内气体体积膨胀，对外做功，将气体的内能转化为纸杯的机械能，罐内气体的内能减小；内燃机的做功冲程中，缸内气体推动活塞做功，将内能转化为机械能，故纸杯飞出过程中，能量转化情况与内燃机的做功冲程相同，故D正确，ABC错误。故选D。 6. 热机的种类 （1）热机：将燃料燃烧产生的高温、高压气体的内能转化为 的机器，统称为热机。热机的种类很多，如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 （2）常见的内燃机通常包括 和柴油机两大类。 （3）喷气发动机分为空气喷气发动机和 喷气发动机两类。 【答案】（1）机械能；（2）汽油机；（3）火箭 【详解】（1）热机工作时，先通过燃料燃烧将化学能转化为高温、高压气体的内能，然后利用这些高温、高压气体膨胀做功，推动机器的部件运动，最终将内能转化为机械能对外输出。 （2）内燃机是热机中最常见的类型之一，它是通过燃料在汽缸内燃烧产生动力的机器。常见的内燃机主要分为两大类，一类是汽油机，其汽缸顶部有火花塞，通过火花塞点火使燃料燃烧；另一类是柴油机，汽缸顶部没有火花塞，而是通过压缩空气使汽缸内温度升高，达到燃料的着火点实现自燃。 （3）喷气发动机是依靠喷出气体产生的反作用力推动物体运动的发动机。根据工作时是否需要外界空气参与，喷气发动机分为两类：一类是空气喷气发动机，它需要从外界吸入空气作为氧化剂，与燃料混合燃烧产生高温高压气体喷出，常见于飞机等飞行器；另一类是火箭喷气发动机，它不需要依赖外界空气，自身携带燃料和氧化剂，在没有空气的太空中也能工作，这也是火箭能够进入太空的原因。 7. 汽油机和柴油机属于内燃机，内燃机在工作时燃料在气缸内直接燃烧，将燃料燃烧产生的 能转化为 能，请你再列举出一种热机： 。 【答案】 内 机械 见解析 【详解】热机是将内能转化为机械能的机器。燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。内燃机分为汽油机和柴油机两大类。 常见的热机除了大家熟悉的还有其他类型，比如蒸汽机，利用煤等燃料燃烧产生的热量将水加热成蒸汽，蒸汽膨胀推动活塞做功。比如汽轮机，蒸汽进入汽轮机后，冲击叶片，使转子旋转，带动发电机发电。还有汽车发动机等。 8．如图所示，在圆筒内加入适量酒精，用橡胶塞塞紧筒口，用电火花点火，一段时间后，观察到橡胶塞突然被推出。此过程中，混合气体燃烧产生高温高压的燃气对橡胶塞做功，将燃气的 能转变为橡胶塞的机械能。此实验与内燃机 冲程能量转化原理相同。 【答案】 内 做功 【详解】在圆筒内加入适量酒精，用橡胶塞塞紧筒口，用电火花点火，酒精燃烧产生高温高压的燃气，燃气推动橡胶塞做功，燃气的内能转化为橡胶塞的机械能。在内燃机的压缩冲程中，机械能转化为内能，做功冲程中，内能转化为机械能，所以此实验与内燃机做功冲程能量转化原理相同。 9. 制作简易热机模型 （1）准备材料：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。 （2）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。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 。 【答案】转动起来。 【详解】酒精灯加热易拉罐内的水，产生大量水蒸气，使罐内气压增大，高温高压的水蒸气从笔管尖端高速喷出，冲击小风扇的扇叶，对扇叶施加力的作用，使扇叶转动起来，将水蒸气的内能转化为扇叶的机械能。 10. 如图所示是某老师的自制教具，他在矿泉水瓶的侧壁上钻一个孔，把电火花发生器紧紧塞进孔中，实验时从瓶口喷入酒精并盖上锥形纸筒，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，纸筒即刻飞出。关于此实验的下列分析： （1）酒精不完全燃烧时热值将 （选填“变大”、“变小”、“不变”），酒精燃烧过程中，化学能转化为 能； （2）燃气推动纸筒飞出的过程中将内能转化为 能，相当于内燃机的 冲程； （3）纸筒飞出后瓶内气体的内能将 （选填“变大”、“变小”、“不变”），温度将 （选填“升高”、“降低”）。 【答案】（1）不变，内；（2）机械，做功；（3）变小，降低 【详解】（1）热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料是否充分燃烧、燃烧快慢无关，所以酒精不完全燃烧时热值不变。 酒精燃烧过程中，释放热量，化学能转化为内能。 （2）燃气推动纸筒飞出的过程是燃气推动纸筒做功的过程，消耗内能，得到机械能，内能转化为机械能，相当于内燃机的做功冲程。 （3）燃气推动纸筒做功，瓶内气体的内能转化为纸筒的机械能，所以，纸筒飞出后瓶内气体的内能减小，温度降低。 11．我国古人曾发明一种点火器，以牛角为套筒，把艾绒粘在木质推杆前端，其结构如图所示。取火时一只手握住套筒，另一只手向内猛推推杆，推杆前端的艾绒就会被点燃，拔出推杆后，吹吹艾绒就有火苗产生。艾绒被点燃的过程与四冲程汽油机的 冲程相似，该冲程的能量变化：机械能转化为 。 【答案】 压缩 内能 【详解】当向内猛推推杆时，推杆对套筒内的空气做功，将机械能转化为空气的内能，使套筒内空气的内能增大，温度升高，达到艾绒的着火点，从而使艾绒被点燃。在四冲程汽油机的压缩冲程中，活塞向上运动，压缩气缸内的气体，也是将机械能转化为内能，与这一过程相似。该冲程的能量变化情况是机械能转化为内能。 12. 如图是小明制作的“走马灯”，点燃底部蜡烛，纸马随着纸风车转动起来，此过程的能量转化与四冲程汽油机的 冲程情况相同，纸马温度升高，主要是通过 的方式改变了其内能。 【答案】 做功 热传递 【详解】点燃底部蜡烛，纸马随着纸风车转动起来，此过程是蜡烛燃烧将化学能转化为内能，热空气上升推动纸风车和纸马转动，内能转化为机械能。四冲程汽油机的做功冲程中，火花塞点燃混合气体，爆炸性燃烧释放出庞大的热能，转化为强大的机械能，推动活塞并带动曲轴旋转，也是内能转化为机械能。所以走马灯能量转化与四冲程汽油机的做功冲程情况相同。 纸马温度升高，主要是通过热传递的方式改变了其内能。蜡烛燃烧使周围空气温度升高，热空气与纸马存在温度差，通过热传递将热量传递给纸马，使纸马内能增加、温度升高。 13．如图所示，向盒中滴入几滴酒精后就闻到了酒精的气味，将盒盖盖紧后启动电火花发生器，盒盖向外飞出，此过程中 能转化成 能，与内燃机的 冲程能量转化相同。 【答案】 内 机械 做功 【详解】精燃烧释放出内能，高温高压燃气推动盒盖做功，将内能转化为机械能，故盒盖的机械能由燃气的内能转化而来；内燃机在做功冲程高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能；所以此时的能量转化与内燃机的做功冲程相同。 14. 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，用蜡烛对铜质容器底部加热，一段时间后铜质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 行驶，铜管口附近出现“白雾”说明蒸汽对外做功时，内能 ，水在沸腾时会有热量的散失，整个加热的过程中能量总量 。 【答案】 左 减小 不变 【解析】铜管向右喷出蒸汽，根据力的相互性，蒸汽给铜管向左的力，“蒸汽船”就会向左行驶。 蒸汽对外做功，内能转化为机械能，内能减小，温度降低，水蒸气液化成“白雾”。 根据能量守恒可知，水在沸腾时会有热量的散失，但整个加热的过程中能量总量不变。 15. 如图所示是小明设计的简易热机模型，燃料燃烧后加热水产生水蒸气，通常实验室用 作热源，用它来加热密封的易拉罐中的水，易拉罐的一侧开小孔后让蒸汽喷出，推动风车转动。此时工作物质是 。该模型可以看成是 。（选填“内燃机”或“外燃机”） 【答案】 酒精灯 水蒸气 外燃机 【详解】物理实验室通常采用酒精灯给物体加热，即酒精灯作为热源。用酒精灯给水加热，水会汽化变为水蒸气，大量的水蒸气会从小孔喷出，推动风车转动，对风车做功，将内能转化为机械能，因此工作的物质是水蒸气，该热机模型是在易拉罐外燃烧燃料，属于外燃机。 16. 跨学科实践 小明在学习热机知识的基础上，准备制作一个简易热机模型。以下是部分方案内容，请你补充完整。 （1）项目分析：选择适合作为热源的物质，如酒精灯，酒精燃烧时将 能转化为 。 （2）项目实施：组装铁架台，放置烧瓶和酒精灯，调试叶轮的位置，使烧瓶口的“L”形导管出口正对叶片，如图所示。点燃酒精灯，当大量白气从导管口喷出时，观察到叶轮转了起来。 （3）展示交流：汽轮机工作时，水蒸气内能减小，温度会 ；如果想提高此汽轮机效率，可以采用的方法有： （写出一条即可）。 【答案】 化学 内能 降低 给叶轮转轴部分加润滑油减小转动摩擦 【详解】（1）酒精燃烧过程中，酒精的质量变小，产生了高温火焰，故此过程中是酒精的化学能转化为内能。 （3）汽轮机工作时，水蒸气从导管口喷出推动叶轮转动，水蒸气对外做功，其内能减小，温度会降低。 提高汽轮机效率，即提高能量的转化效率，减少能量损失。从结构角度考虑，给烧瓶增加保温层可以减少热量散失，使更多的内能用于产生水蒸气推动叶轮，从而提高效率；从做功角度考虑，给叶轮转轴部分加润滑油减小转动摩擦，可以减少克服摩擦力等做的功，增大有用功所占比例，也可以提高效率。 17. 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”的学习活动，下面是该小组同学交流的实践过程。 （1）了解火箭的相关知识：2024 年10月30日，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭点火发射，如图甲所示。火箭刚发射时，它的机械能 （选填“增加”“减小”或“不变”）。为了保护发射台，在发射台底建了一个大水池，让火箭产生的高温火焰喷射到水中，利用水的 （填物态变化名称）来吸收大量的热量。 （2）制作并发射：同学们制作了“水火箭”并进行发射，如图乙、丙所示。给“水火箭”打气，打开阀门。水向下喷出，“水火箭”向固定角度一飞冲天。使用打气筒打气时的能量转化与汽油机的 冲程的能量转化相同，使“水火箭”上升的力的施力物体是 （选填“打气的同学”或“喷出的水”）。 （3）项目评估：小组的同学们制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，以竖直上升高度为标准评选“最佳飞行奖”，但操作过程中发现“水火箭”在竖直方向上升高的高度不容易测量，同学们讨论后认为可以通过测量“水火箭”的 来评奖。（写出一种方法即可） 【答案】（1）增加，汽化；（2）压缩，喷出的水；（3）见解析 【详解】（1）火箭刚发射时，燃料燃烧将化学能转化为机械能，火箭的速度和高度不断增加，所以它的机械能增加。 火箭发射时产生高温火焰，发射台底的大水池中的水会汽化，汽化过程吸收大量的热量，从而保护发射台。 （2）用打气筒打气时，将机械能转化为气体的内能，汽油机的压缩冲程也是将机械能转化为内能，所以使用打气筒打气时的能量转化与汽油机的压缩冲程的能量转化相同。 给“水火箭”打气，打开阀门，水向下喷出，“水火箭”内的气体对水施加一个向下的力，根据力的作用相互性，喷出的水会给“水火箭”一个向上的反作用力，使“水火箭”上升，所以使“水火箭”上升的力的施力物体是喷出的水。 （3）“水火箭”在竖直方向飞行上升的高度不容易测量，可以测量水火箭在空中飞行的时间，时间越长，飞行的高度越高。 18．设计制作简易热机模型 【项目分析】 （1）热机的工作原理是什么？ （2）热机包含哪些主要装置？ 【项目实施】某小组同学制作了如图所示的“汽轮机”。 （1）制作叶轮：将两个塑料瓶盖口对口粘在一起，用小刀在瓶盖侧边切几个对称的小缝，将铝片插在小缝中；在两瓶盖中心用锥子钻一个小孔，将铁丝穿过小孔，使瓶盖能在铁丝上自由转动。 （2）组装“汽轮机”：用铁丝将制作的“叶轮”固定在底座上，并按照如图所示组装器材，调整“叶轮”的位置，使导管的管口正对着“叶轮”上方的铝片。 （3）“汽轮机”工作：点燃酒精灯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。 【交流】 （1）根据所学的知识判断，该“汽轮机”属于 （选填“内燃机”或“蒸汽机”）。 （2）该“汽轮机”的燃料是 ，工作时燃料的化学能转化为水和水蒸气的 能。高温水蒸气由导管喷出对叶轮做功，又将 能转化为 能。 （3）“汽轮机”工作时，水蒸气不易推动叶轮转动，则可进行的改进措施有： ①将叶轮 （选填“靠近”或“远离”）导管口； ② 。 【答案】（1）蒸汽机；（2）酒精，内，内，机械；（3）靠近，减小铁丝与瓶盖之间的摩擦 【详解】（1）由题意可知，“汽轮机”工作时，酒精灯加热水，大量的“白气”喷出后，带动叶轮转动，这说明该“汽轮机”属于蒸汽机。 （2）由题意可知，制作的“汽轮机”是利用酒精灯加热的，该“汽轮机”的燃料是酒精。 酒精燃烧，消耗燃料的化学能，得到水和水蒸气的内能，所以是将燃料燃烧的化学能转化为水和水蒸气的内能。 汽轮机工作时，水蒸气推动叶轮转动，水蒸气对叶轮做功，消耗水蒸气的内能，得到叶轮的机械能，因此是将水蒸气的内能转化为叶轮的机械能。 （3） “汽轮机”工作时，水蒸气不易推动叶轮转动，改进的措施有将叶轮靠近导管口，提高了蒸汽的利用率；还可以提高蒸汽的温度；还可以减小瓶盖和铁丝之间的摩擦，加润滑剂等。 19．打气后的可乐瓶可制成“水火箭”。研究表明：水火箭射程与瓶内液体占总体积比例、瓶内气压和瓶内液体质量等因素有关。为研究水火箭射程与瓶内液体质量的关系，某兴趣小组通过只改变液体的密度来改变其质量，并用图甲装置和有关测量工具进行如下实验。 ①取一可乐瓶作为水火箭内胆，瓶内装入体积为V的水，将其放置在已固定好的发射架上； ②用打气筒给水火箭打气，当瓶内气压为p时，打开开关发射； ③测出水火箭的射程，多次实验取平均值； ④用食盐和水配制A、B、Ｃ三种密度不同的溶液，均取体积为V的溶液替换水，重复上述步骤①②③实验结果如图乙所示。 （1）打气时，瓶内气体内能 ，打开开关，水火箭发射，此过程能量转化关系类似于汽油机中 冲程； （2）一定温度下，用足量的食盐和水配制溶液，若充分溶解后观察到有食盐沉淀在下方，则溶液密度达到 ，在体积相同时， 也最大； （3）本实验结论：相同条件下，瓶内液体质量越 ，水火箭射程越远； （4）某同学认为本实验用相同装置，可只用水进行实验，通过改变水的体积来改变质量更方便。该同学的观点 （选填：“正确”或“错误”），理由： 。 【答案】（1）变大，做功；（2）最大，液体质量；（3）大；（3）错误，见解析 【详解】（1）打气时，瓶内气体被做功，内能增大；打开开关，水火箭发射，此过程能量转化关系类似于汽油机中做功冲程，均是将内能转化为机械能。 （2）一定温度下，用足量的食盐和水配制溶液，若充分溶解后观察到有食盐沉淀在下方，说明溶液已经饱和，则溶液密度达到最大，根据m=ρV，在体积相同时，液体质量也最大。 （3）根据m=ρV，在体积相同时，液体密度越大，液体质量也越大。结合图乙可知，相同条件下，瓶内液体质量越大，水火箭射程越远。 （4）只用水进行实验，通过改变水的体积来改变质量的同时瓶内液体占总体积比例也发生改变，没有控制变量，所以该同学的观点错误。 20．（1）如图甲所示，给试管内水加热至一定程度，发现试管口木塞会被推出。给水加热是通过 的方式使水的内能增加；四冲程内燃机的 冲程与上述实验木塞被推出过程的能量转化相同，同理我们制作的简易汽轮机模型，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，也是内能转化为 。 （2）如图甲是我国古代发明的取火器模型图，把推杆迅速推入牛角套筒时，套筒内空气被压缩，推杆前端的艾绒立刻燃烧起来，此过程中机械能转化为 能，内燃机工作的 冲程原理与该过程相同。某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min，则该汽油机每分钟做功 次。如图乙所示，小明驾驶燃油汽车，在转向前，他会拨动转向横杆，汽车同侧的前后两个转向灯就会同时闪亮、同时熄灭，但其中一个损坏时。另一个仍能正常工作，这两个转向灯在电路中的连接方式为 ，转向杆相当于电路中的 。 （3）汽油机是燃油汽车的动力来源之一。如图所示是某台汽油机工作时的能量数据，图中横线处应填写的内容是：① ；② 。若汽油的热值为4.6×107 J/kg，则该工作过程中消耗的汽油质量为 kg。 （4）2023年5月17日，我国用长征三号乙运载火箭成功发射第56颗北斗导航卫星，如图。在卫星发射过程的点火加速上升阶段，发生的能量转化是：燃料的 能转化为内能，然后再转化为卫星的 能，火箭以氢为燃料，是因为氢的 大。 【答案】（1）热传递，做功，机械能；（2）内，压缩，1500，并联，开关；（3）机械能，1.61×105，3.5×10-3；（4）化学，机械，热值 【详解】（1）用酒精灯加热水的过程中，水从酒精灯火焰吸收热量，是通过热传递的方式使水的内能增加的。 试管口木塞会被推出时，水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，则水蒸气内能变小，四冲程内燃机的做功冲程，高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化机械能，与这个原理相同。 当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来，水蒸气的内能转化为扇叶的机械能。 （2）封闭的气体被推杆压缩过程中，活塞对气体做功，所以气体内能增加，则温度升高，达到艾绒的着火点，使艾绒燃烧起来。此过程中是通过做功的方式改变内能的，套筒内密封气体的内能增大。 此过程中将机械能转化为内能，内燃机工作的压缩冲程原理与该过程相同。 四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min，即汽油机飞轮每分钟转3000圈，由于四冲程汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮转2圈，对外做功1次，所以该汽油机每分钟做功1500次。 汽车同侧的前后两个转向灯就会同时闪亮、同时熄灭，但转向灯可以单独工作，所以它们是并联的。 司机拨动转向横杆，转向灯才会工作，所以转向杆起到了开关的作用。 （3）汽油机工作时，首先把燃料中的化学能转化为内能，然后部分内能转化为有用的机械能。 由图知，损失的能量为Q损失=1.2×105J，获得的有用的机械能是W=4.1×104J，则燃料完全燃烧释放的能量Q放=Q损失+W=1.2×105J+4.1×104J=1.61×105J 根据Q放=mq可得该工作过程中消耗的汽油质量为 （4）发射卫星过程中，燃料燃烧将化学能转化为内能。 火箭加速上升过程中，消耗内能，转化为卫星的机械能。 火箭在航天领域中使用氢作为燃料，主要是因为氢具有较高的热值。热值是指单位质量的燃料在完全燃烧时所释放出的热量，热值越大的燃料在燃烧相同质量时能够释放出更多的能量。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $