第4节 跨学科实践：制作简易热机模型（举一反三讲义）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 目 录 【学习目标】 1 【思维导图】 3 【知识梳理】 3 知识点一：项目提出——背景与核心目的 3 知识点二：项目分析——基础认知与关键问题 4 知识点三：项目实施——方案设计与操作落地 5 知识点四：展示交流——成果呈现与反思改进 7 【巩固训练】 12 【学习目标】 （一）学习目标 核心素养 具体目标内容 物理观念：建立“内能→机械能转化”的具象认知，形成“热机分类→制作要素→安全规范”的知识体系； 科学思维：通过外燃机与内燃机的对比、能量路径拆解，培养“分类归纳、逻辑推导”能力。 1.区分外燃机与内燃机的核心差异，明确 “优先选择外燃机制作” 的原因；熟记热机核心能量转化路径：燃料化学能→内能→水蒸气内能→机械能，能结合模型实例拆解各环节； 2.说出模型制作的“三核心”：热源、工作物质（水，产生水蒸气）、承载材料；记住安全操作要点：热源远离易燃物、蒸汽出口不朝向人、密封处不紧绷。 科学探究：通过“设计→制作→优化→展示”全流程，提升 “实践操作、问题解决” 的核心能力； 表达能力：培养“清晰描述、逻辑表达”的沟通能力，将实践过程转化为有条理的语言输出。 1.能根据“简易、安全、可观察”原则，独立设计简易热机模型方案，或参考基础方案完成制作，包括搭支架、装水密封、对准扇叶等关键操作； 2.能针对模型故障，对照 “问题 - 原因 - 改进表” 分析原因，并实施优化； 3.能清晰展示模型结构，说明各部件作用，并完整描述能量转化路径；能分享制作难点、解决过程及改进方向。 科学态度：形成“严谨规范、勇于尝试、善于反思”的实践态度，重视安全与细节； 社会责任：通过热机模型制作，感受“理论知识服务于实际应用”的价值，激发对机械动力领域的探究兴趣。 1.在操作中严格遵守安全规范，养成 “安全第一” 的实践习惯； 2.能尝试个性化改进，培养 “优化创新” 的意识；通过反思制作过程，体会 “实践→发现问题→改进” 的科学探究闭环； 3. 融合物理与工程知识，体会跨学科实践的意义；若小组合作制作，能分工协作，培养团队配合能力。 （二）重点难点 1.重点 （1）热机核心能量转化路径的理解与应用，能结合模型实例拆解各环节； （2）简易热机模型的制作流程，包括搭支架、装水密封、对准扇叶等关键操作； （3）模型常见故障的诊断与基础优化； （4）安全操作规范的掌握。 2.难点 （1）理论知识与实践操作的衔接：如将 “外燃机工作原理” 转化为具体的材料选择和步骤设计； （2）模型制作中的细节把控：如密封接口、扇叶与蒸汽出口的距离； （3）展示交流时对“原理深度解读”：不仅描述“扇叶转了”，还要关联 “蒸汽内能转化为机械能”，并解释改进设计的科学依据。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点一：项目提出——背景与核心目的 热机是人类获取动力的核心机械，广泛应用于生产生活： 1.交通领域 燃油汽车中的汽油机 大型轮船的柴油机或汽轮机 飞机的喷气发动机 2.能源领域：汽轮机带动发电机发电等。 如果我们能尝试制作一个热机模型，便能更好地了解热机的工作原理，包括热机中的能量是如何转化的，热机中各部分是如何协调工作的。 今天我们将重温科学家的发明过程，本节课我们也来做科学家，设计制作简易热机模型。 知识点二：项目分析——基础认知与关键问题 1.热机的发展历史 2. 热机的基础认知 类别 特征 工作原理 适合性分析（学生实践） 外燃机 燃料在气缸外燃烧，工作物质为水蒸气 燃料燃烧→加热水→产生高压水蒸气→推动部件（活塞/扇叶）做功 ✅ 安全（无封闭缸体燃烧）、材料易得、结构简易（优先选择） 内燃机 燃料在气缸内直接燃烧，工作物质为燃料 - 空气混合物 燃料混合燃烧→产生高温高压燃气→推动活塞做功 ❌ 结构复杂、安全性要求高（不推荐新手制作） 3. 核心问题拆解（制作关键决策） 关键问题 分析与选择 依据（安全 / 简易 / 有效） 1. 选择什么热源？ 优先选 酒精灯 / 蜡烛；避免汽油、燃气 酒精灯火力稳定、蜡烛易固定，均无易燃易爆风险；汽油 / 燃气操作危险，不易控制 2. 确定什么工作物质？ 水（沸腾产生水蒸气） 水来源便捷、安全稳定，水蒸气易收集且能提供持续推力，符合外燃机工作逻辑 3. 如何装工作物质？ 选 空易拉罐 / 铁罐（金属容器） 金属导热性好、坚固耐温，易拉罐日常易得，能承受水沸腾时的压力（避免塑料 / 玻璃易裂材质） 4. 如何将内能转机械能？ 优先用 扇叶（汽轮机模型）；次选活塞 扇叶结构简单（可自制 / 用小风扇），转动效果直观；活塞需复杂传动部件，操作难度高 4. 核心能量转化路径 燃料化学能（如酒精燃烧）→ 内能（热传递给容器和水）→ 水蒸气内能（水沸腾产生高压蒸汽）→ 机械能（蒸汽推动扇叶转动/活塞运动） 知识点三：项目实施——方案设计与操作落地 1. 设计原则 安全性：热源远离易燃物、蒸汽出口不朝向人、密封处不紧绷（防炸裂）； 简易性：选用日常材料（易拉罐、中性笔等），不设计复杂传动部件； 可观察性：确保蒸汽喷射与扇叶转动效果清晰，便于验证能量转化。 2. 基础方案（易拉罐汽轮机模型） 环节 具体内容 注意事项 材料准备 核心材料：空易拉罐（1 个）、去掉笔芯的中性笔（1 支）、小风扇（1 个）、酒精灯（1 个）；辅助材料：铁丝（做支架）、密封胶（防蒸汽泄露）、木板 / 硬纸板（底座） 1. 中性笔管需光滑无毛刺（防蒸汽回流）； 2. 密封胶选耐高温型（如热熔胶）； 3. 铁丝支架需稳固（防易拉罐倾倒） 制作步骤 1. 搭支架：铁丝弯成适配易拉罐的支架，固定在底座上； 2. 装水与接导管：易拉罐装半罐水，插入中性笔管（一端在罐内，一端朝外），密封接口； 3. 装扇叶：调整小风扇位置，使笔管尖端对准扇叶中心（距离 1-2cm）； 4. 安全调试：检查密封、扇叶灵活性、热源安全距离； 5. 启动运行：点燃酒精灯加热，观察蒸汽喷射与扇叶转动 1. 装水量不超过罐容积 2/3（防沸腾溢出）； 2. 密封接口需牢固（防蒸汽泄露导致推力不足）； 3. 加热时人远离蒸汽出口（防烫伤） 3. 常见问题诊断与优化（实践关键） 问题现象 可能原因 改进方案 扇叶不 转动 1. 蒸汽出口未对准扇叶； 2. 蒸汽压力不足； 3. 扇叶转轴摩擦大 1. 调整支架高度，使出口正对扇叶中心； 2. 增加水量 / 换火力大的热源； 3. 调松转轴，涂少量润滑油（如食用油） 扇叶转动时间短 1. 水量过少（蒸汽供应不足）；2. 扇叶面积 / 角度过小 1. 适当增加水量（不超 2/3 罐）； 2. 增大扇叶面积（如易拉罐裁剪扇叶）、调整角度（与蒸汽方向呈 30-45°） 扇叶转 动慢 1. 密封不严（蒸汽泄露）；2. 热源火力弱 1. 用密封胶加固接口，检查罐身是否破损； 2. 换酒精灯（替代蜡烛），确保热源正对罐底 知识点四：展示交流——成果呈现与反思改进 1.展示内容 （1）模型结构：介绍各部件名称及作用（如“易拉罐：装水产生蒸汽；中性笔管：导出蒸汽；扇叶：接收推力转动”）； （2）工作原理：结合自己的模型，完整描述能量转化路径（如“我的模型：酒精灯化学能→内能→水的内能→水蒸气内能→扇叶机械能”）； （3）创新点：分享个性化设计（如“用玻璃管替代中性笔管，蒸汽导向更精准”“给易拉罐包泡沫保温，延长转动时间”）。 2.交流重点 （1）制作难点：如实分享遇到的问题及解决过程（如 “最初密封不严，蒸汽漏了，后来用热熔胶加固就好了”）； （2）心得体会：谈实践收获（如 “原来热机的密封这么重要，一点泄露就影响效果”“理解了为什么外燃机效率比内燃机低，因为蒸汽会散失热量”）； （3）改进方向：提出可优化的地方（如 “下次想试试用活塞做蒸汽机模型，看看推力是不是更大”“想加个压力表，观察蒸汽压力变化”）。 3.综合评价（师生共建） （1）评价维度：科学性（能量转化是否符合原理）、实用性（转动效果是否稳定）、创意性（是否有个性化改进）、安全性（操作是否规范）； （2）改进建议：结合评价给出具体优化方向（如 “若想提高效率，可给易拉罐加保温层；若想更直观，可在扇叶旁加小齿轮带动指针”）。 【典例】跨学科实践：制作简易汽轮机模型 【项目提出】 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，制作简易汽轮机模型。 【项目实施】 （1）设计并制作：设计方案如图所示。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，用橡皮泥将罐的开口处密封。将易拉罐放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶。 （2）测试实验：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此汽轮机模型属于 （填“内”或“外”）燃机。 （3）实验改进： ①同学们在测试过程中，发现加热很长时间后，扇叶才开始转动，这是因为 ； ②进行了调整后，再次测试，发现风扇转动得很慢。同学们交流后认为，这是蒸汽喷射力不足造成的。以下几种解决方案中你认为可行的是 。 A．增加酒精灯的高度，用其内焰加热 B．更换一个更细的喷嘴 C．降低小风扇的高度，使喷嘴对准风扇的中心 【项目拓展】 （4）同学交流过程中，有同学设想：用凹面镜会聚太阳光替代酒精灯加热易拉罐，制成一个“太阳能蒸汽机”。你认为这个“太阳能蒸汽机”的优势是： 。（写出一条即可） 【答案】内能 机械能 外 加热时间不足，无法产生足够的水蒸气 B 环保无污染 【解析】（2）[1][2]实验时将易拉罐下面的酒精灯点燃，当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来；酒精燃烧将化学能转化为内能，蒸汽推动扇叶转动，将内能转化为机械能。因此汽轮机模型工作过程的能量转化为：化学能→内能→机械能。 [3]内燃机是燃料在汽缸内燃烧产生高温高压的燃气推动活塞做功；此汽轮机模型酒精在空气中燃烧，蒸汽推动外面的扇叶转动，这两个过程都不在易拉罐内，因此此汽轮机模型属于外燃机。 （3）[4]加热很长时间后，扇叶才开始转动，这与水蒸气的量有关，加热时间不足，无法产生足够的水蒸气，不能使扇叶开始转动。 [5]A．增加酒精灯的高度，用其内焰加热，温度更低，故A不符合题意； B．更换一个更细的喷嘴可以增大蒸汽喷出速度，能增大蒸汽喷射力，故B符合题意； C．扇叶转动时本质是可看作杠杆，降低小风扇的高度，使喷嘴对准风扇的中心，会使动力臂变小，需要更大推力来推动，会转得更慢，故C不符合题意。 故选B。 （4）[6]太阳能是可再生的清洁能源，故太阳能蒸汽机的优势是环保无污染。 【变式1】某创新实践小组的学生在校园科技节上展示了“自制汽轮机”的实践过程： ①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，在叶轮中心用锥子钻一个小孔，将铁丝穿过小孔，使叶轮能在铁丝上自由转动，如图甲所示； ②组装“汽轮机”：按照如图乙所示组装器材，注意调整叶轮的位置，使导管的管口正对着叶片； ③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动了起来； ④探究思考： (1)给烧瓶中的水加热的过程中，是通过 的方式改变水的内能； (2)汽轮机工作时，水蒸气对叶轮做功，水蒸气的内能转化为塞子的 ，此过程与图中汽油机的 （选填字母）冲程工作原理相同； A．  B． C．  D． (3)在标准大气压下，烧瓶中装有300g、初温为20℃的水，将水加热至沸腾需要吸收热量 J；酒精灯里的酒精在燃烧的过程中， 转化为内能。若酒精完全燃烧放出的热量只有14%被烧杯中水吸收，则需要完全燃烧酒精 g；【水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，酒精的热值为3.0×107J/kg】 (4)汽轮机的效率比较低，以下措施不能提高热机效率的是（　　） A．使燃料更充分燃烧 B．减少机械间的摩擦 C．尽量选用功率更大的发动机 D．将燃烧排出的废气再利用 【答案】(1)热传递 (2)机械能 C (3)1.008×105 化学能 24 (4)C 【解析】（1）改变内能的方式有两种，分别是做功和热传递，用酒精灯给烧瓶中的水加热，是通过热传递改变水的内能。 （2）[1][2]汽轮机工作时，水蒸气推动塞子冲出，水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能转化为塞子的机械能。而汽油机工作时压缩冲程的能量转化是机械能转化为内能，做功冲程的能量转化是内能转化为机械能，A图中进气门打开，是吸气冲程，D图中排气门打开，是排气冲程，C图中两气门关闭，活塞下行，火花塞点火，所以是汽油机的做功冲程，B图中两气门关闭，活塞上行，所以是汽油机的压缩冲程，所以汽轮机工作时，水蒸气对活塞做功，与图中汽油机的做功冲程工作原理相同，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 （3）[1]将300g初温为20℃的水，加热到100℃需要吸收的热量Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg•℃)×300×10-3kg×(100℃-20℃)=1.008×105J [2]酒精燃烧过程中，消耗化学能，内能增大，将化学能转化为内能。 [3]酒精完全燃烧放出的热量只有14%被烧杯中水吸收，则酒精完全燃烧放出的热量 完全燃烧酒精的质量 （4）热机效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，所以减少热量的损失可以提高热机的效率，使燃料更充分燃烧、将燃烧排出的废气再利用、减少机械间的摩擦都可以减少热量的损失，提高效率。而热机效率与功率无关，所以尽量选用功率更大的发动机不能提高热机效率，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 【变式2】（2025·山东滨州·二模）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： 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；纸筒飞出后瓶内气体温度将 （选填“升高”、“降低”）。 【答案】机械 做功 降低 【解析】[1][2]燃气推动纸筒飞出的过程是燃气推动纸筒做功的过程，消耗燃气的内能，纸筒得到机械能，所以是将内能转化为机械能，由于内燃机的做功冲程将内能转化为机械能，所以纸筒飞出的过程相当于内燃机的做功冲程。 [3]纸筒飞出后，瓶内气体内能减少，所以温度将会降低。 【变式3】（2025·江西抚州·模拟预测）如图所示，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，该过程中乙醚燃烧产生的内能转化为活塞的 能。 【答案】做功 机械 【解析】[1]塑料瓶内的乙醚燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞瞬间向前飞出一段距离，这与热机的做功冲程中燃气推动活塞做功的过程是相似的，所以活塞飞出的过程相当于热机的做功冲程。 [2]在活塞飞出的过程中，乙醚燃烧释放出内能，高温高压的燃气推动活塞运动，使活塞获得了动能，也就是将乙醚燃烧产生的内能转化为了活塞的机械能。 【巩固训练】 1．喜欢思考的小明用塑料矿泉水瓶子进行探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（如图甲）；扭转瓶子（如图乙）；轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾（如图丙）。图乙所示的过程，与四冲程汽油机的一个冲程相似，这个冲程是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】B 【解析】扭转瓶子时，小明施加的外力压缩瓶内的气体，将机械能转化为内能，这一过程与四冲程汽油机的压缩冲程相似。 故选B。 2．（2025·江苏无锡·三模）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 【解析】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。 3．点燃如图所示的走马灯底部蜡烛， 扇叶可以在热空气的驱动下转动起来。该过程与汽油机工作中能量转换相似的是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】C 【解析】扇叶可以在热空气的驱动下转动起来，是内能转化为机械能，与汽油机工作中能量转换相似的是做功冲程，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 4．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易拉罐底部的小孔，纸杯就会“向前”飞去。以下说法正确的是（　　） A．酒精燃烧越充分，其热值越大 B．纸杯飞出去时，易拉罐对纸杯做了功 C．纸杯飞出去时，易拉罐内气体的内能减小 D．纸杯飞出过程中的能量转化，与内燃机的压缩冲程相同 【答案】C 【解析】A．燃料的热值是燃料的一种特性，热值的大小与燃料的种类有关，与质量和燃烧情况等无关，因此酒精是否充分燃烧，其热值不变，故A错误； BC．纸杯飞出去时，易拉罐内的酒精燃烧产生的气体对纸杯做功，气体的内能减小，故B错误，C正确； D．纸杯飞出过程中，内能转化为机械能，内燃机的压缩冲程中将机械能转化为内能，两者能量转化不同，故D错误。 故选C。 5．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。 【答案】B 【解析】A．蜡烛燃烧放出的热量被水吸收，使水的内能增大，这是通过热传递的方式改变水的内能，故A错误； BD．当铜管向右喷蒸汽时，“船体”向左运动，这个过程的能量转化是内能转化为机械能。这与热机做功冲程的能量转化相同，故B正确，D错误； C．水在沸腾时，一部分水吸收热量变为水蒸气，剩余的水内能减小，但水和水蒸气总的能量不变，符合能量守恒定律，故C错误。 故选B。 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 【解析】（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，我们将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正常工作，这也是火箭能够进入太空的重要原因。 7．如图所示，国产主战坦克VT－4A1亮相2024年珠海航展，其动力机械是热机。从能量转化的角度来看，热机是把内能转化为 能的机器，完成这一能量转化的是 冲程。 【答案】机械 做功 【解析】[1]热机是利用内能来做功的机器，其工作原理是通过燃料燃烧产生内能，再将内能转化为推动机械运转的机械能。所以从能量转化的角度来看，热机是把内能转化为机械能的机器。 [2]内燃机工作过程包括吸气、压缩、做功和排气等冲程，其中只有做功冲程是燃气膨胀推动活塞做功，将燃气的内能转化为机械能。而吸气冲程和排气冲程无能量转化，压缩冲程是将机械能转化为内能。 8．下图为汽油机工作时各冲程的示意图，请按要求填空。 (1)图甲的进气阀 ，排气阀 ，活塞向 运动，是 冲程。 (2)图乙的进气阀 ，排气阀 ，活塞向 运动，是 冲程，将 能转化为 能。 (3)图丙的进气阀 ，排气阀 ，活塞向 运动，是 冲程，将气体的 能转化为 能。 (4)图丁的进气阀 ，排气阀 ，活塞向 运动，是 冲程。 (5)其中图 的冲程提供动力对外做功，图 的冲程靠曲轴的惯性完成。 【答案】(1)打开 关闭 下 吸气 (2)关闭 关闭 上 压缩 机械 内 (3)关闭 关闭 下 做功 内 机械 (4)关闭 打开 上 排气 (5)丙 甲、乙、丁 【解析】（1）[1][2][3][4]图甲中，进气阀打开，排气阀关闭，活塞向下运动，为吸气冲程。 （2）[1][2][3][4][5][6]图乙中，进气阀和排气阀均关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，此冲程消耗机械能，得到内能，是将机械能转化为内能。 （3）[1][2][3][4][5][6]图丙中，进气阀和排气阀均关闭，活塞向下运动且火花塞点燃，为做功冲程，此冲程消耗内能，得到机械能，是将内能转化为机械能。 （4）[1][2][3][4][5][6]图丁中，进气阀关闭，排气阀打开，活塞向上运动，为排气冲程。 （5）[1][2]做功冲程，将内能转化为机械能，即图丙的冲程提供动力对外做功，除了做功冲程以外其余三个冲程都是靠曲轴的惯性完成的，即图甲乙丁的冲程靠曲轴的惯性完成。 9．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 【解析】[1][2]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。 10．如图所示，图甲为小昕自制的热机模型，她在矿泉水瓶的侧壁上开了一个孔，把电火花发生器紧紧插入孔中，实验时从上方瓶口喷入液态酒精并轻轻盖上一次性塑料杯，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，塑料杯立即飞出，此过程酒精燃烧产生的 能转化为塑料杯的 能，相当于图乙中 （选填“A”、“B”、“C”或“D”）的能量转化过程。 【答案】内 机械 C 【解析】[1]燃料在汽缸中燃烧时，将存储的化学能转化为高温高压的燃气的内能，又通过燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能。 [2]图乙C中活塞向下运动，火花塞点火，是做功冲程，将内能转变为机械能；酒精燃烧产生的内能转化为塑料杯的机械能的过程，相当于图乙中C的能量转化过程。 11．如图甲所示，小李把一个底部封闭的薄壁金属管固定在支座上，管中装一些酒精，然后用橡皮塞塞紧管口。把一根粗布条缠在管子上并迅速来回拉动摩擦金属管，酒精温度迅速升高，一会儿观察到橡皮塞被顶出，且在管口上方有大量“白气”产生。粗布条摩擦金属管的过程中，将机械能转化为 能。“酒精温度迅速升高”，这是通过 的方式增加了酒精的内能。“橡皮塞被顶出”的过程与图乙中单缸四冲程内燃机的 （填字母）冲程相似。“白气”属于 （填物态变化的名称）形成的 （选填“固体”“液体”或“气体”）。若图乙四冲程内燃机的转速是3000r/min，则每秒钟该内燃机对外做功 次。 【答案】内 热传递 C 液化 液体 25 【解析】[1][2]粗布条摩擦金属管的过程中，这是做功的方式使金属管的内能增加，因此将机械能转化为金属管的内能。金属管温度高，放出热量，酒精吸收热量，“酒精温度迅速升高”，因此这是通过热传递的方式增加了酒精的内能。 [3]“橡皮塞被顶出”的过程酒精对橡皮塞做功，酒精的内能转化为橡皮塞的机械能，由乙图可知，A图为吸气冲程，B图为压缩冲程，机械能转化为内能，C图为做功冲程，内能转化为机械能，D图为排气冲程，“橡皮塞被顶出”的过程与图乙中单缸四冲程内燃机的C冲程相似。 [4][5] “白气”人眼可以看见，是小水滴，属于水蒸气液化形成的液体。 [6]转速是3000r/min＝50r/s 四冲程内燃机每转2转对外做功1次，则图乙四冲程内燃机的转速是3000r/min，则每秒钟该内燃机对外做功25次。 12．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 【解析】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。 13．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，笔尖对准小风扇的扇叶。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： → →机械能。 (2)某团队的同学们发现项目实施过程中存在一些不安全因素，请你为他们拟写一条注意事项 。（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。请你帮助他们提出一个可行性措施： 。 【答案】(1)化学能 内能 (2)不要持续加热易拉罐 (3)增加易拉罐的保温性能 【解析】（1）[1][2]汽轮机模型工作过程，首先酒精灯燃烧，将酒精的化学能转化为内能，使水的温度升高，产生大量水蒸气。然后，水蒸气从笔的尖端喷出，推动扇叶转动，将水蒸气的内能转化为扇叶的机械能。 （2）由于需要将易拉罐密封，持续加热会导致罐内压力过大而发生爆炸，因此拟写注意事项为：不要持续加热易拉罐，避免罐内压力过大导致爆炸危险，加热时注意观察并保持安全距离。 （3）要提高简易汽轮机效率，可以增加易拉罐的保温性能：比如用保温杯套等材料包裹易拉罐，减少热量散失，使水能够吸收更多的热量转化为水蒸气的内能，从而提高效率。减少热量损失，能让更多的化学能最终转化为机械能。 14．跨学科实践 制作简易热机模型 在日常生活中，我们经常利用内能转化为机械能的原理。同学们成立了制作简易热机模型的项目团队，按照“项目提出、项目分析、项目实施、展示交流”的学习流程，研究了制作一个简易热机模型的方法，收集材料并组装了如图所示的简易热机装置。 取一个空易拉罐，根据易拉罐的形状制作支架，向易拉罐内注入大约半罐水，将笔外壳的尖端朝外，另一端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封；将易拉罐放在支架上，笔外壳的尖端对准小风扇的扇叶，点燃易拉罐下方的酒精灯，罐内的水蒸气通过笔外壳喷出，推动风扇转动。这样就完成了一个简易热机模型的制作。 (1)该简易热机模型工作时，充当能量传递和转化的核心介质是 （选填“扇叶”或“水蒸气”）。 (2)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，热机的原理是先将 能转化为内能，再将内能转化为 能。 【答案】(1)水蒸气 (2)化学 机械 【解析】（1）该简易热机模型工作时，充当能量传递和转化的核心介质是水蒸气，给罐内的水加热，水汽化为高温的水蒸气，罐内的水蒸气通过笔外壳喷出，推动风扇转动，将内能转化为机械能。 （2）[1][2]热机的工作原理是：燃料燃烧，发生化学变化，产生大量的热，先将化学能转化为内能，高温气体在做功冲程中对外做功，将内能转化为机械能。 15．新疆出产的长绒棉是世界上最好的棉花之一，收成时，棉农广泛使用采棉机进行机械化采摘。 (1)如图所示是某款小型采棉机的动力装置，这种内燃机是 （选填“汽油机”或“柴油机”）。 (2)内燃机散热常用水作为冷却剂，是利用了水的 的特性。 (3)这台单缸四冲程内燃机的转速为1200r/min，则该内燃机每秒完成 个冲程，对外做功 次。 【答案】(1)汽油机 (2)比热容大 (3)40 10 【解析】（1）汽油机气缸顶部是火花塞，柴油机气缸顶部是喷油嘴。由图可知，气缸的顶部有个火花塞，是汽油机。 （2）水的比热容最大，和质量相同的其它物质比较，升高相同温度吸收热量多，所以内燃机散热器常用水作为冷却剂。 （3）[1][2]内燃机的转速为1200r/min，1s内内燃机转动的周数为，单缸四冲程内燃机一个工作循环中，完成4个冲程，转动2周，对外做功1次，故内燃机1s内转动20周，完成40个冲程，对外做功10次。 16．（2025·广东东莞·二模）2025年4月11日0时47分，长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心点火升空，将通信技术试验卫星十七号顺利送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。 (1)发射火箭时，为了保护发射台的铁架不被火箭向下喷射的高温火焰所熔化，工作人员在台底建造了一个大水池（导流槽），当高温火焰喷到水中时，产生了迅速扩展的庞大的白色“气团”，这些白色“气团”是 （选填“水蒸气”或“小水珠”）；试验卫星十七号发射的时候，试验卫星十七号相对于火箭是 （选填“静止”或“运动”）的； (2)如果试验卫星十七号在太空发射很强的超声波，在地球上 （选填“能”或“不能”）收到信号； (3)火箭发射成功时，长征三号乙运载火箭的专家们流下了激动的泪水，对于他们来说，火箭发射时巨大的声响属于 （选填“噪声”或“乐音”）； (4)火箭发射时，燃料燃烧释放的能量转化为火箭的 能。从能量转化的角度分析，这与四冲程汽油机的 冲程能量转化情况相似。 【答案】(1)小水珠 静止 (2)不能 (3)乐音 (4)机械 做功 【解析】（1）[1][2]当高温火焰喷到水中时，水迅速汽化成大量高温水蒸气，然后水蒸气在水面上方液化形式小水珠，产生了迅速扩展的庞大的白色“气团”；试验卫星十七号发射的时候，试验卫星十七号相对于火箭位置不变，是静止的。 （2）声音的传播需要介质，真空不能传声，所以如果试验卫星十七号在太空发射很强的超声波，在地球上不能收到信号。 （3）火箭发射时巨大的声响对于专家来说使他们激动、愉悦，属于乐音。 （4）[1][2]火箭发射时，燃料燃烧时化学能转化为内能，利用内能做功转化为火箭的机械能；四冲程汽油机的做功冲程也是把内能转化为机械能，所以这与四冲程汽油机的做功冲程能量转化情况相似。 17．（2024·广东·二模）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：2024年4月25日，搭载神舟十八号载人飞船的“长征二号F”火箭点火发射。如图甲所示，火箭刚发射时，高温火焰向下喷射到发射台的地面，发射台遇到这样的高温容易发生 。为了保护发射台，在发射台底建了一个大水池，让火焰喷射到水中，利用水的 来吸收大量的热量（前两空均填物态变化）火箭升空的瞬间，伴有庞大白色气团实质是 （选填“小水滴”“烟雾”或“水蒸气”）。 （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，如图乙，图丙是其结构示意图，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，使水火箭上升的施力物体是 （选填“地球”或“喷出的水”） （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） 【答案】熔化 汽化 小水滴 压缩 喷出的水 飞行时间 【解析】（1）[1]火焰的温度很高，所以很多物体遇到高温的火焰会吸热而熔化。 [2]发射台下是水池，而让火焰喷射到水中，水从液态变为气态的水蒸气即发生汽化，从而能从周围吸取热量。 [3]这些水蒸气散发到空气中，遇到冷空气液化成的小水滴就是我们看到的“白气”。    （2）[4]使用打气筒打气时，活塞压缩气体做功，将机械能转化为气体的内能，与汽油机的压缩冲程相同。 [5]水火箭向下喷水，喷出的水给火箭一个向上的力，使火箭上升，所以使水火箭上升的施力物体是喷出的水。    （3）[6]“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．（2023·内蒙古赤峰·中考真题）阅读短文，回答问题 图是17世纪一种原始热机的示意图，以下是它对外做一次功的简要概述： ①燃烧燃料，对锅炉里的水加热，产生大量的水蒸气； ②高温水蒸气通过锅炉与汽缸间的阀门进入汽缸； ③关闭锅炉与汽缸间的阀门，打开水箱与汽缸间的阀门，向汽缸里注入冷水； ④汽缸里大量的水蒸气液化成水； ⑤活塞向下运动，对连杆产生巨大的向下的拉力，从而对外提供动力做功。 （1）改变内能的方法有两种，①中通过 的方法使水的内能增大； （2）④中水蒸气液化，要 热量； （3）不计活塞质量，在④和⑤中，汽缸内大量水蒸气液化成水，导致汽缸内气压减小，在 的作用下，活塞向下运动。 【答案】热传递 放出 外界大气压 【解析】（1）[1]改变内能的方法有两种：做功和热传递。①中燃料燃烧对锅炉中的水加热，是将燃料燃烧的热量传递给了水，即通过热传递增大了水的内能。 （2）[2]物体从气态变为液态的过程叫做液化，液化时放出热量。 （3）[3]在④和⑤中，汽缸内大量水蒸气液化成水，气缸内气压减小，而外界大气压不变，若不计活塞质量，则在外界大气压作用下，活塞将向下运动。 / 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 目 录 【学习目标】 1 【思维导图】 3 【知识梳理】 3 知识点一：项目提出——背景与核心目的 3 知识点二：项目分析——基础认知与关键问题 4 知识点三：项目实施——方案设计与操作落地 5 知识点四：展示交流——成果呈现与反思改进 7 【巩固训练】 10 【学习目标】 （一）学习目标 核心素养 具体目标内容 物理观念：建立“内能→机械能转化”的具象认知，形成“热机分类→制作要素→安全规范”的知识体系； 科学思维：通过外燃机与内燃机的对比、能量路径拆解，培养“分类归纳、逻辑推导”能力。 1.区分外燃机与内燃机的核心差异，明确 “优先选择外燃机制作” 的原因；熟记热机核心能量转化路径：燃料化学能→内能→水蒸气内能→机械能，能结合模型实例拆解各环节； 2.说出模型制作的“三核心”：热源、工作物质（水，产生水蒸气）、承载材料；记住安全操作要点：热源远离易燃物、蒸汽出口不朝向人、密封处不紧绷。 科学探究：通过“设计→制作→优化→展示”全流程，提升 “实践操作、问题解决” 的核心能力； 表达能力：培养“清晰描述、逻辑表达”的沟通能力，将实践过程转化为有条理的语言输出。 1.能根据“简易、安全、可观察”原则，独立设计简易热机模型方案，或参考基础方案完成制作，包括搭支架、装水密封、对准扇叶等关键操作； 2.能针对模型故障，对照 “问题 - 原因 - 改进表” 分析原因，并实施优化； 3.能清晰展示模型结构，说明各部件作用，并完整描述能量转化路径；能分享制作难点、解决过程及改进方向。 科学态度：形成“严谨规范、勇于尝试、善于反思”的实践态度，重视安全与细节； 社会责任：通过热机模型制作，感受“理论知识服务于实际应用”的价值，激发对机械动力领域的探究兴趣。 1.在操作中严格遵守安全规范，养成 “安全第一” 的实践习惯； 2.能尝试个性化改进，培养 “优化创新” 的意识；通过反思制作过程，体会 “实践→发现问题→改进” 的科学探究闭环； 3. 融合物理与工程知识，体会跨学科实践的意义；若小组合作制作，能分工协作，培养团队配合能力。 （二）重点难点 1.重点 （1）热机核心能量转化路径的理解与应用，能结合模型实例拆解各环节； （2）简易热机模型的制作流程，包括搭支架、装水密封、对准扇叶等关键操作； （3）模型常见故障的诊断与基础优化； （4）安全操作规范的掌握。 2.难点 （1）理论知识与实践操作的衔接：如将 “外燃机工作原理” 转化为具体的材料选择和步骤设计； （2）模型制作中的细节把控：如密封接口、扇叶与蒸汽出口的距离； （3）展示交流时对“原理深度解读”：不仅描述“扇叶转了”，还要关联 “蒸汽内能转化为机械能”，并解释改进设计的科学依据。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点一：项目提出——背景与核心目的 热机是人类获取动力的核心机械，广泛应用于生产生活： 1.交通领域 燃油汽车中的汽油机 大型轮船的柴油机或汽轮机 飞机的喷气发动机 2.能源领域：汽轮机带动发电机发电等。 如果我们能尝试制作一个热机模型，便能更好地了解热机的工作原理，包括热机中的能量是如何转化的，热机中各部分是如何协调工作的。 今天我们将重温科学家的发明过程，本节课我们也来做科学家，设计制作简易热机模型。 知识点二：项目分析——基础认知与关键问题 1.热机的发展历史 2. 热机的基础认知 类别 特征 工作原理 适合性分析（学生实践） 外燃机 燃料在气缸外燃烧，工作物质为水蒸气 燃料燃烧→加热水→产生高压水蒸气→推动部件（活塞/扇叶）做功 ✅ 安全（无封闭缸体燃烧）、材料易得、结构简易（优先选择） 内燃机 燃料在气缸内直接燃烧，工作物质为燃料 - 空气混合物 燃料混合燃烧→产生高温高压燃气→推动活塞做功 ❌ 结构复杂、安全性要求高（不推荐新手制作） 3. 核心问题拆解（制作关键决策） 关键问题 分析与选择 依据（安全 / 简易 / 有效） 1. 选择什么热源？ 优先选 酒精灯 / 蜡烛；避免汽油、燃气 酒精灯火力稳定、蜡烛易固定，均无易燃易爆风险；汽油 / 燃气操作危险，不易控制 2. 确定什么工作物质？ 水（沸腾产生水蒸气） 水来源便捷、安全稳定，水蒸气易收集且能提供持续推力，符合外燃机工作逻辑 3. 如何装工作物质？ 选 空易拉罐 / 铁罐（金属容器） 金属导热性好、坚固耐温，易拉罐日常易得，能承受水沸腾时的压力（避免塑料 / 玻璃易裂材质） 4. 如何将内能转机械能？ 优先用 扇叶（汽轮机模型）；次选活塞 扇叶结构简单（可自制 / 用小风扇），转动效果直观；活塞需复杂传动部件，操作难度高 4. 核心能量转化路径 燃料化学能（如酒精燃烧）→ 内能（热传递给容器和水）→ 水蒸气内能（水沸腾产生高压蒸汽）→ 机械能（蒸汽推动扇叶转动/活塞运动） 知识点三：项目实施——方案设计与操作落地 1. 设计原则 安全性：热源远离易燃物、蒸汽出口不朝向人、密封处不紧绷（防炸裂）； 简易性：选用日常材料（易拉罐、中性笔等），不设计复杂传动部件； 可观察性：确保蒸汽喷射与扇叶转动效果清晰，便于验证能量转化。 2. 基础方案（易拉罐汽轮机模型） 环节 具体内容 注意事项 材料准备 核心材料：空易拉罐（1 个）、去掉笔芯的中性笔（1 支）、小风扇（1 个）、酒精灯（1 个）；辅助材料：铁丝（做支架）、密封胶（防蒸汽泄露）、木板 / 硬纸板（底座） 1. 中性笔管需光滑无毛刺（防蒸汽回流）； 2. 密封胶选耐高温型（如热熔胶）； 3. 铁丝支架需稳固（防易拉罐倾倒） 制作步骤 1. 搭支架：铁丝弯成适配易拉罐的支架，固定在底座上； 2. 装水与接导管：易拉罐装半罐水，插入中性笔管（一端在罐内，一端朝外），密封接口； 3. 装扇叶：调整小风扇位置，使笔管尖端对准扇叶中心（距离 1-2cm）； 4. 安全调试：检查密封、扇叶灵活性、热源安全距离； 5. 启动运行：点燃酒精灯加热，观察蒸汽喷射与扇叶转动 1. 装水量不超过罐容积 2/3（防沸腾溢出）； 2. 密封接口需牢固（防蒸汽泄露导致推力不足）； 3. 加热时人远离蒸汽出口（防烫伤） 3. 常见问题诊断与优化（实践关键） 问题现象 可能原因 改进方案 扇叶不 转动 1. 蒸汽出口未对准扇叶； 2. 蒸汽压力不足； 3. 扇叶转轴摩擦大 1. 调整支架高度，使出口正对扇叶中心； 2. 增加水量 / 换火力大的热源； 3. 调松转轴，涂少量润滑油（如食用油） 扇叶转动时间短 1. 水量过少（蒸汽供应不足）；2. 扇叶面积 / 角度过小 1. 适当增加水量（不超 2/3 罐）； 2. 增大扇叶面积（如易拉罐裁剪扇叶）、调整角度（与蒸汽方向呈 30-45°） 扇叶转 动慢 1. 密封不严（蒸汽泄露）；2. 热源火力弱 1. 用密封胶加固接口，检查罐身是否破损； 2. 换酒精灯（替代蜡烛），确保热源正对罐底 知识点四：展示交流——成果呈现与反思改进 1.展示内容 （1）模型结构：介绍各部件名称及作用（如“易拉罐：装水产生蒸汽；中性笔管：导出蒸汽；扇叶：接收推力转动”）； （2）工作原理：结合自己的模型，完整描述能量转化路径（如“我的模型：酒精灯化学能→内能→水的内能→水蒸气内能→扇叶机械能”）； （3）创新点：分享个性化设计（如“用玻璃管替代中性笔管，蒸汽导向更精准”“给易拉罐包泡沫保温，延长转动时间”）。 2.交流重点 （1）制作难点：如实分享遇到的问题及解决过程（如 “最初密封不严，蒸汽漏了，后来用热熔胶加固就好了”）； （2）心得体会：谈实践收获（如 “原来热机的密封这么重要，一点泄露就影响效果”“理解了为什么外燃机效率比内燃机低，因为蒸汽会散失热量”）； （3）改进方向：提出可优化的地方（如 “下次想试试用活塞做蒸汽机模型，看看推力是不是更大”“想加个压力表，观察蒸汽压力变化”）。 3.综合评价（师生共建） （1）评价维度：科学性（能量转化是否符合原理）、实用性（转动效果是否稳定）、创意性（是否有个性化改进）、安全性（操作是否规范）； （2）改进建议：结合评价给出具体优化方向（如 “若想提高效率，可给易拉罐加保温层；若想更直观，可在扇叶旁加小齿轮带动指针”）。 【典例】跨学科实践：制作简易汽轮机模型 【项目提出】 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，制作简易汽轮机模型。 【项目实施】 （1）设计并制作：设计方案如图所示。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，用橡皮泥将罐的开口处密封。将易拉罐放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶。 （2）测试实验：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此汽轮机模型属于 （填“内”或“外”）燃机。 （3）实验改进： ①同学们在测试过程中，发现加热很长时间后，扇叶才开始转动，这是因为 ； ②进行了调整后，再次测试，发现风扇转动得很慢。同学们交流后认为，这是蒸汽喷射力不足造成的。以下几种解决方案中你认为可行的是 。 A．增加酒精灯的高度，用其内焰加热 B．更换一个更细的喷嘴 C．降低小风扇的高度，使喷嘴对准风扇的中心 【项目拓展】 （4）同学交流过程中，有同学设想：用凹面镜会聚太阳光替代酒精灯加热易拉罐，制成一个“太阳能蒸汽机”。你认为这个“太阳能蒸汽机”的优势是： 。（写出一条即可） 【变式1】某创新实践小组的学生在校园科技节上展示了“自制汽轮机”的实践过程： ①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，在叶轮中心用锥子钻一个小孔，将铁丝穿过小孔，使叶轮能在铁丝上自由转动，如图甲所示； ②组装“汽轮机”：按照如图乙所示组装器材，注意调整叶轮的位置，使导管的管口正对着叶片； ③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动了起来； ④探究思考： (1)给烧瓶中的水加热的过程中，是通过 的方式改变水的内能； (2)汽轮机工作时，水蒸气对叶轮做功，水蒸气的内能转化为塞子的 ，此过程与图中汽油机的 （选填字母）冲程工作原理相同； A．  B． C．  D． (3)在标准大气压下，烧瓶中装有300g、初温为20℃的水，将水加热至沸腾需要吸收热量 J；酒精灯里的酒精在燃烧的过程中， 转化为内能。若酒精完全燃烧放出的热量只有14%被烧杯中水吸收，则需要完全燃烧酒精 g；【水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，酒精的热值为3.0×107J/kg】 (4)汽轮机的效率比较低，以下措施不能提高热机效率的是（　　） A．使燃料更充分燃烧 B．减少机械间的摩擦 C．尽量选用功率更大的发动机 D．将燃烧排出的废气再利用 【变式2】（2025·山东滨州·二模）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： 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；纸筒飞出后瓶内气体温度将 （选填“升高”、“降低”）。 【变式3】（2025·江西抚州·模拟预测）如图所示，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，该过程中乙醚燃烧产生的内能转化为活塞的 能。 【巩固训练】 1．喜欢思考的小明用塑料矿泉水瓶子进行探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖（如图甲）；扭转瓶子（如图乙）；轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾（如图丙）。图乙所示的过程，与四冲程汽油机的一个冲程相似，这个冲程是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 2．（2025·江苏无锡·三模）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 3．点燃如图所示的走马灯底部蜡烛， 扇叶可以在热空气的驱动下转动起来。该过程与汽油机工作中能量转换相似的是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 4．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易拉罐底部的小孔，纸杯就会“向前”飞去。以下说法正确的是（　　） A．酒精燃烧越充分，其热值越大 B．纸杯飞出去时，易拉罐对纸杯做了功 C．纸杯飞出去时，易拉罐内气体的内能减小 D．纸杯飞出过程中的能量转化，与内燃机的压缩冲程相同 5．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。 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．如图所示，国产主战坦克VT－4A1亮相2024年珠海航展，其动力机械是热机。从能量转化的角度来看，热机是把内能转化为 能的机器，完成这一能量转化的是 冲程。 8．下图为汽油机工作时各冲程的示意图，请按要求填空。 (1)图甲的进气阀 ，排气阀 ，活塞向 运动，是 冲程。 (2)图乙的进气阀 ，排气阀 ，活塞向 运动，是 冲程，将 能转化为 能。 (3)图丙的进气阀 ，排气阀 ，活塞向 运动，是 冲程，将气体的 能转化为 能。 (4)图丁的进气阀 ，排气阀 ，活塞向 运动，是 冲程。 (5)其中图 的冲程提供动力对外做功，图 的冲程靠曲轴的惯性完成。 9．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。 10．如图所示，图甲为小昕自制的热机模型，她在矿泉水瓶的侧壁上开了一个孔，把电火花发生器紧紧插入孔中，实验时从上方瓶口喷入液态酒精并轻轻盖上一次性塑料杯，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，塑料杯立即飞出，此过程酒精燃烧产生的 能转化为塑料杯的 能，相当于图乙中 （选填“A”、“B”、“C”或“D”）的能量转化过程。 11．如图甲所示，小李把一个底部封闭的薄壁金属管固定在支座上，管中装一些酒精，然后用橡皮塞塞紧管口。把一根粗布条缠在管子上并迅速来回拉动摩擦金属管，酒精温度迅速升高，一会儿观察到橡皮塞被顶出，且在管口上方有大量“白气”产生。粗布条摩擦金属管的过程中，将机械能转化为 能。“酒精温度迅速升高”，这是通过 的方式增加了酒精的内能。“橡皮塞被顶出”的过程与图乙中单缸四冲程内燃机的 （填字母）冲程相似。“白气”属于 （填物态变化的名称）形成的 （选填“固体”“液体”或“气体”）。若图乙四冲程内燃机的转速是3000r/min，则每秒钟该内燃机对外做功 次。 12．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 。 13．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，笔尖对准小风扇的扇叶。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： → →机械能。 (2)某团队的同学们发现项目实施过程中存在一些不安全因素，请你为他们拟写一条注意事项 。（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。请你帮助他们提出一个可行性措施： 。 14．跨学科实践 制作简易热机模型 在日常生活中，我们经常利用内能转化为机械能的原理。同学们成立了制作简易热机模型的项目团队，按照“项目提出、项目分析、项目实施、展示交流”的学习流程，研究了制作一个简易热机模型的方法，收集材料并组装了如图所示的简易热机装置。 取一个空易拉罐，根据易拉罐的形状制作支架，向易拉罐内注入大约半罐水，将笔外壳的尖端朝外，另一端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封；将易拉罐放在支架上，笔外壳的尖端对准小风扇的扇叶，点燃易拉罐下方的酒精灯，罐内的水蒸气通过笔外壳喷出，推动风扇转动。这样就完成了一个简易热机模型的制作。 (1)该简易热机模型工作时，充当能量传递和转化的核心介质是 （选填“扇叶”或“水蒸气”）。 (2)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，热机的原理是先将 能转化为内能，再将内能转化为 能。 15．新疆出产的长绒棉是世界上最好的棉花之一，收成时，棉农广泛使用采棉机进行机械化采摘。 (1)如图所示是某款小型采棉机的动力装置，这种内燃机是 （选填“汽油机”或“柴油机”）。 (2)内燃机散热常用水作为冷却剂，是利用了水的 的特性。 (3)这台单缸四冲程内燃机的转速为1200r/min，则该内燃机每秒完成 个冲程，对外做功 次。 16．（2025·广东东莞·二模）2025年4月11日0时47分，长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心点火升空，将通信技术试验卫星十七号顺利送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。 (1)发射火箭时，为了保护发射台的铁架不被火箭向下喷射的高温火焰所熔化，工作人员在台底建造了一个大水池（导流槽），当高温火焰喷到水中时，产生了迅速扩展的庞大的白色“气团”，这些白色“气团”是 （选填“水蒸气”或“小水珠”）；试验卫星十七号发射的时候，试验卫星十七号相对于火箭是 （选填“静止”或“运动”）的； (2)如果试验卫星十七号在太空发射很强的超声波，在地球上 （选填“能”或“不能”）收到信号； (3)火箭发射成功时，长征三号乙运载火箭的专家们流下了激动的泪水，对于他们来说，火箭发射时巨大的声响属于 （选填“噪声”或“乐音”）； (4)火箭发射时，燃料燃烧释放的能量转化为火箭的 能。从能量转化的角度分析，这与四冲程汽油机的 冲程能量转化情况相似。 17．（2024·广东·二模）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：2024年4月25日，搭载神舟十八号载人飞船的“长征二号F”火箭点火发射。如图甲所示，火箭刚发射时，高温火焰向下喷射到发射台的地面，发射台遇到这样的高温容易发生 。为了保护发射台，在发射台底建了一个大水池，让火焰喷射到水中，利用水的 来吸收大量的热量（前两空均填物态变化）火箭升空的瞬间，伴有庞大白色气团实质是 （选填“小水滴”“烟雾”或“水蒸气”）。 （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，如图乙，图丙是其结构示意图，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，使水火箭上升的施力物体是 （选填“地球”或“喷出的水”） （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） 18．（2023·内蒙古赤峰·中考真题）阅读短文，回答问题 图是17世纪一种原始热机的示意图，以下是它对外做一次功的简要概述： ①燃烧燃料，对锅炉里的水加热，产生大量的水蒸气； ②高温水蒸气通过锅炉与汽缸间的阀门进入汽缸； ③关闭锅炉与汽缸间的阀门，打开水箱与汽缸间的阀门，向汽缸里注入冷水； ④汽缸里大量的水蒸气液化成水； ⑤活塞向下运动，对连杆产生巨大的向下的拉力，从而对外提供动力做功。 （1）改变内能的方法有两种，①中通过 的方法使水的内能增大； （2）④中水蒸气液化，要 热量； （3）不计活塞质量，在④和⑤中，汽缸内大量水蒸气液化成水，导致汽缸内气压减小，在 的作用下，活塞向下运动。 / 学科网（北京）股份有限公司 $