14.4 跨学科实践：制作简易热机模型（暑假预科讲义）2026-2027学年人教版物理九年级全一册

暑季研思・九年级全一册物理暑期培优专项讲义 14.4跨学科实践：制作简易热机模型 知识归纳与题型总结 考点01 跨学科实践：制作简易热机模型 1、项目原理：酒精化学能→水蒸气内能→风扇机械能。 2、项目跨学科分析: （1）热源的选择:酒精灯或电加热器。 （2）水蒸气或者直接加热空气。 （3）化学能如何转化为机械能？通过加热水沸腾,产生高温水蒸气。 3、项目实施关键: （1）注人的水量不要太多,通常为易拉罐容量的三分之一或者一半,留出容纳水蒸气的空间。 （2）出气管可以是中性笔套、细牛奶吸管或者细竹管,出口要尖细。 （3）出气管和易拉罐之间结合要紧密,不要漏气,易拉罐的洞口开得要比出气管外径小一点。 （4）小风扇和轴之间摩擦力要小。 【归纳总结】制作简易热机模型，需结合物理热机原理与手工制作，通过组装部件模拟能量转化，理解冲程工作过程，提升动手与跨学科应用能力。 考向01 跨学科实践：制作简易热机模型 【例1】如图甲所示的水火箭，其结构示意图如图乙所示。将水火箭竖立于地面，利用打气筒通过打气管向瓶内打气，当瓶内压强增大到一定程度时，瓶塞脱落，瓶内的水向下喷出，水火箭就接近竖直地向上飞起。小李对同一个水火箭能飞行的最大高度产生了兴趣，于是他对“水火箭能飞行的最大高度与哪些因素有关”作出了如下猜想： 猜想①：可能与起飞前瓶内的最大气压有关 猜想②：可能与瓶内所装水的体积有关 （实验探究过程中不考虑水火箭容积的变化） (1)瓶内的水向下喷出时能量转化相当于内燃机的________冲程； (2)实验中无法直接测量水火箭竖直上升的最大高度，可以转换为测量水火箭从发射到落地的________来间接反映这个高度； (3)在探究猜想①时，小明控制瓶内水的体积一定，通过改变瓶塞的松紧程度从而改变水火箭起飞前________通过多次实验，并将记录的数据绘制为如图丙所示的图像，分析图像可以得到瓶内水的体积一定时，起飞前瓶内最大气压越大，水火箭飞行的最大高度越_________； (4)在探究猜想②时，小明不断改变瓶内水的体积，通过多次实验，并将记录的数据绘制为如图丁所示的图像。由此得出结论：水火箭飞行高度随瓶内水的体积先增大后减小。小明根据这一实验过程得出的结论（选填“可信”、“不可信”）________，理由是________。 【答案】(1)做功 (2)时间 (3) 瓶内最大气压 高 (4) 不可信 在改变水的体积的时候，空气的体积也改变了，从而导致最大气压改变，影响高度，所以没有控制瓶内最大气压相同 【详解】（1）瓶内的水向下喷出时，瓶内高压气体对水做功，将气体的内能转化为水和水火箭的机械能，内燃机的做功冲程的能量转化也是内能转化为机械能，因此对应做功冲程。 （2）水火箭竖直上升的最大高度越大，从发射到落地的总运动时间就越长，根据转换法，可以通过测量总时间间接反映水火箭飞行的最大高度。 （3）探究猜想①，即飞行最大高度与起飞前瓶内最大气压的关系时，根据控制变量法，需要控制瓶内水体积不变，改变起飞前瓶内最大气压，因此改变瓶塞松紧的目的是改变瓶内最大气压；由丙图的变化趋势可知，瓶内水体积一定时，起飞前瓶内最大气压越大，水火箭飞行的最大高度越高。 （4）略 【对点1】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 【详解】（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。 一、选择题 1．图是某科技小组自制的简易热机。点燃蜡烛，易拉罐中产生蒸汽喷出推动扇叶转动。下列说法正确的是（    ） A．燃料燃烧放出热量越多，其热值越大 B．易拉罐中的蒸汽主要通过做功的方式增大内能 C．蜡烛燃烧时化学能直接转化为机械能 D．蒸汽推动扇叶转动起来的过程中，蒸汽的部分内能转化为扇叶的机械能 【答案】D 【详解】A．热值是燃料本身的固有属性，只和燃料的种类有关，与燃料燃烧放出热量的多少无关，故A错误； B．蜡烛燃烧加热易拉罐内的水产生蒸汽，蒸汽是通过热传递的方式增大内能，故B错误； C．蜡烛燃烧时，是将化学能转化为内能，不是直接转化为机械能，故C错误。 D．蒸汽喷出推动扇叶转动时，蒸汽对外做功，部分内能转化为扇叶的机械能，故D正确。 故选D。 2．跨学科实践小组制作了一个简易汽轮机装置。在易拉罐中装入适量的水，用酒精灯加热至沸腾，而后，蒸汽从管口喷出使风车转动。简易汽轮机工作过程中（　　） A．酒精燃烧时，内能转化为化学能 B．管口喷出的“白气”是水蒸气 C．蒸汽被喷出时，内能转化为机械能 D．蒸汽的内能可以全部转化为风车的机械能 【答案】C 【详解】A．酒精燃烧时，将酒精储存的化学能转化为内能，故A错误； B．水蒸气是肉眼不可见的气体，管口喷出的“白气”是水蒸气遇冷液化形成的小水滴，故B错误； C．蒸汽喷出时推动风车转动，将蒸汽的内能转化为风车的机械能，故C正确； D．能量转化过程中不可避免存在能量损耗，如内能散失、克服摩擦消耗能量等，蒸汽的内能不可以全部转化为风车的机械能，故D错误。 故选 C。 3．如图小明用饮料瓶自制了火箭模型，他在瓶子的内侧壁安装了一个遥控电火花发生器，按下按钮会产生电火花。演示时从瓶口喷入雾状酒精并盖上锥形纸筒，按动电火花发生器的按钮，纸筒立即飞出，关于此过程分析正确的是（    ） A．纸筒飞出后瓶内气体的内能增大，温度升高 B．若瓶内酒精完全燃烧，热机效率将达100% C．酒精不完全燃烧时热值变小 D．燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的做功冲程 【答案】D 【详解】A．瓶内气体推动纸筒飞出的过程，对纸筒做功，瓶内气体的一部分内能转化为纸筒的机械能，其内能减少，故A错误； B．瓶内的酒精燃烧的部分热量会散失在空气中，所以热机效率不可能达到100%，故B错误； C．热值只与燃料种类有关，与燃料质量无关，瓶内剩余酒精的热值不变，故C错误； D．燃气推动纸筒飞出的过程中，燃气对纸筒做功，将燃气的内能转化为机械能，内燃机的做功冲程也是将内能转化为机械能，所以此过程类似于内燃机的做功冲程，故D正确。 故选D。 4．小山同学利用易拉罐自制了一个简易“蒸汽机”，如图所示。点燃易拉罐下酒精灯，给易拉罐中的水加热。喷嘴喷出的蒸汽成功地让风车转了起来。下列说法错误的是（　　） A．罐中水的温度升高以后，水的比热容变大 B．罐中水的内能增大是通过热传递方式实现的 C．此实验展现了热机工作时做功冲程的能量转化过程 D．为提高蒸汽机的效率，可增加一个燃料燃烧密封装置 【答案】A 【详解】A．不同的物质，比热容一般不同，其大小与温度无关，因此罐中水的温度升高以后，水的比热容不变，故A错误，符合题意； B．因为酒精灯火焰的温度高于罐中水的温度，所以罐中水从火焰中吸收热量，内能增大，这是通过热传递方式实现的，故B正确，不符合题意； C．热机工作时做功冲程中将内能转化为机械能，此实验中，喷嘴喷出的蒸汽成功地让风车转了起来，蒸汽的内能转化为风车的机械能，所以此实验展现了热机工作时做功冲程的能量转化过程，故C正确，不符合题意； D．增加一个燃料燃烧密封装置，可以减少热量的散失，将更多的内能转化为机械能，提高蒸汽机的效率，故D正确，不符合题意。 故选A。 5．关于四冲程汽油机和柴油机，下列说法不正确的是（　　） A．柴油机的顶部有喷油嘴，汽油机的顶部有火花塞 B．柴油机吸入气缸的是空气，汽油机吸入气缸的是汽油和空气的混合物 C．在做功冲程中，柴油机的点火方式是点燃式，汽油机的点火方式是压燃式 D．柴油机比较笨重，它的功率比汽油机的大 【答案】C 【详解】A．柴油机和汽油机的结构不同：柴油机的顶部有喷油嘴，汽油机的顶部有火花塞，故A正确，不符合题意； B．在吸气冲程，柴油机吸入气缸的只是空气，汽油机吸入气缸的是汽油和空气的混合物，故B正确，不符合题意； C．在做功冲程，汽油机的点火方式叫点燃式，柴油机的点火方式叫压燃式，故C错误，符合题意； D．柴油机的飞轮质量更大，所以比汽油机笨重；柴油机的压缩比比汽油机的高，在做功冲程中气体压缩程度更大，能提供更大的动力，所以柴油机比汽油机的功率更大，故D正确，不符合题意。 故选C。 6．下列关于火箭的说法正确的是（　　） A．火箭使用的是喷气发动机，其与内燃机的工作原理完全相同 B．火箭在工作时需要像活塞、曲轴等那样的传动结构 C．火箭是热机的一种，工作时燃料的化学能最终转化为火箭的机械能 D．火箭升空时不需要反作用力推动机身向前运动 【答案】C 【详解】AB．喷气式发动机与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火箭向前运动，由于它不需要活塞、螺旋桨等那样的转动装置，从而就少了能量的损失，大大提高了火箭的飞行速度，故AB错误； C．火箭是热机的一种，工作时先将燃料的化学能转化为内能，再通过做功的方式将内能转化为火箭的机械能，故C正确； D．火箭升空时向地面喷出了高温高压的燃气，由于物体间力的作用是相互的，高温高压的燃气对火箭施加了一个向上的反作用力，使火箭升空，故D错误。 故选C。 7．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。 8．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 【详解】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。 9．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 【详解】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。 10．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 【详解】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。 二、填空题 11．如图某小组同学设计的简易热机模型，他们设想：点燃酒精灯，当导气管出气口有蒸气喷出时，小风车就转动起来，此过程中烧瓶中水蒸气的内能______（选填“增大”或“减小”），是通过______（选填“做功”或“热传递”）方式改变的，但在实验过程中，发现小风车不转动，你的解决办法是______。 【答案】 减小 做功 换用更细的导管 【详解】[1][2]点燃酒精灯，化学能转化为内能，给水加热，产生水蒸气，水蒸气从导管喷出，对外做功，推动小风车转动，即水蒸气对外做功，水蒸气的内能减小，这是通过做功的方式改变内能。 [3]实验过程中，发现小风车不转动，通常是因为气流不够大、不够集中，可以换用更细的导管或减小出气口横截面积、换更轻的风车，这样小风车就可以转动起来了。 12．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 【详解】[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。 13．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 【详解】[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。 三、实验题 14．实践小组制作了如图简易汽轮机模型，操作过程如下： ①取一个空易拉罐，用铁丝根据易拉罐的形状制作支架； ②向易拉罐内注入大约半罐水，将笔管的尖端朝外，另一端插入易拉罐内，用密封胶将罐的开口处密封； ③将易拉罐放在支架上，笔管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芯喷出，推动风扇转动。 (1)上述过程中酒精燃烧将化学能转化为内能，水沸腾产生大量水蒸气。水蒸气对小风扇做功，将内能转化为_______，这个过程相当于热机的_______冲程； (2)热机发展史也是一部机械效率提高史，如何提高该汽轮机效率，请你帮他们提出一条可行性措施_______。 【答案】(1) 机械能 做功 (2)给易拉罐包裹隔热材料，减少热量散失 【详解】（1）[1]水蒸气推动小风扇转动，对外做功，将自身的内能转化为风扇的机械能。 [2]热机的做功冲程的能量转化就是内能转化为机械能，因此该过程相当于热机的做功冲程。 （2）提高热机效率的思路是减少能量损耗，只要能减少该装置的热量散失、额外功损耗或工作物质泄漏，都可以提高效率，如①给易拉罐包裹隔热材料，减少热量散失。②优化笔管喷嘴的形状，让水蒸气的能量更集中地作用在扇叶上。③使用效率更高的酒精灯，减少燃料的浪费等。 15．【跨学科实践·制作简易热机模型】某小组的同学们在项目化学习过程中，制作了如图所示的器具研究热机原理。实验时向易拉罐内部注入适量的水，塞上带导气管的塞子。将导气管的另一端管口对准叶轮的叶片。点燃酒精灯，当导气管出气口有蒸气喷出时，叶片就转动起来。 (1)充当能量传递和转化的工作物质是__________； (2)将___________转化为机械能通过小风车装置实现。 (3)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__________。 【答案】(1)水蒸气 (2)内能 (3)加热过程中不要用手触摸易拉罐，以免烫伤 【详解】（1）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。充当能量传递和转化的工作物质是水蒸气。 （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。 （3）实验过程中使用了酒精灯，且易拉罐中装有热水和蒸汽，存在烫伤或火灾等风险。因此可提出的注意事项如实验时要远离易燃物，防止酒精灯点燃易燃物引发火灾，或加热过程中不要用手触摸易拉罐，以免烫伤等。 16．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，并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___________机械能； (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是___________；（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：___________。 【答案】(1)内能 (2)笔尖喷出的蒸汽太少 (3)在易拉罐上半部分覆盖保温层 【详解】（1）酒精燃烧，是将酒精内部的化学能转化为内能释放出来，然后将内能通过热传递转移给水和易拉罐，水吸热迅速的汽化，形成大量的水蒸气，水蒸气对扇叶做功，将水蒸气的内能转化为扇叶的机械能。 （2）在测试过程中，发现扇叶不转动，可能水蒸气的内能太小，笔尖喷出的蒸汽太少。 （3）在易拉罐上半部分覆盖保温层，可以减少热量的损失，提高汽轮机效率。 17．学校将举办“科学嘉年华”活动，小明和同学们计划制作一个简易热机模型——蒸汽轮机，在活动中进行展示。请你协助他写好下列说明： (1)热机模型的核心功能是_________； (2)材料清单有：_________； (3)制作和操作时需要注意的事项：_________；（列举一条即可） (4)若要提高蒸汽轮机的效率，你的方法是_________。 【答案】(1)将内能转化为机械能 (2)易拉罐、酒精、一支去掉笔芯和尾塞的中性笔、密封胶、轻质叶轮、两个塑料瓶盖，铝片、锥子、铁丝、小刀、剪刀、水、一小块泡沫、火柴 (3)有“白气”喷出时防止被蒸汽烫伤等。 (4)更换一个更细的喷嘴/减小铁丝与瓶盖之间的摩擦 【详解】（1）制作一个简易热机模型——蒸汽轮机，是利用水蒸气的内能推动汽轮机转动，故能量转化是将内能转化为机械能。 （2）制作简易热机的模型需包含的能量转化为关键部件： 燃料：如酒精：提供化学能。 容器：易拉罐：用于加热水并产生蒸汽。 蒸汽通道：一支去掉笔芯和尾塞的中性笔，引导蒸汽喷出。 密封材料：胶——密封易拉罐开口，防止蒸汽泄漏。 支架：铁丝、两个塑料瓶盖——支撑易拉罐和笔。 动力接收装置：轻质叶轮，固定在泡沫上。 故实验所需要的器材为易拉罐、酒精、一支去掉笔芯和尾塞的中性笔、密封胶、轻质叶轮、两个塑料瓶盖，铝片、锥子、铁丝、小刀、剪刀、水、一小块泡沫、火柴等。 （3）实验时需确保装置安全和能量转化有效： 安全方面：酒精易燃，需远离火源；有“白气”喷出时防止被蒸汽烫伤 密封方面：胶密封要牢固，防止蒸汽泄漏导致能量损失 加热方面：酒精灯的火焰需要对准易拉罐底部，确保水均匀受热 （4）若要提高蒸汽轮机的效率，你的方法是减小热量的损失，比如用保温杯套包裹易拉罐，减少蒸汽热量的损失，再比如减小铁丝与瓶盖之间的摩擦；还可以是优化蒸汽通道：选择更细的笔管，使蒸汽喷出更集中，减少能量的损耗。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $暑季研思・九年级全一册物理暑期培优专项讲义 14.4跨学科实践：制作简易热机模型 知识归纳与题型总结 考点01 跨学科实践：制作简易热机模型 1、项目原理：酒精化学能→水蒸气内能→风扇机械能。 2、项目跨学科分析: （1）热源的选择:酒精灯或电加热器。 （2）水蒸气或者直接加热空气。 （3）化学能如何转化为机械能？通过加热水沸腾,产生高温水蒸气。 3、项目实施关键: （1）注人的水量不要太多,通常为易拉罐容量的三分之一或者一半,留出容纳水蒸气的空间。 （2）出气管可以是中性笔套、细牛奶吸管或者细竹管,出口要尖细。 （3）出气管和易拉罐之间结合要紧密,不要漏气,易拉罐的洞口开得要比出气管外径小一点。 （4）小风扇和轴之间摩擦力要小。 【归纳总结】制作简易热机模型，需结合物理热机原理与手工制作，通过组装部件模拟能量转化，理解冲程工作过程，提升动手与跨学科应用能力。 考向01 跨学科实践：制作简易热机模型 【例1】如图甲所示的水火箭，其结构示意图如图乙所示。将水火箭竖立于地面，利用打气筒通过打气管向瓶内打气，当瓶内压强增大到一定程度时，瓶塞脱落，瓶内的水向下喷出，水火箭就接近竖直地向上飞起。小李对同一个水火箭能飞行的最大高度产生了兴趣，于是他对“水火箭能飞行的最大高度与哪些因素有关”作出了如下猜想： 猜想①：可能与起飞前瓶内的最大气压有关 猜想②：可能与瓶内所装水的体积有关 （实验探究过程中不考虑水火箭容积的变化） (1)瓶内的水向下喷出时能量转化相当于内燃机的________冲程； (2)实验中无法直接测量水火箭竖直上升的最大高度，可以转换为测量水火箭从发射到落地的________来间接反映这个高度； (3)在探究猜想①时，小明控制瓶内水的体积一定，通过改变瓶塞的松紧程度从而改变水火箭起飞前________通过多次实验，并将记录的数据绘制为如图丙所示的图像，分析图像可以得到瓶内水的体积一定时，起飞前瓶内最大气压越大，水火箭飞行的最大高度越_________； (4)在探究猜想②时，小明不断改变瓶内水的体积，通过多次实验，并将记录的数据绘制为如图丁所示的图像。由此得出结论：水火箭飞行高度随瓶内水的体积先增大后减小。小明根据这一实验过程得出的结论（选填“可信”、“不可信”）________，理由是________。 【对点1】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） 一、选择题 1．图是某科技小组自制的简易热机。点燃蜡烛，易拉罐中产生蒸汽喷出推动扇叶转动。下列说法正确的是（    ） A．燃料燃烧放出热量越多，其热值越大 B．易拉罐中的蒸汽主要通过做功的方式增大内能 C．蜡烛燃烧时化学能直接转化为机械能 D．蒸汽推动扇叶转动起来的过程中，蒸汽的部分内能转化为扇叶的机械能 2．跨学科实践小组制作了一个简易汽轮机装置。在易拉罐中装入适量的水，用酒精灯加热至沸腾，而后，蒸汽从管口喷出使风车转动。简易汽轮机工作过程中（　　） A．酒精燃烧时，内能转化为化学能 B．管口喷出的“白气”是水蒸气 C．蒸汽被喷出时，内能转化为机械能 D．蒸汽的内能可以全部转化为风车的机械能 3．如图小明用饮料瓶自制了火箭模型，他在瓶子的内侧壁安装了一个遥控电火花发生器，按下按钮会产生电火花。演示时从瓶口喷入雾状酒精并盖上锥形纸筒，按动电火花发生器的按钮，纸筒立即飞出，关于此过程分析正确的是（    ） A．纸筒飞出后瓶内气体的内能增大，温度升高 B．若瓶内酒精完全燃烧，热机效率将达100% C．酒精不完全燃烧时热值变小 D．燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的做功冲程 4．小山同学利用易拉罐自制了一个简易“蒸汽机”，如图所示。点燃易拉罐下酒精灯，给易拉罐中的水加热。喷嘴喷出的蒸汽成功地让风车转了起来。下列说法错误的是（　　） A．罐中水的温度升高以后，水的比热容变大 B．罐中水的内能增大是通过热传递方式实现的 C．此实验展现了热机工作时做功冲程的能量转化过程 D．为提高蒸汽机的效率，可增加一个燃料燃烧密封装置 5．关于四冲程汽油机和柴油机，下列说法不正确的是（　　） A．柴油机的顶部有喷油嘴，汽油机的顶部有火花塞 B．柴油机吸入气缸的是空气，汽油机吸入气缸的是汽油和空气的混合物 C．在做功冲程中，柴油机的点火方式是点燃式，汽油机的点火方式是压燃式 D．柴油机比较笨重，它的功率比汽油机的大 6．下列关于火箭的说法正确的是（　　） A．火箭使用的是喷气发动机，其与内燃机的工作原理完全相同 B．火箭在工作时需要像活塞、曲轴等那样的传动结构 C．火箭是热机的一种，工作时燃料的化学能最终转化为火箭的机械能 D．火箭升空时不需要反作用力推动机身向前运动 7．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 8．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 9．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。 10．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 二、填空题 11．如图某小组同学设计的简易热机模型，他们设想：点燃酒精灯，当导气管出气口有蒸气喷出时，小风车就转动起来，此过程中烧瓶中水蒸气的内能______（选填“增大”或“减小”），是通过______（选填“做功”或“热传递”）方式改变的，但在实验过程中，发现小风车不转动，你的解决办法是______。 12．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。 13．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”）。 三、实验题 14．实践小组制作了如图简易汽轮机模型，操作过程如下： ①取一个空易拉罐，用铁丝根据易拉罐的形状制作支架； ②向易拉罐内注入大约半罐水，将笔管的尖端朝外，另一端插入易拉罐内，用密封胶将罐的开口处密封； ③将易拉罐放在支架上，笔管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芯喷出，推动风扇转动。 (1)上述过程中酒精燃烧将化学能转化为内能，水沸腾产生大量水蒸气。水蒸气对小风扇做功，将内能转化为_______，这个过程相当于热机的_______冲程； (2)热机发展史也是一部机械效率提高史，如何提高该汽轮机效率，请你帮他们提出一条可行性措施_______。 15．【跨学科实践·制作简易热机模型】某小组的同学们在项目化学习过程中，制作了如图所示的器具研究热机原理。实验时向易拉罐内部注入适量的水，塞上带导气管的塞子。将导气管的另一端管口对准叶轮的叶片。点燃酒精灯，当导气管出气口有蒸气喷出时，叶片就转动起来。 (1)充当能量传递和转化的工作物质是__________； (2)将___________转化为机械能通过小风车装置实现。 (3)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__________。 16．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，并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___________机械能； (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是___________；（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：___________。 17．学校将举办“科学嘉年华”活动，小明和同学们计划制作一个简易热机模型——蒸汽轮机，在活动中进行展示。请你协助他写好下列说明： (1)热机模型的核心功能是_________； (2)材料清单有：_________； (3)制作和操作时需要注意的事项：_________；（列举一条即可） (4)若要提高蒸汽轮机的效率，你的方法是_________。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $