14 第4节 跨学科实践：制作简易热机模型-【教材笔记】2026-2027学年九年级全一册物理课前预习笔记（人教版·新教材）

第4节 跨学科实践：制作简易热机模型 学习目标 1.通过具体实践操作，知道热机在具体工作过程中的能量转化。 2.能从热机对社会发展所产生影响的角度，体会科技进步对人类和社会发展的推动 作用。 知识点1>项目提出 热机是人们获得动力的重要机械，例如燃油汽车中所有热机都需要三个 的汽油机、大型轮船使用的柴油机或汽轮机、有些飞机 本要素—热源（燃 料)、工作物质（如水 使用的喷气发动机等。热机在生产生活中非常重要，如蒸气、燃气)、能量转 果我们能尝试制作一个热机模型，就可以更好地了解热 化装置（如活塞、涡 机的工作原理，包括热机中的能量是如何转化的，热机 轮) 中各部分是如何协调工作的。 请同学们在学过的热机知识基础上，进一步查找相 关资料，了解不同热机的工作原理，制作一个简易热机 模型。 ①酒精灯或蜡烛：操作安全，温度可控（优先选 择酒精灯，避免明火过大) 知识点2 项目分析 ②替代方案：电加热器（需注意用电安全） 汽油机属于内燃机，它的工作物质是气缸内的空气能量转化路径：酒精灯 和汽油的混合物。蒸汽机工作时，燃料燃烧使水变成水 加热水→水蒸气内能增 加→内部气体膨胀从笔 蒸气，水蒸气推动活塞运动产生动力。蒸汽机的燃烧室 管喷出做功→使小风扇 在汽缸外，属于外燃机，蒸汽机的工作物质是水蒸气。 转动转化为机械能 要完成热机模型的制作，需要重点考虑以下几个问题。 丞 1.用什么作热源？ 制作简易热机 模型时会遇到高温 2.工作物质是什么？ 蒸汽、锋利的物体 3.如何将内能转化成机械能？ 等，要注意安全。 通常而言，制作采用燃烧燃料加热水产生蒸汽（或 、①空气：易获取，但热膨胀效率低 ②水蒸气：受热膨胀明显，推动力强（最终选择水莱气） 第十四章 内能的利用 35 直接加热空气)来做功的外燃机，比制作在封闭缸体内 燃烧燃料来做功的内燃机要安全，材料也相对易得，建 议优先考虑前者。 知识点3》项目实施 请根据自己的设计，制作一个简易的热机模型。下 面展示的是一个简易的汽轮机模型，供参考。 准备以下材料：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，一个支架。 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 图14.4-1简易汽轮机模型 罐如图14.4-1所示放置在支架上，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。 上面提供的只是一个非常简易的汽轮机模型，同学 们可以制作不同类型的热机模型。只要大家积极地行动 起来，一定会制作出更多有创意的热机模型。 知识点4 展示交流 1.请大家展示自己的热机模型，看看谁的模型制作 精细，运行顺畅，更有创意。 2.在展示交流中，谈谈你的热机模型的工作原理， 以及制作过程中的难点，说一说你在制作过程中的心得 体会，想一想在哪些方面还可以做得更好。 展示要点 1.现象记录：小风扇从静止到转动的耗时、最高转速（可用手机慢动作视频辅助 观察) 2.能量转化分析：绘制能量流向图，制如酒精化学能转化水蒸气内能共化风扇 机椒能 36 教材笔记物理九年级RJ 复习与提高 1.枪虾（图14-1)的大螯猛地合上时，能挤 出速度很大的水柱，水柱产生的微小气泡 在破裂瞬间会产生高温并发出很大的声音， 还会发出一道极短的光。在这个过程中， 有哪些形式的能量转化？ 当枪虾的大整猛地合上挤出速度很大的水 柱时，枪虾肌肉的化学能转化为水柱的机 械能；水柱产生的微小气泡在破裂瞬间产 图14-1 生高温，这是机裁能转化为内能；发出很大的声音，是机裁能转化为声能；发出 一道极短的光，是机獭能转化为光能。 2.有些地铁站间的轨道高度比地铁站台低，即列车从一个站台开出时是下坡的，行 驶到接近下一站时是上坡的。从能量转化的角度看，这种设计有什么好处？ 列车从站合开出时是下坡，高度降低，重力势能转化为动能，可减少列车出站 时因加速消耗的能量；列车接近下一站时是上坡，高度升高，重力势能增大，动 能转化为重力势能，可让列车减少因利车消耗的能量。这样的设计能在一定程 度上节约能源。 3.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 艾绒 图14-2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 套筒 推杆 苗产生。艾绒被点燃的过程中有哪些形式 图14-2 的能量转化？这一过程与四冲程汽油机的 哪个冲程相似？ 艾线被点燃的过程中机械能转化为内能。这与四冲程汽油机的压缩冲程相似。 4.1kg的氢气和多少千克的煤油完全燃烧时放出的热量相同？ 1kg氢气完全燃烧放出的热量Q氢气=m气9气=1kg×1.4×103J/kg=1.4×108J 煤油质量m装油 Q张_Q光-1.4×103J ≈3.04kg 9煤油9张油4.6×107J/kg 5.请从能量转化的角度，具体说明以下效率的意义。 (1)某太阳能电池工作的效率是16%。 （2)某电动机工作的效率是83%。 (3)某锂电池充电的效率是99%。 (4)某柴油机工作的效率是35%。 (5)某电热水器工作的效率是87%。 (1)太阳能电池把接收到的太阳能的16%转化为电能。 (2)电动机做有用功的这一部分机械能占消耗电能的83%。 (3)充电时娌电池把消耗电能的99%转化成了化学能。 (4) 柴油机微有用功的能量占柴油完全燃烧放出热量的35%。 (5)电热水器把消耗的电能的87%转化为水的内能。 6.一辆质量为2t的汽车在水平路面上匀速行驶时，所受阻力为车重的6%。如果汽油 完全燃烧所产生的热量有35%用来克服阻力做功，那么汽车行驶100km要消耗多少 升汽油？已知汽油的密度为0.73×103kg/m3,g取10N/kg。10L。 第十四章内能的利用 37 图14-3 7.图14-3所示的是我国自行设计研制的AG600“鲲龙”水陆两栖飞机。飞机 使用四台相同的发动机，每台发动机的输出功率可达3120kW,效率可 达60%。在这种情况下，飞机飞行1h消耗燃油多少吨？已知燃油的热值为 4.3×10J/kg。 飞机飞行1h所做的功W=Pt=4×3120×103W×3600s=4.4928×1010J 需要燃油放出的热量Q:= W4.4928x10J-7.488×10J 60% 需安搭油的质量m-0=7.488×10J=1741.4g=1741 94.3×10J/kg 8.某同学家自来水的温度为15℃，他洗澡时把燃气热水器的温度设定为40℃， 已知他洗澡用了0.02m3的热水。如果燃气热水器的效率是95%，他这次洗澡 消耗了多少天然气？天然气的热值取4.0×10J/m3。 水吸收的热量Q%=cm△t=4.2×103J/(kg·℃)×20kg×25℃=2.1×10J 热水器放出的热量Q Q_2.1×10J=2.21×10J 95% 消耗天然气的体积V气= -2.21×10J ≈0.055m g4.0×107J/m 9.垃圾分类有利于资源的回收再利用，焚 烧垃圾可以实现综合热利用。图14-4展 示的是我国最大的垃圾焚烧发电站，日 处理生活垃圾6000t。如果1t垃圾焚烧 时能产生2.16×10J的电能，这些电能 相当于完全燃烧多少千木柴所放出的能 量？千木柴的热值取1.2×10'J/kg0 焚晓6000t垃圾产生的电能E=6000× 图14-4 2.16×109J=1.296×1013J 相当于完金楼亮于木来的有量m=2-￡-1296x10】1.08×10°kg qq1.2×10J/kg 38 教材笔记物理九年级RJ