14.4 跨学科实践：制作简易热机模型-【支点·同步系列】2026-2027学年九年级上册物理（人教版·新教材）

第4节跨学科实践：制作简易热机模型 项目解读 安全须知 项目提出 1.使用明火（如酒精灯、 热机是人们获得动力的重要机械，热机在生产、生活中非常重 要，如果我们能尝试制作一个热机模型，就可以更好地了解热机 蜡烛)或电加热器时，远离易 的工作原理。 燃物，并且要准备灭火设备 (如灭火器、湿布)。 2.防烫伤：热机运行时， 项目分析 金属部件（如缸体、活塞）可 要完成热机模型的制作，需要考虑下面一些主要问题： 能产生高温，避免直接触碰。 1.用什么作热源？ 2.工作物质是什么？ 3.机械防护：如有高速 3.如何将内能转化成机械能？ 旋转或往复运动的部件（如 通常而言，制作采用燃烧燃料加热水产生蒸汽（或直接加热空 飞轮、连杆)，注意保持安全 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。 距离，避免夹伤。 材料选择 1.耐高温材料：缸体、管 项目实施 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 道等接触高温的部分需用金 风扇、一个酒精灯。向易拉罐内部注入大约半罐水，将笔的尖端朝 属（如铝、铜）或耐高温塑料， 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 避免材料熔化。 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 2.密封性：蒸汽或气体 灯，当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来。 驱动模型需确保接口密封 (如使用硅胶垫圈或高温 展示交流 胶)，防止泄漏导致效率下降 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 或造成危险。 畅，更有创意。 3.轻量化设计：飞轮等 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 运动部件可选用轻质材料 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 (如铝合金)，减少阻力。 方面还可以做得更好。 实践训练 士 软木塞 圆筒 一、填空题 1.在下图所示的“制作汽油机模型”实验中，厚 过甘放电针 壁有机玻璃圆筒内底部装有两根与静电起 连接起电机 电机相连接的放电针。 (1)将适量的汽油喷入筒内，用软木塞塞住 物理九年级J版 筒口，摇动起电机。如果观察到放电针放 B.纸杯飞出去时，易拉罐对纸杯做了功 电，汽油燃烧，软木塞被高温高压的气体 C.纸杯飞出去时，易拉罐内气体的内能减小 ,即可模拟四冲程汽油机工作时 D.纸杯飞出过程中的能量转化情况，与内燃 的 冲程。 机的压缩冲程相同 (2)实验时若发现起电机装置不能工作，可 三、综合题 用火柴替代放电针。为了点燃圆筒内的火 4.(2025山西，有改动) 柴，可用 会聚太 制作简易汽轮机模型 阳光使其被点燃。 热机对人类文明发展起着重要的推动 二、选择题 作用。同学们成立了制作简易汽轮机模型 2.下图是课外兴趣小组制作的“蒸汽船”模型， 的项目团队，制定了“项目提出一项目分 往铜质容器中盛一定量的水之后将它安装 析—项目实施—展示交流”的学习流 在船体上，用蜡烛对铜质容器底部加热，一 程，研究了热机原理，收集材料组装了下图 段时间后铜质容器内水温升高产生蒸汽，铜 所示的汽轮机模型。 管会向右喷出蒸汽，“蒸汽船”就会向左行 实验时向易拉罐内部注入大约半罐水， 驶。下列说法正确的是 ( ) 将去掉笔芯和尾塞的中性笔的尾端插入易 铜质 铜管 拉罐内，用胶将罐的开口处密封。将易拉罐 容器 放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇 船体 叶。点燃易拉罐下面的酒精灯，当有蒸汽喷 LBc0111618 A.水变热是通过做功来改变内能的 出时，扇叶就转动起来。 小风扇 B.“蒸汽船”运动时的能量转化情况与汽油 中性笔管 易拉罐 机的做功冲程相同 C.水在沸腾时会有热量的散失，所以能量不 西精灯 守恒 (1)汽轮机模型工作过程的能量转化情况为： D.“蒸汽船”向左运动时主要将机械能转化 化学能→ 0 为内能 (2)同学们在测试过程中，发现扇叶不转动。 3.如下图所示，在一个空易拉罐的底部钻一个 出现这种现象的原因可能是 小孔，从易拉罐开口端向罐内喷适量酒精喷 。 (写出一条 雾，然后将一个空纸杯迅速套住易拉罐。用 即可) 细线将易拉罐水平悬挂在铁架台上，将点燃 (3)热机发展史也是一部热机效率提高史， 的打火机靠近易拉罐底部的小孔，纸杯就会 在展示交流环节，对如何提高简易汽轮机效 “向前”飞去。以下说法正确的是 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 易拉铺 纸杯 助他们提出一个可行性措施： A.酒精燃烧越充分，其热值越大 上册第十四章则水温升高到 t=t。+△t=20℃+60℃=80℃ 3.解：(1)牛奶吸收的热量 Q段=c年朝m牛奶△1=2.5×103J/(kg·℃)×0.2kgX (47.2℃-22℃)=1.26×10J (2)若不考虑热量损失，热水放出的热量 Q做=Q吸=1.26X10J 由Q=cm△t可知，热水的质量m水= Q放 C水△t 1.26×10J 42X10J/(kg·℃)×(53.2℃-47.2℃)=0.5kg 4.解：(1)该金属棒放出的热量 Q做=C金属牌m金属怖△t金属伸=0.42X103J/(kg·℃)× 0.2kg×(820℃-20℃)=6.72×10J (2)因为不计热损失，所以Q服=Q做=6.72×10J 由c=Q可得，水的质量 m△t Q吸 6.72×10￥J m*=*△：4.2×10J1kg·C)x(20℃-10可 =1.6kg 5.解：(1)水吸收的热量 Q服=c水m水△t=4.2×103J/(kg·℃)×4kgX (70℃-20℃)=8.4×105J (2)煤气完全燃烧放出的热量Q放=m煤气q=0.05kg ×4.2×102J/kg=2.1×10J 楼气的加热的效率7-8-18}-0 =40% 6.解：(1)因为卡车在水平路面上匀速直线行驶，处于平 衡状态，受到的牵引力、阻力是一对平衡力，则卡车行 驶过程中牵引力 F=f=0.05Ga=0.05×3×103kg×10N/kg= 1500N 牵引力做的功 W=Fs=1500N×3×103m=4.510J (2)汽油完全燃烧放出的热量 Q做=mg=0.4kg×4.5×10J/kg=1.8×102J (3)该卡车发动机的效率 W4.5×105J 7=Qk-1.8×10 =0.25=25% 7.解：(1)当汽车以30m/s的速度匀速直线行驶时，发动 机牵引力F=f=2.7×102N 发动机的输出功率P=W-=F0=2.7X10:N× t 30m/s=8.1×103W (2)油箱加满汽油时，汽油的质量m=40kg,汽油的热 值q=4×10'J/kg 这些汽油完全燃烧释放的热量Q=qgm=4×10'J/kg ×40kg=1.6×109J 物理九年级RJ版 (3)汽车牵引力做的功W=7Q=30%×1.6×10°J= 4.8×108J W4.8×10°J 汽车的最长行驶时间1=P=8.1×10w ≈59259s 第4节跨学科实践：制作简易热机模型 实践训练 1.(1)冲出做功(2)凸透镜（或凹面镜）【解析】(1)将 适量的汽油喷入筒内，用软木塞塞住筒口，摇动起电 机；当放电针放电时，汽油燃烧，圆筒内气体的内能增 加，气体对软木塞做功，软木塞被高温高压的气体冲 出，可模拟四冲程汽油机工作时的做功冲程。(2)因 为凸透镜、凹面镜对光有会聚作用，所以为了点燃圆 筒内的火柴，可用凸透镜或凹面镜会聚太阳光使其被 点燃。 2.B3.C 4.(1)内能机械能(2)笔尖喷出的蒸汽太少（合理即 可)(3)在易拉罐的上半部分盖上保温层（合理即可） 进阶突破 考向聚焦 1.内B 2.错误水火箭与空气摩擦做功会导致能量损耗 3.D【解析】热机是利用内能来做功的机器，汽车热机 的效率通常为30%左右，只有D选项中汽车热机工作 时，有30%的内能转化为机械能，故A、B、C错误，D 正确。 4.B 5.解：(1)体积为0.01m3的可燃冰完全燃烧放出的热量 Q微=q可w冰V=7X10J/m3×0.01m3=7X10J (2)水吸收的热量 Q服=ckm△t=4.2×103J/(kg·℃)×100kg×15℃ =6.3×105J 则热量被利用的效率 Q段_6.3×10°J 7=Qk=7×10丁 =0.9=90% (3)由Q吸=c水m△t可知，水升高的温度 4'=Q 6.3×105J ,c*m4.2×102J/(kg·℃)X20kg=75℃ 此时水的末温 t'=t1+△t′=30℃+75℃=105℃ 在1个标准大气压下，水的沸点是100℃，则水的末温 为100℃，所以水升高的温度 △t”=100℃-30℃=70℃ 挑战中考 1.做功扩散 2.3.0×10°3×103【解析】完全燃烧0.1m3的天然 气放出的热量Q数=Vg天然气=0.1m3×3.0×10J/m =3.0×10°J,该液体吸收的热量Q吸=Q做7=3.0×