14.4 跨学科实践：制作简易热机模型&专题一 热量的相关计算-【学海风暴】2026-2027学年九年级上册物理同步备课（人教版·新教材）

第4节 跨学科实践 实践项目解读 一、项目提出 热机是人们获得动力的重要机械，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。 二、项目分析 要完成热机模型的制作，需要考虑下面一 些主要问题： 1.用什么作热源？ 2.工作物质是什么？ 3.如何将内能转化成机械能？ 通常而言，制作外燃机比制作内燃机要安全， 材料也相对易得，建议优先考虑制作外燃机。 三、项目实施 根据自己的设计，制作一个简易的热机模型。 四、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。 已实践专项训练 一、选择题 1.小明学习完热机后，利用厨房 里的蒸蛋器自制了一个简易 “蒸汽机”，如右图所示。在使 用过程中蒸蛋器会通过上方的小孔喷出蒸 汽，小明将自制的风车放在蒸蛋器上方，成 功地让风车转了起来。下列说法错误的是 ( A.蒸蛋器内部温度越高，水蒸发越快 九年级物理RJ版 :制作简易热机模型 B.水的内能增大是通过热传递方式实现的 C.水的温度升高以后，水的比热容变小 D.此实验展现了热机工作时做功冲程的能 量转化过程 二、综合题 2.(2025山西，有改动)阅读短文，回答下列问题。 制作简易汽轮机模型 热机对人类文小风扇 中性笔管易拉罐 明发展起着重要的 推动作用。同学们 酒精灯 成立了制作简易汽 轮机模型的项目团队，制订了“项目提出一 项目分析一项目实施一展示交流”的学习流 程，研究了热机原理，收集材料组装了上图 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→ (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，合 理即可) (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： 。(合理即可) 》》 专题一 热量的相关计算 《《4 考向①纯热学计算 1.“淬火”是金属热处理工艺之一，即把金属制 3.(2025苏州)用煤气炉将4kg的水从20℃加 品加热到一定温度后放在水、油或空气中迅 热到70℃，消耗煤气0.05kg。已知煤气的 速冷却，以提高金属的硬度和强度。现将一 热值为4.2×10J/kg,水的比热容为4.2× 块质量为20g的铁制品加热到820℃，将它 103J/(kg·℃)。求： 投入某种液体中，该液体的初温是10℃，质量 (1)水吸收的热量。 是368g,铁制品和液体的温度达到20℃后不 (2)煤气完全燃烧放出的热量。 再变化。不考虑周围环境的影响和热损失， (3)煤气炉加热的效率。 铁的比热容为0.46×103J/(kg·℃)。求： (1)铁制品放出的热量。 (2)该液体的比热容。 4.小红在实验室利用电加热器加热，完成了冰的 熔化实验，并描绘出冰的温度随加热时间变化 的关系图线（如下图所示）。实验时，冰的质量 为0.5kg,相同时间内水和冰吸收的热量相同， 水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)。 2.(2025一2026抚州期末)据报道，我国多个城 ↑温度℃ E 10 D 市已经开始推广使用氢燃料新能源公交车。 B 0 已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，氢 510152025时间/mim -10 的热值为1.4×108J/kg。 (1)求质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出 (1)求CD段水吸收的热量。 的热量。 (2)若这些热量全部被质量为200kg、温度 为30℃的水吸收，求水升高的温度。 (2)在CE段，水吸收了6.3×104J的热量， 水温升高了多少？ 上册第十四章 29 (3)求冰的比热容。 考向②热力综合计算 5.为响应国家“低碳环保，节能减排”的号召， 某市新上线一批以天然气为燃料的新型公 交汽车，其参数如下图所示。某次行驶过程 中，汽车搭载人员及物品共3000kg,其所受 阻力为总重力的0.01倍。汽车40s内在水 平路面上匀速直线行驶400m,共消耗天然 气0.025kg(天然气完全燃烧，其热值为 6.4×107J/kg,g取10N/kg)。针对此次行 驶过程，求： 长度：12m 高度：3.2m 汽车质量：13000kg 核载人数：75人 最大功率：180kW 最高速度：70km/h 轮胎与地面总接触面积：0.4m2 (1)汽车对地面的压强。 (2)汽车牵引力做功的功率。 (3)汽车发动机的效率。 30 九年级物理RJ版 6.某型号汽车在车型测试中，在一段平直的公 路上以80km/h的速度匀速行驶了3km,消 耗汽油1.6L。已知汽油的密度为0.75× 103kg/m3,汽油的热值等于4.5×10J/kg, 假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为 20%,求： (1)汽车在行驶过程中消耗的汽油完全燃烧 放出的热量。 (2)汽车在行驶过程中做的有用功。 (3)汽车在行驶过程中受到的阻力。 7.随着人们生活水平的日益提高，小汽车越来 越多地走进了寻常百姓家。一辆以汽油为 燃料的小汽车，在水平路面上匀速直线行驶 2300s,发动机的实际功率为20kW。汽油 的热值q=4.6×10J/kg,小汽车发动机的 效率为25%。求小汽车在这段路程中： (1)发动机所做的功。 (2)消耗汽油的质量。(3)汽车匀速运动，牵引力等于其所受阻力，则F=f =900N 汽车做的有用功W=1Q做=30%×4.5×10？J= 1.35×10J 汽车通过的路程=g=1501=1.5×10m= 900N 15 km ②核心素养提升 1.61×105机械3.5×10-3【解析】汽油机中燃料 完全燃烧放出的热量等于损失的能量和有用的机械 能之和，燃料完全燃烧放出的热量Q做=W横失十W有用 =1.2×105J+4.1×104J=1.61×105J,则消耗汽油 的质量m=Q:=1.61X10】 94.6×10J/kg =3.5X10-3kg。 第4节跨学科实践：制作简易热机模型 )实践专项训练 1.C【解析】水的蒸发快慢与温度有关，蒸蛋器内部温 度越高，水蒸发越快，A正确。水吸收热量，内能增 大，是通过热传递方式实现的，B正确。比热容是物质 的一种特性，与温度无关，水的温度升高以后，水的比 热容不变，C错误。此实验将内能转化为机械能，与 热机工作时做功冲程的能量转化相同，D正确。 2.(1)内能机械能(2)笔尖喷出的蒸汽太少(3)在 易拉罐的上半部分盖上保温层 专题一热量的相关计算 1.解：(1)铁制品放出的热量Q做=c铁m铁△1铁=0.46× 103J/(kg·℃)×20×10-3kg×(820℃-20℃) =7360J (2)不考虑周围环境的影响和热损失，液体吸收的热 量Q吸=Q放=7360J 由Q吸=cm△t可知，该液体的比热容 7360J m预△微368X10-9kg×(20℃-10℃)=2X C液 Q吸 103J/(kg·℃) 2.解：(1)0.3kg氢燃料完全燃烧放出的热量 Q做=mq=0.3kg×1.4X108J/kg=4.2×102J (2)这些热量全部被水吸收，则Q殿=Q:=4.2×10?J 水升高的温度 4.2×10J △= Q吸 =50℃ c水m*4.2X103J/(kg·℃)×200kg 3.解：(1)水吸收的热量Q暖=c水m*(1-to)=4.2×10 J/(kg·℃)×4kg×(70℃-20℃)=8.4×105J (2)煤气完全燃烧放出的热量Q散=mq煤气=0.05kg× 4.2×10J/kg=2.1×10°J =Q题×100%= (3)煤气炉的效率刀=Q 8.4×105J 2.1×105J 100%=40% 4.解：(1)CD段水吸收的热量 Q水服=c水m水(t水一t0*)=4.2×103J/(kg·℃)× 6 九年级物理RJ版 0.5kg×(10℃-0℃)=2.1×104J (2)在CE段，水升高的温度△1开= Q水吸 C水m水 6.3×10J 4.2×103J/(kg·℃)×0.5kg =30℃ (3)AB段冰的加热时间是CD段水的加热时间的 半，所以在AB段冰吸收的热量 1 Q*段=2Qk段=2×2.1X10J=1.05×10'J 冰升高的温度△t冰=0℃-(-10℃)=10℃ 则冰的比热容c冰= Q冰吸一= 1.05×104J m*△/*0.5kgX10元=2.1X 103J/(kg·℃) 5.解：(1)汽车对地面的压力 F=Ga=mag=(13000kg+3000kg)×10N/kg= 1.6×105N F1.6×105N 汽车对地面的压强力=S=0.4m =4X105Pa (2)因为汽车做匀速直线运动，所以汽车的牵引力F =f=0.01G。=0.01×1.6×105N=1600N 汽车牵引力做的功 W=F's=1600N×400m=6.4×105J 汽车牵引力做功的功率 p=W-6.4X10J=1.6x10w 40s (3)天然气完全燃烧放出的热量 Qt=mq=0.025kg×6.4×10J/kg=1.6×10°J 汽车发动机的效率？=Q ×100%=6.4X103J W 1.6×10°J 100%=40% 6.解：(1)汽油的质量 m=pV=0.75×103kg/m3×1.6×10-3m3=1.2kg 汽油完全燃烧放出的热量 Q做=mg=1.2kg×4.5×10J/kg=5.4×102J 有可得，汽 (2)已知汽油机的效率为20%，根据)=Q 车在行驶过程中做的有用功 W有m=7Q做=20%×5.4×10J=1.08×102J (3)汽车行驶的路程s=3km=3×103m 根据W=Fs可知，汽车的牵引力 _W有题=1.08×10J-3.6X10N F=- 3×103m 因为汽车匀速行驶，所以汽车在行驶过程中受到的阻 力f=F=3.6×103N 7.解：(1)发动机所做的功 W=Pt=20×103W×2300s=4.6×10J (2)消耗的汽油完全燃烧放出的热量 w_4.6×10J=1.84×10J Q放= 25% 消耗汽油的质量m= =Qk=1.84X10】 q4.6×10J/kg =4 kg