14.4跨学科实践：制作简易热机模型分层.训练2026年暑假预习人教版九年级物理全一册

**基本信息** 以跨学科实践为载体，通过基础认知、过程理解、综合应用三层设计，构建"概念识别-能量转化分析-模型制作与评估"的知识巩固路径，强化物理观念与科学探究能力。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础认知|热机材料特性、冲程基本判断|选择题1-5考查铝的导热性、水火箭/扭转瓶子等情境中的冲程识别，强化物质观念与运动相互作用观念| |过程理解|能量转化过程、内能改变方式|填空题10-15分析摩擦增内能、蒸汽推动等过程的能量转化，对应汽油机冲程，培养科学推理能力| |综合应用|模型制作、实验改进与评估|探究题16-17设计水火箭/汽轮机模型，涉及外燃机判断、效率提升等，体现科学探究与创新，适配暑假实践教学需求|

14.4跨学科实践：制作简易热机模型(分层训练） 一、选择题 1.如图是某同学制作的简易热机模型。优先选用铝质易拉罐作为核心部件，是因为铝质材料具有较好的（    ） A． 导热性 B．导电性 C．延展性 D．弹性 2.科技小组用饮料瓶制作水火箭，先在瓶里装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气（如图）；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中。瓶内气体压强增大的过程相当于汽油机的（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 3.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 4.如图是某同学制作的简易热机模型，水蒸气喷出驱动风车转动的过程，与四冲程汽油机的哪一个冲程的能量转化相似？（   ） A．吸气 B．压缩 C．做功 D．排气 5.如图所示，“脚踏冲天炮”是一种深受大家喜爱的户外玩具。发射时，需要先用脚使劲踩踏气泵，泵内气体被压缩，松开脚后气泵内的气体推动泡沫“火箭”向上飞出。气体推动泡沫“火箭”升空的过程相当于下列的哪个冲程（C 　　） A． B． C． D． 6. 如图，试管里盛适量水，用带玻璃管的胶塞塞住试管口，加热试管使水沸腾，玻璃管口冒出“白气”推动管口处的纸风车转动。对此过程中的热现象，分析正确的是（　　） A．水在沸腾过程中，水的内能不变 B．水在沸腾过程中，水的比热容变大 C．玻璃管口冒出的“白气”是扩散现象 D．“白气”使风车转动过程相当于汽油机的做功冲程 7.如图所示是课外兴趣小组制作的“蒸汽船”模型。将盛有适量水的铜制容器安装在“船体”上，并用蜡烛对其底部进行加热，一段时间后铜质容器内水温升高产生蒸汽，通过铜管向右喷出，“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．水在沸腾时会有热量的散失，所以能量不守恒 C．“蒸汽船”运动时能量转化与热机做功冲程相同 D．“蒸汽船”在向左运动时主要将机械能转化为内能 8.在如图所示的“汽油机模型”实验中，将适量的汽油喷入厚壁有机玻璃圆筒内，用软木塞塞住筒口，筒内底钻有两根与静电起电机（电源）相连接的放电针，当放电针释放电火花时，以下说法正确的是（　　） A．汽油的热值随其质量的减小而减小 B．此装置可模拟四冲程汽油机工作时的压缩冲程 C．电火花放电使汽油燃烧的过程，将电能转化为汽油的化学能 D．燃气将软木塞冲出的过程，燃气的内能转化为软木塞的机械能 9.在跨学科实践活动中，某同学设计并制作了一个如图所示的简易热机模型，其通过酒精灯加热使水汽化，利用蒸汽推动活塞，活塞经曲柄连杆机构将直线运动转为旋转运动。下列说法正确的是（     ） A．酒精用掉一部分后，剩余酒精的热值变小 B．用酒精灯给水加热是通过做功的方式增加水的内能 C．蒸汽推动活塞向下运动时，水蒸气的内能全部转化为活塞的机械能 D．蒸汽推动活塞向下运动的过程，能量转化与汽油机的做功冲程相同 二、填空题 10.碳酸饮料易拉罐的拉环断掉很难打开，如图所示，可用笔尾在罐口旁快速摩擦，易拉罐开口处就可以“炸开”。摩擦时，易拉罐内气体内能_____（选填“增加”“减少”“不变”），气压变大；“炸开”过程的能量转化与四冲程汽油机的_____冲程相同。 11.如图所示，这是常见的气压式玩具水枪的储水罐。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。在水喷出的过程中，储水罐中气体的内能转化为水的______能，其能量转化与四冲程内燃机的______冲程相同。 12.物理学的发展推动了社会的进步。如图所示，是世界上早期的蒸汽机汽车模型，燃料燃烧使水温沸腾产生水蒸气，水蒸气的 能转化为汽车的 能，使汽车前进；此工作原理相当于内燃机的 冲程。 13.如图是我国古代发明的取火器模型图。把推杆迅速推入牛角套筒时，套筒内空气被压缩，推杆前端的艾绒立刻燃烧起来，此过程中是通过 （选填“做功”或“热传递”）的方式改变内能的，套筒内密封气体的内能 （选填“增大”“减小”或“不变”），内燃机工作的 冲程原理与该过程相同。 14.如图是小明制作的“走马灯”，点燃底部蜡烛，纸马随着纸风车转动起来，此过程的能量转化与四冲程汽油机的 冲程情况相同，纸马温度升高，主要是通过 的方式改变了其内能。 15.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： （1）酒精不完全燃烧时热值将 （选填“变大”、“变小”、“不变”），酒精燃烧过程中，化学能转化为 能； （2）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； （3）纸筒飞出后瓶内气体的内能将 （选填“变大”、“变小”、“不变”），温度将 （选填“升高”、“降低”）。 3、 探究题 16. 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”的学习活动，下面是该小组同学交流的实践过程。 （1）了解火箭的相关知识：2024 年10月30日，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭点火发射，如图甲所示。火箭刚发射时，它的机械能 （选填“增加”“减小”或“不变”）。为了保护发射台，在发射台底建了一个大水池，让火箭产生的高温火焰喷射到水中，利用水的 （填物态变化名称）来吸收大量的热量。 （2）制作并发射：同学们制作了“水火箭”并进行发射，如图乙、丙所示。给“水火箭”打气，打开阀门。水向下喷出，“水火箭”向固定角度一飞冲天。使用打气筒打气时的能量转化与汽油机的 冲程的能量转化相同，使“水火箭”上升的力的施力物体是 （选填“打气的同学”或“喷出的水”）。 （3）项目评估：小组的同学们制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，以竖直上升高度为标准评选“最佳飞行奖”，但操作过程中发现“水火箭”在竖直方向上升高的高度不容易测量，同学们讨论后认为可以通过测量“水火箭”的 来评奖。（写出一种方法即可） 17.【项目提出】制作简易热机模型 【项目分析】①热机的工作原理是什么？②热机包含哪些主要装置？ 【项目实施】 ①制作叶轮：取一个空易拉罐，剪下一块圆形片，再将圆形金属片剪成螺旋桨的形状.最后，在中心钻孔，用铁丝穿过小孔，如图甲； ②组装“汽轮机”：在另一个易拉罐盖旁打个孔，倒出饮料后往其内部装入半罐水，如图乙；用铁丝制作支架，最后组装器材，如图丙，该“汽轮机”属于_______（选填“内燃机”或“外燃机”）； ③“汽轮机”工作：点燃固体酒精，加热易拉罐中的水直至沸腾，当孔周围出现大量的“白气”时，再将叶轮移到正对孔的位置。该“汽轮机”工作时，图丙中的水蒸气的_______能转化为叶轮的_______能，这是通过_______方式改变水蒸气能量。 【展示交流】 ①小昕发现，该“汽轮机”工作时，叶轮转动断断续续，根据这一现象，请你提出一条改进措施：______； ②小昕改进问题后，叶轮能持续稳定转动，但速度慢，小阳提议用干抹布覆盖储水罐顶部，尝试后叶轮转动速度变快，该操作提高了“汽轮机”的_______。 A．燃料热值    B．输出功率    C．输出效率 1.如图是小明同学自制的简易热机模型，在矿泉水瓶的侧壁上钻一个小孔，把电火花发生器紧紧塞进孔中，在瓶口喷入液态酒精并盖上纸杯。按下电火花发生器的按钮后，酒精燃烧，纸杯飞出。下列说法正确的是（　　） A．纸杯飞出的过程相当于热机的做功冲程 B．纸杯飞出时，瓶内气体内能增大 C．酒精燃烧时，酒精的热值会随质量减小而减小 D．通过改进热机模型的结构，其效率可达100% 2.如图所示，用酒精灯给试管中的水加热，水温上升，直至沸腾一段时间后，会看到试管口的橡皮塞被冲出。下列描述正确的是（　　） A．试管中的水在升温过程中是通过做功的方式增加内能的 B．橡皮塞冲出后，试管中的水继续沸腾且吸收热量，温度升高 C．水蒸气对橡皮塞做功，水蒸气的内能不变 D．水蒸气对橡皮塞做功，其能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相同 3.如图所示。这是一款斯特林发动机模型，点燃酒精灯后就会发现发动机的连杆带动飞轮转动起来。下列关于该发动机的说法正确的是（　　） A．斯特林发动机将机械能转化成内能 B．热源通过做功的方式改变汽缸内气体内能 C．酒精灯内酒精由液态变为气态，其分子间的作用力会变小 D．随着酒精的燃烧，酒精灯内剩余酒精的热值在不断减小 4.“牛顿”学习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。实验时向烧瓶内部注入适量的水，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汽喷出时，叶片就转动起来。 (1)该装置工作时，涉及多处能量转化或转移，请仿照示例写出一例。 【示例】现象：酒精灯加热水使水温升高。能量转化或转移：通过热传递使内能发生了转移。 现象：________________________。 能量转化或转移：________________________________________。 (2)实验时若叶轮不转动，请你写出一个解决办法：________________。 (3)这种热机的效率能不能达到100％？请你说明判断的理由：________________________________。 阅读短文，回答问题。 科学家在四冲程发动机的基础上发明了“六冲程引擎”发动机。这种引擎在完成四冲程工作后，会把水注入气缸，使水瞬间变成水蒸气，从而带动活塞运动，产生第五冲程，为汽车提供动力，第六冲程让水蒸气排放到冷凝器，变成可再次注入气缸的水。“六冲程引擎”发动机的优点是环保、效率高，“六冲程引擎”发动机比传统四冲程发动机效率可提高40%，在一定程度上能够缓解如今由于能源供应短缺而导致的能源危机。 (1)汽油机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将内能转化为______能； (2)若汽车发动机以恒定功率输出，在爬坡的时候减慢车速，目的是______； (3)一台单缸四冲程汽油机的曲轴转速是1200r/min，若每次做功为500J，则汽油机的功率为______W； (4)测试人员驾驶该车在平直公路上匀速直线行驶0.25h，观察仪表盘，发现这段时间内汽车消耗燃油2kg，车速为50km/h，若这些燃油完全燃烧，则放出的热量为______J（燃油的热值为）； (5)“六冲程引擎”发动机第五冲程相当于四冲程汽油机的______冲程；如果这种单缸六冲程内燃机飞轮转速是3600r/min，则该汽油机每秒钟对外做功______次。 14.4跨学科实践：制作简易热机模型(分层训练）答案 1、 选择题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C C C D C D D 二、填空题 10. 增加 做功 11. 机械 做功 12. 内 机械 做功 13. 做功 增大 压缩 14. 做功 热传递 15.（1）不变 内（2）机械 做功 （3）变小 降低 4、 探究题 16. （1）增加，汽化；（2）压缩，喷出的水；（3）水火箭在空中飞行的时间 17.【项目实施】 ②外燃机 ③ 内 机械 做功 【展示交流】 ①增大酒精灯火焰或增加水量、用密封性更好的容器 ② B 1.　A　 2.　D　 3.　C　 4.（1） 蒸汽喷出使叶轮转动 内能转化为机械能 （2）增大酒精灯火焰 （3）不能；存在热量损失，机械能不可能完全转化为有用功 （1）机械 （2）增大牵引力 （3）5000 （4）9.2×107 （5）做功 （6）40 学科网（北京）股份有限公司 $