14.4 跨学科实践：制作简易热机模型-课件-2026-2027学年人教版物理九年级全一册

该初中物理课件聚焦“制作简易热机模型”跨学科实践，核心围绕热机能量转化原理（化学能→内能→机械能）展开，通过生活中热机应用（汽车、轮船等）导入，引导学生从项目提出到模型制作，构建从实际到原理再到实践的学习支架，衔接前后知识。 其亮点在于以科学探究为核心，融合物理观念与科学思维，通过设计实验方案、制作易拉罐蒸汽热机模型、改进密封性等环节培养模型建构与质疑创新能力，同步练习题与安全规范强化科学态度。学生能提升动手与探究能力，教师可借助完整资源高效教学。

人教版物理九年级全一册精做课件 授课教师： . 班 级： 9年级（ ）班 . 时 间： . 2026年7月22日 14.4跨学科实践：制作简易热机 模型 第十四章 内能的利用 14.4 跨学科实践：制作简易热机模型 同步练习题（人教版九年级全一册） 一、选择题（每题3分，共30分） 1. 制作简易热机模型的核心原理是（） A. 机械能转化为内能 B. 内能转化为机械能 C. 电能转化为内能 D. 化学能转化为电能 2. 常见简易热机模型（试管蒸汽热机、纸杯风车热机）的动力来源是（） A. 电流热力 B. 燃料燃烧产生的蒸汽内能 C. 人力做功 D. 空气浮力 3. 用试管、橡胶塞、酒精灯制作简易蒸汽热机，加热试管中水后，橡胶塞弹出，该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 4. 下列器材不属于简易热机模型制作必备器材的是（） A. 试管、橡胶塞 B. 酒精灯、支架 C. 电压表 D. 水、细导管 5. 简易热机模型工作时，燃料燃烧的主要能量转化是（） A. 化学能→内能→机械能 B. 内能→化学能→机械能 C. 机械能→内能→化学能 D. 化学能→机械能→内能 6. 制作简易蒸汽热机时，试管内水量不宜过多，主要原因是（） A. 浪费水资源 B. 防止沸水喷出、保证蒸汽充足，便于做功 C. 减慢加热速度 D. 降低实验安全性 7. 简易热机模型工作效率极低，主要原因是（） A. 燃料热值太小 B. 大量热量散失、废气带走大部分内能 C. 模型质量太小 D. 工作速度太慢 8. 下列操作能让简易热机模型转动、做功更明显的是（） A. 减小火焰 B. 密封散热缝隙，保证蒸汽集中喷出 C. 增大模型质量 D. 减少加热时间 9. 简易热机模型和真实汽油机的共同点是（） A. 都有四个完整冲程 B. 都依靠内能转化为机械能工作 C. 都有点火装置 D. 工作效率基本相同 10. 制作简易热机的实验中，安全操作规范正确的是（） A. 加热时试管口正对人 B. 实验结束立即用手触碰高温试管 C. 酒精灯熄灭后再整理器材 D. 水量加满试管，保证动力充足 二、填空题（每空2分，共28分） 11. 简易热机模型的工作原理：燃料燃烧将______能转化为______能，高温高压气体膨胀对外做功，将内能转化为______能。 12. 试管蒸汽热机实验中，酒精灯加热水产生水蒸气，水蒸气推动胶塞弹出，此过程模拟汽油机的______冲程，是热机唯一对外______的过程。 13. 制作简易热机时，若装置漏气，会导致内能______，模型做功效果______（选填“变好”或“变差”）。 14. 简易热机工作过程中，主要的能量损耗包括：______带走热量、装置散热、克服摩擦消耗机械能。因此简易热机效率远______（选填“高于”或“低于”）真实热机。 15. 跨学科制作简易热机，融合了物理______转化知识、工程动手制作、结构优化设计等知识，实现理论与实践结合。 16. 想要提升简易热机的做功效果，可采取的方法：______火焰、减少装置散热、保证出气口通畅。 三、实验探究题（共22分） 17. 某同学利用试管、橡胶塞、酒精灯、铁架台、水制作简易蒸汽热机模型，完成实验探究。 （1）实验器材中，提供内能的装置是______，产生动力的核心物质是______。 （2）实验现象：加热试管一段时间后，试管内水沸腾产生大量水蒸气，内部气压增大，推动橡胶塞向外弹出，同时试管口出现大量“白气”，“白气”是水蒸气______（填物态变化）形成的小水珠。 （3）实验能量转化全过程：酒精燃烧______能转化为内能→水吸热升温汽化→水蒸气膨胀做功，内能转化为______能。 （4）实验中发现胶塞弹出力度较小，做功效果不明显，请写出两条改进措施：__________、__________。 （5）该简易热机模型不能持续工作，对比四冲程汽油机，其缺少______、______、______三个辅助冲程，无法实现循环工作。 四、简答题（共20分） 18. 请简述简易蒸汽热机模型的工作过程及能量转化原理。（10分） 19. 为什么简易热机模型的工作效率远低于工业热机？请写出两点原因。（10分） 五、参考答案与解析 选择题答案： 1.B 解析：所有热机的核心原理均为内能转化为机械能，简易热机也遵循该规律。 2.B 解析：简易热机依靠燃料燃烧加热水产生高温蒸汽，利用蒸汽的内能做功。 3.C 解析：高温高压气体对外做功，推动胶塞运动，与汽油机做功冲程原理一致。 4.C 解析：简易热机制作无需电学测量器材电压表，其余均为常用实验器材。 5.A 解析：燃料燃烧消耗化学能产生内能，内能再通过做功转化为机械能。 6.B 解析：试管水量过多，沸腾后沸水易喷出，且蒸汽产生缓慢，无法提供充足动力。 7.B 解析：简易热机结构简单，密封性差、无保温设计，热量散失严重，效率极低。 8.B 解析：密封缝隙可减少热量散失，集中蒸汽动力，让做功效果更明显。 9.B 解析：简易热机与汽油机核心原理一致，都是内能转化为机械能，无完整四冲程、无点火装置，效率差异大。 10.C 解析：加热试管禁止正对人、禁止触碰高温器材，试管不能加满水，只有C操作规范。 填空题答案： 11. 化学；内；机械 12. 做功；做功 13. 散失；变差 14. 废气；低于 15. 能量 16. 增大 实验题答案： （1）酒精灯；水蒸气 （2）液化 （3）化学；机械 （4）增大酒精灯火焰、更换密封性更好的橡胶塞、减少试管散热（合理即可） （5）吸气；压缩；排气 简答题答案： 18. 答：点燃酒精灯，酒精燃烧释放热量，将化学能转化为内能；试管中的水吸收热量沸腾，产生大量高温高压水蒸气；试管内部气压升高，推动橡胶塞向外运动，水蒸气的内能转化为胶塞的机械能，完成做功过程，实现热机的能量转化。 19. 答：①简易热机结构简单，密封性差，工作过程中大量热量通过空气散失；②无专业废气处理和节能结构，废气会带走大量内能；③装置摩擦损耗大，能量利用率低（写出两点即可）。 习题总结 本套习题适配14.4跨学科实践核心考点，聚焦简易热机的制作原理、能量转化、实验操作、故障改进与安全规范，贴合课本实践探究要求。题型、分值、难度与本章前三节完全统一，重点区分简易模型与真实热机的异同，考查实践动手与物理知识结合的跨学科思维，夯实热机核心原理，弥补实践类题型短板，适配课后巩固与章节综合复习。 学习目标 1.理解热机工作中化学能—内能—机械能的转化，构建能量转化与守恒认知； 2.把热机原理简化为实物模型，把握关键要素，呈现工作原理；依据原理设计简易热机模型，优化模型实现能量转化； 3.在模型制作中发现并提出如密封性、效率等关键问题；针对问题自主设计解决方案，规划步骤、选材料和工具； 学习目标 项目提出 燃油汽车中的汽油机 大型轮船使用的汽轮机 飞机使用的喷气发动机 坦克使用的柴油机 热机是人们获得动力的重要机械，热机在生产生活中应用十分广泛...... 探究新知 　　如果我们能尝试制作一个热机模型，便能更好地了解热机的工作原理，包括热机中的能量是如何转化的，热机中各部分是如何协调工作的。 　　今天我们将重温科学家的发明过程，本节课我们也来做科学家，设计制作简易热机模型。 【项目提出】 探究新知 18世纪第一辆汽车，其速度只有数千米每小时。 当前速度最快的汽车速度已经超过了声速。 1.热机的发展历史 世界上第一台蒸汽机：古希腊时期的汽转球 纽可门蒸汽机（效率非常低用于煤矿排水） 【项目分析】 探究新知 从外燃机到内燃机，再到现代喷气发动机，热机不断发展。每种热机都有其独特的结构和工作原理，适应不同的应用场景。 2. 热机分类标准 工作方式 外燃机 内燃机 燃料 汽油机 柴油机 不同分类标准反映了热机在结构和性能上的差异。 　　通常而言，制作采用燃烧燃料加热水产生蒸汽来做功的外燃机，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。 探究新知 3.不同热机的工作原理 ①内燃机： 以汽油机为例，它的热源是在气缸内的空气和汽油混合物。 ②外燃机： 以蒸汽机为例，其热源在气缸外，燃料燃烧使水变成水蒸气，水蒸气推动活塞运动产生动力，蒸汽机的工作物质是水蒸气。 探究新知 讨论交流 我们要制作一台热机模型，需要考虑哪些问题。 1.热源可以是什么? 热源可以是酒精灯、蜡烛、燃气、煤气等。 2.工作物质是什么? 水沸腾后产生的水蒸气。 比较坚固的金属容器中，例如易拉罐、铁罐等。 3.选择什么样的容器装工作物质? 探究新知 4.如何将内能转化为机械能?通过什么装置实现? 　　在容器外插一细管，使水蒸汽通过细管喷出，然后使细管口对着汽轮机，推动汽轮机转动。 　　酒精燃烧时将化学能转化为内能，通过热传递将一部分内能转移给水，水的内能增加，温度升高，产生大量水蒸气。水蒸气对纸飞机做功，将内能转化为机械能。 热机能量转化原理 探究新知 【项目实施】 请根据所学的热机知识，自己的设计，制作一个简易的热机模型。 1.方案图纸： 方案1 方案2 方案3 探究新知 2.材料准备： 一个空易拉罐， 一个去掉笔芯的中性笔， 一台小风扇， 酒精灯或蜡烛， 密封胶，铁丝等。 气缸 将水蒸气导出吹到小风扇上 汽轮机 加热水装置 方案1 探究新知 2.制作步骤： ①取一个空易拉罐，用铁丝根据易拉罐的形状抽作支架； ②向易拉罐内注入大约半罐水，将笔的尖端朝外，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，罐内的水蒸汽通过笔 芯喷出，推动风扇转动。 探究新知 【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。 3. 在条件允许情况下，老师可组织对学生制作的热机模型科学性、艺术性等综合评价，并提出改进意见。 评分（满分100分） 改进意见 科学性 艺术性 材料易收集性 总分 【项目提出】 1.随着科技发展，热机是人们获得动力的重要机械，汽车走 入寻常百姓家，燃烧______的是汽油机，大型轮船和飞机有 的使用柴油作为燃料，是______机，而早年燃烧煤炭的火车 使用的是______机。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是利用燃 料燃烧获得的____能转化为______能的机器。 汽油 柴油 蒸汽 内 机械 返回 举一反三 14 【项目分析】 2.汽油机属于内燃机，它的工作物质是气缸内的___________ __的混合物。蒸汽机工作时，燃料燃烧使水变成水蒸气，水 蒸气推动活塞运动产生动力，蒸汽机的燃烧室在汽缸外，属 于外燃机。 空气与汽油 返回 举一反三 15 3.燃料燃烧后加热水产生水蒸气，通常实验室用________作热源； 酒精灯 返回 举一反三 16 4.用可以密封的易拉罐加热水，类比家用高压锅，开小孔后 蒸汽喷出，可以推动高压阀运动，此时工作物质是________； 实现____能转化为______能； 水蒸气 内 机械 返回 举一反三 17 5.如图是小红设计的模型方案，其中蒸汽 对着风车吹动，存在的不安全因素是 _________________，改进方法是_______ _______________，蒸汽烫伤比开水烫伤 还要严重，原因是____________________。 蒸汽可能烫伤手 将风车固定在铁架台上 水蒸气液化需要放热 返回 举一反三 18 【项目实施】 6.实验器材：易拉罐、剪刀、一支去掉笔芯和尾塞的中性笔、 水、密封胶、一小块泡沫、一台小风扇、一个酒精灯。 实验步骤：（1）在易拉罐的底部开一 小孔，将笔的尖端朝外，另一端插入 易拉罐内，如图所示。（操作过程中 要注意安全） （2）在易拉罐内加入少量的水。 举一反三 19 （3）用一小块泡沫和密封胶，将易拉罐 的口封住。将易拉罐平放在支架上，且 保证留着喷气的中性笔位于罐子靠____ （填“上”或“下”）部分。 上 举一反三 20 （4）将风扇平放在支架上，中性笔的尖 端正对风扇扇叶__________ （填“中心”或“中心偏上”），点燃酒精灯 加热易拉罐，观察到水______后有“白气” 中心偏上 沸腾 小水滴 减小 热传递 喷出，风扇转动，看到的“白气”是________（填“水蒸气”或 “小水滴”），此时内能______（填“减小”或“不变”），同时扇 叶温度升高，是通过________方式改变内能的，注意防止烫伤。 返回 举一反三 21 【展示交流】 （第7题） 7.小明在易拉罐的侧壁的同一高度，用剪刀 开3个小孔，小孔的开口方向要向同一侧， 如图（a）所示，用细线吊起易拉罐，在煤 气灶上加热，如图（b）所示。当水沸腾后， 你观察到____________的现象，从力与运 动关系分析，其原因是_________________ _______________________________，从能 易拉罐转动 水蒸气喷出后产生反作用力，改变了罐子的运动状态 内能转化为机械能 量转化角度分析，原因是__________________。 返回 举一反三 22 8.查阅资料，蒸汽机的热效率在 之间，结合现在热 机效率，说明内燃机的效率比外燃机____； 高 返回 举一反三 23 （第9题） 9.“辽宁舰”也有蒸汽机，如图所 示简化的蒸汽弹射装置，能带动 舰载机在 内达到起飞速度。汽 缸内蒸汽体积膨胀，推动活塞做 功，使舰载机获得巨大的牵引力， 此过程中蒸汽的温度______ 降低 做功 （填“升高”或“降低”），汽油机_______冲程也会发生同样的 能量转化。 返回 举一反三 24 10.在如图所示的“制作汽油机模型”实验中， 厚壁有机玻璃圆筒内底部装有两根与静电 起电机相连接的放电针。 （1）将适量的汽油喷入筒内，用软木塞 塞住筒口，摇动起电机。如果观察到放电 冲出 做功 针放电，汽油燃烧，软木塞被高温高压的气体______，即可 模拟四冲程汽油机工作时的______冲程。 举一反三 25 【点拨】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。 举一反三 26 （2）实验时若发现起电机装置不能工作， 可用火柴替代放电针。为了点燃圆筒内的 火柴，可用____________________会聚太 阳光使其被点燃。 凸透镜（或凹面镜） 【点拨】因为凸透镜、凹面镜对光线有会 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。 返回 举一反三 27 课堂小结 制作简易杆秤 项目提出 项目分析 项目实施 展示交流 $