14.4跨学科实践：制作简易热机模型 同步练习-2026-2027学年人教版九年级物理全一册

**基本信息** 以“知识梳理-课堂实践-基础巩固-能力进阶”为分层路径，聚焦热机原理与跨学科实践，强化物理观念与科学探究能力培养。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |知识梳理|热机原理、分类及模型制作要素|填空形式梳理内能转化、内燃机与外燃机区别等基础概念| |课堂练习|蒸汽机/蒸汽船模型操作与能量转化|结合实验步骤（如叶轮制作），设置探究思考（水蒸气做功与内能变化）| |基础巩固|能量转化、热源选择、工作物质特性|选择/填空/数据分析题，强化核心考点（如外燃机优势、水火箭与内燃机冲程关联）| |能力进阶|热机模型设计、优化与综合应用|项目式任务（器材选择、结构调整），体现科学思维（如喷嘴优化提升喷射力）与创新|

第十四章　内能的利用 第4节　跨学科实践：制作简易热机模型 【知识梳理】 1. 热机的工作原理是将燃料燃烧产生的 　 　能转化为 　 　能而获得动力的机械。根据燃烧室的位置不同，热机可分为 　 　机和 　 　机。 2. 内燃机的燃料在气缸内燃烧。它的工作物质是气缸内的 　 　和燃油混合物。外燃机（蒸汽机）的燃烧室在气缸之外，蒸汽机的工作物质是 　 　。 3. 要完成热机（建议优先考虑外燃机）模型的制作，需要考虑下面一些主要问题： （1） 你准备用 　 　作热源。 （2） 工作物质是 　 　。 （3） 将热源产生的 　 　能转化为 　 　能来获得动力。 【课堂练习】 1. 如图所示为小明同学制作的蒸汽机模型。请回答下列问题： （1） 该蒸汽机的热源是 　 　，工作物质是 　 　。 （2） 制作叶轮：在圆形软木塞四周用小刀切几个对称的小缝，将铝片插在 小缝中，在软木塞中心用锥子钻一个小孔，将铁丝穿过小孔，使软木塞能在 铁丝上自由转动。 （3） 组装“蒸汽机”：按照如图所示组装器材，注意调整叶轮的位置，使 导管管口正对着铝片。 （4） 给烧瓶中的水加热直至沸腾，当大量的“白气”从导管口喷出时可以 看到叶轮转了起来。 （5） 探究思考： ① 蒸汽机工作时，水蒸气对叶轮 　 　，水蒸气的内能 　 　（填“增大”“减小”或“不变”），温度 　 　（填“升高”“降低”或“不变”）。 ② 蒸汽机工作过程中，将 　 　能转化为 　 　能。 2. 如图甲是小科制作的简易“蒸汽船”模型。将盛有一定量水的铜制容器安装在“船体”上，用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”就向左行驶。 （1） 蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过 　 　的方式改变水的内能。 （2） 采用铜制容器来加热，是因为铜金属具有良好的 　 　性。 （3） 铜管向右喷蒸汽，“船体”向左行驶，这个过程的能量转化是 　 　能转化为 　 　能。这与四冲程汽油机的 　 　（填冲程名称）冲程相同，该冲程的工作原理图为图乙中 　 （填“A”“B”“C”或“D”）。 【基础巩固】 1. 简易热机模型的核心能量转化是(　　) 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. 内能转化为电能 2. 制作简易热机模型时,优先选择外燃机而非内燃机的主要原因是(　　) A. 外燃机效率更高 B. 外燃机结构更复杂 C. 外燃机更安全、材料易得 D. 外燃机动力更强 3. 某同学制作简易热机模型时,选用不同热源加热相同质量的水,记录蒸汽推动扇叶转动的时间,数据如下表。分析数据可知,加热效果最好的热源是(　　) 热源类型 酒精灯 酒精喷灯 蜡烛 转动时间/s 120 180 80 A. 酒精灯 B. 酒精喷灯 C. 蜡烛 D. 无法判断 4. 简易热机模型中,工作物质的选择会影响模型效率。下列关于工作物质的说法错误的是(　　) A. 水是常用工作物质,因为水的比热容大,能储存较多内能 B. 空气也可作为工作物质,加热后膨胀对外做功 C. 工作物质应选择沸点较低的物质,便于快速产生气体 D. 工作物质的质量越大,模型的动力一定越强 5. 现代航空航天中使用的火箭发动机属于热机,其工作时自带燃料和氧化剂,不需要依赖大气中的氧气。与简易热机模型相比,火箭发动机的优势是(　　) A. 结构更简单 B. 可在真空中工作 C. 能量转化效率为100% D. 不需要工作物质 6. 如图是小明用塑料瓶制作的水火箭: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,打开阀门后,瓶内的高压气体对水 　 　,水从尾部的金属管向下喷出,水火箭向上飞向空中,水火箭加速上升是瓶内气体的内能转化为水火箭的机械能,与内燃机的 　 　冲程工作原理相似。   7. 制作简易热机模型。 (1) 如图所示是小明同学组装的简易“汽轮机”;按照图示组装器材,注意调整叶轮的位置,使导管的管口正对着叶片。 (2) 给烧瓶中的水加热直至沸腾,当大量的“白气”从导管口喷出时可以看到叶轮转了起来。 (3) 探究思考: ① 酒精燃烧, 　 　能转化为水和水蒸气的内能。  ② 汽轮机工作时,水蒸气对叶轮做功,又将内能转化为 　 　能。思考:如何减少叶轮转动的机械摩擦?  　 　(写出一点即可)。  【能力进阶】 8. 【项目提出】 九年级即将举行跨学科实践,牛顿学习小组计划在课堂上展示热机模型。 【项目分析】 为保证热机模型能够顺利工作,应完成以下任务:了解热机获得动力的原理;选择合适的器材制作简易热机;进一步优化热机结构,提高热机效率。 【项目实施】 (1) 了解热机原理。 ① 如图甲所示,热机模型工作过程的能量转化情况:化学能→ 　 　→ 　 　。  ② 此汽轮机模型属于 　 (填“内”或“外”)燃机。 (2) 制作简易热机。 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,如图乙所示。 ② 在易拉罐内加入少量的水。 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。  ④ 将风扇平放在支架上,中性笔的尖端正对风扇扇叶,点燃酒精灯加热易拉罐,观察到水沸腾后有“白气”喷出,风扇转动,同时扇叶温度升高,内能 　 　(填“增大”或“减小”),注意防止烫伤。  (3) 优化热机结构。 ① 同学们在测试过程中,发现加热一段时间后,扇叶才开始转动,这是因为 　 　。 ② 进行调整后,再次测试,发现风扇转动得很慢。同学们交流后认为,这是蒸汽喷射力不足造成的。以下两种解决方案中你认为可行的是 　 。  A. 更换一个更细的喷嘴 B. 降低小风扇的高度,使喷嘴对准风扇的中心 9. 小东学习了热机后,想制作一个压缩空气动力小车。 (1) 小东将充满气的气球捆绑在小车上,制成压缩空气动力小车,当气球向右喷气时,静止的小车向左运动起来了,如图甲所示。说明力可以改变物体的 　 　。细心的小东还发现喷完气的气球嘴内壁处湿漉漉的,原因是 　 　。  (2) 为制造压缩空气动力汽车,工程师将装有压缩空气的钢瓶与空气动力发动机连接,该发动机的一个工作循环分为进气冲程和排气冲程,如图乙所示。该发动机对外做功的是 　 　(填“进气”或“排气”)冲程。若该发动机的转速为1200r/min,则1s内发动机对外做功 　 　次。  (3) 和传统汽油机相比,压缩空气动力车的优点是 　 　。 参考答案 第十四章　内能的利用 第4节　跨学科实践：制作简易热机模型 【知识梳理】 1. 热机的工作原理是将燃料燃烧产生的 　内　能转化为 　机械　能而获得动力的机械。根据燃烧室的位置不同，热机可分为 　内燃　机和 　外燃　机。 2. 内燃机的燃料在气缸内燃烧。它的工作物质是气缸内的 　空气　和燃油混合物。外燃机（蒸汽机）的燃烧室在气缸之外，蒸汽机的工作物质是 　水蒸气　。 3. 要完成热机（建议优先考虑外燃机）模型的制作，需要考虑下面一些主要问题： （1） 你准备用 　燃料　作热源。 （2） 工作物质是 　蒸汽　。 （3） 将热源产生的 　内　能转化为 　机械　能来获得动力。 【课堂练习】 1. 如图所示为小明同学制作的蒸汽机模型。请回答下列问题： （1） 该蒸汽机的热源是 　酒精灯　，工作物质是 　水蒸气　。 （2） 制作叶轮：在圆形软木塞四周用小刀切几个对称的小缝，将铝片插在 小缝中，在软木塞中心用锥子钻一个小孔，将铁丝穿过小孔，使软木塞能在 铁丝上自由转动。 （3） 组装“蒸汽机”：按照如图所示组装器材，注意调整叶轮的位置，使 导管管口正对着铝片。 （4） 给烧瓶中的水加热直至沸腾，当大量的“白气”从导管口喷出时可以 看到叶轮转了起来。 （5） 探究思考： ① 蒸汽机工作时，水蒸气对叶轮 　做功　，水蒸气的内能 　减小　（填“增大”“减小”或“不变”），温度 　降低　（填“升高”“降低”或“不变”）。 ② 蒸汽机工作过程中，将 　内　能转化为 　机械　能。 2. 如图甲是小科制作的简易“蒸汽船”模型。将盛有一定量水的铜制容器安装在“船体”上，用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”就向左行驶。 （1） 蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过 　热传递　的方式改变水的内能。 （2） 采用铜制容器来加热，是因为铜金属具有良好的 　导热　性。 （3） 铜管向右喷蒸汽，“船体”向左行驶，这个过程的能量转化是 　内　能转化为 　机械　能。这与四冲程汽油机的 　做功　（填冲程名称）冲程相同，该冲程的工作原理图为图乙中 　D　（填“A”“B”“C”或“D”）。 【基础巩固】 1. 简易热机模型的核心能量转化是(　B　) 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. 内能转化为电能 2. 制作简易热机模型时,优先选择外燃机而非内燃机的主要原因是(　C　) A. 外燃机效率更高 B. 外燃机结构更复杂 C. 外燃机更安全、材料易得 D. 外燃机动力更强 3. 某同学制作简易热机模型时,选用不同热源加热相同质量的水,记录蒸汽推动扇叶转动的时间,数据如下表。分析数据可知,加热效果最好的热源是(　B　) 热源类型 酒精灯 酒精喷灯 蜡烛 转动时间/s 120 180 80 A. 酒精灯 B. 酒精喷灯 C. 蜡烛 D. 无法判断 4. 简易热机模型中,工作物质的选择会影响模型效率。下列关于工作物质的说法错误的是(　D　) A. 水是常用工作物质,因为水的比热容大,能储存较多内能 B. 空气也可作为工作物质,加热后膨胀对外做功 C. 工作物质应选择沸点较低的物质,便于快速产生气体 D. 工作物质的质量越大,模型的动力一定越强 5. 现代航空航天中使用的火箭发动机属于热机,其工作时自带燃料和氧化剂,不需要依赖大气中的氧气。与简易热机模型相比,火箭发动机的优势是(　B　) A. 结构更简单 B. 可在真空中工作 C. 能量转化效率为100% D. 不需要工作物质 6. 如图是小明用塑料瓶制作的水火箭: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,打开阀门后,瓶内的高压气体对水 　做功　,水从尾部的金属管向下喷出,水火箭向上飞向空中,水火箭加速上升是瓶内气体的内能转化为水火箭的机械能,与内燃机的 　做功　冲程工作原理相似。   7. 制作简易热机模型。 (1) 如图所示是小明同学组装的简易“汽轮机”;按照图示组装器材,注意调整叶轮的位置,使导管的管口正对着叶片。 (2) 给烧瓶中的水加热直至沸腾,当大量的“白气”从导管口喷出时可以看到叶轮转了起来。 (3) 探究思考: ① 酒精燃烧, 　化学　能转化为水和水蒸气的内能。  ② 汽轮机工作时,水蒸气对叶轮做功,又将内能转化为 　机械　能。思考:如何减少叶轮转动的机械摩擦? 　选用更光滑的材料制作叶轮和支撑轴,减小接触面的粗糙程度,减少摩擦(合理即可)　(写出一点即可)。  【能力进阶】 8. 【项目提出】 九年级即将举行跨学科实践,牛顿学习小组计划在课堂上展示热机模型。 【项目分析】 为保证热机模型能够顺利工作,应完成以下任务:了解热机获得动力的原理;选择合适的器材制作简易热机;进一步优化热机结构,提高热机效率。 【项目实施】 (1) 了解热机原理。 ① 如图甲所示,热机模型工作过程的能量转化情况:化学能→ 　内能　→ 　机械能　。  ② 此汽轮机模型属于 　外　(填“内”或“外”)燃机。 (2) 制作简易热机。 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,如图乙所示。 ② 在易拉罐内加入少量的水。 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 　上　(填“上”或“下”)部分。  ④ 将风扇平放在支架上,中性笔的尖端正对风扇扇叶,点燃酒精灯加热易拉罐,观察到水沸腾后有“白气”喷出,风扇转动,同时扇叶温度升高,内能 　增大　(填“增大”或“减小”),注意防止烫伤。  (3) 优化热机结构。 ① 同学们在测试过程中,发现加热一段时间后,扇叶才开始转动,这是因为 　加热时间不足,无法产生足够的水蒸气　。  ② 进行调整后,再次测试,发现风扇转动得很慢。同学们交流后认为,这是蒸汽喷射力不足造成的。以下两种解决方案中你认为可行的是 　A　。  A. 更换一个更细的喷嘴 B. 降低小风扇的高度,使喷嘴对准风扇的中心 9. 小东学习了热机后,想制作一个压缩空气动力小车。 (1) 小东将充满气的气球捆绑在小车上,制成压缩空气动力小车,当气球向右喷气时,静止的小车向左运动起来了,如图甲所示。说明力可以改变物体的 　运动状态　。细心的小东还发现喷完气的气球嘴内壁处湿漉漉的,原因是 　球内气体对外做功,导致内能减小、温度降低,水蒸气遇冷液化形成小水滴　。  (2) 为制造压缩空气动力汽车,工程师将装有压缩空气的钢瓶与空气动力发动机连接,该发动机的一个工作循环分为进气冲程和排气冲程,如图乙所示。该发动机对外做功的是 　进气　(填“进气”或“排气”)冲程。若该发动机的转速为1200r/min,则1s内发动机对外做功 　20　次。  (3) 和传统汽油机相比,压缩空气动力车的优点是 　无污染　。   1 学科网（北京）股份有限公司 $