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，核心知识点涵盖热机工作原理（化学能→内能→机械能）、模型构造、实验探究及改进方法。课堂从生活热机（汽车、轮船等）导入，通过回顾热机分类，搭建外燃机模型制作的理论到实践学习支架。 其亮点是以项目式学习为核心，通过模型建构（如易拉罐做气缸、中性笔做输出装置）和实验探究（计算水吸收热量、改进密封减少能量损失），培养学生能量观念、科学思维与探究能力。同步练习题与项目研究助力教师教学，学生在动手与分析中深化理解，提升科学态度。

授课教师： . 班 级： 9年级（ ）班 . 时 间： . 人教版（2024）物理九年级全册教学课件 第十四章 内能的利用 14.4跨学科实践：制作简易热机模型 14.4 跨学科实践：制作简易热机模型 同步练习题（人教版九年级全册） 适用年级：九年级 考查知识点：简易热机构造、工作原理、能量转化、模型制作要点、误差与改进方法 满分：100分 一、选择题（每题4分，共32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. 生活中常见的简易热机模型（试管蒸汽动力装置），主要模拟的热机是（） A. 汽油机 B. 柴油机 C. 蒸汽机 D. 电动机 3. 简易蒸汽热机工作时，推动活塞或叶轮转动的直接动力是（） A. 火焰的热量 B. 高温高压水蒸气 C. 空气浮力 D. 燃料的化学能 4. 下列器材不属于制作简易热机模型必备器材的是（） A. 试管、软木塞 B. 酒精灯、支架 C. 电压表 D. 水、火柴 5. 简易热机工作过程中的完整能量转化顺序是（） 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. 简易热机模型实验中，为保证实验安全，最关键的操作是（） A. 缓慢加热火焰 B. 试管口不对人 C. 加入足量冷水 D. 固定好实验支架 7. 简易热机模型转动效果差、动力不足的主要原因是（） A. 能量转化效率低 B. 燃料热值过高 C. 水的比热容太小 D. 空气质量太差 8. 关于简易热机与真实内燃机的区别，下列说法正确的是（） A. 二者能量转化方式完全不同 B. 简易热机无固定冲程循环 C. 真实热机不需要能量损耗 D. 简易热机效率更高 二、填空题（每空3分，共30分） 9. 简易热机模型通过燃料燃烧释放________，加热水产生水蒸气，利用水蒸气膨胀对外________，实现动力输出。 10. 简易热机的工作流程：燃料燃烧将________能转化为内能，水蒸气推动装置转动将内能转化为________。 11. 制作简易热机时，试管内加水不宜过多，目的是为了预留________空间，保证水蒸气能够充分膨胀做功。 12. 简易热机工作时会存在能量损耗，主要包括空气散热、________损耗、装置摩擦耗能。 13. 提升简易热机模型工作效果的方法：选用________火焰加热、减小装置________、保证装置密封性。 14. 简易热机是利用________对外做功的装置，完美体现了热机的基本工作原理。 三、实验探究题（每空4分，共20分） 15. 某同学完成“试管式简易蒸汽热机”制作与实验探究，根据实验过程回答问题。 （1）实验中酒精灯持续加热试管内的水，水发生________现象，产生大量高温水蒸气。 （2）水蒸气积聚后压力增大，推动软木塞弹出或带动叶轮转动，此过程的能量转化是________。 （3）实验结束后发现试管外壁发烫，说明实验过程中有________现象，造成能量损耗。 （4）若实验中木塞弹出无力、转动效果差，可能的原因是加热时间过短、水蒸气________不足。 （5）该简易热机模型________（选填“能”或“不能”）持续循环工作，与四冲程内燃机有明显区别。 四、简答题（18分） 16. 请结合实验回答：（1）简述简易热机模型的完整工作过程及能量转化；（2）分析简易热机效率极低的两点主要原因。 参考答案与解析 一、选择题 1.B 解析：热机的通用核心原理都是将内能转化为机械能，简易热机也遵循这一核心规律。 2.C 解析：试管蒸汽式简易热机依靠水蒸气做功，模拟的是传统蒸汽机的工作原理。 3.B 解析：酒精灯加热产生高温高压水蒸气，水蒸气膨胀产生推力，是装置转动的直接动力。 4.C 解析：简易热机模型无需测量电压，电压表与该实验无关，不属于必备器材。 5.A 解析：燃料燃烧消耗化学能转化为内能，水蒸气做功将内能转化为机械能，转化顺序固定。 6.B 解析：实验中水蒸气推力较大，木塞弹出易伤人，试管口不对人是核心安全操作。 7.A 解析：简易热机散热、摩擦、漏气损耗大量能量，能量利用率极低，导致动力不足。 8.B 解析：简易热机无吸气、压缩、做功、排气的固定冲程，真实内燃机有完整四冲程循环。 二、填空题 9. 内能；做功 10. 化学；机械能 11. 膨胀 12. 漏气 13. 外焰；摩擦 14. 内能 三、实验探究题 15.（1）汽化 （2）内能转化为机械能 （3）热量散失 （4）压力 （5）不能 四、简答题 16. 答：（1）实验中酒精灯燃烧，将燃料的化学能转化为内能，传递给试管和水；水吸热汽化产生大量高温高压水蒸气，水蒸气膨胀对外做功，推动木塞或叶轮运动，将内能转化为机械能，完成简易热机的工作过程。 （2）第一，实验装置密封性差，大量水蒸气泄漏，造成能量流失；第二，试管、支架等器材持续向空气散热，损耗大量内能；同时装置转动存在摩擦损耗，进一步降低了能量利用率，因此简易热机效率极低。 （全文共计1222字） 2026年8月9日 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 热机的工作原理 探究新知 知识点 1 设计简易热机模型 燃料的化学能 内能 机械能 燃烧 做功 分类 外燃机 内燃机 3 热源加热气缸,气缸内的介质温度升高，产生高温高压的蒸汽,蒸汽通过输出装置输出,再由转化装置将内能转化为机械能。 选择热机模型 优先选用燃料燃烧加热水产生蒸汽(或直接加热空气)来做功的外燃机。 稳定的热源、简易气缸、加热介质、能量的输出装置和能量的转化装置. 选择材料 工作过程 知识点 2 制作简易热机模型 器材选择 稳定的热源: 一个酒精灯 简易气缸: 一个空易拉罐 加热介质: 适量的水 器材选择 能量的转化装置:一台小风扇 能量的输出装置: 一支去掉笔芯和笔塞的中性笔 其他材料:剪刀、刻度尺、胶带(或热熔胶枪)、铁丝...... 制作简易汽轮机模型 向易拉罐内部注入大约半罐水 将笔的尖端朝外,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 2 3 4 知识点 3 展示与交流 对简易热机模型进行评价 (1)优点:结构简单、成本低廉、教学效果好、安 全性高。 (2)缺点:效率较低、精度有限、应用范围有限。 (1)选择合适的燃料,确保燃料充分燃烧,提高燃料的利用率。 (2)优化机械结构,减少能量损失,提高热机的工作效率。 (3)增加安全防护措施;减少有害气体的排放。 改进意见 【项目研究】 （1）在标准大气压下，实验中易拉罐中装有300g初温为20℃的水，将水加热到100℃需要吸收的热量是多少？[水的比热容为4.2×J/（kg•℃）] （2）将左侧转动的光盘与发电机连接起来，制作成简单的蒸汽发电机。已知固体燃料平均每分钟可完全燃烧0.5g,易拉罐中的水开始沸腾后，在发电机两端接上一个小灯泡，燃料盒中的固体燃料剩余50g,当燃料燃尽时，24W的小灯泡也停止发光，若小灯泡始终正常发光，该装置产生的电能也全部用于小灯泡发光，则该装置转化电能效率是多少？ （3）项目式小组的同学们经过一番讨论发现该装置的整体效率都偏低，在为了解决“固体燃料燃烧加热易拉罐产生水蒸气推动活塞运动”效率低的弊端，提出一条合理的改进方案： 增加燃料燃烧密封装置，减少向周围环境散失能量。 （3）为避免燃料燃烧热能的损失，增加密封燃料燃烧装置，减少向周围环境失散能量。 【项目提出】 随着科技发展，热机成为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简易热机模型，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 考试考法 13 【项目分析】 汽油机属于内燃机，它的工作物质是气缸内的空气和汽油 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。 （1）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 （2）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。 蒸汽 内 机械 考试考法 14 （3）如图所示的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 蒸汽液化需要放热 考试考法 15 【项目实施】 实验器材：空易拉罐，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，一个支架。 考试考法 16 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）在易拉罐内注入大约半罐水。 （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。 （4）将小风扇放在桌面上，中性笔的尖端正对小风扇扇叶，点燃酒精 灯加热易拉罐，观察到水沸腾后有“白气”喷出，扇叶转动，同时扇叶温 度升高，是通过________的方式改变内能的。（注意防止烫伤） 热传递 考试考法 17 【展示交流】 考试考法 18 （1）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，在燃气灶上加 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____________________________________ _______________，从能量转化角度分析，原因是__________________。 易拉罐转动 水蒸气喷出后产生反作用力，改变了易 拉罐的运动状态 内能转化为机械能 （2）查阅资料，蒸汽机的热效率在 之间，结合现在的热机效 率，说明内燃机的效率比外燃机____。 高 考试考法 19 （3）“辽宁舰”也有蒸汽机，如图（c）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______（填“升高”或 “降低”），汽油机的______冲程也会发生同样的能量转化。 降低 做功 考试考法 20 制作简易热机模型 原理：燃料化学能转化为内能，内能转化 为机械能 设计：选用外燃机 结构：稳定的热源、简易气缸、加热介质、 能量的输出装置和能量的转化装置 展示与交流：评价简易热机模型、改进意见 课堂小结 谢谢观看 THANKS $