第4节 跨学科实践：制作简易热机模型（模型与方法）物理人教版九年级全一册

本讲义聚焦初中物理“简易热机模型”核心知识点，系统梳理其原理（气体受热膨胀做功，模拟内燃机做功冲程）、能量转化（化学能→内能→机械能）及构造应用，通过11个具体模型（取火器、水火箭等）构建从基础到综合应用的递进式学习支架。 该资料以跨学科实践为特色，通过模型破解、真题演练及分层练测，结合口诀技巧与实验案例，培养学生能量观念、模型建构等核心素养。课中辅助教师演示教学，课后助力学生巩固知识，提升科学探究与问题解决能力。

第4节 跨学科实践：制作简易热机模型 ( 模型破解 规范思维路径，强化科学逻辑 …………………………………………………… … ………… 01 ~ 2 2 模型 0 1. 简易热机模型的原理 …………………………………………………………………………… 01 模型02. 简易热机模型的能量的转化 …………………………………………………………………… 0 3 模型03. 简易热机模型的构造与应用 …………………………………………………………………… 05 模型04. 简易热机模型 —— 取火器 ……………………………………………………………………… 07 模型05. 简易热机模型 —— 纸风车 ……………………………………………………………………… 08 模型0 6 . 简易热机模型 —— 水火箭 ……………………………………………………………………… 10 模型0 7 . 简易热机模型 —— 蒸汽机 ……………………………………………………………………… 12 模型0 8 . 简易热机模型 —— 电火花发生器 ……………………………………………………………… 14 模型 09 . 简易热机模型 —— 其他简易热机 ……………………………………………………………… 15 模型1 0 . 简易热机模型的制作 …………………………………………………………………………… 17 模型1 1 . 简易热机模型的综合应用与改进 ……………………………………………………………… 2 0 真题演练 熟悉考试形式，提升实战能力 ………… …… ……………………………………… … ……… 2 2 ~ 25 分层练测 实现精准提效，最终整体达标 ………………………………………………………………… 25 ~ 32 基础夯实 …………………………………………………………………………………… 25 ~ 28 培优拔高 …………………………………………………………………………………… 29 ~ 32 ) 模型01.简易热机模型的原理 ( 技巧： 简易热机模型的核心逻辑是 ‌ 利用 气体受热膨胀对外做功 ‌ ，将 内能 转化为 机械能 ，常见的试管 类 热机、简易汽轮机都遵循这个能量转化规律。 试管 类 热机 ： 加热使管内水蒸气 / 空气内能增加，压力推开橡皮塞， 内能转化为塞子的机械能 。 简易汽轮机： 酒精燃烧将 化学能转化为水蒸气内能 ，高温蒸汽推动叶轮转动，实现 内能到机械能的转化 。 ‌‌‌ 关键对应 ‌： 模拟四冲程内燃机中的 ‌ 做功冲程 ‌ （内能转化为机械能），无吸气、压缩、排气 循环 。 ) ( 口诀： 燃料燃烧化内能，水蒸气热去膨胀； 气体对外做机械，模拟做功冲程样。 提醒： 简易模型 ‌ 不是完整热机循环 ‌ ，只体现 “ 做功 ” 单一环节，切勿混淆为四冲程全过程。 水沸腾时温度 ‌ 保持不变 ‌ ，但持续吸热产生蒸汽，此点常结合物态变化考查。 ‌‌ ) 【例1】如图甲所示，给试管内水加热至一定程度，发现试管口木塞会被推出。给水加热是通过_________的方式使水的内能增加；木塞被推出后水蒸气的内能________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。四冲程内燃机的________冲程与上述实验木塞被推出过程的能量转化相同。同理我们制作的简易汽轮机模型，如图乙所示，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，也是内能转化为_________。 【变式1-1】如图所示是小洋同学自制的简易热机模型，他在空易拉罐底部钻一个小孔，向易拉罐内喷入少量酒精并盖上纸杯，用打火器从底部小孔点火后，酒精燃烧，纸杯飞出。下列有关说法正确的是（　　） A.酒精燃烧越充分，其热值就越大 B.气体推动纸杯飞出过程的能量转化与汽油机的做功冲程相同 C.纸杯飞出去时，易拉罐内气体的内能增大 D.通过改进简易热机模型的结构，其效率可达100% 【变式1-2】如图所示是科技小组制作的实验装置，燃料燃烧将试管中的水加热后，水蒸气从橡皮塞小孔冲出推动风车转动，下列说法正确的是（　　） A.在这个实验中，燃料的化学能直接转化为风车的机械能 B.在这个实验中，燃料燃烧产生的热量完全传给了水和水蒸气 C.在这个实验中，水蒸气的内能全部转化成风车的机械能 D.这个实验基本展示了蒸汽机的工作原理，蒸汽机属于热机的一种 【变式1-3】在制作简易热机模型的活动中，小星和小葱同学分别展示了自己制作的热机模型，并进行了相关的研究。 （1）图甲是小星设计的蒸汽机模型。密封的易拉罐装有适量的水，利用酒精灯加热，当有蒸汽喷出时，手中的风车转动。此过程的能量转化：化学能→_________→_________；该模型存在的不安全因素是________________________________； （2）图乙是小葱制作的内燃机模型。用喷雾器往瓶内喷入适量酒精，启动电子打火器点燃酒精，活塞瞬间弹出。这个热机模型中，工作物质是_________，电子打火器相当于汽油机的___________； （3）同学们了解到，蒸汽机比内燃机的效率低很多，其主要原因是____________________________。 模型02.简易热机模型的能量的转化 ( 技巧： 简易热机模型的核心能量转化分为两个核心阶段： 初始转化 ‌ ： 燃料燃烧时，将自身的 ‌ 化学能 ‌ 转化为工作物质 （如水蒸气、燃气）的 ‌ 内能 ‌ 。 最终转化 ‌ ： 高温高压的工作物质膨胀对外做功，将 ‌ 内能 ‌ 转化为对外输出的 ‌ 机械能 ‌ ，比如推动塞子、活塞运动。 口诀： 热机本领强，化学先转内， 再转机械能，动力往外闯。 提醒： 能量守恒是绝对成立的，热机效率低只是部分能量未转化为有用机械能，并非能量消失。 简易模型没有压缩冲程，不存在 “ 机械能 → 内能 ” 的前置压缩步骤，直接跳过该环节。 ) 【例2】如图是同学们制作的一个简易热机模型。在易拉罐内装适量水，瓶口密封安装的吸管正对着小风扇。点燃下方的蜡烛，小风扇转动起来。下列说法正确的是（　　） A.罐内的水在加热过程中，温度升高，所含的热量增加 B.该过程的能量转化与热机做功冲程的能量转化相同 C.通过改进热机模型的结构，其效率可达100% D.蜡烛用掉一部分后，蜡烛的热值变小 【变式2-1】在学习完《热机》后，某同学设计了实验来演示热机的工作原理，如图所示，用酒精灯加热试管使水沸腾，水蒸气驱动叶轮转动，下列关于该实验分析正确的是（　　） A.加热试管使水沸腾，是通过做功的方式改变水的内能 B.叶轮转动时，水蒸气的内能转化为叶轮的机械能 C.加热过程中，酒精灯中的酒精内能不变，热值变小 D.增大酒精灯的火焰，可提高该装置的效率 【变式2-2】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 【变式2-3】跨学科实践：小明在学习热机知识的基础上，准备制作一个简易热机模型。以下是部分方案内容，请你补充完整。 （1）项目分析：选择适合作为热源的物质，如酒精灯，酒精燃烧时将________能转化为________。 （2）项目实施：组装铁架台，放置烧瓶和酒精灯，调试叶轮的位置，使烧瓶口的“L”形导管出口正对叶片，如图所示。点燃酒精灯，当大量白气从导管口喷出时，观察到叶轮转了起来。 （3）展示交流：汽轮机工作时，水蒸气内能减小，温度会________；如果想提高此汽轮机效率，可以采用的方法有：___________________________________________（写出一条即可）。 模型03.简易热机模型的构造与应用 ( 技巧： 简易热机模型核心由 ‌ 热源 、 工质容器（锅炉） 、 喷嘴 / 活塞 、 动力输出件（叶轮或连杆飞轮）及支架 ‌ 五部分构成，通过加热工质（水蒸气或空气）膨胀做功实现 “ 内能 → 机械能 ” 转化。 简易热机模型无工业动力应用价值，核心用于 ‌ 物理教学演示、科学实践探究及原理验证 ‌ 。 ‌‌ 口诀： 材料选 ‌ ：易拉罐配酒精灯，笔管做嘴风扇转 。 制作要 ‌ ：孔位对齐胶封严，水量适中不漫边 。 运行看 ‌ ：蒸汽喷推叶轮转，内能变机是关键 。 安全记 ‌ ：防烫防喷远火源，实验做完先断电 。 提醒： 操作安全 ‌ ：酒精喷雾仅喷 2~3 次，用量过多易引发爆燃；加热后罐体温度极高，避免直接触碰，防止烫伤。 效果优化 ‌ ：用酒精灯外焰加热，可通过包裹罐体减少散热、优化喷嘴口径，提升蒸汽喷出速度，让风扇转动更稳定。 ) 【例3】中国现代交通运输发展情况总体呈现出显著的提升和进步。下列交通或运输工具中，动力设备不是热机的是（　　） A.C919客机 B.载重汽车 C.纯电动汽车 D. 远洋货轮 【变式3-1】如图是小明设计的简易实验装置，用手握住烧瓶的外壁，会看到液柱向左移动。这是因为空气受热膨胀对液柱做功，此能量转化过程与热机的________冲程原理相同。 【变式3-2】如图是课外兴趣小组制作的“蒸汽船”模型，在铜制容器中盛有一定量的水之后安装在“船体”上，用蜡烛对铜质容器底部加热，一段时间后铜质容器内水温升高产生蒸汽，铜管会向右喷出蒸汽，“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.“蒸汽船”运动时能量转化与热机做功冲程相同 C.水在沸腾时会有热量的散失，所以能量不守恒 D.“蒸汽船”在向左运动时主要将机械能转化为内能 【变式3-3】如图所示是一个四冲程柴油机的剖面图，下列关于柴油机和汽油机工作的相关说法正确的是（　　） A.柴油机和汽油机吸气冲程吸进的都是空气 B.除了做功冲程外，其余冲程都需要依靠曲轴的惯性完成 C.柴油机顶部的喷油嘴可以替换成火花塞 D.柴油机和汽油机气缸内的燃料都是点燃的 模型04.简易热机模型——取火器 ( 技巧： ‌ 迅速推杆 = 对气体做功 → 机械能转内能 → 温度达着火点 → 对应内燃机 “ 压缩冲程 ” ‌ 。 ‌‌ ‌ 能量转化路径 ‌ ： 外力猛推活塞（机械能） → 压缩筒内空气做功 → 空气内能增大、温度升高 → 达到艾绒着火点燃烧。 冲程对应关系 ‌ ： 该过程能量转化（机械能 → 内能）与四冲程内燃机的 ‌ 压缩冲程 ‌ 完全一致；若模型是燃气推动物体飞出 / 转动（内能 → 机械能），则对应 ‌ 做功冲程 ‌ 。 ‌ 改变内能方式 ‌ ： 取火器属于 ‌ 做功 ‌ 改变内能（非热传递）；关键特征是 “ 迅速 ” 压缩，导致热 量来不及散失 。 ‌‌ 口诀： 推筒压气功变内，对应压缩冲程对， 燃绒化内别搞混，热值不把效率提。 提醒： 纸杯飞出 / 蒸汽推动是 “ 做功冲程 ” （内能转机械能）；推杆取火是 “ 压缩冲程 ” （机械能转内能），二者能量转化方向相反。 ) 【例4】李辉同学在家庭实验室中做了如图所示的实验，他在塑料胶卷盒的盖子上开了一个小圆孔，然后将电子打火器伸进圆孔并套紧，向胶卷盒里滴入2滴酒精，稍过几秒钟，待酒精汽化后，手握电子点火器，使胶卷盒指向空旷的地方，按动电子点火器，产生电火花，胶卷盒盖被弹到很远的地方；重新向胶卷盒里装入等量的2滴汽油，经过同样的过程，胶卷盒盖被弹到更远的地方。 （1）塑料胶卷盒盖弹出很远的原因是：________对______________做功，________能转化为________能。 （2）若实验中发现燃烧与酒精同样多的汽油总能使胶卷盒盖弹得更远，则这个实验可说明：____________________________。 （3）你认为该实验过程类似于汽油机工作时的________冲程。 【变式4-1】如图所示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，关于这个过程，下列说法正确的是（　　） A.套筒内空气被压缩时其内能不变 B.艾绒燃烧时，内能转化成化学能 C.与热机工作过程中的压缩冲程原理相似 D.主要利用了热传递来改变套筒内空气的内能 【变式4-2】如图为我国古代劳动人民的智慧成果“取火器”的模型图，把木质推杆迅速推入内壁光滑的牛角套筒时，杆前端的艾绒立刻燃烧起来。问： （1）从能量转化的角度解释艾绒燃烧的原因； （2）点燃艾绒的过程与四冲程柴油机哪个冲程的工作原理相同。  【变式4-3】如图所示是我国古代劳动人民发明的取火器模型。先把干燥的艾绒固定在木制推杆的前端，然后将木制推杆迅速推入牛角套筒，使杆前端的艾绒温度升高达到艾绒的着火点，艾绒便燃烧起来。在这个过程中能量转化情况与内燃机哪一个冲程的能量转化情况相同（ ） A. B. C. D. 模型05.简易热机模型——纸风车 ( 技巧： ‌ 锁 定 “ 内能 → 机械能 ” 转 化本 质 ， 对应 汽油机 “ 做功冲程 ” ，并区分 “ 白气 ” 为 液化 现 象而非 扩 散 ‌ 。 ‌‌ ‌ 能量转化链条 ‌ ： 燃料化学能 → （燃烧） → 内能（传递给水） → 水蒸气内能 → （推动风车） → 风车机械能；全程说明热机是将 ‌ 内能转化为机械能 ‌ 的装置 。 ‌ 冲程对应关系 ‌ ： 水蒸气推动风车旋转的过程，等同于四冲程内燃机的 ‌ 做功冲程 ‌ （两者均为内能转机械能）。 ‌ 关键现象辨析 ‌ ： 管口冒出的 “ 白气 ” 是水蒸气遇冷 ‌ 液化 ‌ 形成的小水滴， ‌ 不是 ‌ 扩散现象，也 ‌ 不是 ‌ 水蒸气本身 。 ‌ 热源与工作物质 ‌ ： 实验中热源通常为 ‌ 酒精灯 ‌ （或蜡烛），工作物质是 ‌ 水蒸气 ‌ （注意：白气不是工作物质）。 ‌‌ 口诀： 火沸蒸云逐叶轻， 内能化得转轮行。 白气非汽功冲程， 效满百时本不成。 提醒： 白气误区 ‌ ： “ 白气 ” 不是水蒸 气（肉眼不可见），而是水蒸气遇冷 ‌ 液化 ‌ 形成的宏观小水滴。 ‌ 沸腾特征 ‌ ：水沸腾时吸热但 ‌ 温度不变 ‌ ，持续汽化导致 ‌ 内能增大 ‌ 、质量减小。 ‌ 改进措施 ‌ ：若风车转动慢或延迟，可 ‌ 换高热值燃料 ‌ 、 ‌ 减小管口与风车距离 ‌ 或 ‌ 密封减漏 ‌ 。 ‌‌ ) 【例5】热机是人们获得动力的重要机械，例如燃油汽车中的汽油机、大型轮船使用的柴油机或汽轮机、有些飞机使用的喷气发动机等。热机在生产生活中非常重要，为了更好地了解热机的工作原理，某小组制作一个热机模型。在测试模型的过程中，有同学提出如果换用乙醇蒸气来驱动风车，效果是否会优于水蒸气，于是用如图所示装置进行实验。在桌面上点燃酒精灯，然后分别加热一支悬挂着的装着水的试管，在试管口放一个风车，将水加热至沸腾，使水蒸气喷到风车叶片上；接下来的操作是应换用装有________的试管，用________（选填“相同”或“不同”）的酒精灯加热至乙醇沸腾，使乙醇蒸气喷到风车叶片上。对比两种蒸气推动风车叶片转动的转速，若__________________________，则说明用乙醇蒸气驱动风车的效果不如水蒸气驱动风车的效果。（注：本实验选用的乙醇浓度为15%，不易燃，不易爆炸） 【变式5-1】如图所示，一个纸风车放在点燃的酒精灯火焰上方，风车会转动起来。在整个过程中是由酒精的_________能最终转化为风车的_________能。 【变式5-2】如图所示，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 【变式5-3】早在八百多年前，我国就发明了流行于民间的走马灯如图甲所示。如图乙点燃走马灯内的蜡烛，纸筒内部的空气温度升高，体积膨胀，密度变________（选填“大”或“小”）而上升，形成气流，驱动纸筒顶部的纸风车和固定在转轴上的纸马转动。该过程中，空气的________能转化为风车的机械能，这与四冲程汽油机________冲程的能量转化情况相同。若一汽油机曲轴的转速为1800r/min，则该汽油机1s对外做功________次。 模型06.简易热机模型——水火箭 ( 技巧： 基础原理类 ‌ ：核心围绕 ‌ 力的作用是相互的（牛顿第三定律） ‌ 、反冲运动作答，区分 “ 相互作用力 ” 与 “ 平衡力 ” 的差异，明确水火箭升空的直接动力是喷出的水对箭体的反作用力。 能量转化类 ‌ ：打气过程是机械能转化为内能，水喷出阶段是瓶内气体的内能转化为火箭和水的机械能，注意升空过程中箭体质量随喷水减少，不能直接判定 机械能一定增大。 口诀： 打气压缩能增内，喷水做功内转机； 反冲升空力互作，对应热机做功程。 提醒： 不要混淆 “ 燃气推进热机 ” 和水火箭的差异，水火箭无燃烧过程，动力来自压缩空气的内能，不属于传统燃料热机。 分析机械能变化时，必须考虑箭体喷水导致的质量减少，不能默认质量不变直接判定动能、重力势能一定增大。 ) 【例6】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 【变式6-1】如图所示，为某科技小组发射水火箭的过程，可乐瓶内的水向后喷出，水火箭就向上飞出，这一现象说明了力的作用是__________；从能量转化角度来看，水火箭的机械能是由高压气体的________能转化来的，这一过程的能量转化与汽油机的________冲程能量转化方式相同。 【变式6-2】2025年4月24日是第十个中国航天日。小振用可乐瓶制作出水火箭，如图所示，先在瓶里装适量水，旋紧瓶塞，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，用打气筒往瓶里打足气，打开阀门后，水从金属管向下喷出，水火箭竖直向上飞向空中。下列分析正确的是（　　） A.水火箭上升过程中，水火箭瓶内气体的内能在不断增加 B.水向下喷出时，通过热传递的方式减小了瓶内空气的内能 C.升空时，水火箭内气体对水向下的力与水对它向上的力是一对平衡力 D.打气筒将空气压入水火箭内的能量转化与汽油机的压缩冲程相同 【变式6-3】打气后的可乐瓶可制成“水火箭”。研究表明：水火箭射程与瓶内液体占总体积比例、瓶内气压和瓶内液体质量等因素有关。为研究水火箭射程与瓶内液体质量的关系，某兴趣小组通过只改变液体的密度来改变其质量，并用图甲装置和有关测量工具进行如下实验。 ①取一可乐瓶作为水火箭内胆，瓶内装入体积为V的水，将其放置在已固定好的发射架上；②用打气筒给水火箭打气，当瓶内气压为p时，打开开关发射；③测出水火箭的射程，多次实验取平均值；④用食盐和水配制A、B、Ｃ三种密度不同的溶液，均取体积为V的溶液替换水，重复上述步骤①②③实验结果如图乙所示。 （1）打气时，瓶内气体内能________，打开开关，水火箭发射，此过程能量转化关系类似于汽油机中________冲程； （2）一定温度下，用足量的食盐和水配制溶液，若充分溶解后观察到有食盐沉淀在下方，则溶液密度达到________，在体积相同时，___________也最大； （3）本实验结论：相同条件下，瓶内液体质量越________，水火箭射程越远； （4）某同学认为本实验用相同装置，可只用水进行实验，通过改变水的体积来改变质量更方便。该同学的观点________（正确/错误），理由：________________________。 模型07.简易热机模型——蒸汽机 ( 技巧： 核心考点： ‌ 能量转化链（化学能 → 内能 → 机械能） ‌ 、 ‌ 热传递改变内能 ‌ 、 ‌ 力的作用是相互的 ‌ 、 ‌ 类比内燃机做功冲程 ‌ 。 ‌‌ 能量转化 ‌ ： 燃料燃烧（ ‌ 化学能 → 内能 ‌ ） → 水吸热汽化（ ‌ 内能转移 ‌ ） → 蒸汽喷出推动物体（ ‌ 内能 → 机械能 ‌ ）。 ‌ 内能改变 ‌ ： 加热过程（如蜡烛 / 酒精灯加热水）属于 ‌ 热传递 ‌ ；蒸汽推动运动属于 ‌ 做功 ‌ 。 ‌ 运动原理 ‌ ： 蒸汽向后 / 侧喷出，物体向前 / 反向运动，依据是 ‌ 物体间力的作用是相互的 ‌ 。 ‌ 模型类比 ‌ ： 蒸汽推动叶轮 / 船体运动，对应四冲程内燃机的 ‌ 做功冲程 ‌ 。 ‌‌ 口诀： 加热热传递，喷气内变机； 反推船前行，等同做功冲 。 提醒： 铜管口的 “ 白气 ” 不是水蒸气，而是高温水蒸气遇冷液化形成的小水滴。 燃料燃烧是化学能 → 内能，蒸汽船前进是内能 → 机械能，不要把燃烧的能量转化方向写反。 蒸汽向右喷出，船向左运动，水对船的阻力方向向右，力的相互作用逻辑不能搞 反。 热值是燃料的固有特性，和燃烧是否充分、剩余质量多少无关 ，酒精燃烧过程中热值不会减小。 ) 【例7】如图是小明制作的汽轮机模型，在试管中装入适量的水，用酒精灯加热，水沸腾后产生的蒸汽就能冲击叶轮转动。在这一过程中，水蒸气的________能转化为叶轮的________能，这一过程与汽油机的________冲程作用相似。 【变式7-1】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 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 【变式7-2】能量是物理学研究的永恒主题。从牛顿提出蒸汽机模型，到瓦特将之变成现实，再到后来的内燃机，热机的发展历程倾注了无数科学家的不懈努力。 （1）如图（a）中，水蒸气使叶轮转动，实现了______________的转化，该过程相当于图（b）中四冲程内燃机的_______冲程； （2）内能需要依靠燃烧燃料获得，为了提高对内能的利用效率，请说出一项图（b）相比图（a）的改进之处：_____。 【变式7-3】如图是蒸汽机工作的原理示意图，关于蒸汽机的工作过程中所涉及的物理知识，下列说法正确的是（   ） A.燃料燃烧产生的内能全部转化为蒸汽的内能 B.汽缸内的蒸汽推动活塞做功，蒸汽的内能增大 C.汽缸内的蒸汽推动活塞做功，其能量的转化过程与汽油机的做功冲程一样 D.蒸汽机加装冷凝器，能减少废气带走的温度 模型08.简易热机模型——电火花发生器 ( 技巧： 能量转化三步 ‌ ： 燃料（酒精）化学能 ​ 燃气内能 ​ 盒盖/纸筒机械能；严禁跳过 “ 内能 ” 直接写化学能转机械能。 ‌ 冲程判定依据 ‌ ： 只要出现 “ 点火后物体飞出 / 被推出 ” ，即为 ‌ 做功冲程 ‌ （内能 → 机械能）；若是 “ 压缩气体未点火 ” ，则为压缩冲程（机械能 → 内能）。 ‌ 内能变化判断 ‌ ： 气体 ‌ 对外做功 ‌ （推盖飞出），自身内能 ‌ 减小 ‌ ，温度降低；若题目问 “ 瓶口白雾成因 ” ，答 “ 气体降温使水蒸气液化 ” 。 口诀： 电火一点酒精燃，化学变内热冲天。 ‌ 气体膨胀推盖飞，内能转化机械能。 ‌ 对应做功这一冲，内能减小温降低。 ‌ 白雾出现因液化，水蒸气冷变水滴。 提醒： 热值误区：热值是燃料的特性，仅和燃料种类有关，酒精燃烧过程中热值不会变小。 热量表述：热量是过程量，不能描述物体 “ 含有/具有热量 ” ，只能说热传递过程中转移的热量。 效率误区：任何热机工作都存在摩擦、热量散失等损耗，效率不可能达到100%。 看参照物：以地面为参照物，飞出的盒盖 / 纸杯位置发生变化，属于 ‌ 运动状态 ‌ ，不是静止。 ) 【例8】如图所示，小明在科技节中展示了自己的作品。塑料瓶内装入少量的液态乙醚，待乙醚充满整个塑料瓶后，启动电子打火器，活塞瞬间向前飞出一段距离。活塞飞出的过程相当于热机的________冲程，该过程中乙醚燃烧产生的内能转化为活塞的________能。 【变式8-1】如图是小明同学设计的“燃气内能转化”的实验装置。把电火花发生器紧紧塞进塑料瓶侧边的小孔中，往瓶中喷入雾状酒精，在瓶口上盖一个塑料杯，按动电火花发生器按钮后，观察到塑料杯向上飞起，这个过程中高温高压燃气的内能转化为塑料杯的________能，它与四冲程内燃机的________冲程的能量转化相同。 【变式8-2】电火花发生器点燃塑料盒内的酒精，酒精燃烧产生的燃气能将盒盖喷出很远，实验时在盒内滴入0.2g的酒精（q酒精=3×107J/kg）。对此实验过程，以下说法正确的是（　　） A.酒精燃烧将内能转化为化学能 B.燃气在喷出过程中内能增大 C.能量转化方式与汽油机的压缩冲程相同 D.酒精燃烧放出的热量可能小于6000J 【变式8-3】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，分析正确的是（　　） A.酒精不完全燃烧时热值变小 B.能闻到酒精的气味不能说明分子在永不停息的做无规则运动 C.燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的做功冲程 D.纸筒飞出后瓶内气体的内能不变，温度降低 模型09.简易热机模型——其他简易热机 ( 技巧： 实验现象类 ‌ ： 抓住 “ 热源 → 介质 → 做功部件 ” 的链条：酒精灯加热水是通过热传递增大内能，水蒸气作为核心介质喷出推动扇叶，本质是气体对外界做功，直接对应现象分析题。 改进优化类 ‌ ： 从增大气压、减少散热、提升动能利用率三个方向作答，比如用密封结构增大蒸汽压力、加保温材料减少热量散失、更换更细的喷管提升蒸汽流速。 误差分析类 ‌ ： 效率偏低的核心原因集中在热量散失到空气、蒸汽动能未充分利用、燃料燃烧不充分，按这个逻辑梳理即可覆盖绝大多数失分点。 口诀： 压缩冲程机转内，活塞上行温升高； 做功冲程内转机，燃气推活动力来； 其余冲程靠惯性，没有能量转化来。 ) ( 口诀： 压缩冲程机转内，活塞上行温升高； 做功冲程内转机，燃气推活动力来； 其余冲程靠惯性，没有能量转化来。 提醒： 热源、工作物质区分：题目中酒精灯、蜡烛是热源，水气/空气是工作物质，不要混淆两者的能量角色。 现象改进类答题方向：扇叶转得慢 / 启动晚，可从 ‌ 增大蒸汽冲击力、减小摩擦、加强燃料供氧 ‌ 三个角度作答，比如让喷口靠近扇叶、给装置通风保证氧气充足。 ) 【例9】小明制作了一艘“噗噗”船，其结构如图所示。启动前，先注入些水到蒸汽室，当蒸汽室的水被蜡烛火焰加热，随着水温升高，产生的水蒸气从管口喷出，发出“噗噗”的响声，船也会在水池中向前移动，此过程和汽油机的做功冲程能量转化情况相同，水蒸气的内能转化为船的_______能。 【变式9-1】如图所示为气泡机，主机让高压二氧化碳气体快速冲出，此时二氧化碳气体体积膨胀，内能________（选填“增大”“减小”或“不变”），打入水瓶内的饮料从而制出冰凉气泡饮料，此过程中的能量转化过程与汽油机的________冲程相同。若某汽车的汽油机的飞轮转速为1800r/min，则该汽油机每分钟完成________个工作循环。当汽油燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时汽油的热值将___________（“变大”、“不变”或“变小”）。 【变式9-2】中国古代玩具饮水鸟（如图所示）被誉为“爱因斯坦也吃惊的玩具”.它的神奇之处在于：在鸟的面前放上一杯水，用手把鸟嘴浸到水里“喝”一口后，让其直立起来；可是直立一会儿它又会自动俯下身去，等到鸟嘴浸到了水，“喝”了一口，又会直立起来。其原理是饮水鸟的嘴部和头部包裹了一层绒布，“喝水”打湿后，由于蒸发________（选填“吸热”或“放热”），使得鸟头部管内温度和气压变化，尾部的液体上升到头部，改变饮水鸟的重心，实现再次喝水。饮水鸟这种“自动喝水”的现象________（选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律；饮水鸟“低头喝水”时整个身体绕着横杆旋转，我们可以将旋转的饮水鸟视为________模型。 【变式9-3】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 模型10.简易热机模型的制作 ( 技巧： 基础概念 型 ‌ ： 区分内外燃机： 燃料在外部燃烧为外燃机（如该自制汽轮机），在气缸内部燃烧为内燃机 ； 能量转化判断： 燃料燃烧是化学能 → 内能，蒸汽推动叶轮是内能 → 机械能，对应做功冲程 。 现象分析型 ‌ ： 叶轮转动断续： 改进方向为增大酒精灯火焰、提升容器密封性，保证蒸汽稳定喷出 ； 转速变慢问题 ：覆盖罐顶减少散热，提升的是输出功率而非燃料热值或效率 核心规律型： 四冲程内燃机： 1个工作循环=4个冲程，曲轴转2圈，对外仅做功1次 ； 热机效率公式： η = W 有 / Q 放 ，效率永远小于1，且与功率无关联 。 口诀： 核心记忆： 材罐笔风灯，半水孔密封， 加热蒸汽喷，内能转机械。 对应原理： ‌ 吸压做排四冲程，两圈一次做功成； 压缩机械变内能，做功内能变机械 ‌ 。 ‌‌ 提醒： 密封优先 ‌ ： 喷嘴与容器连接处须用耐高温胶（如环氧树脂）密封，普通热熔胶易失效。 ‌ 水量控制 ‌ ： 容器注水不超过 1/2 容积，防止沸腾溢出或压力不足。 ‌ 叶轮优化 ‌ ： 叶片需对称且角度适宜，轴心摩擦要小（可加润滑或选用光滑铁丝）。 ‌ 安全警示 ‌ ： 佩戴护目镜，避免直视喷口；加热时保持安全距离，防止烫伤或爆炸。 ‌‌ ) 【例10】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”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助完成下列内容： （1）了解火箭的相关知识：2024年4月25日，搭载神舟十八号载人飞船的“长征二号F”火箭点火发射。如图甲所示，火箭刚发射时，高温火焰向下喷射到发射台的地面，发射台遇到这样的高温容易发生________。为了保护发射台，在发射台底建了一个大水池，让火焰喷射到水中，利用水的________来吸收大量的热量（前两空均填物态变化）火箭升空的瞬间，伴有庞大白色气团实质是________（选填“小水滴”“烟雾”或“水蒸气”）。 （2）制作并发射：火箭模型小组的同学制作了水火箭并进行发射，如图乙，图丙是其结构示意图，对水火箭打气，打开阀门，水向下喷出，水火箭一飞冲天。使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的________冲程相同，使水火箭上升的施力物体是___________（选填“地球”或“喷出的水”） （3）项目评估：各个小组制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，发现“水火箭”在竖直方向飞行上升的高度不容易测量。同学们讨论后认为可以通过测量___________来评选出“最佳飞行奖”。（写出一种方法即可） 【变式10-1】图为某小组制作的一个简易热机模型。将瓶盖去掉，先向其中喷入适量雾状酒精，然后用纸杯盖住瓶口。按下点火器的按钮后，观察到纸杯向上飞起。下列说法正确的是（ ） A.能闻到酒精的气味说明分子是运动的 B.实验中喷入雾状酒精，目的是增大与氧气的接触面积，使其完全燃烧，增大酒精的热值 C.纸杯飞起时，瓶口会出现白雾，说明瓶内气体的内能减少，温度降低 D.燃气推动纸杯飞出的过程相当于内燃机的做功冲程 【变式10-2】跨学科实践：制作简易汽轮机模型 【项目提出】 热机对人类文明发展起着重要的推动作用。同学们成立了制作简易汽轮机模型的项目团队，制作简易汽轮机模型。 【项目实施】 （1）设计并制作：设计方案如图所示。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，用橡皮泥将罐的开口处密封。将易拉罐放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶。 （2）测试实验：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此汽轮机模型属于________（填“内”或“外”）燃机。 （3）实验改进： ①同学们在测试过程中，发现加热很长时间后，扇叶才开始转动，这是因为___________________； ②进行了调整后，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。以下几种解决方案中你认为可行的是________。 A.增加酒精灯的高度，用其内焰加热 B.更换一个更细的喷嘴 C.降低小风扇的高度，使喷嘴对准风扇的中心 【项目拓展】 （4）同学交流过程中，有同学设想：用凹面镜会聚太阳光替代酒精灯加热易拉罐，制成一个“太阳能蒸汽机”。你认为这个“太阳能蒸汽机”的优势是：_______________________________。（写出一条即可） 【变式10-3】如图甲所示的水火箭，其结构示意图如图乙所示。将水火箭竖立于地面，利用打气筒通过打气管向瓶内打气，当瓶内压强增大到一定程度时，瓶塞脱落，瓶内的水向下喷出，水火箭就接近竖直地向上飞起。小李对同一个水火箭能飞行的最大高度产生了兴趣，于是他对“水火箭能飞行的最大高度与哪些因素有关”作出了如下猜想： 猜想①：可能与起飞前瓶内的最大气压有关 猜想②：可能与瓶内所装水的体积有关 （实验探究过程中不考虑水火箭容积的变化） （1）瓶内的水向下喷出时能量转化相当于内燃机的________冲程； （2）实验中无法直接测量水火箭竖直上升的最大高度，可以转换为测量水火箭从发射到落地的________来间接反映这个高度； （3）在探究猜想①时，小明控制瓶内水的体积一定，通过改变瓶塞的松紧程度从而改变水火箭起飞前______________通过多次实验，并将记录的数据绘制为如图丙所示的图像，分析图像可以得到瓶内水的体积一定时，起飞前瓶内最大气压越大，水火箭飞行的最大高度越_________； （4）在探究猜想②时，小明不断改变瓶内水的体积，通过多次实验，并将记录的数据绘制为如图丁所示的图像。由此得出结论：水火箭飞行高度随瓶内水的体积先增大后减小。小明根据这一实验过程得出的结论（选填“可信”、“不可信”）_________，理由是__________________________________________。 模型11.简易热机模型的综合应用与改进 ( 技巧： 提升稳定 ‌ ： 采用密封性更好的储水容器、增大酒精灯火焰，保证蒸汽持续稳定喷出，解决叶轮断断续续转动的问题。 转速效率 ‌ ： 将叶轮靠近导管口、减小轮轴摩擦、用保温材料包裹罐体减少散热、换更细的喷管增大蒸汽冲击力，这些都是高频改进方向。 安全优化 ‌ ： 将风车固定在铁架台上、喷嘴避开人，避免高温蒸汽烫伤。 口诀： 吸压做排序不乱，能转规律记心间， 效算抓准有用功，改进从因找方案。 提醒： 减少热量损失： 给气缸/储水罐包裹保温材料，减少罐体向空气散热。 减小摩擦损耗： 在活塞/转动轴处涂抹润滑油，保证部件配合的密封性。 优化动力输出： 让燃料充分燃烧，设计多级叶片提升蒸汽动能利用率，保证蒸汽持续稳定喷出。 ) 【例11】如图某小组同学设计的简易热机模型，他们设想：点燃酒精灯，当导气管出气口有蒸气喷出时，小风车就转动起来，此过程中烧瓶中水蒸气的内能________（选填“增大”或“减小”），是通过________（选填“做功”或“热传递”）方式改变的，但在实验过程中，发现小风车不转动，你的解决办法是__________________。 【变式11-1】某校的科技活动周举办了一场水火箭发射比赛。图甲是小明用可乐瓶制作的水火箭，图乙是水火箭的示意图。小明先在瓶里装适量水，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，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭随即飞向空中。下列分析正确的是（　　） A.使用打气筒打气时的能量转化过程与汽油机的做功冲程相同 B.水从水火箭中喷出相当于内燃机的排气冲程 C.水火箭升空过程中高压气体的内能转化为水火箭的机械能 D.在水火箭发射的整个过程中，能量总量越来越少 【变式11-2】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，筒内底转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 【变式11-3】设计制作简易热机模型 【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】某小组同学制作了如图所示的“汽轮机”。 （1）制作叶轮：将两个塑料瓶盖口对口粘在一起，用小刀在瓶盖侧边切几个对称的小缝，将铝片插在小缝中；在两瓶盖中心用锥子钻一个小孔，将铁丝穿过小孔，使瓶盖能在铁丝上自由转动。 （2）组装“汽轮机”：用铁丝将制作的“叶轮”固定在底座上，并按照如图所示组装器材，调整“叶轮”的位置，使导管的管口正对着“叶轮”上方的铝片。 （3）“汽轮机”工作：点燃酒精灯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。 【交流】 （1）根据所学的知识判断，该“汽轮机”属于_________（选填“内燃机”或“蒸汽机”）； （2）该“汽轮机”的燃料是________，工作时燃料的化学能转化为水和水蒸气的________能，高温水蒸气由导管喷出对叶轮做功，又将________能转化为________能； （3）“汽轮机”工作时，水蒸气不易推动叶轮转动，则可进行的改进措施有： ①将叶轮_________（选填“靠近”或“远离”）导管口；②_______________________________________。 1.（2026·广西）2025年12月29日，广西首座抽水蓄能电站建成投产。在用电低谷时电站通过________（选填“抽水机”或“发电机”）将水从低处抽至高处储存，在用电高峰时放水发电，将机械能转化为________能。 2.（2026·青海）如图所示的是我国传统的走马灯，点燃底部的蜡烛，上升的热空气驱动扇叶转动，带动纸片转动。在这一过程中空气的内能转化为扇叶的________能，这一能量转化过程与四冲程汽油机的________冲程相似。 3.（2026•苏州）在安全教育活动中，老师用图示装置演示面粉爆炸现象。面粉被吹入塑料桶后，遇到火焰爆燃，桶口的硬纸板被迅速弹飞。面粉燃烧释放的内能转化为硬纸板的__________，该过程相当于汽油机工作时的________冲程。 4.（2026·四川达州）如图所示，在热机的原理实验中，完全燃烧3×10-3kg的酒精可放出________J的热量；加热过程中观察到风车慢慢转动，其能量转化方式与内燃机的________冲程类似。（q酒精=3.0× 107J/kg） 5.（2026江苏扬州）如图，加热试管中的水至沸腾。分析橡胶塞被冲出的过程，其能量转化与汽油机的哪个冲程类似（ ） A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程 6.（2026·黑龙江绥化）我国古人曾发明一种点火器，结构如图所示。取火时握住套筒，然后向内猛推推杆，前端的艾绒就会被点燃，拔出推杆后，吹吹艾绒就有火苗产生。下列说法正确的是（ ） A.艾绒燃烧是化学能转化为内能 B.推入推杆过程中是通过做功方式改变气体的内能 C.推入推杆使筒内气体分子运动加快 D.推入推杆过程与汽油机做功冲程的能量转化相似 7.（2026·四川成都）用酒精灯给试管加热至管内水沸腾，一段时间后橡皮塞被水蒸气冲出，如图所示。下列说法正确的是（ ） A.酒精燃烧过程，化学能全部转化为水的内能 B.水的内能增加，是通过做功的方式来实现的 C.橡皮塞被冲出过程，水蒸气的温度升高 D.橡皮塞被冲出过程，内能转化为机械能 8.（2026·北京）如图所示，易拉罐中装有适量的水，用酒精灯加热，当有蒸汽喷出时，风车的扇叶就转动起来。下列说法正确的是（ ） A.易拉罐中水的内能增加是通过做功的方式实现的 B.酒精灯内的酒精减少会导致酒精的热值变小 C.推动扇叶转动的水蒸气的内能减小 D.推动扇叶转动的水蒸气的内能全部转化为扇叶的机械能 9.（2026·黑龙江齐齐哈尔）热机是获取动力的主要机械，广泛应用于生产生活中。某科技小组在跨学科实践活动中，制定了以下学习流程。 项目提出及项目分析 （1）研究热机的工作原理。 如图甲所示，试管中的水沸腾后，橡胶塞被冲出，水蒸气的________能转化为橡胶塞的________能，此过程与汽油机的________冲程原理相同。在加热过程中，酒精灯内剩余酒精的热值________（选填“增大”“减小”或“不变”）。 项目实施 （2）受上述实验启发，如图乙所示，小华在易拉罐内注入大约半罐水，将去掉笔芯和尾塞的笔管尾端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封。将易拉罐放在金属圈上并固定。笔管的尖端对准小风车的扇叶。点燃酒精灯，易拉罐中水的内能增加是通过_________的方式实现的，此过程________（选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律。当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来。 项目延伸 （3）展示交流后，小聪又用塑料矿泉水瓶进行了如下探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖。如图丙所示扭转瓶子，轻轻松动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时出现“白雾”。“白雾”是水蒸气________（填物态变化名称）形成的。 10.（2026·黑龙江龙东）跨学科实践：制作简易蒸汽机模型 【项目提出】 了解热机的原理，制作简易蒸汽机模型。 【项目实施】 将一支去掉笔芯和笔尾的中性笔，笔尖朝外，插入一个装有约半罐水的易拉罐中，用胶将罐的开口处密封。再将易拉罐放在如图所示的支架上，使笔尖对准小风扇。点燃酒精灯，过一会儿扇叶转动起来。 【项目交流】 （1）气流冲击使风车转起来，这与热机的________冲程原理相同。 （2）实验中若闻到酒精气味，属于________现象。 （3）喷气时，笔尖应对准风车的________（选填“扇叶”或“轴心”），能使风车转动得更快。 （4）实验时，发现喷出的水汽较少，风车转动较慢，改进方法是________。 A.向酒精灯内添加酒精 B.将酒精灯改换为煤油灯（q酒精<q煤油） 【基础夯实】 1.如图所示，在制作简易热机模型时，选择外燃机类型更安全，因为燃烧室在气缸外，避免直接接触工作部件。该热机的工作物质是_________（选填“水”或“水蒸气”），工作时将________能转化成________能。 2.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。 3.塑料瓶是一种常见的生活物品，空塑料瓶可以做许多物理小实验。在安全情况下，小明用高压打气筒往封闭空塑料瓶内打入空气，如图所示。当气压达到一定程度时，瓶盖飞出，气体的________转化为瓶盖飞出去的机械能，这一过程与内燃机________冲程的能量转化情况相同。 4.下图是小科制作的简易“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）铜管向右喷蒸汽，“船体”向左行驶，这个过程中的能量转化与四冲程汽油机的________（填冲程名称）冲程相同。 5.如图所示，在塑料盒中喷入少量酒精，将盒盖密封，用点火器引燃盒内酒精与空气的混合物，盒盖被冲出，内燃机的四个冲程中能量转化与此过程相似的是（　　） A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.排气冲程 D.做功冲程 6.如图所示，将一个空易拉罐的底部钻一个小孔，从易拉罐开口端向罐内喷适量酒精喷雾，然后将一个空纸杯迅速套上。用细线将易拉罐水平悬挂在铁架台上，将点燃的打火枪靠近底部的小孔，纸杯就会“向前”飞去。纸杯飞出过程中，下列说法正确的是（　　） A.罐内气体的内能增加 B.该过程机械能转化为内能 C.能量转化情况与内燃机的压缩冲程相同 D.能量转化情况与内燃机的做功冲程相同 7.如图为某学生在科技节展示的小船，易拉罐中的水吸热后产生的大量水蒸气从小孔中冲出时，小船就能向前运动，且小孔处会出现“白气”。加热水使小船运动的过程中（　　） A.“白气”的运动属于扩散现象 B.蜡烛由于燃烧，其热值会变小 C.通过热传递的方式改变了易拉罐中水的内能 D.水蒸气推动小船时的能量转化与热机压缩冲程相同 8.热机对人类文明发展起着重要的推动作用。某兴趣小组按照图示方法制作了一个简易热机模型，用酒精灯加热易拉罐中的水，水沸腾后产生蒸汽从管口喷出使小风扇转动。下列说法错误的是（　　） A.该热机模型利用了内能转化为机械能 B.罐中水的温度升高以后，水的比热容变大 C.增加易拉罐的保温性能可以提高该热机模型的效率 D.在测试过程中，发现扇叶不转动的原因可能是注入的水过少，产生的蒸汽量不足 9. “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：________________________________。 10.某同学在科学晚会上分享了“自制简易热机模型”的制作过程（模型如图所示）： ①准备一个空易拉罐、一支去掉笔芯和尾塞的中性笔、一台小风扇、一个酒精灯等。 ②向易拉罐内部注入半罐水。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。 ③将易拉罐按图中方式放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶。 ④点燃易拉罐下面的酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶转动起来。 请将该热机模型的说明书补充完整： （1）汽轮机模型工作过程的能量转化情况为：化学能→________→________。 （2）常见的易拉罐容积为240mL、330mL、500mL等，该模型使用240mL规格的易拉罐，可以减少________（选填“误差”或“加热时间”）。为保证小风扇转动，笔杆_______（选填“能”或“不能”）插入水中。 （3）进行了调整后，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。以下几种解决方案中你认为可行的是________。 A.增加酒精灯的高度，用其内焰加热 B.更换一个更细的喷嘴 C.降低小风扇的高度，使喷嘴对准风扇的中心 （4）工作物质推动扇叶转动时发生的能量转化与图中汽油机的_______冲程发生的能量转化相同（填字母）； A. B. C. D. （5）该热机模型的工作效率一定小于1，原因是____________________________。（写出一条合理即可） 【培优拔高】 1.如图所示，小华在校园科技节中展示了自己的作品。塑料瓶内装入少量的液态乙醚，待乙醚蒸气充满整个塑料瓶后，启动电子打火器，活塞瞬间向前飞出一段距离，这个过程相当于热机的________冲程。 2.如图是小明制作的简易“蒸汽船”模型。将盛有一定量水的玻璃容器安装在“船体”上，用蜡烛对玻璃容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”就向左行驶。蜡烛对玻璃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。当铜管向右喷蒸汽时“船体”向左运动，该过程将内能转化为________能，该过程中能量的总量____________。 3.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（　　） A. B. C. D. 4.如图甲所示是一款斯特林发动机模型，点燃酒精灯后会发现发动机的连杆带动飞轮转动起来，当酒精灯通过_________的方式增加气缸内空气的内能，高温的空气推动活塞做功，热气缸中的空气内能________，酒精灯继续加热气缸内的空气从而实现往复工作。如图乙所示是某单缸四冲程汽油机的结构示意图，图中所示为汽油机的________冲程，若该汽油机每秒活塞往复运动50次，则飞轮转速为________r/min。 5.如图所示，易拉罐内装有适量的水，点燃酒精灯，空笔筒笔尖有蒸气喷出时，小风车会转动起来。下列说法中正确的是（ ） A.该装置是一个内燃机 B.蒸气喷出后内能减小 C.水蒸气喷出过程相当于汽油机的排气冲程 D.该装置燃烧的酒精越多，热机的效率越高 6.在学校科技周展示中，物理兴趣小组的同学用塑料瓶自制了一个火箭模型，在瓶子的侧壁安装一个电火花发生器，按下按钮会产生电火花，从瓶口喷入酒精后，盖上锥形纸筒，按下按钮，纸筒立即向上飞出。下列说法正确的是（　　） A.瓶内酒精燃烧越充分，酒精热值越大 B.纸筒飞出过程中机械能转化为内能 C.纸筒飞出相当于热机工作时的做功冲程 D.火箭模型点火方式与柴油机相同 7.礼宾花结构如图所示，旋转纸筒时，气阀打开，气罐中的压缩空气喷射而出，将纸筒内的彩纸屑和彩条高高喷出，形成缤纷绚丽的景象。从能量转化角度看，礼花彩条被喷出的过程与图中内燃机的哪个冲程相同（ ） A. B. C. D. 8.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，瓶内气体内能减小 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% 9.【探究名称】做功与物体内能变化的关系。 【实验器材】气压式喷雾器、数字式温度计、小叶轮等。 【问题】做功与物体内能的变化存在怎样的关系？ 【证据】 （1）用温度计测出气压式喷雾器内气体的温度，如图甲所示。 （2）关闭喷嘴处的阀门，接着用手按压活塞快速打气，并用温度计测出喷雾器内气体的温度，如图乙所示。 （3）打开喷嘴处的阀门，迅速放出喷雾器内一部分气体，并用温度计测出喷雾器内气体的温度，如图丙所示。 【解释】（1）该实验通过_____________来反映气体内能的变化，这里应用了________法。 （2）用手按压活塞快速打气的目的是______________________。 （3）打开喷嘴处的阀门，迅速放出喷雾器内一部分气体时，喷雾器前的小叶轮转动，此时气体的内能转化为小叶轮的__________。 【结论】（1）比较________两图可知，外界对气体做功，气体内能增大。 （2）比较________两图可知，气体对外界做功，气体内能减小。 【交流】（1）汽油机是汽车的“心脏”，其中_________冲程将机械能转化为内能。 （2）如图甲、乙所示，是我们课堂演示的两个实验，与此冲程原理相同的是_________实验。 10.热机发明后，一直在持续的改进和发展中。 材料一：1769年，法国人居纽制造出蒸汽机推动的三轮汽车（图甲），传统蒸汽机的燃料在汽缸外部燃烧（图乙）。 材料二：1862年，法国人德罗夏提出内燃机（内燃指燃料在汽缸内燃烧）的四冲程循环理论：①汽缸向外运动造成的真空将混合气体燃料吸入汽缸；②通过汽缸向内运动对进入汽缸里的燃料进行压缩；③高压燃烧气体产生巨大爆发力；④将已经燃烧的废气从汽缸中排出。 材料三：1876年，德国人奥托制造出以四冲程为依据的燃气内燃机，利用飞轮的惯性使四冲程自动实现循环往复。 阅读上面材料，回答下列问题： （1）传统蒸汽机的燃料在汽缸________（选填“外”或“内”）部燃烧； （2）图丙所示是将________能转化为________能； （3）根据材料知道热机一个工作循环有四个冲程，请你判断图丁中表示的是________冲程； （4）小锦同学阅读了某牌号汽车发动机说明书后，将内燃机的能量流向制成如图戊所示的图表，该车行驶时所受阻力f和车速υ的关系如图己所示。请根据图戊给出的信息，该汽油机的效率为________%；汽车按此效率以50 km/h的速度行驶1h， 耗油约为________kg（保留2位小数）。（汽油的热值为4.6×107J/kg） 第 1 页 共 32 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4节 跨学科实践：制作简易热机模型 ( 模型破解 规范思维路径，强化科学逻辑 …………………………………………………… … ………… 01 ~ 32 模型 0 1. 简易热机模型的原理 …………………………………………………………………………… 01 模型02. 简易热机模型的能量的转化 …………………………………………………………………… 04 模型03. 简易热机模型的构造与应用 …………………………………………………………………… 07 模型04. 简易热机模型 —— 取火器 ……………………………………………………………………… 09 模型05. 简易热机模型 —— 纸风车 ……………………………………………………………………… 12 模型0 6 . 简易热机模型 —— 水火箭 ……………………………………………………………………… 14 模型0 7 . 简易热机模型 —— 蒸汽机 ……………………………………………………………………… 17 模型0 8 . 简易热机模型 —— 电火花发生器 ……………………………………………………………… 20 模型 09 . 简易热机模型 —— 其他简易热机 ……………………………………………………………… 22 模型1 0 . 简易热机模型的制作 …………………………………………………………………………… 25 模型1 1 . 简易热机模型的综合应用与改进 ……………………………………………………………… 2 9 真题演练 熟悉考试形式，提升实战能力 ………… …… ……………………………………… … ……… 32 ~ 37 分层练测 实现精准提效，最终整体达标 ………………………………………………………………… 37 ~ 49 基础夯实 …………………………………………………………………………………… 37 ~ 43 培优拔高 …………………………………………………………………………………… 43 ~ 49 ) 模型01.简易热机模型的原理 ( 技巧： 简易热机模型的核心逻辑是 ‌ 利用 气体受热膨胀对外做功 ‌ ，将 内能 转化为 机械能 ，常见的试管 类 热机、简易汽轮机都遵循这个能量转化规律。 试管 类 热机 ： 加热使管内水蒸气 / 空气内能增加，压力推开橡皮塞， 内能转化为塞子的机械能 。 简易汽轮机： 酒精燃烧将 化学能转化为水蒸气内能 ，高温蒸汽推动叶轮转动，实现 内能到机械能的转化 。 ‌‌‌ 关键对应 ‌： 模拟四冲程内燃机中的 ‌ 做功冲程 ‌ （内能转化为机械能），无吸气、压缩、排气 循环 。 ) ( 口诀： 燃料燃烧化内能，水蒸气热去膨胀； 气体对外做机械，模拟做功冲程样。 提醒： 简易模型 ‌ 不是完整热机循环 ‌ ，只体现 “ 做功 ” 单一环节，切勿混淆为四冲程全过程。 水沸腾时温度 ‌ 保持不变 ‌ ，但持续吸热产生蒸汽，此点常结合物态变化考查。 ‌‌ ) 【例1】如图甲所示，给试管内水加热至一定程度，发现试管口木塞会被推出。给水加热是通过_________的方式使水的内能增加；木塞被推出后水蒸气的内能________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。四冲程内燃机的________冲程与上述实验木塞被推出过程的能量转化相同。同理我们制作的简易汽轮机模型，如图乙所示，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，也是内能转化为_________。 【答案】（1）热传递 ；减小 ；做功 【解析】（1）用酒精灯加热水的过程中，水从酒精灯火焰吸收热量，是通过热传递的方式使水的内能增加的； 软木塞冲出试管口时，水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，则水蒸气内能变小； 四冲程内燃机在做功冲程中燃气的内能转化为活塞的机械能，与木塞被推出过程中能量的转化相同，所以内燃机的做功冲程与这个原理相同。 汽轮机模型工作过程中，首先酒精燃烧，将酒精的化学能转化为内能，使水的温度升高，产生大量水蒸气。然后水蒸气从笔的尖端喷出，推动扇叶转动，将水蒸气的内能转化为扇叶的机械能。 故答案为：热传递；减小；做功；机械能。 【变式1-1】如图所示是小洋同学自制的简易热机模型，他在空易拉罐底部钻一个小孔，向易拉罐内喷入少量酒精并盖上纸杯，用打火器从底部小孔点火后，酒精燃烧，纸杯飞出。下列有关说法正确的是（　　） A.酒精燃烧越充分，其热值就越大 B.气体推动纸杯飞出过程的能量转化与汽油机的做功冲程相同 C.纸杯飞出去时，易拉罐内气体的内能增大 D.通过改进简易热机模型的结构，其效率可达100% 【答案】B 【解析】A.热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料是否完全燃烧无关，酒精的热值是固定的，不会因为燃烧得更充分而变大，故A错误； B.气体推动纸杯飞出时，易拉罐内燃气的内能转化为纸杯的机械能，这与汽油机做功冲程中内能转化为机械能的能量转化是相同的，故B正确； C.纸杯飞出去时，易拉罐内的气体对纸杯做功，内能转化为纸杯的机械能，所以气体的内能会减小，故C错误； D.热机在工作过程中，总会有能量损失，例如燃料不完全燃烧、热量散失到空气中、废气带走热量等，所以热机的效率不可能达到100%，故D错误。 故选B 【变式1-2】如图所示是科技小组制作的实验装置，燃料燃烧将试管中的水加热后，水蒸气从橡皮塞小孔冲出推动风车转动，下列说法正确的是（　　） A.在这个实验中，燃料的化学能直接转化为风车的机械能 B.在这个实验中，燃料燃烧产生的热量完全传给了水和水蒸气 C.在这个实验中，水蒸气的内能全部转化成风车的机械能 D.这个实验基本展示了蒸汽机的工作原理，蒸汽机属于热机的一种 【答案】D 【解析】A.在这个实验中，燃料的化学能转化为内能，内能再转化为风车的机械能，故A错误； B.在能量转化过程中会有能量的损耗，燃料燃烧产生的热量不能完全传给了水和水蒸气，故B错误； C.在能量转化过程中会有能量的损耗，水蒸气的内能不能全部转化成风车的机械能，故C错误； D.在四冲程的热机中，做功冲程是内能转化为机械能的冲程，试管内水蒸气的内能可以转化为塞子的机械能，与做功冲程相同，故该实验基本展示了蒸汽机的工作原理，故D正确。 故选D。 【变式1-3】在制作简易热机模型的活动中，小星和小葱同学分别展示了自己制作的热机模型，并进行了相关的研究。 （1）图甲是小星设计的蒸汽机模型。密封的易拉罐装有适量的水，利用酒精灯加热，当有蒸汽喷出时，手中的风车转动。此过程的能量转化：化学能→_________→_________；该模型存在的不安全因素是________________________________； （2）图乙是小葱制作的内燃机模型。用喷雾器往瓶内喷入适量酒精，启动电子打火器点燃酒精，活塞瞬间弹出。这个热机模型中，工作物质是_________，电子打火器相当于汽油机的___________； （3）同学们了解到，蒸汽机比内燃机的效率低很多，其主要原因是____________________________。 【答案】（1）内能；机械能；易拉罐可能因压强过大而爆炸；（2）酒精；火花塞；（3）蒸汽机的废气带走了大量的能量 【解析】（1）酒精灯燃烧酒精，将化学能转化为内能（加热水汽化成水蒸气）；水蒸气喷出推动风车转动，将内能转化为机械能。 用酒精灯加热密封的易拉罐，内部蒸汽压强增大，容易导致易拉罐炸裂，存在安全隐患。 （2）热机中参与能量转化的物质是酒精（酒精被喷成雾状，点燃后发生能量转化）。 汽油机的火花塞在压缩冲程末产生电火花，点燃汽油和空气的混合物，而电子打火机在这里起到了点燃酒精的作用，相当于汽油机的火花塞。 （3）蒸汽机的废气带走大量能量（内能），能量损耗多；而内燃机的能量利用更集中，因此蒸汽机效率远低于内燃机。其主要原因是蒸汽机的废气带走了大量的能量（或能量损耗大）。 模型02.简易热机模型的能量的转化 ( 技巧： 简易热机模型的核心能量转化分为两个核心阶段： 初始转化 ‌ ： 燃料燃烧时，将自身的 ‌ 化学能 ‌ 转化为工作物质 （如水蒸气、燃气）的 ‌ 内能 ‌ 。 最终转化 ‌ ： 高温高压的工作物质膨胀对外做功，将 ‌ 内能 ‌ 转化为对外输出的 ‌ 机械能 ‌ ，比如推动塞子、活塞运动。 口诀： 热机本领强，化学先转内， 再转机械能，动力往外闯。 提醒： 能量守恒是绝对成立的，热机效率低只是部分能量未转化为有用机械能，并非能量消失。 简易模型没有压缩冲程，不存在 “ 机械能 → 内能 ” 的前置压缩步骤，直接跳过该环节。 ) 【例2】如图是同学们制作的一个简易热机模型。在易拉罐内装适量水，瓶口密封安装的吸管正对着小风扇。点燃下方的蜡烛，小风扇转动起来。下列说法正确的是（　　） A.罐内的水在加热过程中，温度升高，所含的热量增加 B.该过程的能量转化与热机做功冲程的能量转化相同 C.通过改进热机模型的结构，其效率可达100% D.蜡烛用掉一部分后，蜡烛的热值变小 【答案】B 【解析】A.热量是过程量，不能说物质所含的热量增加，故A错误； B.点燃易拉罐下面的酒精灯，当有水蒸气喷出时，扇叶就转动起来，水蒸气喷出推动扇叶转动，内能转化为机械能；该过程的能量转化与热机做功冲程的能量转化相同，都是将内能转化为机械能，故B正确; C.通过改进热机模型的结构，由于存在热损失，其效率小于100%，故C错误； D.热值是燃料的一种特性，蜡烛用掉一部分后，蜡烛的热值不变，故D错误。 故选B。 【变式2-1】在学习完《热机》后，某同学设计了实验来演示热机的工作原理，如图所示，用酒精灯加热试管使水沸腾，水蒸气驱动叶轮转动，下列关于该实验分析正确的是（　　） A.加热试管使水沸腾，是通过做功的方式改变水的内能 B.叶轮转动时，水蒸气的内能转化为叶轮的机械能 C.加热过程中，酒精灯中的酒精内能不变，热值变小 D.增大酒精灯的火焰，可提高该装置的效率 【答案】B 【解析】A.加热试管使水沸腾，酒精灯火焰的热量传递给水，是通过热传递的方式改变水的内能，而不是做功，故A错误； B.水蒸气驱动叶轮转动时，水蒸气对外做功，将内能转化为叶轮的机械能，这正是热机的工作原理，故B正确； C.加热过程中，酒精灯内的酒精燃烧，内能减少；热值是燃料的特性，与燃料质量无关，因此酒精的热值不变，故C错误； D.增大酒精灯的火焰，虽然会使水吸收更多热量，但同时热量可能散失也会增加，装置的效率不一定提高，故D错误。 故选B。 【变式2-2】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 【答案】D 【解析】A.热值是燃料的特性，与质量无关。酒精用掉一部分后，剩余酒精的热值不变，故A错误； B.用酒精灯给水加热，是通过热传递的方式增加水的内能，故B错误； C.蒸汽推动活塞时，水蒸气的内能大部分转化为活塞的机械能，但会有热量损失、克服摩擦等损耗，不可能全部转化，故C错误； D.蒸汽推动活塞向下运动时，内能转化为机械能，这与汽油机的做功冲程（内能转化为机械能）的能量转化形式相同，故D正确。 故选D。 【变式2-3】跨学科实践：小明在学习热机知识的基础上，准备制作一个简易热机模型。以下是部分方案内容，请你补充完整。 （1）项目分析：选择适合作为热源的物质，如酒精灯，酒精燃烧时将________能转化为________。 （2）项目实施：组装铁架台，放置烧瓶和酒精灯，调试叶轮的位置，使烧瓶口的“L”形导管出口正对叶片，如图所示。点燃酒精灯，当大量白气从导管口喷出时，观察到叶轮转了起来。 （3）展示交流：汽轮机工作时，水蒸气内能减小，温度会________；如果想提高此汽轮机效率，可以采用的方法有：___________________________________________（写出一条即可）。 【答案】（1）化学；内能；（3）降低；给叶轮转轴部分加润滑油减小转动摩擦 【解析】（1）酒精燃烧过程中，酒精的质量变小，产生了高温火焰，故此过程中是酒精的化学能转化为内能。 （3）汽轮机工作时，水蒸气从导管口喷出推动叶轮转动，水蒸气对外做功，其内能减小，温度会降低。 提高汽轮机效率，即提高能量的转化效率，减少能量损失。从结构角度考虑，给烧瓶增加保温层可以减少热量散失，使更多的内能用于产生水蒸气推动叶轮，从而提高效率；从做功角度考虑，给叶轮转轴部分加润滑油减小转动摩擦，可以减少克服摩擦力等做的功，增大有用功所占比例，也可以提高效率。 模型03.简易热机模型的构造与应用 ( 技巧： 简易热机模型核心由 ‌ 热源 、 工质容器（锅炉） 、 喷嘴 / 活塞 、 动力输出件（叶轮或连杆飞轮）及支架 ‌ 五部分构成，通过加热工质（水蒸气或空气）膨胀做功实现 “ 内能 → 机械能 ” 转化。 简易热机模型无工业动力应用价值，核心用于 ‌ 物理教学演示、科学实践探究及原理验证 ‌ 。 ‌‌ 口诀： 材料选 ‌ ：易拉罐配酒精灯，笔管做嘴风扇转 。 制作要 ‌ ：孔位对齐胶封严，水量适中不漫边 。 运行看 ‌ ：蒸汽喷推叶轮转，内能变机是关键 。 安全记 ‌ ：防烫防喷远火源，实验做完先断电 。 提醒： 操作安全 ‌ ：酒精喷雾仅喷 2~3 次，用量过多易引发爆燃；加热后罐体温度极高，避免直接触碰，防止烫伤。 效果优化 ‌ ：用酒精灯外焰加热，可通过包裹罐体减少散热、优化喷嘴口径，提升蒸汽喷出速度，让风扇转动更稳定。 ) 【例3】中国现代交通运输发展情况总体呈现出显著的提升和进步。下列交通或运输工具中，动力设备不是热机的是（　　） A.C919客机 B.载重汽车 C.纯电动汽车 D. 远洋货轮 【答案】C 【解析】A.C919客机使用航空燃油发动机，通过燃烧燃料产生动力，将内能转化为机械能，属于热机，故A不符合题意； B.载重汽车通常使用柴油或汽油发动机，将内能转化为机械能，属于热机，故B不符合题意； C.纯电动汽车使用电动机驱动，将电能转化为机械能，不是利用内能工作的机器，故不是热机，故C符合题意； D.远洋货轮通常使用大型柴油发动机或涡轮机，通过燃料燃烧提供动力，将内能转化为机械能，属于热机，故D不符合题意。 故选C。 【变式3-1】如图是小明设计的简易实验装置，用手握住烧瓶的外壁，会看到液柱向左移动。这是因为空气受热膨胀对液柱做功，此能量转化过程与热机的________冲程原理相同。 【答案】做功 【解析】瓶内的空气受热膨胀对液柱做功，将内能转化为机械能，热机的做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，所以，此能量转化过程与热机的做功冲程原理相同。 【变式3-2】如图是课外兴趣小组制作的“蒸汽船”模型，在铜制容器中盛有一定量的水之后安装在“船体”上，用蜡烛对铜质容器底部加热，一段时间后铜质容器内水温升高产生蒸汽，铜管会向右喷出蒸汽，“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.“蒸汽船”运动时能量转化与热机做功冲程相同 C.水在沸腾时会有热量的散失，所以能量不守恒 D.“蒸汽船”在向左运动时主要将机械能转化为内能 【答案】B 【解析】A.蜡烛燃烧放出的热量被水吸收，使水的内能增大，这是通过热传递的方式改变水的内能，故A错误； BD.当铜管向右喷蒸汽时，“船体”向左运动，这个过程的能量转化是内能转化为机械能。这与热机做功冲程的能量转化相同，故B正确，D错误； C.水在沸腾时，一部分水吸收热量变为水蒸气，剩余的水内能减小，但水和水蒸气总的能量不变，符合能量守恒定律，故C错误。 故选B。 【变式3-3】如图所示是一个四冲程柴油机的剖面图，下列关于柴油机和汽油机工作的相关说法正确的是（　　） A.柴油机和汽油机吸气冲程吸进的都是空气 B.除了做功冲程外，其余冲程都需要依靠曲轴的惯性完成 C.柴油机顶部的喷油嘴可以替换成火花塞 D.柴油机和汽油机气缸内的燃料都是点燃的 【答案】B 【解析】A.柴油机在吸气冲程吸进的是空气，汽油机在吸气冲程吸进的是汽油和空气的混合物，故A错误； B.四冲程内燃机包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程。做功冲程是将内能转化为机械能，使机器获得动力；而吸气、压缩、排气冲程靠曲轴的惯性来完成，故除了做功冲程外，其余冲程都需要依靠惯性完成，故B正确； C.柴油机顶部是喷油嘴，在压缩冲程结束时，喷油嘴向气缸内喷入雾状柴油，遇到高温高压的空气而燃烧；汽油机顶部是火花塞，在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使汽油和空气的混合物剧烈燃烧。二者结构和点火方式不同，柴油机顶部的喷油嘴不能替换成火花塞，故C错误； D.汽油机气缸内的燃料是通过火花塞产生电火花点燃的，属于点燃式；而柴油机气缸内的燃料是在压缩冲程末，由喷油嘴喷入雾状柴油，遇到高温高压空气自行燃烧的，属于压燃式，故D错误。 故选B。 模型04.简易热机模型——取火器 ( 技巧： ‌ 迅速推杆 = 对气体做功 → 机械能转内能 → 温度达着火点 → 对应内燃机 “ 压缩冲程 ” ‌ 。 ‌‌ ‌ 能量转化路径 ‌ ： 外力猛推活塞（机械能） → 压缩筒内空气做功 → 空气内能增大、温度升高 → 达到艾绒着火点燃烧。 ) ( ‌ 冲程对应关系 ‌ ： 该过程能量转化（机械能 → 内能）与四冲程内燃机的 ‌ 压缩冲程 ‌ 完全一致；若模型是燃气推动物体飞出 / 转动（内能 → 机械能），则对应 ‌ 做功冲程 ‌ 。 ‌ 改变内能方式 ‌ ： 取火器属于 ‌ 做功 ‌ 改变内能（非热传递）；关键特征是 “ 迅速 ” 压缩，导致热 量来不及散失 。 ‌‌ 口诀： 推筒压气功变内，对应压缩冲程对， 燃绒化内别搞混，热值不把效率提。 提醒： 纸杯飞出 / 蒸汽推动是 “ 做功冲程 ” （内能转机械能）；推杆取火是 “ 压缩冲程 ” （机械能转内能），二者能量转化方向相反。 ‌‌ ) 【例4】李辉同学在家庭实验室中做了如图所示的实验，他在塑料胶卷盒的盖子上开了一个小圆孔，然后将电子打火器伸进圆孔并套紧，向胶卷盒里滴入2滴酒精，稍过几秒钟，待酒精汽化后，手握电子点火器，使胶卷盒指向空旷的地方，按动电子点火器，产生电火花，胶卷盒盖被弹到很远的地方；重新向胶卷盒里装入等量的2滴汽油，经过同样的过程，胶卷盒盖被弹到更远的地方。 （1）塑料胶卷盒盖弹出很远的原因是：________对______________做功，________能转化为________能。 （2）若实验中发现燃烧与酒精同样多的汽油总能使胶卷盒盖弹得更远，则这个实验可说明：____________________________。 （3）你认为该实验过程类似于汽油机工作时的________冲程。 【答案】（1）气体；塑料胶卷盒盖；内；机械；（2）汽油的热值比酒精的热值大；（3）做功 【解析】（1）酒精燃烧后产生的高温高压的燃气，体积膨胀，对塑料胶卷盒盖做功； 将内能装化为塑料胶卷盒盖的机械能，使胶卷盒飞出很远； （2）相同质量的汽油和酒精完全燃烧，汽油放出的热量比酒精放出的热量多，转化成的机械能多，由Q=mq可知汽油的热值比酒精的热值大； （3）汽油机工作时的做功冲程，将内能转化为机械能，该实验过程是将内能转化为机械能，所以该实验过程类似于汽油机工作时的做功冲程。 【变式4-1】如图所示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，关于这个过程，下列说法正确的是（　　） A.套筒内空气被压缩时其内能不变 B.艾绒燃烧时，内能转化成化学能 C.与热机工作过程中的压缩冲程原理相似 D.主要利用了热传递来改变套筒内空气的内能 【答案】C 【解析】AD.封闭的气体被推杆压缩过程中，活塞对气体做功，所以气体内能增加，则温度升高，达到艾绒的着火点，使艾绒着火达到取火的目的，故AD错误； B.艾绒燃烧时，化学能转化为内能，故B错误； C.此过程中是机械能转化为内能，与热机的压缩冲程的能量转化相同，故C正确。 故选C。 【变式4-2】如图为我国古代劳动人民的智慧成果“取火器”的模型图，把木质推杆迅速推入内壁光滑的牛角套筒时，杆前端的艾绒立刻燃烧起来。问： （1）从能量转化的角度解释艾绒燃烧的原因； （2）点燃艾绒的过程与四冲程柴油机哪个冲程的工作原理相同。   【答案】（1）见解析；（2）见解析 【解析】（1）封闭的气体被推杆压缩过程中，推杆对气体做功，所以气体内能增加，则温度升高，达到艾绒的着火点，使艾绒着火达到取火的目的； （2）此过程中是机械能转化为内能，与汽油机的压缩冲程的能量转化相同。 【变式4-3】如图所示是我国古代劳动人民发明的取火器模型。先把干燥的艾绒固定在木制推杆的前端，然后将木制推杆迅速推入牛角套筒，使杆前端的艾绒温度升高达到艾绒的着火点，艾绒便燃烧起来。在这个过程中能量转化情况与内燃机哪一个冲程的能量转化情况相同（ ） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】将木制推杆迅速推入牛角套简，推杆对筒内空气做功，将机械能转化为筒内空气的内能，从而使筒内空气温度升高，达到艾绒的着火点，点燃艾绒。内燃机压缩冲程将机械能转化为内能，故该过程中能量转化情况与内燃机压缩冲程的能量转化情况相同。 A.图中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，为吸气冲程，故A不符合题意； B.图中两气门均关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，故B符合题意； C.图中两气门均关闭，活塞向下运动，火花塞点火，为做功冲程，该冲程中内能转化为机械能，故C不符合题意； D.图中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，为排气冲程，故D不符合题意。 故选B。 模型05.简易热机模型——纸风车 ( 技巧： ‌ 锁 定 “ 内能 → 机械能 ” 转 化本 质 ， 对应 汽油机 “ 做功冲程 ” ，并区分 “ 白气 ” 为 液化 现 象而非 扩 散 ‌ 。 ‌‌ ‌ 能量转化链条 ‌ ： 燃料化学能 → （燃烧） → 内能（传递给水） → 水蒸气内能 → （推动风车） → 风车机械能；全程说明热机是将 ‌ 内能转化为机械能 ‌ 的装置 。 ‌ 冲程对应关系 ‌ ： 水蒸气推动风车旋转的过程，等同于四冲程内燃机的 ‌ 做功冲程 ‌ （两者均为内能转机械能）。 ‌ 关键现象辨析 ‌ ： 管口冒出的 “ 白气 ” 是水蒸气遇冷 ‌ 液化 ‌ 形成的小水滴， ‌ 不是 ‌ 扩散现象，也 ‌ 不是 ‌ 水蒸气本身 。 ‌ 热源与工作物质 ‌ ： 实验中热源通常为 ‌ 酒精灯 ‌ （或蜡烛），工作物质是 ‌ 水蒸气 ‌ （注意：白气不是工作物质）。 ‌‌ 口诀： 火沸蒸云逐叶轻， 内能化得转轮行。 白气非汽功冲程， 效满百时本不成。 提醒： 白气误区 ‌ ： “ 白气 ” 不是水蒸 气（肉眼不可见），而是水蒸气遇冷 ‌ 液化 ‌ 形成的宏观小水滴。 ‌ 沸腾特征 ‌ ：水沸腾时吸热但 ‌ 温度不变 ‌ ，持续汽化导致 ‌ 内能增大 ‌ 、质量减小。 ‌ 改进措施 ‌ ：若风车转动慢或延迟，可 ‌ 换高热值燃料 ‌ 、 ‌ 减小管口与风车距离 ‌ 或 ‌ 密封减漏 ‌ 。 ‌‌ ) 【例5】热机是人们获得动力的重要机械，例如燃油汽车中的汽油机、大型轮船使用的柴油机或汽轮机、有些飞机使用的喷气发动机等。热机在生产生活中非常重要，为了更好地了解热机的工作原理，某小组制作一个热机模型。在测试模型的过程中，有同学提出如果换用乙醇蒸气来驱动风车，效果是否会优于水蒸气，于是用如图所示装置进行实验。在桌面上点燃酒精灯，然后分别加热一支悬挂着的装着水的试管，在试管口放一个风车，将水加热至沸腾，使水蒸气喷到风车叶片上；接下来的操作是应换用装有________的试管，用________（选填“相同”或“不同”）的酒精灯加热至乙醇沸腾，使乙醇蒸气喷到风车叶片上。对比两种蒸气推动风车叶片转动的转速，若__________________________，则说明用乙醇蒸气驱动风车的效果不如水蒸气驱动风车的效果。（注：本实验选用的乙醇浓度为15%，不易燃，不易爆炸） 【答案】乙醇；相同；乙醇蒸汽推动风车叶片转动的转速比水蒸气推动的慢 【解析】根据控制变量法，应控制其他因素相同，只改变试管内液体的种类，用相同的酒精灯加热，对比两种蒸气推动风车叶片转动的转速，即可比较两种蒸气驱动风车的效果。故接下来的操作是：应换用装有乙醇的试管，用相同的酒精灯加热至乙醇沸腾，如果乙醇蒸气推动风车叶片转动的速度比水蒸气推动时慢，表明用乙醇蒸气驱动风车的效果不如水蒸气驱动风车的效果。 【变式5-1】如图所示，一个纸风车放在点燃的酒精灯火焰上方，风车会转动起来。在整个过程中是由酒精的_________能最终转化为风车的_________能。 【答案】化学；机械（动） 【解析】酒精燃烧，化学能转化成内能，火焰上方空气加热后体积膨胀，空气密度变小，在浮力的作用下，会向上运动，流动的空气吹动风车转动，使风车得到动能，因此是酒精的化学能最终转化成了风车的机械能（或动能）。 【变式5-2】如图所示，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 【答案】D 【解析】A.水在沸腾过程中，不断吸收热量，水的内能增大，故A错误； B.水在沸腾过程中，水的比热容不变，故B错误； C.玻璃管口冒出的“白气”是水蒸气液化形成的小水珠，故C错误； D.“白气”使风车转动过程中，水蒸气的内能转化为风车的机械能，汽油机的做功冲程中，燃气推动活塞做功，燃气的内能转化为活塞的机械能，两者原理相同，故D正确。 故选 D。 【变式5-3】早在八百多年前，我国就发明了流行于民间的走马灯如图甲所示。如图乙点燃走马灯内的蜡烛，纸筒内部的空气温度升高，体积膨胀，密度变________（选填“大”或“小”）而上升，形成气流，驱动纸筒顶部的纸风车和固定在转轴上的纸马转动。该过程中，空气的________能转化为风车的机械能，这与四冲程汽油机________冲程的能量转化情况相同。若一汽油机曲轴的转速为1800r/min，则该汽油机1s对外做功________次。 【答案】小；内；做功；15 【解析】点燃蜡烛，上方的空气吸收热量，温度升高体积膨胀，密度变小，密度小的热空气上升，形成对流，吹动扇叶转动。 该过程中，空气的内能转化为风车的机械能，这与汽油机的做功冲程的能量转化情况相同。 汽油机曲轴的转速为： 1800r/min=30r/s 即汽油机的曲轴每秒转30圈，由于汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次，所以该汽油机1s对外做功15次。 模型06.简易热机模型——水火箭 ( 技巧： 基础原理类 ‌ ：核心围绕 ‌ 力的作用是相互的（牛顿第三定律） ‌ 、反冲运动作答，区分 “ 相互作用力 ” 与 “ 平衡力 ” 的差异，明确水火箭升空的直接动力是喷出的水对箭体的反作用力。 能量转化类 ‌ ：打气过程是机械能转化为内能，水喷出阶段是瓶内气体的内能转化为火箭和水的机械能，注意升空过程中箭体质量随喷水减少，不能直接判定 机械能一定增大。 口诀： 打气压缩能增内，喷水做功内转机； 反冲升空力互作，对应热机做功程。 提醒： 不要混淆 “ 燃气推进热机 ” 和水火箭的差异，水火箭无燃烧过程，动力来自压缩空气的内能，不属于传统燃料热机。 分析机械能变化时，必须考虑箭体喷水导致的质量减少，不能默认质量不变直接判定动能、重力势能一定增大。 ) 【例6】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 【答案】B 【解析】A.吸气冲程中进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下端运动，气体的体积增大，压强减小，故A不符合题意； B.压缩冲程中进气门和排气门关闭，活塞向上运动，气体的体积减小，压强增大，故B符合题意； C.做功冲程中进气门和排气门关闭，活塞向下运动，气体的体积增大，压强减小，故C不符合题意； D.排气冲程中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸，压强接近大气压，故D不符合题意。 故选B。 【变式6-1】如图所示，为某科技小组发射水火箭的过程，可乐瓶内的水向后喷出，水火箭就向上飞出，这一现象说明了力的作用是__________；从能量转化角度来看，水火箭的机械能是由高压气体的________能转化来的，这一过程的能量转化与汽油机的________冲程能量转化方式相同。 【答案】相互的；内；做功 【解析】可乐瓶内的水向后喷出，火箭对水施加了向下的作用力，同时，水对火箭施加了向上的作用力，水火箭就向上飞出，这一现象说明了力的作用是相互的。 从能量转化角度来看，水火箭内的高压气体体积膨胀将水喷出，对水和水火箭做功，水火箭的机械能是由高压气体的内能转化来的。 汽油机的做功冲程中，缸内气体推动活塞做功，将内能转化为机械能，与高压气体推动水火箭升空时的能量转化方式相同。 【变式6-2】2025年4月24日是第十个中国航天日。小振用可乐瓶制作出水火箭，如图所示，先在瓶里装适量水，旋紧瓶塞，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，用打气筒往瓶里打足气，打开阀门后，水从金属管向下喷出，水火箭竖直向上飞向空中。下列分析正确的是（　　） A.水火箭上升过程中，水火箭瓶内气体的内能在不断增加 B.水向下喷出时，通过热传递的方式减小了瓶内空气的内能 C.升空时，水火箭内气体对水向下的力与水对它向上的力是一对平衡力 D.打气筒将空气压入水火箭内的能量转化与汽油机的压缩冲程相同 【答案】D 【解析】A.水火箭上升过程中，水从金属管向下喷出，气体的内能转化为火箭的机械能，所以水火箭瓶内气体的内能在不断减小，故A错误； B.水向下喷出时，气体的内能转化为火箭的机械能，通过做功的方式减小了瓶内空气的内能，故B错误； C.升空时，水火箭内气体对水向下的力的受力物体是水，水对水火箭向上的力的受力物体是水火箭，两个力的受力物体不是相同物体，所以不是一对平衡力，故C错误； D.打气筒将空气压入水火箭内的能量转化是将机械能转化为空气的内能，汽油机的压缩冲程是将机械能转化为汽缸内气体的内能，所以打气筒将空气压入水火箭内的能量转化与汽油机的压缩冲程相同，故D正确。 故选D。 【变式6-3】打气后的可乐瓶可制成“水火箭”。研究表明：水火箭射程与瓶内液体占总体积比例、瓶内气压和瓶内液体质量等因素有关。为研究水火箭射程与瓶内液体质量的关系，某兴趣小组通过只改变液体的密度来改变其质量，并用图甲装置和有关测量工具进行如下实验。 ①取一可乐瓶作为水火箭内胆，瓶内装入体积为V的水，将其放置在已固定好的发射架上；②用打气筒给水火箭打气，当瓶内气压为p时，打开开关发射；③测出水火箭的射程，多次实验取平均值；④用食盐和水配制A、B、Ｃ三种密度不同的溶液，均取体积为V的溶液替换水，重复上述步骤①②③实验结果如图乙所示。 （1）打气时，瓶内气体内能________，打开开关，水火箭发射，此过程能量转化关系类似于汽油机中________冲程； （2）一定温度下，用足量的食盐和水配制溶液，若充分溶解后观察到有食盐沉淀在下方，则溶液密度达到________，在体积相同时，___________也最大； （3）本实验结论：相同条件下，瓶内液体质量越________，水火箭射程越远； （4）某同学认为本实验用相同装置，可只用水进行实验，通过改变水的体积来改变质量更方便。该同学的观点________（正确/错误），理由：________________________。 【答案】（1）变大；做功；（2）最大；液体质量；（3）大；（4）错误；见解析 【解析】（1）打气时，瓶内气体被做功，内能增大；打开开关，水火箭发射，此过程能量转化关系类似于汽油机中做功冲程，均是将内能转化为机械能。 （2）一定温度下，用足量的食盐和水配制溶液，若充分溶解后观察到有食盐沉淀在下方，说明溶液已经饱和，则溶液密度达到最大，根据m=ρV，在体积相同时，液体质量也最大。 （3）根据m=ρV，在体积相同时，液体密度越大，液体质量也越大。结合图乙可知，相同条件下，瓶内液体质量越大，水火箭射程越远。 （4）只用水进行实验，通过改变水的体积来改变质量的同时瓶内液体占总体积比例也发生改变，没有控制变量，所以该同学的观点错误。 模型07.简易热机模型——蒸汽机 ( 技巧： 核心考点： ‌ 能量转化链（化学能 → 内能 → 机械能） ‌ 、 ‌ 热传递改变内能 ‌ 、 ‌ 力的作用是相互的 ‌ 、 ‌ 类比内燃机做功冲程 ‌ 。 ‌‌ 能量转化 ‌ ： 燃料燃烧（ ‌ 化学能 → 内能 ‌ ） → 水吸热汽化（ ‌ 内能转移 ‌ ） → 蒸汽喷出推动物体（ ‌ 内能 → 机械能 ‌ ）。 ‌ 内能改变 ‌ ： 加热过程（如蜡烛 / 酒精灯加热水）属于 ‌ 热传递 ‌ ；蒸汽推动运动属于 ‌ 做功 ‌ 。 ‌ 运动原理 ‌ ： 蒸汽向后 / 侧喷出，物体向前 / 反向运动，依据是 ‌ 物体间力的作用是相互的 ‌ 。 ‌ 模型类比 ‌ ： 蒸汽推动叶轮 / 船体运动，对应四冲程内燃机的 ‌ 做功冲程 ‌ 。 ‌‌ 口诀： 加热热传递，喷气内变机； 反推船前行，等同做功冲 。 提醒： 铜管口的 “ 白气 ” 不是水蒸气，而是高温水蒸气遇冷液化形成的小水滴。 燃料燃烧是化学能 → 内能，蒸汽船前进是内能 → 机械能，不要把燃烧的能量转化方向写反。 蒸汽向右喷出，船向左运动，水对船的阻力方向向右，力的相互作用逻辑不能搞 反。 热值是燃料的固有特性，和燃烧是否充分、剩余质量多少无关 ，酒精燃烧过程中热值不会减小。 ) 【例7】如图是小明制作的汽轮机模型，在试管中装入适量的水，用酒精灯加热，水沸腾后产生的蒸汽就能冲击叶轮转动。在这一过程中，水蒸气的________能转化为叶轮的________能，这一过程与汽油机的________冲程作用相似。 【答案】内；机械；做功 【解析】水蒸气由水吸热汽化而成，水汽化时吸收热量，内能增大，当其从试管口喷出时，水蒸气冲击叶轮，对叶轮做功，使叶轮转动起来，即水蒸气的内能转化为叶轮的机械能。 此过程中，水蒸气的内能转化为叶轮的机械能，这与汽油机的做功冲程能量转化情况相同，做功冲程也是燃气内能转化为活塞的机械能。 【变式7-1】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 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 【答案】C 【解析】A.蒸发的快慢与液体温度、液体表面积、液体表面空气流动速度有关，温度越高，蒸发越快，故A正确，不符合题意； B.改变内能的方式有两种，分别是做功和热传递，由题意可知，水内能增大是通过热传递实现的，故B正确，不符合题意； C.比热容与物质的种类有关，与温度无关，所以温度升高，水的比热容不变，故C错误，符合题意； D.由题意可知，简易“蒸汽机”的能量转化是将内能转化为机械能，做功冲程是将内能转化为机械能，故D正确，不符合题意。 故选C。 【变式7-2】能量是物理学研究的永恒主题。从牛顿提出蒸汽机模型，到瓦特将之变成现实，再到后来的内燃机，热机的发展历程倾注了无数科学家的不懈努力。 （1）如图（a）中，水蒸气使叶轮转动，实现了______________的转化，该过程相当于图（b）中四冲程内燃机的_______冲程； （2）内能需要依靠燃烧燃料获得，为了提高对内能的利用效率，请说出一项图（b）相比图（a）的改进之处：_____。 【答案】（1）内能和机械能；做功；（2）将燃料燃烧过程改在热机内部进行 【解析】（1）由图可知，从玻璃管口喷出的水蒸气驱动叶轮转动，水蒸气会对叶轮做功，将水蒸气的内能会转化为风车的机械能；此过程与汽油机的做功冲程类似，在做功冲程中也是燃气的内能转化为活塞的机械能。 （2）（a）图燃料在外部燃烧，热损失多，效率低，（b）图燃料在气缸内部燃烧，热损失少，效率相对较高。 【变式7-3】如图是蒸汽机工作的原理示意图，关于蒸汽机的工作过程中所涉及的物理知识，下列说法正确的是（   ） A.燃料燃烧产生的内能全部转化为蒸汽的内能 B.汽缸内的蒸汽推动活塞做功，蒸汽的内能增大 C.汽缸内的蒸汽推动活塞做功，其能量的转化过程与汽油机的做功冲程一样 D.蒸汽机加装冷凝器，能减少废气带走的温度 【答案】C 【解析】A.燃料燃烧产生的内能仅仅只有一部分转化为蒸汽的内能，还有一部分热量散失了，还有一部分的内能转化为锅炉的内能，故A错误； B.汽缸内的蒸汽推动活塞做功，内能转化为机械能，蒸汽的内能减小，故B错误； C.汽缸内的蒸汽推动活塞做功，将内能转化机械能，其能量的转化过程与汽油机的做功冲程一样，做功冲程是膨胀的气体对外做功，将内能转化为机械能，故C正确； D.蒸汽机加装冷凝器，能减少废气带走的热量，而不是温度，故D错误。 故选C。 模型08.简易热机模型——电火花发生器 ( 技巧： 能量转化三步 ‌ ： 燃料（酒精）化学能 ​ 燃气内能 ​ 盒盖/纸筒机械能；严禁跳过 “ 内能 ” 直接写化学能转机械能。 ‌ 冲程判定依据 ‌ ： 只要出现 “ 点火后物体飞出 / 被推出 ” ，即为 ‌ 做功冲程 ‌ （内能 → 机械能）；若是 “ 压缩气体未点火 ” ，则为压缩冲程（机械能 → 内能）。 ‌ 内能变化判断 ‌ ： 气体 ‌ 对外做功 ‌ （推盖飞出），自身内能 ‌ 减小 ‌ ，温度降低；若题目问 “ 瓶口白雾成因 ” ，答 “ 气体降温使水蒸气液化 ” 。 口诀： 电火一点酒精燃，化学变内热冲天。 ‌ 气体膨胀推盖飞，内能转化机械能。 ‌ 对应做功这一冲，内能减小温降低。 ‌ 白雾出现因液化，水蒸气冷变水滴。 提醒： 热值误区：热值是燃料的特性，仅和燃料种类有关，酒精燃烧过程中热值不会变小。 热量表述：热量是过程量，不能描述物体 “ 含有/具有热量 ” ，只能说热传递过程中转移的热量。 效率误区：任何热机工作都存在摩擦、热量散失等损耗，效率不可能达到100%。 看参照物：以地面为参照物，飞出的盒盖 / 纸杯位置发生变化，属于 ‌ 运动状态 ‌ ，不是静止。 ) 【例8】如图所示，小明在科技节中展示了自己的作品。塑料瓶内装入少量的液态乙醚，待乙醚充满整个塑料瓶后，启动电子打火器，活塞瞬间向前飞出一段距离。活塞飞出的过程相当于热机的________冲程，该过程中乙醚燃烧产生的内能转化为活塞的________能。 【答案】做功；机械 【解析】塑料瓶内的乙醚燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞瞬间向前飞出一段距离，这与热机的做功冲程中燃气推动活塞做功的过程是相似的，所以活塞飞出的过程相当于热机的做功冲程。 在活塞飞出的过程中，乙醚燃烧释放出内能，高温高压的燃气推动活塞运动，使活塞获得了动能，也就是将乙醚燃烧产生的内能转化为了活塞的机械能。 【变式8-1】如图是小明同学设计的“燃气内能转化”的实验装置。把电火花发生器紧紧塞进塑料瓶侧边的小孔中，往瓶中喷入雾状酒精，在瓶口上盖一个塑料杯，按动电火花发生器按钮后，观察到塑料杯向上飞起，这个过程中高温高压燃气的内能转化为塑料杯的________能，它与四冲程内燃机的________冲程的能量转化相同。 【答案】机械；做功 【解析】内燃机的做功冲程中，燃料燃烧产生的高温高压气体推动活塞向下运动，内能转化为机械能。按动电火花发生器按钮后，高温高压燃气的内能转化为机械能，可以观察到塑料杯向上飞起，该过程中的能量转化与四冲程内燃机的做功冲程中的能量转化相同。 【变式8-2】电火花发生器点燃塑料盒内的酒精，酒精燃烧产生的燃气能将盒盖喷出很远，实验时在盒内滴入0.2g的酒精（q酒精=3×107J/kg）。对此实验过程，以下说法正确的是（　　） A.酒精燃烧将内能转化为化学能 B.燃气在喷出过程中内能增大 C.能量转化方式与汽油机的压缩冲程相同 D.酒精燃烧放出的热量可能小于6000J 【答案】D 【解析】A.酒精燃烧将酒精的化学能转化为内能，故A错误； B.燃气在喷出过程中，对外做功，燃气的内能减小,温度降低，故B错误； C.酒精燃烧产生的燃气膨胀做功，将盒盖喷出，燃气的内能转化为机械能，与汽油机的做功冲程相同，故C错误； D.酒精完全燃烧放出的热量为： Q放=mq酒精=0.2×10-3kg×3×107J/kg=6000J 但在实际的燃烧过程中，酒精不能完全燃烧，所以酒精燃烧放出的热量可能小于6000J，故D正确。 故选D。 【变式8-3】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，分析正确的是（　　） A.酒精不完全燃烧时热值变小 B.能闻到酒精的气味不能说明分子在永不停息的做无规则运动 C.燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的做功冲程 D.纸筒飞出后瓶内气体的内能不变，温度降低 【答案】C 【解析】A.热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料是否充分燃烧无关，酒精不完全燃烧时热值不变。故A错误； B.能闻到酒精的气味，是因为有酒精的“分子”飘到我们鼻子里，说明酒精分子在永不停息的做无规则运动，故B错误； C.内燃机压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程将内能转化为机械能，而燃气推动纸筒飞出的过程中将内能转化为机械能，因此燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的做功冲程。故C正确； D.瓶内气体对纸筒做功，气体的内能减小，温度降低，故D错误。 故选C。 模型09.简易热机模型——其他简易热机 ( 技巧： 实验现象类 ‌ ： 抓住 “ 热源 → 介质 → 做功部件 ” 的链条：酒精灯加热水是通过热传递增大内能，水蒸气作为核心介质喷出推动扇叶，本质是气体对外界做功，直接对应现象分析题。 改进优化类 ‌ ： 从增大气压、减少散热、提升动能利用率三个方向作答，比如用密封结构增大蒸汽压力、加保温材料减少热量散失、更换更细的喷管提升蒸汽流速。 误差分析类 ‌ ： 效率偏低的核心原因集中在热量散失到空气、蒸汽动能未充分利用、燃料燃烧不充分，按这个逻辑梳理即可覆盖绝大多数失分点。 口诀： 压缩冲程机转内，活塞上行温升高； 做功冲程内转机，燃气推活动力来； 其余冲程靠惯性，没有能量转化来。 ) ( 口诀： 压缩冲程机转内，活塞上行温升高； 做功冲程内转机，燃气推活动力来； 其余冲程靠惯性，没有能量转化来。 提醒： 热源、工作物质区分：题目中酒精灯、蜡烛是热源，水气/空气是工作物质，不要混淆两者的能量角色。 现象改进类答题方向：扇叶转得慢 / 启动晚，可从 ‌ 增大蒸汽冲击力、减小摩擦、加强燃料供氧 ‌ 三个角度作答，比如让喷口靠近扇叶、给装置通风保证氧气充足。 ) 【例9】小明制作了一艘“噗噗”船，其结构如图所示。启动前，先注入些水到蒸汽室，当蒸汽室的水被蜡烛火焰加热，随着水温升高，产生的水蒸气从管口喷出，发出“噗噗”的响声，船也会在水池中向前移动，此过程和汽油机的做功冲程能量转化情况相同，水蒸气的内能转化为船的_______能。 【答案】机械 【解析】当蒸汽室的水被蜡烛火焰加热，产生的水蒸气从管口喷出，水蒸气对外做功，推动船在水池中向前移动。在这个过程中，水蒸气的内能转化为船运动的机械能。 【变式9-1】如图所示为气泡机，主机让高压二氧化碳气体快速冲出，此时二氧化碳气体体积膨胀，内能________（选填“增大”“减小”或“不变”），打入水瓶内的饮料从而制出冰凉气泡饮料，此过程中的能量转化过程与汽油机的________冲程相同。若某汽车的汽油机的飞轮转速为1800r/min，则该汽油机每分钟完成________个工作循环。当汽油燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时汽油的热值将___________（“变大”、“不变”或“变小”）。 【答案】减小；做功；900；不变 【解析】二氧化碳气体体积膨胀，对外做功，将内能转化为机械能，内能减小。 汽油机的做功冲程中，缸内气体推动活塞做功，将内能转化为机械能，所以此过程中的能量转化过程与汽油机的做功冲程相同。 若飞轮转速是1800r/min，表示每分钟飞轮转动1800圈，因为热机完成一个工作循环，飞轮转动2周，所以该汽油机每分钟完成900个工作循环。 热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，当汽油燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时汽油的热值将不变。 【变式9-2】中国古代玩具饮水鸟（如图所示）被誉为“爱因斯坦也吃惊的玩具”.它的神奇之处在于：在鸟的面前放上一杯水，用手把鸟嘴浸到水里“喝”一口后，让其直立起来；可是直立一会儿它又会自动俯下身去，等到鸟嘴浸到了水，“喝”了一口，又会直立起来。其原理是饮水鸟的嘴部和头部包裹了一层绒布，“喝水”打湿后，由于蒸发________（选填“吸热”或“放热”），使得鸟头部管内温度和气压变化，尾部的液体上升到头部，改变饮水鸟的重心，实现再次喝水。饮水鸟这种“自动喝水”的现象________（选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律；饮水鸟“低头喝水”时整个身体绕着横杆旋转，我们可以将旋转的饮水鸟视为________模型。 【答案】吸热；遵循；杠杆 【解析】饮水鸟的嘴部和头部包裹了一层绒布，“喝水”打湿后，水由液态变成气态，发生蒸发现象，蒸发吸热，使得鸟头部管内温度和气压变化，尾部的液体上升到头部，改变饮水鸟的重心，实现再次喝水。 所有能量的转化和转移都遵循能量守恒定律，饮水鸟“自动喝水”的现象中发生了能量的转移和转化，遵循能量守恒定律。 饮水鸟“低头喝水”时整个身体绕着横杆旋转，符合杠杆的特点，我们可以将旋转的饮水鸟视为杠杆模型。 【变式9-3】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 【答案】C 【解析】A.热源加热将化学能转化为内能，推动活塞运动做功，由此可知斯特林发动机将内能转化成机械能，故A错误； B.热源对物体加热，是通过热传递的方式改变气缸内气体内能，故B错误； C.物质液态变成气态后，其分子间的作用力会变小，故C正确； D.热值是燃料的特性，与其质量的大小无关，酒精炉内剩余酒精的热值不变，故D错误。 故选C。 模型10.简易热机模型的制作 ( 技巧： 基础概念 型 ‌ ： 区分内外燃机： 燃料在外部燃烧为外燃机（如该自制汽轮机），在气缸内部燃烧为内燃机 ； 能量转化判断： 燃料燃烧是化学能 → 内能，蒸汽推动叶轮是内能 → 机械能，对应做功冲程 。 现象分析型 ‌ ： 叶轮转动断续： 改进方向为增大酒精灯火焰、提升容器密封性，保证蒸汽稳定喷出 ； 转速变慢问题 ：覆盖罐顶减少散热，提升的是输出功率而非燃料热值或效率 核心规律型： 四冲程内燃机： 1个工作循环=4个冲程，曲轴转2圈，对外仅做功1次 ； 热机效率公式： η = W 有 / Q 放 ，效率永远小于1，且与功率无关联 。 口诀： 核心记忆： 材罐笔风灯，半水孔密封， 加热蒸汽喷，内能转机械。 对应原理： ‌ 吸压做排四冲程，两圈一次做功成； 压缩机械变内能，做功内能变机械 ‌ 。 ‌‌ 提醒： 密封优先 ‌ ： 喷嘴与容器连接处须用耐高温胶（如环氧树脂）密封，普通热熔胶易失效。 ‌ 水量控制 ‌ ： 容器注水不超过 1/2 容积，防止沸腾溢出或压力不足。 ‌ 叶轮优化 ‌ ： 叶片需对称且角度适宜，轴心摩擦要小（可加润滑或选用光滑铁丝）。 ‌ 安全警示 ‌ ： 佩戴护目镜，避免直视喷口；加热时保持安全距离，防止烫伤或爆炸。 ‌‌ ) 【例10】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”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助完成下列内容： （1）了解火箭的相关知识：2024年4月25日，搭载神舟十八号载人飞船的“长征二号F”火箭点火发射。如图甲所示，火箭刚发射时，高温火焰向下喷射到发射台的地面，发射台遇到这样的高温容易发生________。为了保护发射台，在发射台底建了一个大水池，让火焰喷射到水中，利用水的________来吸收大量的热量（前两空均填物态变化）火箭升空的瞬间，伴有庞大白色气团实质是________（选填“小水滴”“烟雾”或“水蒸气”）。 （2）制作并发射：火箭模型小组的同学制作了水火箭并进行发射，如图乙，图丙是其结构示意图，对水火箭打气，打开阀门，水向下喷出，水火箭一飞冲天。使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的________冲程相同，使水火箭上升的施力物体是___________（选填“地球”或“喷出的水”） （3）项目评估：各个小组制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，发现“水火箭”在竖直方向飞行上升的高度不容易测量。同学们讨论后认为可以通过测量___________来评选出“最佳飞行奖”。（写出一种方法即可） 【答案】（1）熔化；汽化；小水滴；（2）压缩；喷出的水；（3）飞行时间 【解析】（1）火焰的温度很高，所以很多物体遇到高温的火焰会吸热而熔化。 发射台下是水池，而让火焰喷射到水中，水从液态变为气态的水蒸气即发生汽化，从而能从周围吸取热量。 这些水蒸气散发到空气中，遇到冷空气液化成的小水滴就是我们看到的“白气”。    （2）使用打气筒打气时，活塞压缩气体做功，将机械能转化为气体的内能，与汽油机的压缩冲程相同。 水火箭向下喷水，喷出的水给火箭一个向上的力，使火箭上升，所以使水火箭上升的施力物体是喷出的水。    （3）“水火箭”在竖直方向飞行上升的高度不容易测量，可以测量水火箭在空中飞行的时间，时间越长，飞行的高度越高。  【变式10-1】图为某小组制作的一个简易热机模型。将瓶盖去掉，先向其中喷入适量雾状酒精，然后用纸杯盖住瓶口。按下点火器的按钮后，观察到纸杯向上飞起。下列说法正确的是（ ） A.能闻到酒精的气味说明分子是运动的 B.实验中喷入雾状酒精，目的是增大与氧气的接触面积，使其完全燃烧，增大酒精的热值 C.纸杯飞起时，瓶口会出现白雾，说明瓶内气体的内能减少，温度降低 D.燃气推动纸杯飞出的过程相当于内燃机的做功冲程 【答案】ACD 【解析】A.能闻到酒精的气味，这是扩散现象，说明酒精分子在永不停息地做无规则运动，故A正确； B.热值是物质的固有属性，只与燃料的种类有关（如酒精的热值固定），与燃烧是否充分、燃料的形态无关，故B错误； C.气体对纸杯做功，纸杯飞出，瓶内气体内能减小，温度降低，瓶口的白雾是空气中的水蒸气遇冷液化形成的小水滴，故C正确； D.燃气推动纸杯飞出去，将内能转化为机械能，而内燃机的做功冲程也将内能转化机械能，因此燃气推动纸杯飞出的过程相当于内燃机的做功冲程，故D正确。 故选ACD。 【变式10-2】跨学科实践：制作简易汽轮机模型 【项目提出】 热机对人类文明发展起着重要的推动作用。同学们成立了制作简易汽轮机模型的项目团队，制作简易汽轮机模型。 【项目实施】 （1）设计并制作：设计方案如图所示。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，用橡皮泥将罐的开口处密封。将易拉罐放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶。 （2）测试实验：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此汽轮机模型属于________（填“内”或“外”）燃机。 （3）实验改进： ①同学们在测试过程中，发现加热很长时间后，扇叶才开始转动，这是因为___________________； ②进行了调整后，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。以下几种解决方案中你认为可行的是________。 A.增加酒精灯的高度，用其内焰加热 B.更换一个更细的喷嘴 C.降低小风扇的高度，使喷嘴对准风扇的中心 【项目拓展】 （4）同学交流过程中，有同学设想：用凹面镜会聚太阳光替代酒精灯加热易拉罐，制成一个“太阳能蒸汽机”。你认为这个“太阳能蒸汽机”的优势是：_______________________________。（写出一条即可） 【答案】（2）内能；机械能；外；（3）加热时间不足，无法产生足够的水蒸气；B；（4）环保无污染 【解析】（2）实验时将易拉罐下面的酒精灯点燃，当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来；酒精燃烧将化学能转化为内能，蒸汽推动扇叶转动，将内能转化为机械能。因此汽轮机模型工作过程的能量转化为：化学能→内能→机械能。 内燃机是燃料在汽缸内燃烧产生高温高压的燃气推动活塞做功；此汽轮机模型酒精在空气中燃烧，蒸汽推动外面的扇叶转动，这两个过程都不在易拉罐内，因此此汽轮机模型属于外燃机。 （3）加热很长时间后，扇叶才开始转动，这与水蒸气的量有关，加热时间不足，无法产生足够的水蒸气，不能使扇叶开始转动。 A.增加酒精灯的高度，用其内焰加热，温度更低，故A不符合题意； B.更换一个更细的喷嘴可以增大蒸汽喷出速度，能增大蒸汽喷射力，故B符合题意； C.扇叶转动时本质是可看作杠杆，降低小风扇的高度，使喷嘴对准风扇的中心，会使动力臂变小，需要更大推力来推动，会转得更慢，故C不符合题意。 故选B。 （4）太阳能是可再生的清洁能源，故太阳能蒸汽机的优势是环保无污染。 【变式10-3】如图甲所示的水火箭，其结构示意图如图乙所示。将水火箭竖立于地面，利用打气筒通过打气管向瓶内打气，当瓶内压强增大到一定程度时，瓶塞脱落，瓶内的水向下喷出，水火箭就接近竖直地向上飞起。小李对同一个水火箭能飞行的最大高度产生了兴趣，于是他对“水火箭能飞行的最大高度与哪些因素有关”作出了如下猜想： 猜想①：可能与起飞前瓶内的最大气压有关 猜想②：可能与瓶内所装水的体积有关 （实验探究过程中不考虑水火箭容积的变化） （1）瓶内的水向下喷出时能量转化相当于内燃机的________冲程； （2）实验中无法直接测量水火箭竖直上升的最大高度，可以转换为测量水火箭从发射到落地的________来间接反映这个高度； （3）在探究猜想①时，小明控制瓶内水的体积一定，通过改变瓶塞的松紧程度从而改变水火箭起飞前______________通过多次实验，并将记录的数据绘制为如图丙所示的图像，分析图像可以得到瓶内水的体积一定时，起飞前瓶内最大气压越大，水火箭飞行的最大高度越_________； （4）在探究猜想②时，小明不断改变瓶内水的体积，通过多次实验，并将记录的数据绘制为如图丁所示的图像。由此得出结论：水火箭飞行高度随瓶内水的体积先增大后减小。小明根据这一实验过程得出的结论（选填“可信”、“不可信”）_________，理由是__________________________________________。 【答案】（1）做功；（2）时间；（3）瓶内最大气压；高； （4）不可信；在改变水的体积的时候，空气的体积也改变了，从而导致最大气压改变，影响高度，所以没有控制瓶内最大气压相同 【解析】（1）瓶内的水向下喷出时，瓶内高压气体对水做功，将气体的内能转化为水和水火箭的机械能，内燃机的做功冲程的能量转化也是内能转化为机械能，因此对应做功冲程。 （2）水火箭竖直上升的最大高度越大，从发射到落地的总运动时间就越长，根据转换法，可以通过测量总时间间接反映水火箭飞行的最大高度。 （3）探究猜想①，即飞行最大高度与起飞前瓶内最大气压的关系时，根据控制变量法，需要控制瓶内水体积不变，改变起飞前瓶内最大气压，因此改变瓶塞松紧的目的是改变瓶内最大气压；由丙图的变化趋势可知，瓶内水体积一定时，起飞前瓶内最大气压越大，水火箭飞行的最大高度越高。 （4）略 模型11.简易热机模型的综合应用与改进 ( 技巧： 提升稳定 ‌ ： 采用密封性更好的储水容器、增大酒精灯火焰，保证蒸汽持续稳定喷出，解决叶轮断断续续转动的问题。 转速效率 ‌ ： 将叶轮靠近导管口、减小轮轴摩擦、用保温材料包裹罐体减少散热、换更细的喷管增大蒸汽冲击力，这些都是高频改进方向。 安全优化 ‌ ： 将风车固定在铁架台上、喷嘴避开人，避免高温蒸汽烫伤。 口诀： 吸压做排序不乱，能转规律记心间， 效算抓准有用功，改进从因找方案。 提醒： 减少热量损失： 给气缸/储水罐包裹保温材料，减少罐体向空气散热。 减小摩擦损耗： 在活塞/转动轴处涂抹润滑油，保证部件配合的密封性。 优化动力输出： 让燃料充分燃烧，设计多级叶片提升蒸汽动能利用率，保证蒸汽持续稳定喷出。 ) 【例11】如图某小组同学设计的简易热机模型，他们设想：点燃酒精灯，当导气管出气口有蒸气喷出时，小风车就转动起来，此过程中烧瓶中水蒸气的内能________（选填“增大”或“减小”），是通过________（选填“做功”或“热传递”）方式改变的，但在实验过程中，发现小风车不转动，你的解决办法是__________________。 【答案】减小；做功；换用更细的导管 【解析】点燃酒精灯，化学能转化为内能，给水加热，产生水蒸气，水蒸气从导管喷出，对外做功，推动小风车转动，即水蒸气对外做功，水蒸气的内能减小，这是通过做功的方式改变内能。 实验过程中，发现小风车不转动，通常是因为气流不够大、不够集中，可以换用更细的导管或减小出气口横截面积、换更轻的风车，这样小风车就可以转动起来了。 【变式11-1】某校的科技活动周举办了一场水火箭发射比赛。图甲是小明用可乐瓶制作的水火箭，图乙是水火箭的示意图。小明先在瓶里装适量水，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，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭随即飞向空中。下列分析正确的是（　　） A.使用打气筒打气时的能量转化过程与汽油机的做功冲程相同 B.水从水火箭中喷出相当于内燃机的排气冲程 C.水火箭升空过程中高压气体的内能转化为水火箭的机械能 D.在水火箭发射的整个过程中，能量总量越来越少 【答案】C 【解析】A.使用打气筒向瓶内打气的过程是机械能转化为内能，汽油机的做功冲程中内能转化为机械能，能量转化的方式不同，故A错误； B.水从水火箭中喷出，瓶中气体对外做功，内能转化为机械能，相当于内燃机的做功冲程，故B错误； C.水火箭升空过程中，水从水火箭中喷出，瓶中气体对外做功，高压气体的内能转化为水火箭的机械能，故C正确； D.根据能量守恒定律可知，在整个过程中，能量总量是保持不变的，故D错误。 故选C。 【变式11-2】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，筒内底转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 【答案】D 【解析】A.燃料的热值是燃料的特性，不会随着质量的改变而改变，故A错误； B.将适量的汽油喷入筒内，用软木塞塞住筒口，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，而汽油机的做功冲程对外做功，所以，该实验可模拟四冲程汽油机工作时的做功冲程，故B错误； C.当放电针放电时，汽油燃烧，圆筒内气体的内能增加，该过程中电能转化为内能，故C错误； D.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，燃气的内能转化为软木塞的机械能，燃气的内能减小，故D正确。 故选D。 【变式11-3】设计制作简易热机模型 【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】某小组同学制作了如图所示的“汽轮机”。 （1）制作叶轮：将两个塑料瓶盖口对口粘在一起，用小刀在瓶盖侧边切几个对称的小缝，将铝片插在小缝中；在两瓶盖中心用锥子钻一个小孔，将铁丝穿过小孔，使瓶盖能在铁丝上自由转动。 （2）组装“汽轮机”：用铁丝将制作的“叶轮”固定在底座上，并按照如图所示组装器材，调整“叶轮”的位置，使导管的管口正对着“叶轮”上方的铝片。 （3）“汽轮机”工作：点燃酒精灯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。 【交流】 （1）根据所学的知识判断，该“汽轮机”属于_________（选填“内燃机”或“蒸汽机”）； （2）该“汽轮机”的燃料是________，工作时燃料的化学能转化为水和水蒸气的________能，高温水蒸气由导管喷出对叶轮做功，又将________能转化为________能； （3）“汽轮机”工作时，水蒸气不易推动叶轮转动，则可进行的改进措施有： ①将叶轮_________（选填“靠近”或“远离”）导管口；②_______________________________________。 【答案】（1）蒸汽机；（2）酒精；内；内；机械 （3）靠近；减小铁丝与瓶盖之间的摩擦/提高蒸汽的温度 【解析】（1）由题意可知，“汽轮机”工作时，酒精灯给烧瓶中的水加热，大量的“白气”喷出带动叶轮转动，这说明该“汽轮机”属于蒸汽机。 （2）由题意可知，制作的“汽轮机”是利用酒精灯加热的，该“汽轮机”的燃料是酒精。 酒精燃烧，消耗燃料的化学能，得到水和水蒸气的内能，所以是将燃料燃烧的化学能转化为水和水蒸气的内能。 汽轮机工作时，水蒸气推动叶轮转动，水蒸气对叶轮做功，消耗水蒸气的内能，得到叶轮的机械能，因此是将水蒸气的内能转化为叶轮的机械能。 （3） “汽轮机”工作时，水蒸气不易推动叶轮转动，改进的措施有将叶轮靠近导管口，提高蒸汽的利用率。 换用火焰更大的酒精灯，能使水更快、更剧烈地汽化，产生更多、流速更快的水蒸气，从而对叶轮产生更大的推力；还可以提高蒸汽的温度；还可以减小瓶盖和铁丝之间的摩擦，加润滑剂等减少叶轮转动阻力。 1.（2026·广西）2025年12月29日，广西首座抽水蓄能电站建成投产。在用电低谷时电站通过________（选填“抽水机”或“发电机”）将水从低处抽至高处储存，在用电高峰时放水发电，将机械能转化为________能。 【答案】抽水机；电 【解析】用电低谷时电力资源富余，需要将电能转化为水的重力势能储存，此过程依靠抽水机完成，抽水机消耗电能把水从低处抽至高处； 用电高峰时放水发电，水流的机械能推动发电机运转，发电机将机械能转化为电能，实现能量的转化利用。 2.（2026·青海）如图所示的是我国传统的走马灯，点燃底部的蜡烛，上升的热空气驱动扇叶转动，带动纸片转动。在这一过程中空气的内能转化为扇叶的________能，这一能量转化过程与四冲程汽油机的________冲程相似。 【答案】机械；做功 【解析】上升的热空气驱动扇叶转动，是将内能转化为机械能，与汽油机的做功冲程相似。 3.（2026•苏州）在安全教育活动中，老师用图示装置演示面粉爆炸现象。面粉被吹入塑料桶后，遇到火焰爆燃，桶口的硬纸板被迅速弹飞。面粉燃烧释放的内能转化为硬纸板的__________，该过程相当于汽油机工作时的________冲程。 【答案】机械能；做功 【解析】面粉爆燃的时候将桶口的硬纸片迅速弹飞，面粉燃烧释放的内能转化为硬纸板的机械能； 四冲程汽油机做功冲程中，是将内能转化为机械能，两者的能量转化相同。 故答案为：机械能；做功。 4.（2026·四川达州）如图所示，在热机的原理实验中，完全燃烧3×10-3kg的酒精可放出________J的热量；加热过程中观察到风车慢慢转动，其能量转化方式与内燃机的________冲程类似。（q酒精=3.0× 107J/kg） 【答案】9×104；做功 【解析】完全燃烧3×10-3kg酒精放出的热量为： Q放=mq酒精=3×10-3kg×3.0×107J/kg=9×104J 实验中，水受热汽化为水蒸气，高温蒸汽推动风车转动，能量转化为内能转化为机械能，内燃机的做功冲程为燃气的内能转化为活塞机械能，因此和做功冲程能量转化一致。 5.（2026江苏扬州）如图，加热试管中的水至沸腾。分析橡胶塞被冲出的过程，其能量转化与汽油机的哪个冲程类似（ ） A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程 【答案】C 【解析】加热试管使水沸腾后，高温高压的水蒸气推动橡胶塞冲出，是水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能，而在汽油机四个冲程中，做功冲程是高温高压燃气膨胀对外做功，将内能转化为机械能，和本实验的能量转化一致。 故选C。 6.（2026·黑龙江绥化）我国古人曾发明一种点火器，结构如图所示。取火时握住套筒，然后向内猛推推杆，前端的艾绒就会被点燃，拔出推杆后，吹吹艾绒就有火苗产生。下列说法正确的是（ ） A.艾绒燃烧是化学能转化为内能 B.推入推杆过程中是通过做功方式改变气体的内能 C.推入推杆使筒内气体分子运动加快 D.推入推杆过程与汽油机做功冲程的能量转化相似 【答案】ABC 【解析】A.艾绒燃烧时，化学能主要转化为内能，故A正确； B.推入推杆过程中，推杆压缩筒内气体，对气体做功，是通过做功的方式改变气体的内能，故B正确； C.推入推杆使筒内气体温度升高，气体分子热运动加快，故C正确； D.推入推杆过程与汽油机的压缩冲程相似，均为机械能转化为内能；汽油机做功冲程是内能转化为机械能，故D错误。 故选ABC。 7.（2026·四川成都）用酒精灯给试管加热至管内水沸腾，一段时间后橡皮塞被水蒸气冲出，如图所示。下列说法正确的是（ ） A.酒精燃烧过程，化学能全部转化为水的内能 B.水的内能增加，是通过做功的方式来实现的 C.橡皮塞被冲出过程，水蒸气的温度升高 D.橡皮塞被冲出过程，内能转化为机械能 【答案】D 【解析】A.酒精燃烧时，化学能转化为内能，但部分内能会散失到空气中，被试管吸收，并没有全部转化为水的内能，故A错误； B.试管的热量传递给水，水温度升高，内能增加，是通过酒精灯热传递的方式实现的，故B错误； C.橡皮塞被冲出时，水蒸气对橡皮塞做功，水蒸气自身内能减少，温度降低，故C错误； D.水蒸气推动橡皮塞冲出的过程中，水蒸气的内能转化为橡皮塞的机械能，故D正确。 故选D。 8.（2026·北京）如图所示，易拉罐中装有适量的水，用酒精灯加热，当有蒸汽喷出时，风车的扇叶就转动起来。下列说法正确的是（ ） A.易拉罐中水的内能增加是通过做功的方式实现的 B.酒精灯内的酒精减少会导致酒精的热值变小 C.推动扇叶转动的水蒸气的内能减小 D.推动扇叶转动的水蒸气的内能全部转化为扇叶的机械能 【答案】C 【解析】A.用酒精灯加热水，水吸收热量，是通过热传递的方式增加内能，故A错误； B.热值是燃料的特性，只与燃料种类有关，与质量无关，酒精减少热值不变，故B错误； C.水蒸气推动扇叶转动，水蒸气对扇叶做功，内能转化为机械能，水蒸气内能减小，故C正确； D.水蒸气推动扇叶转动时，部分内能散失到空气中，且存在摩擦，内能不可能全部转化为机械能，故D错误。 故选C。 9.（2026·黑龙江齐齐哈尔）热机是获取动力的主要机械，广泛应用于生产生活中。某科技小组在跨学科实践活动中，制定了以下学习流程。 项目提出及项目分析 （1）研究热机的工作原理。 如图甲所示，试管中的水沸腾后，橡胶塞被冲出，水蒸气的________能转化为橡胶塞的________能，此过程与汽油机的________冲程原理相同。在加热过程中，酒精灯内剩余酒精的热值________（选填“增大”“减小”或“不变”）。 项目实施 （2）受上述实验启发，如图乙所示，小华在易拉罐内注入大约半罐水，将去掉笔芯和尾塞的笔管尾端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封。将易拉罐放在金属圈上并固定。笔管的尖端对准小风车的扇叶。点燃酒精灯，易拉罐中水的内能增加是通过_________的方式实现的，此过程________（选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律。当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来。 项目延伸 （3）展示交流后，小聪又用塑料矿泉水瓶进行了如下探究：瓶中留有少量水，盖上瓶盖。如图丙所示扭转瓶子，轻轻松动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时出现“白雾”。“白雾”是水蒸气________（填物态变化名称）形成的。 【答案】（1）内；机械；做功；不变；（2）热传递；遵循；（3）液化 【解析】（1）试管内水蒸气推动橡胶塞冲出时，水蒸气对塞子做功，自身的内能转化为橡胶塞的机械能； 汽油机的做功冲程也是内能转化为机械能，因此原理相同； 热值是燃料本身的特性，只与燃料的种类有关，与质量无关，因此酒精灯内剩余酒精的热值不变。 （2）酒精灯加热过程中，热量从酒精灯传递给易拉罐和水，是通过热传递的方式改变水的内能； 能量守恒定律是自然界的普遍规律，所有能量转化或转移过程都遵循能量守恒定律。 （3）瓶盖被冲出时，瓶内气体对外做功，内能减小、温度降低，瓶内气态水蒸气遇冷变为液态小水滴，也就是“白雾”，这个物态变化是液化。 10.（2026·黑龙江龙东）跨学科实践：制作简易蒸汽机模型 【项目提出】 了解热机的原理，制作简易蒸汽机模型。 【项目实施】 将一支去掉笔芯和笔尾的中性笔，笔尖朝外，插入一个装有约半罐水的易拉罐中，用胶将罐的开口处密封。再将易拉罐放在如图所示的支架上，使笔尖对准小风扇。点燃酒精灯，过一会儿扇叶转动起来。 【项目交流】 （1）气流冲击使风车转起来，这与热机的________冲程原理相同。 （2）实验中若闻到酒精气味，属于________现象。 （3）喷气时，笔尖应对准风车的________（选填“扇叶”或“轴心”），能使风车转动得更快。 （4）实验时，发现喷出的水汽较少，风车转动较慢，改进方法是________。 A.向酒精灯内添加酒精 B.将酒精灯改换为煤油灯（q酒精<q煤油） 【答案】（1）做功；（2）扩散；（3）扇叶；（4）B 【解析】（1）高温气流冲击风车，内能转化为机械能；热机做功冲程中燃气推动活塞，同样是内能转化为机械能，原理一致。 （2）酒精分子无规则运动扩散到空气中，人闻到酒精气味，属于扩散现象。 （3）气流冲击扇叶才能给扇叶施加推力，冲击轴心无法产生转动动力，因此笔尖应对准扇叶。 （4）喷出的水汽少、风车慢，是因为供热不足，水难以快速大量汽化成水蒸气。 A.仅添加酒精，单位时间内火焰放出的热量不变，加热效果无明显提升，故A不符合题意； B.煤油热值更大，相同质量燃料放出更多热量，加快水的汽化，产生更多高速水蒸气冲击风车，故B符合题意。 故选B。 【基础夯实】 1.如图所示，在制作简易热机模型时，选择外燃机类型更安全，因为燃烧室在气缸外，避免直接接触工作部件。该热机的工作物质是_________（选填“水”或“水蒸气”），工作时将________能转化成________能。 【答案】水蒸气；内；机械 【解析】这种外燃机模型是通过加热水产生水蒸气，再由水蒸气推动装置运转的，因此工作物质是水蒸气。 燃料燃烧时，将化学能转化为内能，加热水产生高温高压的水蒸气；水蒸气推动装置做功，将内能转化为机械能。 2.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。 【答案】内；机械；做功 【解析】燃料燃烧使水沸腾产生水蒸气，水蒸气对汽车做功，将内能转化为汽车的机械能，使汽车前进。 内燃机的做功冲程也是将内能转化为机械能。 3.塑料瓶是一种常见的生活物品，空塑料瓶可以做许多物理小实验。在安全情况下，小明用高压打气筒往封闭空塑料瓶内打入空气，如图所示。当气压达到一定程度时，瓶盖飞出，气体的________转化为瓶盖飞出去的机械能，这一过程与内燃机________冲程的能量转化情况相同。 【答案】内能；做功 【解析】当瓶盖飞出时，瓶内高压气体对外做功，内能转化为瓶盖的机械能。 这一能量转化过程（内能→机械能），与内燃机的做功冲程能量转化情况相同（做功冲程中，燃气膨胀推动活塞做功，内能转化为机械能）。 4.下图是小科制作的简易“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）铜管向右喷蒸汽，“船体”向左行驶，这个过程中的能量转化与四冲程汽油机的________（填冲程名称）冲程相同。 【答案】（1）热传递；（2）做功 【解析】（1）蜡烛燃烧放出热量被水吸收而增大水的内能，这是通过热传递的方式改变水内能的。 （2）当管向右喷蒸汽时“船体”向左运动，这个过程的能量转化是：内能减小，机械能增大，内能转化为机械能。这与热机的做功冲程相同。 5.如图所示，在塑料盒中喷入少量酒精，将盒盖密封，用点火器引燃盒内酒精与空气的混合物，盒盖被冲出，内燃机的四个冲程中能量转化与此过程相似的是（　　） A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.排气冲程 D.做功冲程 【答案】D 【解析】按动点火器的按钮，点燃盒内酒精，盒盖被冲出去，这是因为酒精燃烧产生的燃气对外做功，是将内能转化为机械能的过程；四冲程内燃机中的做功冲程就是利用内能来做功的冲程，将内能转化为机械能，故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。 6.如图所示，将一个空易拉罐的底部钻一个小孔，从易拉罐开口端向罐内喷适量酒精喷雾，然后将一个空纸杯迅速套上。用细线将易拉罐水平悬挂在铁架台上，将点燃的打火枪靠近底部的小孔，纸杯就会“向前”飞去。纸杯飞出过程中，下列说法正确的是（　　） A.罐内气体的内能增加 B.该过程机械能转化为内能 C.能量转化情况与内燃机的压缩冲程相同 D.能量转化情况与内燃机的做功冲程相同 【答案】D 【解析】纸杯飞出过程中，罐内气体体积膨胀，对外做功，将气体的内能转化为纸杯的机械能，罐内气体的内能减小；内燃机的做功冲程中，缸内气体推动活塞做功，将内能转化为机械能，故纸杯飞出过程中，能量转化情况与内燃机的做功冲程相同，故D正确，ABC错误。 故选D。 7.如图为某学生在科技节展示的小船，易拉罐中的水吸热后产生的大量水蒸气从小孔中冲出时，小船就能向前运动，且小孔处会出现“白气”。加热水使小船运动的过程中（　　） A.“白气”的运动属于扩散现象 B.蜡烛由于燃烧，其热值会变小 C.通过热传递的方式改变了易拉罐中水的内能 D.水蒸气推动小船时的能量转化与热机压缩冲程相同 【答案】C 【解析】A.“白气”是水蒸气遇冷液化形成的小水珠，“白气”的运动属于宏观物体的机械运动，扩散现象是分子的无规则运动，肉眼看不见，因此“白气”的运动不属于扩散现象，故A不符合题意； B.热值是燃料的固有属性，仅与燃料种类有关，与燃料是否燃烧、燃烧多少无关。蜡烛燃烧过程中，其热值不变，故B不符合题意； C.用燃烧的蜡烛加热易拉罐中的水，是通过热传递来增大水的内能，故C符合题意； D.水蒸气推动小船时蒸汽的内能转化为小船的机械能，与热机做功冲程相同，故D不符合题意。 故选C。 8.热机对人类文明发展起着重要的推动作用。某兴趣小组按照图示方法制作了一个简易热机模型，用酒精灯加热易拉罐中的水，水沸腾后产生蒸汽从管口喷出使小风扇转动。下列说法错误的是（　　） A.该热机模型利用了内能转化为机械能 B.罐中水的温度升高以后，水的比热容变大 C.增加易拉罐的保温性能可以提高该热机模型的效率 D.在测试过程中，发现扇叶不转动的原因可能是注入的水过少，产生的蒸汽量不足 【答案】B 【解析】A.水蒸气喷出推动小风扇转动，是水蒸气的内能转化为小风扇的机械能，故A正确，不符合题意； B.比热容是物质的固有特性，只与物质的种类、状态有关，和温度无关，因此水温度升高后比热容不变，故B错误，符合题意； C.增加易拉罐保温性能，可以减少热量向环境散失，更多内能可用来推动风扇做功，能提高模型效率，故C正确，不符合题意； D.若注入水过少，产生的蒸汽量不足，蒸汽对扇叶的推力太小，就会导致扇叶无法转动，故D正确，不符合题意。 故选B。 9. “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：________________________________。 【答案】（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 【解析】（1）蒸汽从管口喷出具有内能，推动叶轮使其转动起来，叶轮获得了机械能，这是内能向机械能的转化过程。 现象：蒸汽推动叶轮转动。 能量转化或转移：蒸汽的内能转化为叶轮的机械能。 （2）如果叶轮不转动，可能是蒸汽产生的动力不足，增大酒精灯火焰可以使水更快地沸腾产生更多蒸汽，从而增大蒸汽的动力；检查装置气密性是因为如果装置漏气，蒸汽的压力会减小，导致无法推动叶轮转动。 （3）不能达到100%。理由：在热机工作过程中，燃料燃烧放出的能量，一部分用来做有用功推动叶轮转动，但是还有一部分能量会散失到周围环境中（如向外界散热、克服机械间的摩擦等），所以热机效率不能达到100%。 10.某同学在科学晚会上分享了“自制简易热机模型”的制作过程（模型如图所示）： ①准备一个空易拉罐、一支去掉笔芯和尾塞的中性笔、一台小风扇、一个酒精灯等。 ②向易拉罐内部注入半罐水。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。 ③将易拉罐按图中方式放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶。 ④点燃易拉罐下面的酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶转动起来。 请将该热机模型的说明书补充完整： （1）汽轮机模型工作过程的能量转化情况为：化学能→________→________。 （2）常见的易拉罐容积为240mL、330mL、500mL等，该模型使用240mL规格的易拉罐，可以减少________（选填“误差”或“加热时间”）。为保证小风扇转动，笔杆_______（选填“能”或“不能”）插入水中。 （3）进行了调整后，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。以下几种解决方案中你认为可行的是________。 A.增加酒精灯的高度，用其内焰加热 B.更换一个更细的喷嘴 C.降低小风扇的高度，使喷嘴对准风扇的中心 （4）工作物质推动扇叶转动时发生的能量转化与图中汽油机的_______冲程发生的能量转化相同（填字母）； A. B. C. D. （5）该热机模型的工作效率一定小于1，原因是____________________________。（写出一条合理即可） 【答案】（1）内能；机械能；（2）加热时间；不能；（3）B；（4）C；（5）酒精灯燃烧过程中，有热量损失 【解析】（1）实验时将易拉罐下面的酒精灯点燃，当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来；酒精燃烧将化学能转化为内能，蒸汽推动扇叶转动，将内能转化为机械能，因此汽轮机模型工作过程的能量转化为：化学能→内能→机械能。 （2）易拉罐容积大，水的质量大，加热时间会变长，所以该模型使用240mL规格的易拉罐，可以减少加热时间。 该模型利用酒精灯加热易拉罐内的水，汽化为水蒸气，水蒸气喷出推动扇叶转动，所以笔杆不能插入水中。 （3）A.增加酒精灯的高度，用其内焰加热，温度更低，故A不符合题意； B.更换一个更细的喷嘴可以增大蒸汽喷出速度，能增大蒸汽喷射力，故B符合题意； C.扇叶转动时本质是可看作杠杆，降低小风扇的高度，使喷嘴对准风扇的中心，会使动力臂变小，需要更大推力来推动，会转得更慢，故C不符合题意。故选B。 （4）工作物质推动扇叶转动时发生的能量转化是将水蒸气的内能转化为扇叶的机械能，四冲程汽油机中做功冲程是高温高压的气体推动活塞做功，将内能转化为机械能，图C中，进气门和排气门关闭，火花塞有火花，是做功冲程，所以ABD不符合题意，C符合题意。故选C。 （5）该热机模型，酒精灯燃烧过程中，有热量损失，故该热机的工作效率不可能达到1，即工作效率一定小于1。 【培优拔高】 1.如图所示，小华在校园科技节中展示了自己的作品。塑料瓶内装入少量的液态乙醚，待乙醚蒸气充满整个塑料瓶后，启动电子打火器，活塞瞬间向前飞出一段距离，这个过程相当于热机的________冲程。 【答案】做功 【解析】塑料瓶内的液态乙醚汽化后，被电子打火器点燃，燃烧产生的高温高压气体推动活塞飞出，这个过程是将内能转化为机械能，和热机做功冲程的能量转化形式一致。 2.如图是小明制作的简易“蒸汽船”模型。将盛有一定量水的玻璃容器安装在“船体”上，用蜡烛对玻璃容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”就向左行驶。蜡烛对玻璃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。当铜管向右喷蒸汽时“船体”向左运动，该过程将内能转化为________能，该过程中能量的总量____________。 【答案】热传递；机械；保持不变 【解析】蜡烛燃烧放出热量被水吸收，水温升高，增大了水的内能，这是通过热传递的方式改变水内能。 当铜管向右喷蒸汽时“船体”向左运动，此时气体内能减小，“船体”机械能增大，这个过程将内能转化为机械能。 根据能量守恒定律可知，该过程中能量的总量保持不变。 3.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（　　） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】空气推动小火箭升空的过程中，空气体积膨胀对小火箭做功，内能转化为机械能。 A.如图，为排气冲程，不涉及能量转化，故A不符合题意； B.如图，为压缩冲程，活塞压缩缸内气体，对气体做功，机械能转化为内能，故B不符合题意； C.如图，为做功冲程，燃气推动活塞做功，内能转化为机械能，故C符合题意； D.如图，为吸气冲程，不涉及能量转化，故D不符合题意。 故选C。 4.如图甲所示是一款斯特林发动机模型，点燃酒精灯后会发现发动机的连杆带动飞轮转动起来，当酒精灯通过_________的方式增加气缸内空气的内能，高温的空气推动活塞做功，热气缸中的空气内能________，酒精灯继续加热气缸内的空气从而实现往复工作。如图乙所示是某单缸四冲程汽油机的结构示意图，图中所示为汽油机的________冲程，若该汽油机每秒活塞往复运动50次，则飞轮转速为________r/min。 【答案】热传递；变小；压缩；3000#3×103 【解析】气缸内的空气从火焰吸收热量，内能增大，温度升高，所以酒精灯火焰通过热传递的方式增加气缸内空气的内能。 高温的空气推动活塞做功，空气的内能转化为活塞的机械能，空气的内能变小，温度降低。 由图乙可知，进气门和排气门关闭，活塞向上运动，所以此时为汽油机的压缩冲程。 四冲程汽油机一个工作循环中活塞往复运动2次，飞轮和曲轴转2转。若该汽油机每秒活塞往复运动50次，则汽油机飞轮转速为：50r/s=3000r/min 5.如图所示，易拉罐内装有适量的水，点燃酒精灯，空笔筒笔尖有蒸气喷出时，小风车会转动起来。下列说法中正确的是（ ） A.该装置是一个内燃机 B.蒸气喷出后内能减小 C.水蒸气喷出过程相当于汽油机的排气冲程 D.该装置燃烧的酒精越多，热机的效率越高 【答案】B 【解析】A.该装置利用蒸气的内能做功，所以是一个蒸汽机。内燃机是燃料在密闭容器内燃烧转化的内能做功的机械。故A错误； B.蒸气喷出后，内能转化为小风车的机械能，蒸气对外做功，故蒸气内能减小。故B正确； C.水蒸气喷出过程相当于汽油机的做功冲程，内能转化为机械能。故C错误； D.热机的效率： 则在有用功W相同时，燃烧的酒精越多，热机的效率越低。故D错误。 故选 B。 6.在学校科技周展示中，物理兴趣小组的同学用塑料瓶自制了一个火箭模型，在瓶子的侧壁安装一个电火花发生器，按下按钮会产生电火花，从瓶口喷入酒精后，盖上锥形纸筒，按下按钮，纸筒立即向上飞出。下列说法正确的是（　　） A.瓶内酒精燃烧越充分，酒精热值越大 B.纸筒飞出过程中机械能转化为内能 C.纸筒飞出相当于热机工作时的做功冲程 D.火箭模型点火方式与柴油机相同 【答案】C 【解析】A.热值是燃料的特性，与质量无关，同种燃料的热值相同，酒精热值保持不变，故A错误； BC.气体对纸筒做功，纸筒飞出过程中内能转化为机械能，热机工作时的做功冲程是内能转化为机械能，那么纸筒飞出相当于热机工作时的做功冲程，故B错误，C正确； D.火箭模型点火方式为点燃式，柴油机点火方式为压燃式，二者点火方式不同，故D错误。 故选C。 7.礼宾花结构如图所示，旋转纸筒时，气阀打开，气罐中的压缩空气喷射而出，将纸筒内的彩纸屑和彩条高高喷出，形成缤纷绚丽的景象。从能量转化角度看，礼花彩条被喷出的过程与图中内燃机的哪个冲程相同（ ） A. B. C. D. 【答案】B 【详解】礼宾花喷出彩条的过程是压缩空气的内能转化为彩条的机械能，这与内燃机的做功冲程能量转化一致，图中B选项中火花塞点火，属于做功冲程。故B符合题意；ACD不符合题意。 故选B。 8.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，瓶内气体内能减小 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% 【答案】AB 【解析】A.纸杯飞出时，瓶内燃气膨胀对外做功，将内能转化为纸杯的机械能，热机做功冲程的能量转化就是内能转化为机械能，二者过程相同，故A正确； B.纸杯飞出时，瓶内气体对外做功，内能转化为机械能，因此瓶内气体的内能减小，故B正确； C.热值是燃料本身的特性，热值大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，所以酒精燃烧时质量减小，热值不变，故C错误； D.热机工作过程中，不可避免会克服摩擦做功、有热量散失、废气带走部分能量，因此总存在额外功，效率一定小于100%，即使改进结构也不可能达到100%，故D错误。 故选AB。 9.【探究名称】做功与物体内能变化的关系。 【实验器材】气压式喷雾器、数字式温度计、小叶轮等。 【问题】做功与物体内能的变化存在怎样的关系？ 【证据】 （1）用温度计测出气压式喷雾器内气体的温度，如图甲所示。 （2）关闭喷嘴处的阀门，接着用手按压活塞快速打气，并用温度计测出喷雾器内气体的温度，如图乙所示。 （3）打开喷嘴处的阀门，迅速放出喷雾器内一部分气体，并用温度计测出喷雾器内气体的温度，如图丙所示。 【解释】（1）该实验通过_____________来反映气体内能的变化，这里应用了________法。 （2）用手按压活塞快速打气的目的是______________________。 （3）打开喷嘴处的阀门，迅速放出喷雾器内一部分气体时，喷雾器前的小叶轮转动，此时气体的内能转化为小叶轮的__________。 【结论】（1）比较________两图可知，外界对气体做功，气体内能增大。 （2）比较________两图可知，气体对外界做功，气体内能减小。 【交流】（1）汽油机是汽车的“心脏”，其中_________冲程将机械能转化为内能。 （2）如图甲、乙所示，是我们课堂演示的两个实验，与此冲程原理相同的是_________实验。 【答案】【解释】（1）温度计示数；转换；（2）使气体的内能变大；（3）机械能；【结论】（1）甲、乙；（2）乙、丙；【交流】（1）压缩；（2）甲 【解析】【解释】（1）内能与温度有关，物体的温度改变，内能会随之改变；实验通过温度计示数的变化来反映气体内能的变化，是转换法。 （2）用手按压活塞快速打气，此时活塞对气体做功，使气体的内能变大。 （3）打开喷嘴处的阀门，迅速放出喷雾器内一部分气体时，里面的气体对外做功，喷雾器前的小叶轮转动，气体的内能转化为小叶轮的机械能。 【结论】（1）比较甲和乙两图，手压活塞，对喷雾器内气体做功，观察到气体温度上升，即气体内能增大，所以外界对气体做功，气体的内能增大。 （2）比较乙和丙两图，气体被放出，使得小叶轮转动，即气体对外界做功，此时，观察到气体温度下降，即气体内能减小，所以气体对外界做功，气体内能减小。 【交流】（1）汽油机的压缩冲程中，活塞对气缸内的气体做功，将机械能转化为气体的内能。 （2）图甲通常是压缩空气引火仪实验，通过压缩空气做功，机械能转化为内能，使棉花燃烧，它的实验原理与汽油机压缩冲程相同，都是机械能转化为内能；而图乙中水蒸气推动塞子做功，是内能转化为机械能，与做功冲程原理相同，所以与此冲程原理相同的是甲。 10.热机发明后，一直在持续的改进和发展中。 材料一：1769年，法国人居纽制造出蒸汽机推动的三轮汽车（图甲），传统蒸汽机的燃料在汽缸外部燃烧（图乙）。 材料二：1862年，法国人德罗夏提出内燃机（内燃指燃料在汽缸内燃烧）的四冲程循环理论：①汽缸向外运动造成的真空将混合气体燃料吸入汽缸；②通过汽缸向内运动对进入汽缸里的燃料进行压缩；③高压燃烧气体产生巨大爆发力；④将已经燃烧的废气从汽缸中排出。 材料三：1876年，德国人奥托制造出以四冲程为依据的燃气内燃机，利用飞轮的惯性使四冲程自动实现循环往复。 阅读上面材料，回答下列问题： （1）传统蒸汽机的燃料在汽缸________（选填“外”或“内”）部燃烧； （2）图丙所示是将________能转化为________能； （3）根据材料知道热机一个工作循环有四个冲程，请你判断图丁中表示的是________冲程； （4）小锦同学阅读了某牌号汽车发动机说明书后，将内燃机的能量流向制成如图戊所示的图表，该车行驶时所受阻力f和车速υ的关系如图己所示。请根据图戊给出的信息，该汽油机的效率为________%；汽车按此效率以50 km/h的速度行驶1h， 耗油约为________kg（保留2位小数）。（汽油的热值为4.6×107J/kg） 【答案】（1）外；（2）机械；内；（3）做功；（4） 30；7.25 【解析】（1）传统蒸汽机的燃料在气缸外部燃烧，内燃机的燃料在气缸内燃烧。 （2）图丙是压缩注射器内空气的装置，压缩空气时对空气做功，将机械能转化为内能。 （3）图丁中，两气门关闭，火花塞点火，高温高压燃气推动活塞向下运动，故为做功冲程。 （4）燃料释放的总热量Q总=100%，损耗的能量有： Q废气=33%，Q冷却水=30%，Q摩擦与辐射=7%， 损耗的总能量： Q损耗=Q废气+Q冷却水+Q摩擦与辐射=33%+30%+7%=70% 该汽油机的效率：η=Q总-Q损耗=100%-70%=30% 车速υ=50km/h时，汽车匀速运动，处于平衡状态，受到的牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等，则汽车匀速行驶时牵引力： F=f=2000N 行驶1h的路程： s=υt=50km/h×1h=50km=50000m 有用功： W=Fs=2000N×50000m=1×108J 燃料完全燃烧放热： 耗油质量： 第 1 页 共 49 页 学科网（北京）股份有限公司 $