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** 初中物理《内能的利用》跨学科实践同步练，以“知识回顾+精练”分层设计，通过基础概念填空与实践应用题型结合，构建从原理理解到模型应用的知识巩固路径，培养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| |----|----------|----------| |知识回顾|热机原理、四冲程过程、模型制作步骤|以实验填空（如“水蒸气冲开橡皮塞”能量转化）夯实基础，强化能量观念| |精练|热机能量转化、模型应用分析|通过选择/多选题（如蒸汽船运动原理）、综合题（模型效率优化），提升科学推理与跨学科实践能力|

第14章 《内能的利用》练习 14.4 跨学科实践:制作简易热机模型练习 班级: 姓名: 【知识回顾】 一、热机的工作原理探究 1.实验引入:观察 "水蒸气冲开橡皮塞" 实验 (1)探究过程:在试管中装入适量的水,用酒精灯加热至沸腾。当水沸腾一段时间后,我们会观察到现象,同时试管口出现 "白雾"。 (2)思考填空:这个实验中,酒精燃烧将能转化为能,通过热传递将能量传递给水,使水的内能增加,产生大量水蒸气。水蒸气膨胀对橡皮塞做功,将能转化为橡皮塞的能。试管口的 "白雾" 是因为水蒸气对外做功后内能,温度,发生了现象形成的小水珠。 2.根据上述实验现象,我们可以得出:通过燃料燃烧获取内能并将其转化为机械能的机械叫做。生活中常见的热机有、、等,它们为现代交通和工业提供了动力。 二、四冲程内燃机工作过程探究 1.构造认识:内燃机主要由、、、、、等部分组成。 2.冲程探究:观察动画或模型,分析四冲程的特点 (1)吸气冲程:活塞向运动,进气门,排气门,被吸入气缸。 (2)压缩冲程:活塞向运动,进气门和排气门都,气缸内气体被压缩,能转化为能,气体温度。 (3)做功冲程:在压缩冲程结束时,火花塞产生电火花,使燃料猛烈燃烧,产生的气体,推动活塞向运动,能转化为能,带动曲轴转动。 (4)排气冲程:活塞向运动,进气门,排气门,将燃烧后的排出气缸外。 (5)思考填空:在四冲程内燃机的一个工作循环中,活塞往复次,曲轴转动周,对外做功次。除了冲程外,其他三个冲程都是依靠飞轮的来完成的。 三、简易热机模型的设计与制作 1.设计思路:我们将制作一个基于蒸汽动力的简易热机模型,它属于(选填 "内燃机" 或 "外燃机"),这种热机的燃料在燃烧,通过加热工作物质(水)产生来做功,具有高、简单的特点。 2.材料准备:根据设计思路,我们需要准备的材料有:一个空易拉罐作为,一支去掉笔芯和尾塞的中性笔作为,一个小风扇作为,一个酒精灯作为,还需要胶带、剪刀等工具。为了增强模型旋转的稳定性和持久性,我们可以用替代部分连接材料。 3.制作步骤: (1)将中性笔的尖端朝外,另一端插入易拉罐内,用胶将易拉罐的开口处密封,确保装置的性。 (2)将易拉罐放置在支架上,调整位置使笔的尖端对准小风扇的扇叶,保证蒸汽喷出时能有效冲击。 (3)检查各部分连接是否牢固,确保实验。 4.跨学科思考: (1)物理学角度:模型利用了原理,实现了能量的转化。 (2)工程学角度:模型的结构设计需要考虑和,确保各部分协调工作。 (3)环境科学角度:我们选用空易拉罐等废旧物品制作模型,体现了和的环保理念。 (4)数学角度:可以计算风扇叶片的和蒸汽喷射的之间的关系,优化模型效率。 【精练】 1.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,用酒精灯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 2.小宇用塑料瓶自制了火箭模型(如图所示),给瓶内喷入少量酒精,盖上锥形纸筒,然后用电火花发生器点燃瓶内酒精气体,看到纸筒向上飞出.下列说法正确的是( ) A.纸筒飞出的过程中机械能转化为内能 B.瓶内酒精燃烧越充分,酒精的热值越大 C.纸筒飞出的原理与热机压缩冲程相同 D.纸筒飞出后瓶内气体的内能减少 3.图1是某同学利用塑料瓶制作的“水火箭”,其原理是压缩空气使水从“火箭”尾部向下喷出,推动“火箭”飞向空中,图2为四冲程汽油机的工作示意图.下列判断错误的是 ( ) 图1 图2 A.图2中甲冲程吸入的是汽油和空气 B.图2中乙冲程是依靠飞轮的惯性运转的 C.从能量转化角度讲,往“水火箭”里打气与图2丙所示的原理相似 D.若该汽油机1 s内对外做功15次,则飞轮转速是1 800 r/min 4.跨学科实践小组制作了一个简易汽轮机装置。在易拉罐中装入适量的水,用酒精灯加热至沸腾,而后,蒸汽从管口喷出使风车转动。简易汽轮机工作过程中( ) A.酒精燃烧时,内能转化为化学能 B.管口喷出的“白气”是水蒸气 C.蒸汽被喷出时,内能转化为机械能 D.蒸汽的内能可以全部转化为风车的机械能 5.小山同学利用易拉罐自制了一个简易“蒸汽机”,如图所示。点燃易拉罐下酒精灯,给易拉罐中的水加热。喷嘴喷出的蒸汽成功地让风车转了起来。下列说法错误的是( ) A.罐中水的温度升高以后,水的比热容变大 B.罐中水的内能增大是通过热传递方式实现的 C.此实验展现了热机工作时做功冲程的能量转化过程 D.为提高蒸汽机的效率,可增加一个燃料燃烧密封装置 6.物理兴趣小组利用饮料瓶演示热机的工作原理,实验步骤如下:①如图甲,取一个空的饮料瓶,并在瓶子下端开一个小口;②如图乙,向瓶内喷入适量酒精;③如图丙,在瓶口处盖上纸杯,再在小孔处点火。实验现象:纸杯被向上顶出。下列分析正确的是( ) A.步骤②中喷入酒精是在模拟做功冲程 B.步骤③中点火时,酒精燃烧越充分,其热值越大 C.步骤③中点火时,将酒精的化学能转化为内能 D.纸杯被顶出去时,瓶内气体的内能增大 7.(多选)如图是两个演示实验示意图,甲图是在一个配有活塞的厚壁玻璃筒里放一小团硝化棉,用力把活塞迅速下压,棉花就会立即燃烧;乙图是给试管里的水加热,水沸腾后,水蒸气推动活塞迅速冲出试管口;根据实验现象判断下列说法正确的是 ( ) A.甲图中活塞下压过程中,筒内气体的内能减小 B.甲图中活塞下压过程的能量转化与热机压缩冲程能量转化相同 C.乙图中水蒸气推动活塞迅速冲出试管口的过程中,水蒸气的内能增加 D.乙图中水蒸气推动活塞过程的能量转化与热机做功冲程能量转化相同 8.(多选)如图所示是一新款跑车,当跑车在水平路面上疾驰时,下列说法不正确的是( ) A.给跑车提供动力的是压缩冲程 B.跑车用水作冷却剂,是因为水的比热容大 C.做功冲程中,内能转化为机械能 D.夏天在户外的车身较热,这是通过做功增加车身的内能 9.(多选)实践小组制作的简易热机模型如图所示。易拉罐中装有适量的水,点燃酒精灯,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.酒精燃烧过程中热值不变 B.管口冒出的“白气”是汽化现象 C.蒸汽的内能转化为扇叶的机械能 D.简易热机模型改进后效率可达100% 10.小宇刚刚学了热机,制作了如图所示的模型,他在透明塑料盒的底部钻一个孔,把电子式火花发生器的放电针紧紧地塞进孔中,打开塑料盒盖,向盒内滴入数滴酒精,再将盒盖盖紧,然后推动电火花发生器的按钮. (1)在此过程中,酒精燃烧后,盒内气体的 能转化为盒盖的机械能. (2)在这一实验过程中,他应当注意观察的是 (填字母). A.推动电火花发生器 B.盒内的酒精 C.盒盖跳起的现象 D.盒盖跳起的瞬间盒内出现的现象 (3)汽油机的工作过程的 冲程与这一实验过程中能量的转化是一致的. 11.现代生活离不开热机,请你回答下面围绕“热机”展开的一些问题. (1)图甲是一种四缸汽油机(图中标注1、2、3、4),通过连杆把四个气缸的活塞连在一根曲轴上.各个气缸的做功过程错开,可以使发动机运转时更平稳.在飞轮转动的每半周里,都有一个气缸在做功,其他三个气缸分别在做吸气、压缩和 冲程. (2)做功冲程中曲轴的转速比其他三个冲程的转速 ,所以曲轴转速是不均匀的,因而发动机运转就不平稳.实际生活中的汽车往往采用多缸发动机,一般情况下 (选填“三”或“四”)缸发动机工作时更平稳,噪音更小. (3)提高热机的效率可以降低成本,节约能源,减小对环境的污染,下列选项中能提高热机效率的有 (多选,填字母). A.用热值大的燃料 B.多燃烧一些燃料 C.减少废气带走的大量热量 D.让燃料尽可能完全燃烧 (4)图乙是斯特林发动机,这是一种 (选填“内”或“外”)燃机;酒精灯被点燃后加热气缸内气体,高温气体推动活塞对外做功,内能 (选填“增大”或“减小”),温度 (选填“升高”或“降低”),酒精灯继续加热气缸内气体从而实现往复工作. 参考答案 【知识回顾】 一、热机的工作原理探究 1.实验引入:观察 "水蒸气冲开橡皮塞" 实验 (1)探究过程:在试管中装入适量的水,用酒精灯加热至沸腾。当水沸腾一段时间后,我们会观察到_橡皮塞被冲出去现象,同时试管口出现 "白雾"。 (2)思考填空:这个实验中,酒精燃烧将_化学能转化为内能,通过热传递将能量传递给水,使水的内能增加,产生大量水蒸气。水蒸气膨胀对橡皮塞做功,将_内能转化为橡皮塞的机械能。试管口的 "白雾" 是因为水蒸气对外做功后内能减少,温度降低,发生了液化现象形成的小水珠。 2.根据上述实验现象,我们可以得出:通过燃料燃烧获取内能并将其转化为机械能的机械叫做_热机。 二、四冲程内燃机工作过程探究 1.吸气冲程:活塞向下运动,进气门打开,排气门关闭,被吸入气缸。 2.压缩冲程:活塞向上运动,进气门和排气门都,气缸内气体被压缩, 机械 能转化为内能,气体温度。 3.做功冲程:在压缩冲程结束时,火花塞产生电火花,使燃料猛烈燃烧,产生高温高压的气体,推动活塞向下运动, 内 能转化为_机械能,带动曲轴转动。 4.排气冲程:活塞向上运动,进气门,排气门打开,将燃烧后的废气排出气缸外。 5.思考填空:在四冲程内燃机的一个工作循环中,活塞往复2次,曲轴转动2周,对外做功1次。除了做功冲程外,其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性来完成的。 三、简易热机模型的设计与制作 1.设计思路:我们将制作一个基于蒸汽动力的简易热机模型,它属于外燃机(选填 "内燃机" 或 "外燃机"),这种热机的燃料在气缸外燃烧,通过加热工作物质(水)产生水蒸气来做功,具有效率高、结构简单的特点。 2.材料准备:根据设计思路,我们需要准备的材料有:一个空易拉罐作为容器,一支去掉笔芯和尾塞的中性笔作为喷管,一个小风扇作为叶轮,一个酒精灯作为热源,还需要胶带、剪刀等工具。为了增强模型旋转的稳定性和持久性,我们可以用热熔胶替代部分连接材料。 3.制作步骤: (1)将中性笔的尖端朝外,另一端插入易拉罐内,用胶将易拉罐的开口处密封,确保装置的密封性。 (2)将易拉罐放置在支架上,调整位置使笔的尖端对准小风扇的扇叶,保证蒸汽喷出时能有效冲击叶轮。 (3)检查各部分连接是否牢固,确保实验_安全。 4.跨学科思考: (1)物理学角度:模型利用了力的作用是相互的原理,实现了能量的转化。 (2)工程学角度:模型的结构设计需要考虑_稳定性和密封性,确保各部分协调工作。 (3)环境科学角度:我们选用空易拉罐等废旧物品制作模型,体现了废物利用和节约资源的环保理念。 (4)数学角度:可以计算风扇叶片的面积和蒸汽喷射的速度之间的关系,优化模型效率。 【精练】 1.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,用酒精灯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 ( B ) 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 2.小宇用塑料瓶自制了火箭模型(如图所示),给瓶内喷入少量酒精,盖上锥形纸筒,然后用电火花发生器点燃瓶内酒精气体,看到纸筒向上飞出.下列说法正确的是 ( D ) A.纸筒飞出的过程中机械能转化为内能 B.瓶内酒精燃烧越充分,酒精的热值越大 C.纸筒飞出的原理与热机压缩冲程相同 D.纸筒飞出后瓶内气体的内能减少 3.图1是某同学利用塑料瓶制作的“水火箭”,其原理是压缩空气使水从“火箭”尾部向下喷出,推动“火箭”飞向空中,图2为四冲程汽油机的工作示意图.下列判断错误的是 ( C ) 图1 图2 A.图2中甲冲程吸入的是汽油和空气 B.图2中乙冲程是依靠飞轮的惯性运转的 C.从能量转化角度讲,往“水火箭”里打气与图2丙所示的原理相似 D.若该汽油机1 s内对外做功15次,则飞轮转速是1 800 r/min 4.跨学科实践小组制作了一个简易汽轮机装置。在易拉罐中装入适量的水,用酒精灯加热至沸腾,而后,蒸汽从管口喷出使风车转动。简易汽轮机工作过程中( C ) A.酒精燃烧时,内能转化为化学能 B.管口喷出的“白气”是水蒸气 C.蒸汽被喷出时,内能转化为机械能 D.蒸汽的内能可以全部转化为风车的机械能 5.小山同学利用易拉罐自制了一个简易“蒸汽机”,如图所示。点燃易拉罐下酒精灯,给易拉罐中的水加热。喷嘴喷出的蒸汽成功地让风车转了起来。下列说法错误的是( A ) A.罐中水的温度升高以后,水的比热容变大 B.罐中水的内能增大是通过热传递方式实现的 C.此实验展现了热机工作时做功冲程的能量转化过程 D.为提高蒸汽机的效率,可增加一个燃料燃烧密封装置 6.物理兴趣小组利用饮料瓶演示热机的工作原理,实验步骤如下:①如图甲,取一个空的饮料瓶,并在瓶子下端开一个小口;②如图乙,向瓶内喷入适量酒精;③如图丙,在瓶口处盖上纸杯,再在小孔处点火。实验现象:纸杯被向上顶出。下列分析正确的是( C ) A.步骤②中喷入酒精是在模拟做功冲程 B.步骤③中点火时,酒精燃烧越充分,其热值越大 C.步骤③中点火时,将酒精的化学能转化为内能 D.纸杯被顶出去时,瓶内气体的内能增大 7.(多选)如图是两个演示实验示意图,甲图是在一个配有活塞的厚壁玻璃筒里放一小团硝化棉,用力把活塞迅速下压,棉花就会立即燃烧;乙图是给试管里的水加热,水沸腾后,水蒸气推动活塞迅速冲出试管口;根据实验现象判断下列说法正确的是 ( BD ) A.甲图中活塞下压过程中,筒内气体的内能减小 B.甲图中活塞下压过程的能量转化与热机压缩冲程能量转化相同 C.乙图中水蒸气推动活塞迅速冲出试管口的过程中,水蒸气的内能增加 D.乙图中水蒸气推动活塞过程的能量转化与热机做功冲程能量转化相同 8.(多选)如图所示是一新款跑车,当跑车在水平路面上疾驰时,下列说法不正确的是( AD ) A.给跑车提供动力的是压缩冲程 B.跑车用水作冷却剂,是因为水的比热容大 C.做功冲程中,内能转化为机械能 D.夏天在户外的车身较热,这是通过做功增加车身的内能 9.(多选)实践小组制作的简易热机模型如图所示。易拉罐中装有适量的水,点燃酒精灯,有蒸汽喷出时,风车的扇叶就转动起来。下列说法正确的是( AC ) A.酒精燃烧过程中热值不变 B.管口冒出的“白气”是汽化现象 C.蒸汽的内能转化为扇叶的机械能 D.简易热机模型改进后效率可达100% 10.小宇刚刚学了热机,制作了如图所示的模型,他在透明塑料盒的底部钻一个孔,把电子式火花发生器的放电针紧紧地塞进孔中,打开塑料盒盖,向盒内滴入数滴酒精,再将盒盖盖紧,然后推动电火花发生器的按钮. (1)在此过程中,酒精燃烧后,盒内气体的 内 能转化为盒盖的机械能. (2)在这一实验过程中,他应当注意观察的是 D (填字母). A.推动电火花发生器 B.盒内的酒精 C.盒盖跳起的现象 D.盒盖跳起的瞬间盒内出现的现象 (3)汽油机的工作过程的 做功 冲程与这一实验过程中能量的转化是一致的. 11.现代生活离不开热机,请你回答下面围绕“热机”展开的一些问题. (1)图甲是一种四缸汽油机(图中标注1、2、3、4),通过连杆把四个气缸的活塞连在一根曲轴上.各个气缸的做功过程错开,可以使发动机运转时更平稳.在飞轮转动的每半周里,都有一个气缸在做功,其他三个气缸分别在做吸气、压缩和 排气 冲程. (2)做功冲程中曲轴的转速比其他三个冲程的转速 快 ,所以曲轴转速是不均匀的,因而发动机运转就不平稳.实际生活中的汽车往往采用多缸发动机,一般情况下 四 (选填“三”或“四”)缸发动机工作时更平稳,噪音更小. 【解析】(2)做功冲程对外做功,其余三个冲程依靠飞轮的惯性完成,所以做功冲程中曲轴的转速比其他三个冲程的转速快.四缸发动机可以在飞轮转动的每半周里,都有一个气缸在做功,各个气缸的做功过程错开,可以使发动机运转时更平稳,所以一般情况下四缸发动机工作时更平稳,噪音更小. (3)提高热机的效率可以降低成本,节约能源,减小对环境的污染,下列选项中能提高热机效率的有 CD (多选,填字母). A.用热值大的燃料 B.多燃烧一些燃料 C.减少废气带走的大量热量 D.让燃料尽可能完全燃烧 (4)图乙是斯特林发动机,这是一种 外 (选填“内”或“外”)燃机;酒精灯被点燃后加热气缸内气体,高温气体推动活塞对外做功,内能 减小 (选填“增大”或“减小”),温度 降低 (选填“升高”或“降低”),酒精灯继续加热气缸内气体从而实现往复工作. 2 学科网(北京)股份有限公司 $