14.4 跨学科实践：制作简易热机模型（任务型知识清单）2026-2027学年人教版九年级物理全一册

该初中物理知识清单围绕热机工作原理展开，从燃料化学能转化为内能再到机械能的本质出发，梳理内燃机与外燃机的分类及特点，通过项目分析明确简易外燃机模型的设计思路，搭建从理论认知到实践制作的学习支架。 知识链路以项目提出、分析、实施、展示交流为逻辑主线，突出模型建构简化热机核心做功过程，结合科学探究（制作步骤、故障分析与优化）和科学态度（安全操作规范），培养学生能量观念与动手能力，体现跨学科实践特色。

人教版(2024年新版本) 物理 九年级 全一册 14.4 跨学科实践:制作简易热机模型 任务型知识清单 一、项目提出 为更深入理解热机的工作原理,提出制作简易热机模型项目。 二、项目分析 1. 热机工作的本质:燃料化学能 [1] 能 [2] 能。 通过燃料燃烧获取内能,利用内能对外 [3] ,推动机械运动,实现能量的转化。 2. 热机分类 (1) 内燃机:以汽油机为例,它的热源是气缸 [4] 空气和汽油的混合物,工作物质是高温高压的燃气。 (2) 外燃机:以蒸汽机为例,其热源在气缸 [5] ,燃料燃烧使水变成水蒸气,水蒸气推动活塞运动,蒸汽机的工作物质是 [6] 。 3. 设计思路:实际的热机结构复杂、体积大,课堂可用简易模型模拟 “内能推动物体运动” 这一核心做功本质即可。通常而言,制作外燃机比制作内燃机更安全,材料也相对易得。 4. 需要考虑的问题 (1) 热源:可以是酒精灯、蜡烛、燃气、煤气等,如右图。 (2) 工作物质:水沸腾后产生的水蒸气。 (3) 气缸的选择:比较坚固的金属容器,例如易拉罐、铁罐等。 (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,使水蒸气通过细管喷出,然后使细管口对着汽轮机,推动汽轮机转动。 (5) 如何获得更多的机械能? 容器的容量要 [7] 一些,热源的热值也要 [8] 一些等。(均选填“大”或“小”) 三、项目实施 1. 所需材料 如上图,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(蜡烛),一个支架。 2. 制作步骤 (1) 气缸:用小刀在易拉罐侧壁上开一个比中性笔笔杆略粗的孔,将笔杆截成两段,带笔尖的一段插在易拉罐罐口处,尖端朝外,带尾塞的一段插在侧壁的孔中,尾塞朝外,用橡皮泥将笔杆固定并将开口处密封。如右图。 (2) 叶片:可直接使用一台小风扇的扇叶,或利用用完的卫生纸纸筒和硬纸板制作。 (3) 组装:通过侧壁的笔杆向易拉罐内部注入约半罐水,旋紧尾塞。将易拉罐放置在用铁丝弯折成的支架上,笔的尖端对准叶片。点燃易拉罐下面的酒精灯,当 [9] ,扇叶就转动起来。如图。 3. 安全操作规范 (1) 禁止用手触碰金属罐体、喷出蒸汽,防止烫伤; (2) 酒精灯远离纸张、塑料等易燃物品,实验结束后立刻熄灭酒精灯; (3) 剪刀、美工刀使用时规范操作,避免划伤; (4) 喷气模型不对准人、眼睛,防止气流冲击。 4. 故障分析与优化改进 (1) 故障:小风扇的扇叶不转动 原因:装置漏气、水量太少、加热温度不足、喷气口堵塞; 改进:橡皮泥加固密封、增加适量水、 [10] 、疏通笔管。 (2) 故障:动力很小,转动缓慢 原因:水蒸气喷出量不足、扇叶过重、喷气口过大; 改进:增加加热时间或调大火焰、减轻叶轮质量、缩小出气小孔。 (3) 能量损耗分析(跨学科拓展) 模型能量损耗:罐体散热、漏气损失内能、摩擦损耗机械能; 优化思路:加厚隔热外壳、完全密封、转轴处涂抹 [11] 减小摩擦。 四、展示交流 (1) 看:谁的模型制作精细、运行流畅,更有创意。 (2) 谈:热机模型的工作原理;制作过程中的难点和体会。 (3) 想:哪些方面还可以做得更好? 附:其他的简易自制热机模型如右图所示。 参考答案 二、项目分析 [1] 内 [2] 机械 [3] 做功 [4] 内 [5] 外 [6] 水蒸气 [7] 大 [8] 大 三、项目实施 [9] 有水蒸气喷出时 [10]调大酒精灯的火焰 [11]润滑油 第 1 页 , 共 2 页 学科网(北京)股份有限公司 $