14.4 跨学科实践：制作简易热机模型 同步分层作业 -2026-2027学年人教版（2024）物理九年级全一册

**基本信息** 以跨学科实践为载体，采用A、B、C三层设计，覆盖热机原理、能量转化及模型制作，从基础概念到创新应用，适配新授课分层教学，强化科学探究与工程实践能力。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A卷|热机能量转化、材料选择、故障诊断等基础概念|选择题+填空题直接考查核心知识点，如能量转化链、喷管堵塞原因| |B卷|材料对比分析、实验改进、项目流程补全|实验探究题结合中考真题改编，如分析不同材料船体性能差异| |C卷|热机效率提升、多方案比较、技术发展历史|开放创新题要求设计改进措施并评价装置科学性，体现工程迭代思维|

人教版（2024）物理·九年级全一册 同步分层作业·含解析 14.4 跨学科实践：制作简易热机模型（同步分层作业·解析版） 2026-2027学年人教版（2024）物理九年级全一册·第十四章 内能的利用 满分：100分（C卷18分为选做）　建议用时：60分钟 考点导览 1．项目任务：运用热机的工作原理，小组合作制作一个简易热机模型（如蒸汽小船、易拉罐蒸汽转轮），完成设计、制作、测试、改进、展示的全过程。 2．原理基础：热机把内能转化为机械能。蒸汽小船的能量转化链：蜡烛燃烧（化学能→内能）→锅炉里的水吸热汽化成水蒸气→水蒸气从喷管喷出推动小船（内能→机械能）。 3．设计要点：①选轻质材料做船体，减小阻力；②锅炉密封良好但喷口通畅；③火焰大小合适，兼顾动力与安全；④重心低、船体对称，防止侧翻。 4．常见故障诊断：小船不动——喷管堵塞、火力不足、船体吃水太深或漏水；船原地打转——喷管偏斜或两侧受力不对称。 5．项目评价维度：原理正确性、模型能否稳定工作、制作工艺、创意与美观、小组协作、安全操作。改进环节是项目学习的核心：每次测试后分析问题、修改设计、再次验证。 A卷·基础过关（共50分） 一、选择题（每题3分，共30分，10题） 1．（3分）如图所示的蒸汽小船是一个简易热机模型。它工作时，把内能转化为机械能的过程发生在（　　） A．蜡烛燃烧时 B．锅炉内的水被加热时 C．水蒸气从喷管喷出推动小船时 D．小船浮在水面上时 【答案】C 【解析】蜡烛燃烧是化学能→内能；水吸热汽化是内能转移；水蒸气喷出推动小船才是内能转化为机械能（热机做功的本质环节）。故选C。 2．（3分）蒸汽小船的能量转化链是（　　） A．内能→化学能→机械能 B．化学能→内能→机械能 C．机械能→内能→化学能 D．化学能→机械能→内能 【答案】B 【解析】蜡烛燃烧：化学能→内能；水蒸气喷出推船：内能→机械能。故选B。 3．（3分）制作蒸汽小船时，船体最好选用（　　） A．厚重的铁块 B．轻质且不吸水的材料（如薄塑料板、易拉罐皮） C．吸水的纸板 D．越重越好的材料 【答案】B 【解析】轻质材料使船吃水浅、阻力小、容易被推动；不吸水防止进水下沉；铁块太重会沉没。故选B。 4．（3分）测试时发现小船在原地打转，不能直线前进。最可能的原因是（　　） A．喷管喷口方向偏斜或两侧受力不对称 B．蜡烛燃烧不充分 C．水加得太多 D．船体颜色不美观 【答案】A 【解析】原地打转说明喷出的蒸汽对船的作用力方向不对称——检查喷管方向是否偏斜、左右是否对称。故选A。 5．（3分）简易蒸汽小船与内燃机相比，两者的共同点是（　　） A．都用汽油做燃料 B．都把内能转化为机械能 C．燃料都在气缸内燃烧 D．都有四个冲程 【答案】B 【解析】两者本质相同：利用内能做功（内能→机械能）。区别：蒸汽小船的燃料在"锅炉"（外部）燃烧，属于外燃式；内燃机燃料在气缸内燃烧。故选B。 6．（3分）如图所示是某小组"跨学科实践"的项目流程。下列说法错误的是（　　）（中考真题改编） A．设计草图在制作之前完成 B．测试调试后发现问题要改进设计，再次测试 C．展示评价就是评比谁的作品好看 D．项目过程包括设计、制作、测试、改进、展示等环节 【答案】C 【解析】展示评价要综合评价原理正确性、工作稳定性、工艺、创意、协作与安全等维度，不只看美观。故选C。 7．（3分）锅炉里的水在蒸汽小船工作过程中的作用是（　　） A．装饰品 B．吸热汽化产生水蒸气，为做功提供工质 C．给船体降温 D．增大船的重量使船更稳 【答案】B 【解析】水吸收蜡烛燃烧放出的热量汽化为水蒸气，水蒸气膨胀喷出做功——水蒸气就是热机的"工质"。故选B。 8．（3分）某小组的蒸汽小船测试时纹丝不动。下列原因分析不合理的是（　　）（中考真题改编） A．喷管被水垢或杂物堵塞 B．蜡烛火力太小，蒸汽压力不足 C．船体漏水，吃水太深 D．水蒸气从喷管喷出的速度太快 【答案】D 【解析】喷出速度快是动力充足的表现，不可能导致不动；A、B、C都会导致喷出蒸汽无力或船体异常。故选D。 9．（3分）项目展示时，小组协作与安全操作也是重要的评价内容。下列做法安全的是（　　） A．锅炉里的水装得满满的，防止中途烧干 B．测试时用手指去感觉喷管口的蒸汽温度 C．在水面上测试，点燃蜡烛前检查船体是否平稳，加热过程人不离场 D．为了效果把蜡烛换成酒精喷灯猛烧 【答案】C 【解析】锅炉水不能装太满（沸腾会溢出浇灭火焰或喷出烫伤）；蒸汽温度高不能用手试；用酒精喷灯猛烧有安全风险。故选C。 10．（3分）与内燃机相比，蒸汽小船这种"外燃式"热机的效率一般较低，主要原因是（　　） A．它的燃料是蜡烛 B．大量热量散失到空气和船体，蒸汽做功过程损耗多 C．它没有喷管 D．它不需要燃料 【答案】B 【解析】外燃式加热方式热量散失严重，蒸汽做功过程摩擦和泄漏损耗大，所以简易热机模型效率很低——这也是真实蒸汽机逐渐被内燃机取代的原因之一。故选B。 二、填空题（每题4分，共20分，5题） 11．（4分）蒸汽小船工作时：蜡烛燃烧把______能转化为______能；水吸收热量______成水蒸气；水蒸气喷出时把______能转化为小船的______能。 【答案】化学；内；汽化；内；机械 【解析】完整能量链：化学能→内能→机械能，与热机的本质一致。 12．（4分）如图所示是另一种简易热机模型——易拉罐蒸汽转轮：加热易拉罐内的水，水蒸气从细管喷出吹动叶轮转动。叶轮转动时把水蒸气的______能转化为叶轮的______能。（中考真题改编） 【答案】内；机械 【解析】蒸汽吹动叶轮是内能做功——与蒸汽轮机发电的原理相同。 13．（4分）跨学科实践的一般流程：明确任务→设计草图→______→测试调试→______，发现问题后要改进设计并再次测试。 【答案】选材制作；展示评价 【解析】"测试—发现问题—改进—再测试"的循环是工程实践的核心。 14．（4分）评价一个热机模型，可以从原理是否正确、能否______、制作工艺、______、小组协作和安全操作等维度进行。 【答案】稳定工作；创意与美观 【解析】工程项目的评价是多维度的，不是只看"能不能动"。 15．（4分）蒸汽小船的喷管喷出水蒸气，小船向前运动。使小船前进的力的施力物体是______；这个力的实质是水蒸气喷出时对船做的______。 【答案】水蒸气；功 【解析】喷出的水蒸气与船之间的相互作用——内能做功推动船前进。 B卷·能力提升（共32分） 三、选择题（每题4分，共8分，2题） 16．（4分）某小组用相同大小的蜡烛加热，测试了三种不同材料船体的蒸汽小船，记录如下：（中考真题改编） 材料：塑料板、易拉罐皮、木板 能否前进：较快、最快、不动 最可能的原因分析，正确的是（　　） A．木板船不动是因为木头密度大 B．木板吸水后重量增大、吃水过深，且表面粗糙阻力大 C．易拉罐皮传热快，所以最快 D．塑料板太轻，无法前进 【答案】B 【解析】木板吸水后变重、吃水加深阻力增大，且木板粗糙阻力大，所以不动；易拉罐皮轻且不吸水、密封好，效果最好。故选B。 17．（4分）某小组的蒸汽小船改进了三次：第一次喷管太细不动；第二次把喷管加粗后能前进但很慢；第三次在锅炉外壁加装了保温层后明显变快。第三次改进成功的原因是（　　） A．增大了蜡烛的化学能 B．减少了热量向空气散失，更多热量用来加热水产生蒸汽 C．减小了船受到的重力 D．消除了能量守恒定律的限制 【答案】B 【解析】保温层减少热量散失，使更多热量用于产生水蒸气，动力增强——效率意识在项目中的直接体现。能量守恒永远不可"消除"。故选B。 四、实验探究题（每题8分，共16分，2题） 18．（8分）某小组按如图所示制作蒸汽小船，完成项目测试。设计要点：船体用薄塑料板，锅炉用小金属盒（内装约三分之一的水），喷管用细吸管，动力用小蜡烛。（中考真题改编） （1）写出该模型工作时的能量转化链； （2）第一次测试：小船纹丝不动。请提出两条可能的原因； （3）小组改进后小船能前进了，但行驶时往一侧偏。应如何改进？ （4）测试时要注意哪些安全事项？（两条） 【答案】（1）化学能→内能→机械能　（2）见解析　（3）见解析　（4）见解析 【解析】（1）蜡烛燃烧：化学能→内能；水蒸气喷出推船：内能→机械能。 （2）示例：喷管堵塞；蜡烛火力不足；船体漏水；吃水太深；喷管方向不对。（两条即可） （3）检查喷管方向是否正对船尾中心线并调正；使左右对称；必要时重新固定喷管。 （4）加热过程人不离场；喷管口不对人；注意防火、防烫伤；锅炉冷却后再加水。（两条即可） 19．（8分）班级对四个小组的蒸汽小船进行项目评价，评价维度与结果如下：（中考真题改编） 小组——原理正确——稳定行驶——工艺美观——安全操作 甲组——√——√——良好——√ 乙组——√——偶有打转——优秀——√ 丙组——×（用嘴吹蒸汽）——√——良好——×（手被蒸汽烫伤） 丁组——√——√——良好——√（还分析了改进前后的效率变化） （1）丙组的设计为什么不符合热机原理？ （2）从安全和规范角度，丙组应如何改进？ （3）如果你是评委，你会把最高分给哪个组？请写出至少两条评分理由。 【答案】（1）见解析　（2）见解析　（3）见解析 【解析】（1）丙组用嘴吹蒸汽，不是模型自身把内能转化为机械能，动力来源不是"燃料做功"，不符合热机原理。 （2）规范操作：保持安全距离、不接触高温蒸汽；先学习安全须知再测试；发生烫伤及时用冷水冲洗并报告老师。 （3）示例：丁组——原理正确、稳定行驶、注重安全，并且额外分析了改进前后的效率变化，体现了"测试—改进"的工程思维和效率意识。（开放评价，理由充分即可） 五、综合应用题（共8分） 20．（8分）某小组的项目报告缺了几部分，请你补全：（中考真题改编） 【任务】制作一个能直线前进的蒸汽小船。 【设计】船体用薄塑料板，锅炉用小金属盒装三分之一的水，喷管用细吸管，动力用小蜡烛。 【原理】蜡烛燃烧，______能转化为______能；水吸热______成水蒸气，水蒸气喷出推动小船，______能转化为______能。 【测试】第一次测试小船原地打转。 【改进】____________（写出一条合理措施）。 【结论】小船稳定前进，项目成功。 【反思】模型的效率很低，请说明原因（一条）。 【答案】【原理】化学；内；汽化；内；机械　【改进】调整喷管方向使其正对船尾中心线（或使左右对称）　【反思】见解析 【解析】反思示例：外燃式加热热量大量散失到空气和船体，蒸汽做功过程也有泄漏与摩擦损耗，转化为有用机械能的比例很小。（一条合理即可） 项目报告的"反思"环节体现工程思维：不只看成功，还要分析不足与改进方向。 C卷·素养挑战（选做）（共18分） 六、综合应用题（共10分） 21．（10分）老师提出进阶挑战：在不加大蜡烛功率的前提下，让蒸汽小船行驶得更快、更远。（中考真题改编） （1）请从"减少热量损失"的角度提出两条改进措施，并说明理由； （2）请从"增大做功效果"的角度提出两条改进措施，并说明理由； （3）小明提出："给船加装一个风力风扇，用电池驱动风扇吹船帆，船一定更快。"请评价：这个装置还算是"热机"吗？能量来源发生了什么变化？ （4）通过这个项目，说说你对"工程设计需要多方案比较、迭代改进"的理解。 【答案】（1）见解析　（2）见解析　（3）见解析　（4）开放作答，合理即可 【解析】（1）示例：①锅炉外壁加保温层——减少散热，更多热量用于产生蒸汽；②给锅炉加盖减少开口——减少热量散失和蒸汽泄漏。 （2）示例：①喷管口径适当减小——蒸汽喷出速度增大（反冲力增大）；②船头做成流线型——减小水的阻力。 （3）加装电风扇后，动力主要来自电池的电能（电能→机械能），不再是蜡烛燃烧的热机原理——装置变成了"电风扇船"，不能算热机模型。能量来源从化学能变成了电池的化学能/电能。 （4）示例：工程设计往往不能一次成功，需要通过测试发现问题、分析原因、改进设计、再次验证的多次迭代；比较多个方案的成本、效果、安全性后择优。（合理即可） 七、开放创新题（共8分） 22．（8分）（1）热机的发展经历了蒸汽机→内燃机→燃气轮机→火箭发动机，请说出它们的一个共同点和各自的能量转化起点； （2）蒸汽小船模型用的是"外燃"方式。请查资料或结合本节内容，说说内燃机效率比外燃式高的主要原因； （3）我国的火箭发动机把飞船送入太空。请写出火箭发射过程中的能量转化链，并说说科学家在提高发动机效率方面不断努力的意义。 【答案】开放性试题，合理即可（参考答案见解析） 【解析】（1）共同点：都利用内能做功（内能→机械能）。蒸汽机起点是水蒸气的内能（外燃）；内燃机起点是气缸内燃气内能；燃气轮机起点是高温燃气内能；火箭发动机起点是推进剂燃烧产生的内能。 （2）内燃机燃料直接在气缸内燃烧做功，减少了外燃式的大规模传热散失环节，能量损失少、体积小、效率高。 （3）化学能→内能→机械能（飞船的动能与势能）。意义：提高效率可以减少燃料携带量、增大载荷、降低发射成本——每一分效率提升都意义重大。（合理即可） 易错点拨 1．安全第一：使用蜡烛加热时注意防火，防止烫伤；测试在水面上进行，锅炉内水量要适中。 2．喷管喷出的水蒸气温度很高，不能对着人；实验结束等锅炉冷却后再加水。 3．原理表述要规范：小船前进是水蒸气喷出时对船的反作用（内能做功），不是"蒸汽把船吸着走"。 第 页　共 页 学科网（北京）股份有限公司 $人教版（2024）物理·九年级全一册 同步分层作业·含解析 14.4 跨学科实践：制作简易热机模型（同步分层作业） 2026-2027学年人教版（2024）物理九年级全一册·第十四章 内能的利用 满分：100分（C卷18分为选做）　建议用时：60分钟 注意事项： 1．答题前，请将班级、姓名写在指定位置；选择题答案填入题后括号内，填空题答案写在横线上。 2．本练习分A、B、C三层：A卷面向全体同学，B卷面向大部分同学，C卷为素养挑战选做题。 3．计算题应写出必要的公式与单位，只有结果没有过程不能得分。 考点导航 1．项目任务：运用热机的工作原理，小组合作制作一个简易热机模型（如蒸汽小船、易拉罐蒸汽转轮），完成设计、制作、测试、改进、展示的全过程。 2．原理基础：热机把内能转化为机械能。蒸汽小船的能量转化链：蜡烛燃烧（化学能→内能）→锅炉里的水吸热汽化成水蒸气→水蒸气从喷管喷出推动小船（内能→机械能）。 3．设计要点：①选轻质材料做船体，减小阻力；②锅炉密封良好但喷口通畅；③火焰大小合适，兼顾动力与安全；④重心低、船体对称，防止侧翻。 4．常见故障诊断：小船不动——喷管堵塞、火力不足、船体吃水太深或漏水；船原地打转——喷管偏斜或两侧受力不对称。 5．项目评价维度：原理正确性、模型能否稳定工作、制作工艺、创意与美观、小组协作、安全操作。改进环节是项目学习的核心：每次测试后分析问题、修改设计、再次验证。 A卷·基础过关（共50分） 一、选择题（每题3分，共30分，10题） 1．（3分）如图所示的蒸汽小船是一个简易热机模型。它工作时，把内能转化为机械能的过程发生在（　　） A．蜡烛燃烧时 B．锅炉内的水被加热时 C．水蒸气从喷管喷出推动小船时 D．小船浮在水面上时 2．（3分）蒸汽小船的能量转化链是（　　） A．内能→化学能→机械能 B．化学能→内能→机械能 C．机械能→内能→化学能 D．化学能→机械能→内能 3．（3分）制作蒸汽小船时，船体最好选用（　　） A．厚重的铁块 B．轻质且不吸水的材料（如薄塑料板、易拉罐皮） C．吸水的纸板 D．越重越好的材料 4．（3分）测试时发现小船在原地打转，不能直线前进。最可能的原因是（　　） A．喷管喷口方向偏斜或两侧受力不对称 B．蜡烛燃烧不充分 C．水加得太多 D．船体颜色不美观 5．（3分）简易蒸汽小船与内燃机相比，两者的共同点是（　　） A．都用汽油做燃料 B．都把内能转化为机械能 C．燃料都在气缸内燃烧 D．都有四个冲程 6．（3分）如图所示是某小组"跨学科实践"的项目流程。下列说法错误的是（　　）（中考真题改编） A．设计草图在制作之前完成 B．测试调试后发现问题要改进设计，再次测试 C．展示评价就是评比谁的作品好看 D．项目过程包括设计、制作、测试、改进、展示等环节 7．（3分）锅炉里的水在蒸汽小船工作过程中的作用是（　　） A．装饰品 B．吸热汽化产生水蒸气，为做功提供工质 C．给船体降温 D．增大船的重量使船更稳 8．（3分）某小组的蒸汽小船测试时纹丝不动。下列原因分析不合理的是（　　）（中考真题改编） A．喷管被水垢或杂物堵塞 B．蜡烛火力太小，蒸汽压力不足 C．船体漏水，吃水太深 D．水蒸气从喷管喷出的速度太快 9．（3分）项目展示时，小组协作与安全操作也是重要的评价内容。下列做法安全的是（　　） A．锅炉里的水装得满满的，防止中途烧干 B．测试时用手指去感觉喷管口的蒸汽温度 C．在水面上测试，点燃蜡烛前检查船体是否平稳，加热过程人不离场 D．为了效果把蜡烛换成酒精喷灯猛烧 10．（3分）与内燃机相比，蒸汽小船这种"外燃式"热机的效率一般较低，主要原因是（　　） A．它的燃料是蜡烛 B．大量热量散失到空气和船体，蒸汽做功过程损耗多 C．它没有喷管 D．它不需要燃料 二、填空题（每题4分，共20分，5题） 11．（4分）蒸汽小船工作时：蜡烛燃烧把______能转化为______能；水吸收热量______成水蒸气；水蒸气喷出时把______能转化为小船的______能。 12．（4分）如图所示是另一种简易热机模型——易拉罐蒸汽转轮：加热易拉罐内的水，水蒸气从细管喷出吹动叶轮转动。叶轮转动时把水蒸气的______能转化为叶轮的______能。（中考真题改编） 13．（4分）跨学科实践的一般流程：明确任务→设计草图→______→测试调试→______，发现问题后要改进设计并再次测试。 14．（4分）评价一个热机模型，可以从原理是否正确、能否______、制作工艺、______、小组协作和安全操作等维度进行。 15．（4分）蒸汽小船的喷管喷出水蒸气，小船向前运动。使小船前进的力的施力物体是______；这个力的实质是水蒸气喷出时对船做的______。 B卷·能力提升（共32分） 三、选择题（每题4分，共8分，2题） 16．（4分）某小组用相同大小的蜡烛加热，测试了三种不同材料船体的蒸汽小船，记录如下：（中考真题改编） 材料：塑料板、易拉罐皮、木板 能否前进：较快、最快、不动 最可能的原因分析，正确的是（　　） A．木板船不动是因为木头密度大 B．木板吸水后重量增大、吃水过深，且表面粗糙阻力大 C．易拉罐皮传热快，所以最快 D．塑料板太轻，无法前进 17．（4分）某小组的蒸汽小船改进了三次：第一次喷管太细不动；第二次把喷管加粗后能前进但很慢；第三次在锅炉外壁加装了保温层后明显变快。第三次改进成功的原因是（　　） A．增大了蜡烛的化学能 B．减少了热量向空气散失，更多热量用来加热水产生蒸汽 C．减小了船受到的重力 D．消除了能量守恒定律的限制 四、实验探究题（每题8分，共16分，2题） 18．（8分）某小组按如图所示制作蒸汽小船，完成项目测试。设计要点：船体用薄塑料板，锅炉用小金属盒（内装约三分之一的水），喷管用细吸管，动力用小蜡烛。（中考真题改编） （1）写出该模型工作时的能量转化链； （2）第一次测试：小船纹丝不动。请提出两条可能的原因； （3）小组改进后小船能前进了，但行驶时往一侧偏。应如何改进？ （4）测试时要注意哪些安全事项？（两条） 19．（8分）班级对四个小组的蒸汽小船进行项目评价，评价维度与结果如下：（中考真题改编） 小组——原理正确——稳定行驶——工艺美观——安全操作 甲组——√——√——良好——√ 乙组——√——偶有打转——优秀——√ 丙组——×（用嘴吹蒸汽）——√——良好——×（手被蒸汽烫伤） 丁组——√——√——良好——√（还分析了改进前后的效率变化） （1）丙组的设计为什么不符合热机原理？ （2）从安全和规范角度，丙组应如何改进？ （3）如果你是评委，你会把最高分给哪个组？请写出至少两条评分理由。 五、综合应用题（共8分） 20．（8分）某小组的项目报告缺了几部分，请你补全：（中考真题改编） 【任务】制作一个能直线前进的蒸汽小船。 【设计】船体用薄塑料板，锅炉用小金属盒装三分之一的水，喷管用细吸管，动力用小蜡烛。 【原理】蜡烛燃烧，______能转化为______能；水吸热______成水蒸气，水蒸气喷出推动小船，______能转化为______能。 【测试】第一次测试小船原地打转。 【改进】____________（写出一条合理措施）。 【结论】小船稳定前进，项目成功。 【反思】模型的效率很低，请说明原因（一条）。 C卷·素养挑战（选做）（共18分） 六、综合应用题（共10分） 21．（10分）老师提出进阶挑战：在不加大蜡烛功率的前提下，让蒸汽小船行驶得更快、更远。（中考真题改编） （1）请从"减少热量损失"的角度提出两条改进措施，并说明理由； （2）请从"增大做功效果"的角度提出两条改进措施，并说明理由； （3）小明提出："给船加装一个风力风扇，用电池驱动风扇吹船帆，船一定更快。"请评价：这个装置还算是"热机"吗？能量来源发生了什么变化？ （4）通过这个项目，说说你对"工程设计需要多方案比较、迭代改进"的理解。 七、开放创新题（共8分） 22．（8分）（1）热机的发展经历了蒸汽机→内燃机→燃气轮机→火箭发动机，请说出它们的一个共同点和各自的能量转化起点； （2）蒸汽小船模型用的是"外燃"方式。请查资料或结合本节内容，说说内燃机效率比外燃式高的主要原因； （3）我国的火箭发动机把飞船送入太空。请写出火箭发射过程中的能量转化链，并说说科学家在提高发动机效率方面不断努力的意义。 第 页　共 页 学科网（北京）股份有限公司 $