14.4跨学科实践：制作简易热机模型 分层训练 2026-2027学年上学期九年级物理人教版

**基本信息** 以跨学科实践为载体，通过基础认知、综合应用到实践探究的分层设计，强化热机原理及能量转化的知识巩固，培养科学探究与模型建构能力。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础认知|单一知识点（冲程识别、能量转化方式）|选择题1-4、填空题11-13直接对应课堂基础考点，夯实物理观念| |综合应用|多知识点综合（热机原理与力学、热学结合）|选择题5-10、填空题14-16结合水火箭、蒸汽船等生活情境，深化科学思维| |实践探究|跨学科实践（模型制作与改进）|探究题17-19及中考真题要求设计改进模型，体现科学探究流程与社会责任|

14.4 跨学科实践：制作简易热机模型（分层训练） 1、 选择题 1.下图是正在煮饭的高压锅限压阀被气流顶起转动起来，这一现象与热机工作循环中的冲程原理相同的是（   ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 2.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 3.如图，物理兴趣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，水沸腾后从管口喷出蒸汽使风车转动。简易汽轮机工作过程中（　　） A．酒精燃烧将内能转化为化学能 B．水的内能增加的方式是热传递 C．蒸汽被喷出后内能保持不变 D．蒸汽的内能全部转化为风车的机械能 4.小明做了一个如图所示的简易热机，用酒精灯加热使易拉罐内的水沸腾后，蒸汽吹动小风扇转动。加热过程中忽略罐内气压的变化，则下列说法正确的是（　　） A．罐内水的内能是通过做功方式改变的 B．扇叶周围的“白气”是水蒸气汽化形成的 C．热机工作过程中将内能转化为机械能 D．加热过程中酒精的热值变大 5.如图所示是实践小组同学用塑料瓶制作的水火箭。他们先在瓶里装适量水，然后将带有喷嘴的橡胶塞插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气；当橡皮塞脱落时，水从火箭尾部瓶口向下喷出，水火箭向上飞向空中。下列有关说法正确的是（　　） A．打气后气筒会发热，这是通过热传递改变气筒的内能 B．水火箭升空时与热机做功冲程工作原理相似 C．水火箭喷水上升过程中瓶内气体温度升高 D．水火箭升空时受到向上的推力，推力的施力物体是空气 6.实验中学举行了中学生自制火箭比赛。甲组参赛选手对水火箭打气，拉开气阀，水向下喷出，水火箭一飞冲天（如图甲所示）。乙组参赛选手用塑料瓶自制了火箭模型（如图乙所示），先在瓶内喷入酒精，然后盖上锥形纸筒，再按下电火花发生器按钮，点燃瓶内酒精气体，纸筒向上飞出。下列说法正确的是（　　） A．水对水火箭向上的推力是水火箭向上起飞的原因 B．水火箭上升过程中，水火箭的机械能一直增大 C．瓶内酒精燃烧越充分，酒精热值越大 D．纸筒飞出后瓶内气体的内能不变，温度不变 7.2024年4月24日是第九个“中国航天日”，物理社团的同学们制作了水火箭，如图是水火箭的简易原理图。使用打气筒向水火箭内不断打气，当内部气体压强增大到一定程度时，会使水从水火箭中向下喷出，从而使水火箭升空。结合题中信息，以下说法错误的是（　　） A．水向下喷出会使水火箭升空是由于物体间力的作用是相互的 B．上升过程中，水火箭瓶内气体的内能减少 C．水火箭加速升空过程中能量守恒 D．往水火箭里打气的过程相当于热机的做功冲程 8.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。 9.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（　） B． C． D． 10.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，筒内底钻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 二、填空题 11.如图所示是小明用可乐瓶制作的水火箭。在瓶中装适量水，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，水火箭向上飞向空中，此过程的能量转化情况与热机的 冲程相同，瓶内气体通过 的方式改变内能。 12.如图是小明用塑料瓶制作的水火箭：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，打开阀门后，瓶内的高压气体对水 ，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中，水火箭加速上升是瓶内气体的内能转化为水火箭机械能，与内燃机的 冲程工作原理相似。 13.如图，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；活塞离开瓶口还可以继续向前飞出一段距离，因为它具有 。 14.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。关于此实验的下列分析： 燃气推动纸筒飞出的过程中将内能转化为 能，相当于内燃机的 冲程；纸筒飞出后瓶内气体温度将 （选填“升高”、“降低”）。 15.如图所示，图甲为小昕自制的热机模型，她在矿泉水瓶的侧壁上开了一个孔，把电火花发生器紧紧插入孔中，实验时从上方瓶口喷入液态酒精并轻轻盖上一次性塑料杯，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，塑料杯立即飞出，此过程酒精燃烧产生的 能转化为塑料杯的 能，相当于图乙中 （选填“A”、“B”、“C”或“D”）的能量转化过程。 16.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。 三、探究题 17.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 。 18.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（） 19.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”的学习活动，下面是该小组同学交流的实践过程。 （1）了解火箭的相关知识：2024 年10月30日，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭点火发射，如图甲所示。火箭刚发射时，它的机械能 （选填“增加”“减小”或“不变”）。为了保护发射台，在发射台底建了一个大水池，让火箭产生的高温火焰喷射到水中，利用水的 （填物态变化名称）来吸收大量的热量。 （2）制作并发射：同学们制作了“水火箭”并进行发射，如图乙、丙所示。给“水火箭”打气，打开阀门。水向下喷出，“水火箭”向固定角度一飞冲天。使用打气筒打气时的能量转化与汽油机的 冲程的能量转化相同，使“水火箭”上升的力的施力物体是 （选填“打气的同学”或“喷出的水”）。 （3）项目评估：小组的同学们制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，以竖直上升高度为标准评选“最佳飞行奖”，但操作过程中发现“水火箭”在竖直方向上升高的高度不容易测量，同学们讨论后认为可以通过测量“水火箭”的 来评奖。（写出一种方法即可） 1.小东学习了热机后，想制作一个压缩空气动力小车。 （1）小东将充满气的气球捆绑在小车上，制成压缩空气动力小车，当气球向右喷气时，静止的小车向左运动起来了，如图甲所示。说明力可以改变物体的 。细心的小东还发现喷完气的气球嘴内壁处湿漉漉的，原因是： ；    （2）为制造压缩空气动力汽车，工程师将装有压缩空气的钢瓶与空气动力发动机连接，该发动机的一个工作循环分为进气冲程和排气冲程，如图乙所示。该发动机对外做功的是 （进气/排气）冲程。若该发动机的转速为1200r/min，则1s内发动机对外做功 次； （3）和传统汽油机相比，压缩空气动力车的优点是 。 2.（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；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，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 。 （2）如图甲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，此过程中机械能转化为 能，内燃机工作的 冲程原理与该过程相同。某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min，则该汽油机每分钟做功 次。如图乙所示，小明驾驶燃油汽车，在转向前，他会拨动转向横杆，汽车同侧的前后两个转向灯就会同时闪亮、同时熄灭，但其中一个损坏时。另一个仍能正常工作，这两个转向灯在电路中的连接方式为 ，转向杆相当于电路中的 。 （3）汽油机是燃油汽车的动力来源之一。如图所示是某台汽油机工作时的能量数据，图中横线处应填写的内容是：① ；② 。若汽油的热值为4.6×107 J/kg，则该工作过程中消耗的汽油质量为 kg。 （4）2023年5月17日，我国用长征三号乙运载火箭成功发射第56颗北斗导航卫星，如图。在卫星发射过程的点火加速上升阶段，发生的能量转化是：燃料的 能转化为内能，然后再转化为卫星的 能，火箭以氢为燃料，是因为氢的 大。 1.（2025·四川成都·中考真题）2025年4月24日在酒泉卫星发射中心，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭发射升空。关于火箭发动机，下列说法正确的是（　　） A．火箭发动机使用比热容大的燃料 B．火箭燃料燃烧越充分，热值越大 C．火箭发动机主要通过热传递获得机械能 D．火箭发动机属于热机 2.（2025·甘肃兰州·中考真题）课外活动中，小亮将刚喝完水的空矿泉水瓶的瓶盖拧上但不拧紧，用手握住瓶子的上下两部分，用力迅速拧成图示状态时，瓶盖被弹出并伴有爆响声，同时瓶口内出现白雾。关于上述过程，下列说法错误的是（    ） A．矿泉水瓶被用力拧成图示形状，说明力可以使物体发生形变 B．瓶盖弹出前，拧瓶子的过程与汽油机的做功冲程类似 C．瓶盖被弹出时，瓶内压缩气体的内能转化为瓶盖的机械能 D．瓶口内出现的白雾，是水蒸气温度降低后液化形成的小水滴 3.(2025·湖北·中考真题)如图是液体燃料火箭喷气发动机示意图。输送装置将燃料和氧化剂输送到燃烧室燃烧，产生气体喷出推动火箭前进。下列说法正确的是（　　） A．燃料燃烧时内能转化为化学能 B．燃料箱燃料减少，燃料热值不变 C．燃烧放出热量越多，燃料热值越大 D．火箭前进时，燃料的化学能全部转化为火箭的机械能 4.（2025·山西·中考真题）跨学科实践 制作简易汽轮机模型 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，制定了“项目提出——项目分析——项目实施——展示交流”的学习流程，研究了热机原理，收集材料组装了如图所示的汽轮机模型。 实验时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)汽轮机模型工作过程的能量转化情况为：化学能 ； (2)某团队的同学们在测试过程中，发现扇叶不转动，出现这种现象的原因可能 ；（答出一条即可） (3)热机发展史也是一部热机效率提高史，在展示交流环节，对如何提高简易汽轮机效率，同学们进行了激烈讨论。请你依照“结构决定功能”的观念，从结构的角度思考，帮助他们提出一个可行性措施： 。 5.（2026·黑龙江·中考真题）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。 14.4 跨学科实践：制作简易热机模型（分层训练）答案 1、 选择题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 C C B C B A D B C D 二、填空题 11.做功 做功 12.做功 做功 13.做功 惯性 14.机械 做功 降低 15.内 机械 C 16.小 内 做功 15 三、探究题 17.（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 18.(1)做功 (2)扩散 (3)扇叶 (4)B 19.（1）增加 汽化（2）压缩 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。 1.（1） 运动状态 水蒸气液化 （2）进气 20 （3） 无污染 2.（1）热传递 做功 机械能 （2）内 压缩 1500 并联 开关 （3）1.61×105 机械能 3.5×10-3 （4）化学 机械 热值 1.D　 2.B   3.B　　 4.（1）内能 机械能 （2）装置密封不佳，蒸汽泄漏，无法产生足够的推力； 笔的尖端未对准扇叶，蒸汽无法推动扇叶； 扇叶转轴摩擦力过大，阻碍扇叶转动； 罐内水量过少，产生的蒸汽不足等。任选一条合理原因即可。 (3) 从结构角度提升效率，核心是减少能量损耗、提升能量利用率： 给易拉罐增加保温层的结构改进，能减少加热过程中向外界散失的热量，让更多的内能用于产生蒸汽，从而提高汽轮机的效率； 优化笔管结构让蒸汽喷出更集中； 改进扇叶形状提升对蒸汽能量的利用率。这些结构优化都符合“结构决定功能”的理念。 5.(1) 内 机械 做功 不变 (2) 热传递 遵循 (3)液化 学科网（北京）股份有限公司 $