第14.4节 跨学科实践：制作简易热机模型（高效培优·讲义）物理新教材人教版九年级全一册

第14.4节 跨学科实践：制作简易热机模型 目录 01 本节导航·目标清单 02 教材精研·内容全解 考点01 跨学科实践：制作简易热机模型 03 避坑指南·解题通法 角度01 水火箭模型 角度02 纸风车模型 角度03 取火器模型 角度04 其他简易热机模型 04 真题闯关·溯源演练 05 课后三阶·精准练习 目标导航 方法指导 1.理解简易热机模型的工作原理，明确能量转化：燃料燃烧化学能→内能→机械能。 2.能够完成简易热机模型的方案设计、选材、组装与调试。 3.分析模型实验的故障原因，评估自制热机的优缺点，知道真实热机与简易模型的区别。 4.树立安全意识，认识热机带来的环境问题。 1.模型的核心原理：利用高温高压的蒸汽（或热空气）对外做功，把内能转化为机械能，模拟汽轮机的工作过程。 2.密封是制作关键：容器与喷嘴的接口漏气，内部气压上不去，模型就无法转动；喷嘴口径不宜过大。 3.常见故障分析：叶轮不转动，一般是漏气、喷嘴方向不对、热源供热不足；转速慢可以适当减小叶轮质量。 4.安全注意：加热时容器口不要对准人，防止高温蒸汽烫伤；简易模型效率很低，真实热机通过精密结构提高工作效率。 知识导图 考点01 跨学科实践：制作简易热机模型 1、项目提出：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，如果我们能尝试制作一个热机模型，就可以更好地了解热机的工作原理，包括热机中的能量是如何转化的，热机中各部分是如何协调工作的。请同学们在学过的热机知识基础上，进一步查找相关资料，了解不同热机的工作原理，制作一个简易热机模型。 2、项目分析：汽油机属于内燃机，它的工作物质是气缸内的空气和汽油的混合物。蒸汽机工作时，燃料燃烧使水变成水蒸气，水蒸气推动活塞运动产生动力。蒸汽机的燃烧室在汽缸外，属于外燃机，蒸汽机的工作物质是水蒸气。要完成热机模型的制作，需要重点考虑以下几个问题。 （1）用什么作热源？ （2）工作物质是什么？ （3）如何将内能转化成机械能？通常而言，制作采用燃烧燃料加热水产生蒸汽（或直接加热空气）来做功的外燃机，比制作在封闭缸体内燃烧燃料来做功的内燃机要安全，材料也相对易得，建议优先考虑前者。 3、项目原理：酒精化学能→水蒸气内能→风扇机械能。 4、项目实施：请根据自己的设计，制作一个简易的热机模型。下面展示的是一个简易的汽轮机模型，供参考。准备以下材料：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，一个支架。向易拉罐内部注人大约半罐水。将笔的尖端朝外，另一端插人易拉罐内，用胶将罐的开口处密封。将易拉罐如图所示放置在支架上，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。 上面提供的只是一个非常简易的汽轮机模型，同学们可以制作不同类型的热机模型。只要大家积极地行动起来，一定会制作出更多有创意的热机模型。 5、展示交流 （1）请大家展示自己的热机模型，看看谁的模型制作精细，运行顺畅，更有创意。 （2）在展示交流中，谈谈你的热机模型的工作原理，以及制作过程中的难点，说一说你在制作过程中的心得体会，想一想在哪些方面还可以做得更好。 【深化点拨】 1．制作简易热机模型作用：热机是人们获得动力的重要机械，如果我们能尝试制作一个热机模型，就可以更好地了解热机的工作原理，包括热机中的能量是如何转化的热机中的各部分是如何协调工作的。 2．项目跨学科分析: （1）热源的选择:酒精灯或电加热器。 （2）水蒸气或者直接加热空气。 （3）化学能如何转化为机械能？通过加热水沸腾,产生高温水蒸气。 3．项目实施关键: （1）注人的水量不要太多,通常为易拉罐容量的三分之一或者一半,留出容纳水蒸气的空间。 （2）出气管可以是中性笔套、细牛奶吸管或者细竹管,出口要尖细。 （3）出气管和易拉罐之间结合要紧密,不要漏气,易拉罐的洞口开得要比出气管外径小一点。 （4）小风扇和轴之间摩擦力要小。 1．如图所示，在跨学科实践中，小明制作了一个简易的热机模型-“蒸汽船”。他在铜制容器中盛入一定量的水之后安装在“船体”上，用酒精灯对铜制容器底部加热，一段时间后容器内水温升高产生的水蒸气沿铜管向右喷出，“蒸汽船”向左行驶，下列说法正确的是（　　） A．酒精燃烧过程中，其热值不断减小 B．“蒸汽船”在向左运动时主要将内能转化为机械能 C．酒精在燃烧的过程中不断放热，将内能转化为化学能 D．水在沸腾时会有热量的散失，不遵守能量守恒定律 2．小杰同学在家中制作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，风车就会转动起来。利用酒精灯加热，使水的________增大（填能量形式）；蒸汽膨胀喷出对风车________，蒸汽的内能________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。 3．制作简易热机模型。 （1）准备材料：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。 （2）向易拉罐内部注入大约半罐水。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。将______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______，当有蒸汽喷出时，______就转动起来。此热机模型属于______（选填“内燃”或“外然”）机。 跨学科实践：制作简易热机模型的综合应用及解题步骤 1.核心原理：必须“理解能量转化链条” （1）能量转化路径： 化学能→内能：燃料（如酒精）燃烧，将化学能转化为火焰和高温水蒸气的内能。 内能→机械能：高温高压的水蒸气喷出，推动叶轮（或风车）转动，将内能转化为叶轮的动能（机械能）。 （2）对应热机冲程：这一过程主要模拟了内燃机的做功冲程。 避坑点：不要混淆成压缩冲程（机械能转内能）。这里的核心是气体膨胀对外做功。 2.制作关键：在工程实践中，模型能不能转起来，往往取决于这两个细节的处理。 （1）密封性（保压）：盛水容器（如易拉罐或试管）的开口处必须尽量密封，只留喷气口。如果漏气严重，内部压强无法建立，蒸汽就会从缝隙跑掉，无法推动叶轮。 （2）减小摩擦（提效）：叶轮转轴的摩擦是能量损耗的主要原因。 技巧：使用光滑的金属丝做轴，或者使用滚珠轴承；叶轮要轻且平衡性好（避免转动时晃动）。 3.调试与安全：必须“注意操作规范” （1）安全警示： 防烫伤：加热后的金属容器温度极高，严禁直接触摸。 防爆炸：如果是密闭容器加热，必须有泄压口（喷气口），绝对不能完全封死，否则有爆炸危险。 （2）调试技巧： 水量控制：水不能装太满，需要留出空间让水蒸气聚集产生压强。 火焰位置：火焰应集中在容器底部受热最均匀的地方，提高热效率。 角度01 水火箭模型 1．学校科技节活动中，组织水火箭制作比赛。如图为自制的水火箭结构示意图。当水面上方压强增大到一定程度时，会使水向下喷出，从而使水火箭升空。关于水火箭，以下说法正确的是（     ） A．利用打气筒向水火箭中打气，水火箭中空气的内能不变 B．利用打气筒向水火箭中打气，水火箭中空气的内能减小 C．打气筒将空气压入水火箭中时，机械能转化为内能 D．水火箭升空时，能量转化的过程与汽油机的压缩冲程相同 2．某同学利用塑料瓶制作的“水火箭”如图所示，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。水火箭发射时其获得能量的方式和汽油机的______冲程相同，若该汽油机工作时的转速为1200 r/min，则1s内发动机对外做功______次。 3．某中学科技创新兴趣小组制作出如图所示的水火箭。实验器材有：饮料瓶、打气筒、自行车气门、铁丝、橡皮塞、水等，在瓶中装适量的水，塞好瓶塞后放在发射架上。用打气筒向瓶内打气，瓶内上方的气体压强达到一定程度时，高压气体发射架将水和橡皮塞从瓶口中压出，把瓶子推向高空，飞向远处。 (1)水火箭的升空原理可利用我们学过的_____________________知识来解释。从能量转化角度来看，水火箭的动能是由高压气体的_________能转化来的，这与汽油机的__________冲程类似。 (2)实验前小明提出了问题：水火箭飞行的距离与什么因素有关？ 猜想①：与瓶中打入气体的多少有关；猜想②：与发射的角度有关；你认为除上述两点影响因素外还与____________________有关。（写出一个即可） (3)实验小组想探究水火箭发射距离与发射角度的关系，需要用到________（选填“控制变量”或“转换”）法。请你简单描述探究思路：________________________________________________________ 角度02 纸风车模型 4．如图，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”是汽化现象 D．“白气”使风车转动过程相当于汽油机的做功冲程 5．小明在综合实践活动中制作了一个纸风车，如图所示。点燃酒精灯后，风车会水平转动，这是由于_________；该过程中的能量转化方式与四冲程汽油机的______冲程相同。 6．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） 角度03 取火器模型 7．我国古人曾发明一种取火器，其结构如图所示。取火时，一手握住套筒，一手猛推推杆入筒，随即将推杆拔出，艾绒即燃。下列说法中正确的是（　　） A．取火时是通过热传递增加套筒内空气的内能 B．取火过程中，套筒内空气的内能主要转化为机械能 C．该装置的取火原理与汽油机的压缩冲程相同 D．若缓慢推推杆，也能快速点燃艾绒 8．如图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，此过程中是通过______的方式将______能转化为______能，内燃机工作的______冲程工作原理与该过程相同。某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min，则该汽油机每秒做功____次。 9．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→_________→_________； (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_________。 角度04 其他简易热机模型 10．如图为简易热机的制作，易拉罐内部注入小半罐水，将去掉笔芯和尾塞的中性笔插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封。笔的尖端对准小风扇的扇叶，点燃酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来。下列说法正确的是（     ） A．该简易热机模型工作时，只有能量转化，没有能量转移 B．该简易热机模型工作时，充当能量传递和转化的核心介质是水蒸气 C．同学们在测试过程中，发现点燃酒精灯扇叶不转动，是因为能量消失了 D．交流讨论中，同学提出增大燃料热值必定能提高简易汽轮机效率 11．如图所示，小明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风车转动。水沸腾时温度______，水蒸气的内能转化成了风车的______，该模型的工作物质是______。 12．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】 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。 (1)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主要能量转化情况为：_________。 ②此汽轮机模型属于_________（填“内”或“外”）燃机。 (2)实验改进： 实验中，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 【例1】（2026·黑龙江·中考真题）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（） 【深化点拨】 （1）本题结合跨学科实践实验，考查热机冲程的能量转化，重点区分做功冲程与压缩冲程的能量变化。 （2）考查扩散现象，识别分子无规则运动所对应的生活现象，能够区分分子运动与宏观物体的机械运动。 （3）考查力的作用效果，力作用在扇叶上才可以改变物体的运动状态，使风车转动。 （4）考查燃料热值的实际应用，理解热值对放热的影响，会结合实验情景分析如何改进实验，提升加热效果。 【变式1-1】新趋势跨学科实践 在制作简易热机模型的跨学科实践活动中，小红展示了自己制作的热机模型（如下图所示）。下列分析正确的是（     ） A．小风扇的扇叶转动的过程中机械能一定守恒 B．燃料燃烧不充分时，燃料的热值会变小 C．扇叶转动过程中的能量转化与热机的压缩冲程相同 D．给易拉罐中的水加热时，是通过热传递的方式改变水的内能的 【变式1-2】（2026·四川乐山·中考真题）下图是小明同学在家中制作的热机模型。酒精燃烧时，将化学能转化为内能。喷出的高温水蒸气推动风车的叶片转动，将内能转化为________，此过程的能量转化与四冲程汽油机的_________冲程相同。 【变式1-3】（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：_________________。 ⚡基础速刷 1．小花在制作简易热机模型的实践活动中，往瓶内喷入雾状酒精，点火使酒精燃烧，纸杯立刻飞起，纸杯飞起过程中与四冲程汽油机中能量转化过程一致的是（　　） A．做功冲程 B．压缩冲程 C．吸气冲程 D．排气冲程 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 3．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。 4．如图是某同学自制的热机模型——汽轮机。给烧瓶中的水加热直至沸腾，当大量的“白汽”从导管口喷出时可以看到叶轮转了起来。汽轮机工作时，水蒸气对叶轮______，水蒸气的内能______。 5．制作简易热机模型 （1）准备材料：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。 （2）向易拉罐内部注入大约半罐水。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。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______。 6．跨学科实践∶小小汽轮机 某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气喷出时，叶片就转动起来。 (1)汽轮机模型工作过程的能量转化情况为∶化学能→__________→机械能。 (2)实验时若叶轮不转动，原因∶______________，解决办法∶_________________。 🚀能力跃升 7．如图是小青同学学习《跨学科实践：制作简易热机模型》一节中查询到的一种热机模型：斯特林发动机，其原理图如图所示，你认为下列推测合理的是（　　） A．由于其燃料在机器里，所以这款发动机是内燃机 B．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，气体内能增大 C．要想提高斯特林发动机热机效率，可以让该发动机工作时间更长 D．由于飞轮具有惯性带动活塞A运动，活塞A可将气缸中的气体推入冷气缸并液化 8．如图是某同学在跨学科实践活动中自制的简易热机模型。在易拉罐内注入半罐水，在罐口密封一根去掉尾塞的中性笔杆，笔杆尖端对准扇叶。点燃酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来。下列相关说法正确的是（　　） A．这是通过做功的方式改变罐内水的内能的 B．该过程与汽油机压缩冲程的能量转化相同 C．扇叶转动的同时温度升高、内能增大 D．随着酒精燃烧，酒精灯内剩余酒精的热值减小 9．小秦在家里制作了“简易热机模型”如图左，用酒精灯加热易拉罐中的水，产生的高温水蒸气从侧方小孔喷出推动风车转动（原理如图右），下列说法正确的是（　　） A．此热机的工作物质是水 B．罐中水的内能是通过做功的方式增大的 C．水蒸气推动风车转动的能量转化过程与内燃机压缩冲程类似 D．水蒸气对风车做功的过程，也是水蒸气内能减小的过程 10．如图所示，是一个 ___________（选填“柴油机”、“汽油机”或“抽水机”）模型。一般耕地的拖拉机选用的发动机是 ___________，是因为它的效率高且功率较大。 11．如图是小明在跨学科实践活动中制作的"简易蒸汽船"模型。在小瓶内装入少量酒精，放在热水中，一段时间后，瓶口的橡皮塞被冲出，同时瓶内出现白雾。这一现象与热机的 ______ 冲程能量转化相同。若想让橡皮塞冲得更远，可以采取的措施是 ______ 。 12．在制作简易热机模型的跨学科实践活动中，小聪经历了如下的实践过程，我们一同体会一下吧！ (1)小聪用“冰露”塑料矿泉水瓶进行了如图所示的实验：①瓶中留有少量水，盖紧瓶盖；②用力扭转瓶身；③松动瓶盖，瓶盖冲出，同时瓶内出现白雾。序号______的过程中能量转化与热机做功冲程相似。 (2)虽然上面的实验不能获取持续的动力，但小聪在实验中获取了灵感，设计了一款能够持续工作的简易“蒸汽船”模型。 ①他将盛有一定量水的耐高温的高硼硅玻璃瓶安装在“船体”上，将一只两端开口的塑料管穿过橡胶盖插入瓶中，注意塑料管在瓶内开口端______（选填“要”或“不要”）插入瓶内水中。他设想用蜡烛对瓶底部加热，一段时间后细管就会向左喷出蒸汽，“蒸汽船”就会向______行驶。此设计装置中的工作物质是______。 ②制作完成后，在“试航”的过程中，从管中缓慢吐出的气体并不能驱动小船，于是小聪只更换了一只向外喷气的细管，就解决了问题。那只形状合适的细管应是图Ⅲ中的______。 13．跨学科实践 制作简易热机模型 热机的发明及广泛使用，使人类迈入了工业化社会，对人类社会的发展起到了重要的作用。某小组开展了“制作简易热机模型”的主题活动。 如图所示，实验时在试管内装适量的水，将细玻璃管穿透橡胶塞，用橡胶塞塞住试管管口，再将试管固定在铁架台上，细玻璃管的一端对准风扇的扇叶，点燃试管下面的酒精灯，当有水蒸气喷出时，扇叶就转动起来。 (1)请你完成热机模型工作过程的能量转化流程图：________能→内能→________能。 (2)水蒸气喷出带动扇叶转动，与四冲程汽油机的________冲程相似。 (3)热机的效率是衡量热机性能的重要指标。若要提高热机模型的效率，请你提出一条可行性措施：________。 🌟思维挑战 14．物理社团的同学们制作了一个水火箭，如图是其简易原理图，使用打气筒向水火箭内不断打气，当内部气压到一定程度，会使水从火箭中向下喷出，从而使火箭升空。结合题中信息，以下说法不正确的是（　　） A．火箭升空，是由于物体间力的作用是相互的 B．上升过程中，水火箭内气体内能减小 C．水火箭加速上升过程中能量守恒 D．向火箭中打气的过程相当于热机的做功冲程 15．在跨学科实践活动课上，某物理兴趣小组制作了如图所示的简易汽轮机模型。 （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，并按照图组装器材，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“白气”从导管口喷出时，可以看到叶轮转了起来。 工作时，水蒸气对外做功，内能_______（选填“增大”、“减小”或“不变”）。该“汽轮机”_______（选填“属于”或“不属于”）内燃机。请提出一种加快叶轮转速的改进措施：_______。 16．跨学科实践：制作简易汽轮机模型 【项目提出】 (1)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________模型。 【项目实施】 (2)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________，将去掉笔芯和尾塞的中性笔的尾端插入易拉罐内，用封口泥将罐与笔的空隙处________。将易拉罐用大铁夹夹住，笔的尖端对准小风扇的扇叶。 (3)测试实验：点燃易拉罐下面的蜡烛，等待热气喷出推动扇叶转动。 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”）热机。 (4)实验改进： ①同学们在测试过程中，发现加热很长时间后，笔尖处出来的水蒸气为“飘动状”，而不是“喷射状”，叶轮没有转动过。思考上述现象中存在的问题，提出一条改进措施：________。 ②改进上述问题后，笔尖处的水蒸气变为“喷射状”，叶轮转动几圈后又停止转动。同学用手拨动叶轮，叶轮转动几圈后仍停止了转动。针对叶轮进行改进的措施可以是：________。 【项目拓展】 (5)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） 17．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： 喷气发动机是指靠喷管高速喷出的气流直接产生反作用推力的发动机，广泛用作飞行器的动力装置，按燃料燃烧时所需要的来源，可分为两大类：一类是火箭发动机，另一类是空气喷气发动机。如图甲为涡轮喷气发动机（属于空气喷气发动机的一种），压缩后的混合气体在燃烧室燃烧，燃烧后剧烈膨胀的气体从尾部高速喷出，其巨大的反冲推力直接成为飞机的推进力。 如图乙为火箭发动机的工作原理图，火箭发动机和涡轮喷气发动机十分相似，主要的差别是：火箭自带燃料和氧化剂如图乙，涡轮喷气发动机只带燃料，利用空气做氧化剂，同涡轮喷气发动机相比较，火箭发动机的最大特点是：它自身既带燃料，又带氧化剂，靠氧化剂来助燃，不需要从周围大气层中汲取氧气，所以它不但能在大气层内，也可以在大气层之外的宇宙真空中工作。火箭发动机可用于航天器推进，也可用于导弹等在大气层内飞行。迄今为止发射的人造卫星、月球飞船以及各种宇宙飞行器所用的都是火箭发动机。 如图丙，2024年4月25日20时59分，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，3名航天员顺利进入太空。 （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，如图丁的图一，图二是其结构示意图，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。水火箭起飞用到的物理原理是：___________。 （3）项目评估：各个小组制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，发现让“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） （4）项目拓展思考： ①如图丙所示是火箭发射时的情景，下列说法正确的是___________； A．火箭的燃料燃烧得越充分，效率越高 B．火箭“体内”的燃料选用液氢是因为液氢的比热容大 C．涡轮喷气发动机可用于各种宇宙飞行器中 D．火箭升空过程中外壳温度会上升，这是通过做功的方式增加了外壳的内能 ②一架飞机搭载的涡轮喷气发动机，其部分参数如表，表中热效率是指涡轮喷气发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指涡轮喷气发动机传递给飞机的推进功（推力所做的功）与其获得的机械能之比。已知飞机所受空气阻力与运行速度平方的关系如图戊所示，当飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的过程中，需要___________t的航空燃油。 热效率 40% 推进效率 60% 航空燃油热值 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 第14.4节 跨学科实践：制作简易热机模型 目录 01 本节导航·目标清单 02 教材精研·内容全解 考点01 跨学科实践：制作简易热机模型 03 避坑指南·解题通法 角度01 水火箭模型 角度02 纸风车模型 角度03 取火器模型 角度04 其他简易热机模型 04 真题闯关·溯源演练 05 课后三阶·精准练习 目标导航 方法指导 1.理解简易热机模型的工作原理，明确能量转化：燃料燃烧化学能→内能→机械能。 2.能够完成简易热机模型的方案设计、选材、组装与调试。 3.分析模型实验的故障原因，评估自制热机的优缺点，知道真实热机与简易模型的区别。 4.树立安全意识，认识热机带来的环境问题。 1.模型的核心原理：利用高温高压的蒸汽（或热空气）对外做功，把内能转化为机械能，模拟汽轮机的工作过程。 2.密封是制作关键：容器与喷嘴的接口漏气，内部气压上不去，模型就无法转动；喷嘴口径不宜过大。 3.常见故障分析：叶轮不转动，一般是漏气、喷嘴方向不对、热源供热不足；转速慢可以适当减小叶轮质量。 4.安全注意：加热时容器口不要对准人，防止高温蒸汽烫伤；简易模型效率很低，真实热机通过精密结构提高工作效率。 知识导图 考点01 跨学科实践：制作简易热机模型 1、项目提出：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，如果我们能尝试制作一个热机模型，就可以更好地了解热机的工作原理，包括热机中的能量是如何转化的，热机中各部分是如何协调工作的。请同学们在学过的热机知识基础上，进一步查找相关资料，了解不同热机的工作原理，制作一个简易热机模型。 2、项目分析：汽油机属于内燃机，它的工作物质是气缸内的空气和汽油的混合物。蒸汽机工作时，燃料燃烧使水变成水蒸气，水蒸气推动活塞运动产生动力。蒸汽机的燃烧室在汽缸外，属于外燃机，蒸汽机的工作物质是水蒸气。要完成热机模型的制作，需要重点考虑以下几个问题。 （1）用什么作热源？ （2）工作物质是什么？ （3）如何将内能转化成机械能？通常而言，制作采用燃烧燃料加热水产生蒸汽（或直接加热空气）来做功的外燃机，比制作在封闭缸体内燃烧燃料来做功的内燃机要安全，材料也相对易得，建议优先考虑前者。 3、项目原理：酒精化学能→水蒸气内能→风扇机械能。 4、项目实施：请根据自己的设计，制作一个简易的热机模型。下面展示的是一个简易的汽轮机模型，供参考。准备以下材料：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，一个支架。向易拉罐内部注人大约半罐水。将笔的尖端朝外，另一端插人易拉罐内，用胶将罐的开口处密封。将易拉罐如图所示放置在支架上，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。 上面提供的只是一个非常简易的汽轮机模型，同学们可以制作不同类型的热机模型。只要大家积极地行动起来，一定会制作出更多有创意的热机模型。 5、展示交流 （1）请大家展示自己的热机模型，看看谁的模型制作精细，运行顺畅，更有创意。 （2）在展示交流中，谈谈你的热机模型的工作原理，以及制作过程中的难点，说一说你在制作过程中的心得体会，想一想在哪些方面还可以做得更好。 【深化点拨】 1．制作简易热机模型作用：热机是人们获得动力的重要机械，如果我们能尝试制作一个热机模型，就可以更好地了解热机的工作原理，包括热机中的能量是如何转化的热机中的各部分是如何协调工作的。 2．项目跨学科分析: （1）热源的选择:酒精灯或电加热器。 （2）水蒸气或者直接加热空气。 （3）化学能如何转化为机械能？通过加热水沸腾,产生高温水蒸气。 3．项目实施关键: （1）注人的水量不要太多,通常为易拉罐容量的三分之一或者一半,留出容纳水蒸气的空间。 （2）出气管可以是中性笔套、细牛奶吸管或者细竹管,出口要尖细。 （3）出气管和易拉罐之间结合要紧密,不要漏气,易拉罐的洞口开得要比出气管外径小一点。 （4）小风扇和轴之间摩擦力要小。 1．如图所示，在跨学科实践中，小明制作了一个简易的热机模型-“蒸汽船”。他在铜制容器中盛入一定量的水之后安装在“船体”上，用酒精灯对铜制容器底部加热，一段时间后容器内水温升高产生的水蒸气沿铜管向右喷出，“蒸汽船”向左行驶，下列说法正确的是（　　） A．酒精燃烧过程中，其热值不断减小 B．“蒸汽船”在向左运动时主要将内能转化为机械能 C．酒精在燃烧的过程中不断放热，将内能转化为化学能 D．水在沸腾时会有热量的散失，不遵守能量守恒定律 【答案】B 【详解】A．热值反映燃料自身完全燃烧放出热量的本领，与燃料是否燃烧、燃烧多少、是否完全燃烧无关；所以酒精燃烧过程中，其热值不变，故A错误； B．容器内高温的水蒸气向右喷出，高温水蒸气给了空气一个向右的作用力，空气又给高温水蒸气一个向左的反作用力，于是“蒸汽船”向左行驶，这个过程中将高温水蒸气的内能转化为“蒸汽船”的机械能，故B正确； C．酒精在燃烧过程中，酒精的化学能转化为内能，故C错误； D．水在沸腾时虽有热量的散失，但能量的总量保持不变，仍遵守能量守恒定律。故D错误。 故选B。 2．小杰同学在家中制作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，风车就会转动起来。利用酒精灯加热，使水的________增大（填能量形式）；蒸汽膨胀喷出对风车________，蒸汽的内能________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。 【答案】 内能 做功 减小 【详解】利用酒精灯加热，水的温度升高，内能增大。 蒸汽膨胀喷出对风车做功，蒸汽的内能转化为风车的机械能，蒸汽的内能减小。 3．制作简易热机模型。 （1）准备材料：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。 （2）向易拉罐内部注入大约半罐水。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。将______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______，当有蒸汽喷出时，______就转动起来。此热机模型属于______（选填“内燃”或“外然”）机。 【答案】 易拉罐 酒精灯 扇叶 外燃 【详解】【小题1】[1]由题可知，易拉罐内装有水，笔插入后需要密封，因此整个装置需要固定在支架上。 [2]这里需要加热易拉罐内的水，使水沸腾产生蒸汽。根据材料，应使用酒精灯进行加热。 [3]蒸汽从笔的尖端喷出，对外做功，推动小风扇的扇叶转动。 [4]该热机模型中，燃料（酒精）在外部燃烧，属于外燃机 跨学科实践：制作简易热机模型的综合应用及解题步骤 1.核心原理：必须“理解能量转化链条” （1）能量转化路径： 化学能→内能：燃料（如酒精）燃烧，将化学能转化为火焰和高温水蒸气的内能。 内能→机械能：高温高压的水蒸气喷出，推动叶轮（或风车）转动，将内能转化为叶轮的动能（机械能）。 （2）对应热机冲程：这一过程主要模拟了内燃机的做功冲程。 避坑点：不要混淆成压缩冲程（机械能转内能）。这里的核心是气体膨胀对外做功。 2.制作关键：在工程实践中，模型能不能转起来，往往取决于这两个细节的处理。 （1）密封性（保压）：盛水容器（如易拉罐或试管）的开口处必须尽量密封，只留喷气口。如果漏气严重，内部压强无法建立，蒸汽就会从缝隙跑掉，无法推动叶轮。 （2）减小摩擦（提效）：叶轮转轴的摩擦是能量损耗的主要原因。 技巧：使用光滑的金属丝做轴，或者使用滚珠轴承；叶轮要轻且平衡性好（避免转动时晃动）。 3.调试与安全：必须“注意操作规范” （1）安全警示： 防烫伤：加热后的金属容器温度极高，严禁直接触摸。 防爆炸：如果是密闭容器加热，必须有泄压口（喷气口），绝对不能完全封死，否则有爆炸危险。 （2）调试技巧： 水量控制：水不能装太满，需要留出空间让水蒸气聚集产生压强。 火焰位置：火焰应集中在容器底部受热最均匀的地方，提高热效率。 角度01 水火箭模型 1．学校科技节活动中，组织水火箭制作比赛。如图为自制的水火箭结构示意图。当水面上方压强增大到一定程度时，会使水向下喷出，从而使水火箭升空。关于水火箭，以下说法正确的是（     ） A．利用打气筒向水火箭中打气，水火箭中空气的内能不变 B．利用打气筒向水火箭中打气，水火箭中空气的内能减小 C．打气筒将空气压入水火箭中时，机械能转化为内能 D．水火箭升空时，能量转化的过程与汽油机的压缩冲程相同 【答案】C 【详解】AB．利用打气筒向水火箭中打气，外界对空气做功，空气内能增加，故AB错误； C．打气筒将空气压入水火箭中时，消耗机械能，使空气内能增加，是机械能转化为内能，故C正确； D．水火箭升空时，高压气体对水做功，内能转化为机械能，与汽油机的做功冲程能量转化相同，故D错误。 故选C。 2．某同学利用塑料瓶制作的“水火箭”如图所示，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。水火箭发射时其获得能量的方式和汽油机的______冲程相同，若该汽油机工作时的转速为1200 r/min，则1s内发动机对外做功______次。 【答案】 做功 10 【详解】[1]水火箭发射时内能转化为机械能，与汽油机做功冲程的能量转化形式一致。 [2]1s内飞轮转动的转数为 因四冲程汽油机飞轮每转2圈对外做功1次，故1s内发动机对外做功次数为 3．某中学科技创新兴趣小组制作出如图所示的水火箭。实验器材有：饮料瓶、打气筒、自行车气门、铁丝、橡皮塞、水等，在瓶中装适量的水，塞好瓶塞后放在发射架上。用打气筒向瓶内打气，瓶内上方的气体压强达到一定程度时，高压气体发射架将水和橡皮塞从瓶口中压出，把瓶子推向高空，飞向远处。 (1)水火箭的升空原理可利用我们学过的_____________________知识来解释。从能量转化角度来看，水火箭的动能是由高压气体的_________能转化来的，这与汽油机的__________冲程类似。 (2)实验前小明提出了问题：水火箭飞行的距离与什么因素有关？ 猜想①：与瓶中打入气体的多少有关；猜想②：与发射的角度有关；你认为除上述两点影响因素外还与____________________有关。（写出一个即可） (3)实验小组想探究水火箭发射距离与发射角度的关系，需要用到________（选填“控制变量”或“转换”）法。请你简单描述探究思路：________________________________________________________ 【答案】(1) 力的作用是相互的 内 做功 (2)瓶中水的质量/瓶身的形状 (3) 控制变量 保持瓶中水量、打气量相同，改变发射角度，测量飞行距离，比较得出结论 【详解】（1）[1][2][3]水火箭升空是因为高压气体将水从瓶口高速压出，水对火箭产生向上的反作用力，由于力的作用是相互的，从而使火箭升空。从能量转化角度来看，是高压气体的内能转化为水火箭的动能。这与汽油机的做功冲程类似，做功冲程中也是燃气的内能转化为活塞的机械能。 （2）水火箭飞行的距离还可能与瓶中装水的质量有关。水量过少，压缩空气迅速排空，推力时间短；水量过多，空气膨胀空间不足，推力不足。也可能与瓶身的形状有关，瓶身形状会影响空气阻力大小，从而影响飞行距离。 （3）[1]探究水火箭发射距离与发射角度的关系，需要控制其他因素不变，只改变发射角度，所以用到控制变量法。 [2]探究思路为：往水火箭内注入相同质量的水，并用打气筒向瓶内打入相同量的气体，将其分别放置在不同角度(如、、等)的发射架上发射水火箭，多次实验并记录每次的发射距离，最后比较不同发射角度下水火箭的飞行距离，得出结论。 角度02 纸风车模型 4．如图，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”是汽化现象 D．“白气”使风车转动过程相当于汽油机的做功冲程 【答案】D 【详解】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．比热容是物质的一种特性，与温度、状态等有关，但在同一种液态水状态下，比热容不变，故B错误； C．玻璃管口的“白气”是高温水蒸气遇冷液化形成的小水滴，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。 5．小明在综合实践活动中制作了一个纸风车，如图所示。点燃酒精灯后，风车会水平转动，这是由于_________；该过程中的能量转化方式与四冲程汽油机的______冲程相同。 【答案】 空气受热膨胀上升，形成气流推动风车转动 做功 【详解】点燃酒精灯后，火焰上方的空气受热膨胀，密度变小而上升，流动的空气推动风车转动，这个过程是内能转化为机械能，和四冲程汽油机的做功冲程的能量转化方式相同。 6．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 【详解】[1][2][3]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。 角度03 取火器模型 7．我国古人曾发明一种取火器，其结构如图所示。取火时，一手握住套筒，一手猛推推杆入筒，随即将推杆拔出，艾绒即燃。下列说法中正确的是（　　） A．取火时是通过热传递增加套筒内空气的内能 B．取火过程中，套筒内空气的内能主要转化为机械能 C．该装置的取火原理与汽油机的压缩冲程相同 D．若缓慢推推杆，也能快速点燃艾绒 【答案】C 【详解】A．猛推推杆时，推杆对套筒内空气做功，通过做功的方式增加了空气的内能，故A错误； B．取火过程中，是推杆的机械能转化为套筒内空气的内能，故B错误； C．汽油机压缩冲程中，活塞对汽缸内气体做功，将机械能转化为气体的内能，与该取火器的能量转化和原理相同，故C正确； D．缓慢推推杆时，空气增加的内能会大量通过热传递散失到套筒，无法让温度升高到艾绒的燃点，不能快速点燃艾绒，故D错误。 故选C。 8．如图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，此过程中是通过______的方式将______能转化为______能，内燃机工作的______冲程工作原理与该过程相同。某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min，则该汽油机每秒做功____次。 【答案】 做功 机械 内 压缩 25 【详解】[1][2][3][4]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，此过程中压缩套筒内空气做功，使套筒内气体的内能增加，达到艾绒的着火点；在该实验中，是通过做功的方式将活杆的机械能转化为筒内空气的内能，与内燃机的压缩冲程的能量转化相同。 [5]某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min=50r/s，单缸四冲程汽油机的一个工作循环有四个冲程，飞轮转2圈，对外做功1次，则该汽油机每秒做功25次。 9．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→_________→_________； (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 (2) 酒精 火花塞 (3)蒸汽机的废气带走了大量的能量 【详解】（1）酒精灯的酒精燃烧时，先将化学能转化为水和水蒸气的内能 高温水蒸气喷出推动风车转动，再将内能转化为风车的机械能。 （2）热机中参与能量转化的物质是酒精 汽油机的火花塞作用是点燃汽缸内的油气混合物，和本模型里电子打火器的功能完全一致。 （3）蒸汽机属于外燃机，燃料在汽缸外燃烧，大量热量会随废气损耗，真正用来对外做功的能量占比远低于内燃机，因此效率更低。 角度04 其他简易热机模型 10．如图为简易热机的制作，易拉罐内部注入小半罐水，将去掉笔芯和尾塞的中性笔插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封。笔的尖端对准小风扇的扇叶，点燃酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来。下列说法正确的是（     ） A．该简易热机模型工作时，只有能量转化，没有能量转移 B．该简易热机模型工作时，充当能量传递和转化的核心介质是水蒸气 C．同学们在测试过程中，发现点燃酒精灯扇叶不转动，是因为能量消失了 D．交流讨论中，同学提出增大燃料热值必定能提高简易汽轮机效率 【答案】B 【详解】A．该装置工作时既存在能量转化，也有能量转移：比如酒精灯燃烧产生的热量先通过热传递转移给罐内的水，属于能量转移；之后水蒸气推动扇叶时，内能转化为机械能，属于能量转化，并非只有能量转化。故A错误； B．酒精灯的热量先传递给水，水吸热汽化成为高温水蒸气，水蒸气既承接了内能的转移，又在喷出时将自身内能转化为扇叶的机械能，是整个过程中传递和转化能量的核心介质。故B正确； C．根据能量守恒定律，能量不会凭空消失，扇叶不转动是因为散失的热量过多，转化为扇叶机械能的能量太少，并非能量消失了。故C错误； D．热机效率是指用来做有用功的能量和燃料完全燃烧放出总能量的比值，增大燃料热值，只是让单位质量燃料完全燃烧放出的总热量变多，无法提升有效利用的能量占总放热的比例，因此不能必定提高该简易汽轮机的效率。故D错误。 故选B。 11．如图所示，小明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风车转动。水沸腾时温度______，水蒸气的内能转化成了风车的______，该模型的工作物质是______。 【答案】 不变 机械 水蒸气 【详解】根据液体沸腾的特点，水沸腾时持续吸热，但温度保持不变； 高温的水蒸气喷出推动风车转动，对风车做功，将水蒸气的内能转化为风车的机械能； 该模型依靠水沸腾产生的水蒸气推动风车做功，因此工作物质是水蒸气。 12．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】 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。 (1)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主要能量转化情况为：_________。 ②此汽轮机模型属于_________（填“内”或“外”）燃机。 (2)实验改进： 实验中，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 【答案】(1) 内能转化为机械能 外 (2)B 【详解】（1）该模型中，酒精灯加热使水变成水蒸气，高温高压的水蒸气喷出推动扇叶转动，核心能量转化过程是水蒸气的内能转化为扇叶的机械能。 内燃机是燃料在机器内部燃烧，该模型中酒精（燃料）在易拉罐外部燃烧，仅利用燃烧产生的热量加热罐内水，因此属于外燃机。 （2）A. 酒精灯外焰温度最高，用内焰加热会降低加热效率，产生的蒸汽更少，喷射力更弱，故A方案不可行； B. 更细的喷嘴可以提高蒸汽喷出的流速，增大蒸汽的动能，提升喷射力，故B方案可行； C. 若喷嘴对准风扇中心，推力作用在转轴处，产生的力矩极小，无法有效推动风扇转动，故C方案不可行。 故选B。 【例1】（2026·黑龙江·中考真题）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（） 【答案】(1)做功 (2)扩散 (3)扇叶 (4)B 【详解】（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。 【深化点拨】 （1）本题结合跨学科实践实验，考查热机冲程的能量转化，重点区分做功冲程与压缩冲程的能量变化。 （2）考查扩散现象，识别分子无规则运动所对应的生活现象，能够区分分子运动与宏观物体的机械运动。 （3）考查力的作用效果，力作用在扇叶上才可以改变物体的运动状态，使风车转动。 （4）考查燃料热值的实际应用，理解热值对放热的影响，会结合实验情景分析如何改进实验，提升加热效果。 【变式1-1】新趋势跨学科实践 在制作简易热机模型的跨学科实践活动中，小红展示了自己制作的热机模型（如下图所示）。下列分析正确的是（     ） A．小风扇的扇叶转动的过程中机械能一定守恒 B．燃料燃烧不充分时，燃料的热值会变小 C．扇叶转动过程中的能量转化与热机的压缩冲程相同 D．给易拉罐中的水加热时，是通过热传递的方式改变水的内能的 【答案】D 【详解】A．小风扇转动过程中，需要克服空气阻力做功，部分机械能会转化为内能，机械能减少，机械能不守恒，故A错误； B．热值是燃料本身的固有属性，只与燃料的种类有关，与燃烧是否充分无关，故B错误； C．该模型中扇叶转动是水蒸气的内能转化为扇叶的机械能；热机压缩冲程是将机械能转化为内能，二者能量转化不同，故C错误； D．加热过程中，热量从热源转移到水中，是通过热传递的方式改变水的内能，故D正确。 故选D。 【变式1-2】（2026·四川乐山·中考真题）下图是小明同学在家中制作的热机模型。酒精燃烧时，将化学能转化为内能。喷出的高温水蒸气推动风车的叶片转动，将内能转化为________，此过程的能量转化与四冲程汽油机的_________冲程相同。 【答案】 机械能 做功 【详解】高温水蒸气推动风车叶片转动时，水蒸气的内能对外做功，使叶片获得了运动的能量，也就是将内能转化为机械能； 汽油机的做功冲程中，高温高压燃气推动活塞运动，将内能转化为活塞的机械能，对外做功，和该模型的能量转化过程完全一致。 【变式1-3】（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：_________________。 【答案】(1) 内能 机械能 (2)可能水蒸气的内能太小，笔尖喷出的蒸汽太少。 (3)在易拉罐上半部分覆盖保温层，可以减少热量的损失，提高汽轮机效率。 【详解】（1）[1][2][3]酒精燃烧，是将酒精内部的化学能转化为内能释放出来，然后将内能通过热传递转移给水和易拉罐，水吸热迅速的汽化，形成大量的水蒸气，水蒸气对扇叶做功，将水蒸气的内能转化为扇叶的机械能。 （2）在测试过程中，发现扇叶不转动，可能水蒸气的内能太小，笔尖喷出的蒸汽太少。 （3）略。 ⚡基础速刷 1．小花在制作简易热机模型的实践活动中，往瓶内喷入雾状酒精，点火使酒精燃烧，纸杯立刻飞起，纸杯飞起过程中与四冲程汽油机中能量转化过程一致的是（　　） A．做功冲程 B．压缩冲程 C．吸气冲程 D．排气冲程 【答案】A 【详解】纸杯飞起过程是内能转化为机械能，与四冲程汽油机中能量转化过程一致的是做功冲程。故选A。 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 【详解】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。 3．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 【详解】[1]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。 [2][3]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。 4．如图是某同学自制的热机模型——汽轮机。给烧瓶中的水加热直至沸腾，当大量的“白汽”从导管口喷出时可以看到叶轮转了起来。汽轮机工作时，水蒸气对叶轮______，水蒸气的内能______。 【答案】 做功 减少 【详解】[1][2]水蒸气推动叶轮转动，水蒸气对叶轮做功，水蒸气的内能转化为机械能，水蒸气的内能减小，温度降低，高温水蒸气遇冷液化为小水滴，形成白汽。 5．制作简易热机模型 （1）准备材料：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。 （2）向易拉罐内部注入大约半罐水。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。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______。 【答案】转动起来 【详解】酒精灯加热易拉罐内的水，产生大量水蒸气，使罐内气压增大，高温高压的水蒸气从笔管尖端高速喷出，冲击小风扇的扇叶，对扇叶施加力的作用，使扇叶转动起来，将水蒸气的内能转化为扇叶的机械能。 6．跨学科实践∶小小汽轮机 某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气喷出时，叶片就转动起来。 (1)汽轮机模型工作过程的能量转化情况为∶化学能→__________→机械能。 (2)实验时若叶轮不转动，原因∶______________，解决办法∶_________________。 【答案】(1)内能 (2) 蒸汽产生的动力不足 增大酒精灯火焰，产生更多蒸汽 【详解】（1）酒精燃烧过程中，将化学能转化为内能，使水变成高温高压水蒸气；水蒸气推动叶轮转动时，再将内能转化为机械能，因此能量转化过程的中间环节是内能。 （2）[1][2]叶轮不转动原因是水蒸气动力不足（或是出气口位置不对，无法有效推动叶片），对应调整即可，可以增大酒精灯火焰，产生更多蒸汽（答案合理即可得分）。 🚀能力跃升 7．如图是小青同学学习《跨学科实践：制作简易热机模型》一节中查询到的一种热机模型：斯特林发动机，其原理图如图所示，你认为下列推测合理的是（　　） A．由于其燃料在机器里，所以这款发动机是内燃机 B．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，气体内能增大 C．要想提高斯特林发动机热机效率，可以让该发动机工作时间更长 D．由于飞轮具有惯性带动活塞A运动，活塞A可将气缸中的气体推入冷气缸并液化 【答案】D 【详解】A．由图可以看出斯特林发动机燃料不是在气缸内燃烧的，不属于内燃机，故A错误； B．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，所以气缸内空气的内能减小，温度降低，故B错误； C．热机效率表示有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值，与热机的工作时间无关，故C错误； D．“斯特林发动机”工作时，酒精灯加热将化学能转化为内能，热气缸中的工作介质吸热汽化膨胀，推动活塞A向右运动做功，将内能转化为机械能；由于飞轮具有惯性，带动活塞A向左运动，活塞A将汽缸中的工作介质推入冷气缸并液化，活塞B又将介质推回热气缸，如此反复，故D正确。 故选D。 8．如图是某同学在跨学科实践活动中自制的简易热机模型。在易拉罐内注入半罐水，在罐口密封一根去掉尾塞的中性笔杆，笔杆尖端对准扇叶。点燃酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来。下列相关说法正确的是（　　） A．这是通过做功的方式改变罐内水的内能的 B．该过程与汽油机压缩冲程的能量转化相同 C．扇叶转动的同时温度升高、内能增大 D．随着酒精燃烧，酒精灯内剩余酒精的热值减小 【答案】C 【详解】A．酒精灯加热罐内的水，是通过热传递的方式改变水的内能，故A错误； B．该过程将蒸汽的内能转化为扇叶的机械能，压缩冲程是将机械能转化为内能，二者能量转化不同，故B错误； C．喷出的蒸汽温度高于扇叶，蒸汽推动扇叶转动时，既对扇叶做功，又通过热传递将热量传递给扇叶，因此扇叶的内能增大，温度升高，故C正确； D．热值是燃料的一种特性，只和燃料的种类有关，和燃料质量无关，因此剩余酒精的热值不变，故D错误。 故选C。 9．小秦在家里制作了“简易热机模型”如图左，用酒精灯加热易拉罐中的水，产生的高温水蒸气从侧方小孔喷出推动风车转动（原理如图右），下列说法正确的是（　　） A．此热机的工作物质是水 B．罐中水的内能是通过做功的方式增大的 C．水蒸气推动风车转动的能量转化过程与内燃机压缩冲程类似 D．水蒸气对风车做功的过程，也是水蒸气内能减小的过程 【答案】D 【详解】A．此热机的工作物质是水蒸气，不是水，故A错误； B．罐中的水通过酒精灯加热，吸收热量，温度升高，内能增大。这是通过热传递的方式改变了水的内能，而不是通过做功的方式。故B错误； C．水蒸气推动风车转动，是水蒸气的内能转化为风车的机械能（动能）。内燃机的压缩冲程是活塞对气体做功，将机械能转化为气体的内能。这两个过程的能量转化方向相反。故C错误； D．水蒸气从易拉罐的小孔喷出，推动风车转动，这个过程是水蒸气对外做功。物体对外做功时，自身的内能会减小。因此，水蒸气对风车做功的过程，也是其内能转化为风车机械能的过程，水蒸气的内能会减小。故D正确。 故选D。 10．如图所示，是一个 ___________（选填“柴油机”、“汽油机”或“抽水机”）模型。一般耕地的拖拉机选用的发动机是 ___________，是因为它的效率高且功率较大。 【答案】 柴油机 柴油机 【详解】[1]柴油机和汽油机构造上的区别：柴油机汽缸顶部有喷油嘴，而汽油机顶部有火花塞，图中顶部是喷油嘴，所以这是一个柴油机的模型。 [2]柴油机在压缩冲程中，压缩的程度比汽油机大，燃烧更充分，转化成的有用功更多，效率更高且功率较大，所以一般耕地的拖拉机选用的发动机是柴油机。 11．如图是小明在跨学科实践活动中制作的"简易蒸汽船"模型。在小瓶内装入少量酒精，放在热水中，一段时间后，瓶口的橡皮塞被冲出，同时瓶内出现白雾。这一现象与热机的 ______ 冲程能量转化相同。若想让橡皮塞冲得更远，可以采取的措施是 ______ 。 【答案】 做功 给小瓶内多加点酒精 【详解】这一过程是内能转化为动能，因此与做功冲程一致； 若想让橡皮塞冲得更远，可以采取的措施是：给小瓶内多加点酒精，因为增加酒精量后，受热汽化产生的气体更多，瓶内气压更大，对橡皮塞做的功更多，转化成的机械能更大，所以橡皮塞的初速度更大，冲得更远。 12．在制作简易热机模型的跨学科实践活动中，小聪经历了如下的实践过程，我们一同体会一下吧！ (1)小聪用“冰露”塑料矿泉水瓶进行了如图所示的实验：①瓶中留有少量水，盖紧瓶盖；②用力扭转瓶身；③松动瓶盖，瓶盖冲出，同时瓶内出现白雾。序号______的过程中能量转化与热机做功冲程相似。 (2)虽然上面的实验不能获取持续的动力，但小聪在实验中获取了灵感，设计了一款能够持续工作的简易“蒸汽船”模型。 ①他将盛有一定量水的耐高温的高硼硅玻璃瓶安装在“船体”上，将一只两端开口的塑料管穿过橡胶盖插入瓶中，注意塑料管在瓶内开口端______（选填“要”或“不要”）插入瓶内水中。他设想用蜡烛对瓶底部加热，一段时间后细管就会向左喷出蒸汽，“蒸汽船”就会向______行驶。此设计装置中的工作物质是______。 ②制作完成后，在“试航”的过程中，从管中缓慢吐出的气体并不能驱动小船，于是小聪只更换了一只向外喷气的细管，就解决了问题。那只形状合适的细管应是图Ⅲ中的______。 【答案】(1)③ (2) 不要 右 水蒸气 A 【详解】（1）热机做功冲程中，能量转化为：内能转化为机械能，在步骤②扭转瓶身：对瓶内气体做功，机械能转化为内能，对应热机压缩冲程；在步骤③瓶盖冲出：瓶内高压水蒸气推动瓶盖飞出，内能对外做功，内能转化为机械能，和热机做功冲程能量转化一致。 （2）塑料管只需导出水蒸气，若管口浸入水中，喷出的是液态水，无法喷出蒸汽，因此管口必须处于水面上方；力的作用是相互的，蒸汽向左喷出，瓶子（船体）会受到向右的反作用力，小船向右行驶；装置依靠水吸热汽化为水蒸气，利用水蒸气的内能做功，工作物质为水蒸气；想要获得足够推力，需要细管瓶口窄、喷出气流速度大。A中管子上细下粗，瓶口收窄，气流经过小口加速，蒸汽高速喷出，反作用力更大，可以驱动小船；B中管子上粗下细，气体经过大瓶口，喷气速度变慢，推力不足。 13．跨学科实践 制作简易热机模型 热机的发明及广泛使用，使人类迈入了工业化社会，对人类社会的发展起到了重要的作用。某小组开展了“制作简易热机模型”的主题活动。 如图所示，实验时在试管内装适量的水，将细玻璃管穿透橡胶塞，用橡胶塞塞住试管管口，再将试管固定在铁架台上，细玻璃管的一端对准风扇的扇叶，点燃试管下面的酒精灯，当有水蒸气喷出时，扇叶就转动起来。 (1)请你完成热机模型工作过程的能量转化流程图：________能→内能→________能。 (2)水蒸气喷出带动扇叶转动，与四冲程汽油机的________冲程相似。 (3)热机的效率是衡量热机性能的重要指标。若要提高热机模型的效率，请你提出一条可行性措施：________。 【答案】(1) 化学 机械 (2)做功 (3)减小试管外面玻璃管的长度 【详解】（1）酒精灯燃烧时，酒精的化学能释放转化为内能，对试管内的水加热；高温水蒸气喷出推动扇叶转动，将水蒸气的内能转化为扇叶的机械能。 （2）水蒸气对外做功，将内能转化为机械能，和四冲程汽油机中内能推动活塞做功、把内能转化为机械能的做功冲程原理一致。 （3） 热机效率是用来做有用功的能量和燃料完全燃烧放出总能量的比值，减少热量散失、减小部件间摩擦等方式，都可以减少能量的额外损耗，提升该模型的能量利用率，也就是提高热机效率。例如减小试管外面玻璃管的长度（或让喷出的水蒸气更精准对准扇叶、减小扇叶转动的摩擦等，合理即可） 🌟思维挑战 14．物理社团的同学们制作了一个水火箭，如图是其简易原理图，使用打气筒向水火箭内不断打气，当内部气压到一定程度，会使水从火箭中向下喷出，从而使火箭升空。结合题中信息，以下说法不正确的是（　　） A．火箭升空，是由于物体间力的作用是相互的 B．上升过程中，水火箭内气体内能减小 C．水火箭加速上升过程中能量守恒 D．向火箭中打气的过程相当于热机的做功冲程 【答案】D 【详解】A．水火箭向下喷水，给水一个向下的力，因为物体间力的作用是相互的，水给水火箭一个向上的力，从而使火箭升空，故A正确，不符合题意； B．上升过程中，气体的内能转化为机械能，所以内能减少，故B正确，不符合题意； C．水火箭加速上升过程中，气体对水和火箭做功，整个过程中能量守恒，故C正确，不符合题意； D．向火箭中打气的过程，是对气体做功，机械能转化为内能，而热机的做功冲程是内能转化为机械能，二者不同，故D错误，符合题意。 故选D。 15．在跨学科实践活动课上，某物理兴趣小组制作了如图所示的简易汽轮机模型。 （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，并按照图组装器材，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“白气”从导管口喷出时，可以看到叶轮转了起来。 工作时，水蒸气对外做功，内能_______（选填“增大”、“减小”或“不变”）。该“汽轮机”_______（选填“属于”或“不属于”）内燃机。请提出一种加快叶轮转速的改进措施：_______。 【答案】 减小 不属于 给铁丝与瓶盖的接触处涂润滑油 【详解】[1][2]“汽轮机”工作时，水蒸气对外做功，内能减小，内燃机是燃料在汽缸内部燃烧的热机，该“汽轮机”不属于内燃机。 [3]要加快叶轮转速，需让水蒸气对叶轮做更多的功，可从增强水蒸气的 “推动力” 入手。例如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，加快叶轮转速（也可从 “减少叶轮转动阻力” 等角度，如给铁丝与瓶盖的接触处涂润滑油，使叶轮转动更顺畅，进而加快转速） 16．跨学科实践：制作简易汽轮机模型 【项目提出】 (1)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________模型。 【项目实施】 (2)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________，将去掉笔芯和尾塞的中性笔的尾端插入易拉罐内，用封口泥将罐与笔的空隙处________。将易拉罐用大铁夹夹住，笔的尖端对准小风扇的扇叶。 (3)测试实验：点燃易拉罐下面的蜡烛，等待热气喷出推动扇叶转动。 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”）热机。 (4)实验改进： ①同学们在测试过程中，发现加热很长时间后，笔尖处出来的水蒸气为“飘动状”，而不是“喷射状”，叶轮没有转动过。思考上述现象中存在的问题，提出一条改进措施：________。 ②改进上述问题后，笔尖处的水蒸气变为“喷射状”，叶轮转动几圈后又停止转动。同学用手拨动叶轮，叶轮转动几圈后仍停止了转动。针对叶轮进行改进的措施可以是：________。 【项目拓展】 (5)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】(1)汽轮机 (2) 水 密封 (3) 内能 机械能 外 (4) 见解析 见解析 (5)见解析 【详解】（1）题目要求制作简易汽轮机模型。 （2）[1]向易拉罐内注入水，蜡烛加热后水会汽化成水蒸气。 [2]用封口泥将空隙密封，是为了防止水蒸气泄漏，保证蒸汽能从笔端喷出推动扇叶。 （3）[1][2]蜡烛燃烧是化学能转化为内能，内能使水变成水蒸气，水蒸气喷出推动扇叶转动，内能又转化为扇叶的机械能。 [3]外热机的特点是燃料在外部燃烧，通过加热某种物质（此处为水）产生蒸汽做功，该模型中蜡烛在易拉罐外燃烧加热水，属于外热机。 （4）[1]水蒸气呈“飘动状”而非“喷射状”，是因为蒸汽喷出的压力或速度不足，通过减小喷出口径、提高加热功率、减少待加热水量等方式来改进，写出其中一条即可。 [2] 叶轮转动几圈后停止，是因为摩擦阻力大、叶轮惯性大或蒸汽对扇叶的作用力不足，针对这些问题提出改进措施即可。比如：减小叶轮的质量；给叶轮的转轴添加润滑油；增加扇叶的数量或增大扇叶面积，写出其中一条即可。 （5）太阳能蒸汽机利用太阳能加热，相比酒精灯加热，在能源利用、环保、安全等方面有明显优势，写出其中一条即可。 17．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： 喷气发动机是指靠喷管高速喷出的气流直接产生反作用推力的发动机，广泛用作飞行器的动力装置，按燃料燃烧时所需要的来源，可分为两大类：一类是火箭发动机，另一类是空气喷气发动机。如图甲为涡轮喷气发动机（属于空气喷气发动机的一种），压缩后的混合气体在燃烧室燃烧，燃烧后剧烈膨胀的气体从尾部高速喷出，其巨大的反冲推力直接成为飞机的推进力。 如图乙为火箭发动机的工作原理图，火箭发动机和涡轮喷气发动机十分相似，主要的差别是：火箭自带燃料和氧化剂如图乙，涡轮喷气发动机只带燃料，利用空气做氧化剂，同涡轮喷气发动机相比较，火箭发动机的最大特点是：它自身既带燃料，又带氧化剂，靠氧化剂来助燃，不需要从周围大气层中汲取氧气，所以它不但能在大气层内，也可以在大气层之外的宇宙真空中工作。火箭发动机可用于航天器推进，也可用于导弹等在大气层内飞行。迄今为止发射的人造卫星、月球飞船以及各种宇宙飞行器所用的都是火箭发动机。 如图丙，2024年4月25日20时59分，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，3名航天员顺利进入太空。 （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，如图丁的图一，图二是其结构示意图，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。水火箭起飞用到的物理原理是：___________。 （3）项目评估：各个小组制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，发现让“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） （4）项目拓展思考： ①如图丙所示是火箭发射时的情景，下列说法正确的是___________； A．火箭的燃料燃烧得越充分，效率越高 B．火箭“体内”的燃料选用液氢是因为液氢的比热容大 C．涡轮喷气发动机可用于各种宇宙飞行器中 D．火箭升空过程中外壳温度会上升，这是通过做功的方式增加了外壳的内能 ②一架飞机搭载的涡轮喷气发动机，其部分参数如表，表中热效率是指涡轮喷气发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指涡轮喷气发动机传递给飞机的推进功（推力所做的功）与其获得的机械能之比。已知飞机所受空气阻力与运行速度平方的关系如图戊所示，当飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的过程中，需要___________t的航空燃油。 热效率 40% 推进效率 60% 航空燃油热值 【答案】 压缩 力的作用是相互的 飞行时间 AD 1.08 【解析】【小题1】【小题2】[1]使用打气筒打气时，是机械能转化为内能（气体内能增加，温度升高）。汽油机的四个冲程中，压缩冲程也是机械能转化为内能； [2]水火箭起飞原理：水向下喷出，给火箭向上的推力，这是利用物体间力的作用是相互的新增小题 【小题3】[3]测量高度不容易，可以通过测量飞行时间来反映飞行高度，因为同种情况下，飞得越高，在空中的时间越长。 【小题4】[4]A．燃料燃烧越充分,同种情况下，损失的能量更少了，热机效率会升高，故A正确； B．火箭燃料选用液氢是因为其能量密度高即热值大，不是比热容大，故B错误； C．涡轮喷气发动机工作时需要消耗大量的氧气，而宇宙中没有空气，所以宇宙飞行器不能用涡轮喷气发动机，故C错误； D．火箭升空外壳温度上升，是因为与空气摩擦做功，是通过做功改变内能，故D正确。 故选AD。 [5]由题可知，飞机水平匀速飞行，由图戊可知，当时，推力 推进功（推力做功） 由推进效率 得 由热效率 得 燃油质量 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $