14.4制作简易热机模型同步集训 -2026-2027学年人教版物理九年级全一册

第十四章 内能的利用 第4节 跨学科实践：制作简易热机模型 ▍项目方案 学科融合★实践创新 一、项目提出 热机是一种利用＿＿＿＿转化＿＿＿＿的设备，广泛应用于日常生活中的交通工具（如汽车、火车、飞机）及能源生产（如发电厂）中.热机的工作原理基于热力学的基本定律，将热能通过工作物质的膨胀和压缩转化为机械能.制作简易热机模型不仅能帮助学生更好地理解热机的基本原理，还能作为学生了解物理学、热力学以及工程设计的一个实践项目. 二、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＿＿＿＿.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＿＿＿＿.要完成热机模型的制作，需要考虑下面一些主要问题. 1.用什么作热源？ 答：在制作简易热机模型时，可以使用以下简单易得的热源： ①酒精灯：可以选用酒精灯作为热源，使用酒精灯时，用火柴点燃，不能用燃着的酒精灯引燃另一只酒精灯；熄灭酒精灯时用＿＿＿，不可用嘴吹；用酒精灯的＿＿＿焰加热； ②电加热器：电加热器也可以提供稳定的热源来加热封装空间内的气体或液体，且没有燃烧后产生的气味. 2.工作物质是什么？ 答：①空气是最简单的工作物质.加热空气后，空气膨胀，推动活塞或转子做功；②如果条件允许，可以用少量水加热产生水蒸气作为工作物质.水蒸气膨胀产生的力较大，适合驱动简单的机械装置.总之，工作物质应选取受热后容易＿＿＿的气体. 3.如何将内能转化为机械能？ 答：在简易热机中，工作物质受热后膨胀，对外做功，我们可以选取容易被推动或转动的物体作为工作物质做功的对象，例如风叶.工作物质驱动风叶转动而做功，消耗了＿＿＿能，转化为＿＿＿能. 三、项目实施 1.简易热机设计示例图 2.实验器材 （1）蒸汽发生器：用于盛放工作物质，可用空易拉罐制作. （2）小风车叶片：可用小风扇或塑料片制作. （3）导管：可用笔或空笔芯制作，要注意确保蒸汽不泄漏. （4）热源：酒精灯. （5）水：用作蒸汽源. 3.制作步骤 （1）选择一个空易拉罐作为蒸汽发生器.在瓶底部做一个小孔，然后安装笔筒或笔芯作为导管，用于导出蒸汽.在易拉罐内装入约一半的水，将开口处封闭. （2）选择一个小风扇叶片或者制作几片塑料叶片，均匀地安装在一个轴上.将导管的另一端对准转子的叶片，确保蒸汽可以直接冲击叶片，驱动转子旋转. （3）安装热源：将酒精灯放置在蒸汽发生器下方，调整酒精灯，使酒精灯的外焰来加热容器内的水，产生蒸汽. （4）测试与调整：在连接好所有部分后，点燃酒精灯，并开始加热水.随着水温升高，蒸汽开始生成.调整导管的方向和角度，以确保蒸汽能够最大限度地推动叶片旋转. 四、展示交流 1.展示你制作的简易热机模型，针对汽轮机旋转不畅，请就制作的各个环节提出改进意见. 2.展示过程中有哪些安全注意事项？ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 五、课堂总结 ▍即学即练 情境应用★协作探究 典例1：热机是人们获得动力的重要机械.创新小组制作了如图所示的简易热机模型，在试管内倒入适量的水，加热试管，当试管内的水沸腾后，风扇在水蒸气的驱动下转动起来，整个过程消耗了 的酒精.（）下列说法正确的是（　） A．酒精在燃烧的过程中，其热值会变小 B．通过改进模型的结构，其效率可达 C．整个过程消耗的酒精完全燃烧放出的热量为 D．水蒸气驱动风扇转动时的能量转化与热机压缩冲程的相同 典例2：小李去火车博物馆参观，了解到蒸汽火车工作的原理，回家后设计了一个利用蒸汽机提升重物的装置，其工作原理如图所示.工作过程为：打开阀门A、关闭阀门B，高压蒸汽进入汽缸，推动活塞上行；当活塞到达汽缸顶部时，关闭阀门A、打开阀门B，蒸汽进入冷凝器，汽缸内压强减小，活塞下降，循环往复.活塞与杠杆之间用一根硬杆相连，杠杆的另一端与滑轮组的绳子末端相连.已知重物的质量为20 kg，杠杆左端的力臂为 ，右端的力臂为 ，活塞的面积为 ，活塞上行一次重物上升的高度为 ，动滑轮的质量为5 kg，汽缸的能量损失和活塞的质量不计，. （1）活塞上行过程与汽油机的＿＿＿冲程相似；高压蒸汽进入汽缸后推动活塞上行过程中，汽缸内高压蒸汽的内能＿＿＿.（均填“增大”或“减小”） （2）需要将重物提起，汽缸需要产生的最小压强为多大？ （3）关于小李设计的蒸汽机提升重物的装置，下列说法正确的是＿＿＿（填字母）. A．需要一次将物体提升得更高，可以将 点水平向左移 B．汽缸产生最小压强时， 点水平向右移，不能将重物提升起来 C．在汽缸产生的最小压强下，滑轮组提升重物的效率为 D．活塞上行一次，蒸汽机对物体做的有用功为 参 考 答 案 [项目方案] 一、项目提出：内能　机械能 二、项目分析：动力　水蒸气 1.①灯帽　外 2.膨胀　3.内　机械 四、展示交流 1.（1）密封 2.答：①在操作过程中，务必小心使用热源，并确保所有部件都连接紧密，以防蒸汽泄漏造成烫伤；②要避免蒸汽发生剧烈膨胀.（答案合理即可） [即学即练]典例1：C 典例2：（1）做功　减小 （2）解：对动滑轮和重物整体受力分析，有 ， 则杠杆对绳子向下的拉力为 ， 由 得，，解得 ， 汽缸需要产生的最小压强为 . （3）ACD 第十四章 内能的利用 · 1 学科网（北京）股份有限公司 $