14.4《跨学科实践·制作简易热机模型》专题精讲 2026-2027学年人教版九年级物理上学期

人教版九年级物理（全一册）· 第十四章内能的利用

14.4《跨学科实践·制作简易热机模型》培优专题精讲

对标中考 / 期中命题逻辑 ｜ 贴合人教版2024教材 ｜ 不超纲

一、实践主题与课标要求

本实践围绕一个真实问题展开：燃料燃烧释放出来的内能，能不能被我们“抓住”，并变成看得见的机械运动？完成本项目，需要用身边材料（试管、软木塞、酒精灯、细玻璃管、叶轮或活塞机构等）做出一台能把内能转化为机械能的模型，并用可测量的数据证明它确实对外做了功。这需要综合运用内能、改变内能的两种方式、四冲程内燃机的工作循环、热机效率等物理知识，还要用到燃料燃烧的化学常识、部件装配的工程技术与数据处理的数学方法，是一次典型的跨学科实践活动。

 

为什么教材要安排这一课 本节不是“做手工”，而是把本章的核心结论装进一件真能动的装置里：燃料燃烧把化学能变成内能，内能再推动活塞或叶轮对外做功，这就是热机。只要你能让模型连续输出动作不少于 10 次、能写清“化学能 → 内能 → 机械能”的转化链条、能拿出可重复的测试数据、还能说出效率不高的原因，就同时掌握了“物理原理—工程实现—数据论证”的完整链条，这正是跨学科实践题的命题落脚点。

二、项目核心任务

总任务：用身边材料（试管、软木塞、酒精灯、铁架台、细玻璃管、注射器或易拉罐薄片自制叶轮等）制作一台能把燃料（或热水蒸气）的内能转化为机械能的简易热机模型，并做到：① 有明确、可观察的对外做功表现；② 连续输出动作不少于 10 次，或使轻小叶轮持续转动不少于 10 s；③ 写出能量转化过程说明、测试记录与改进记录；④ 用 η = × 100% 对自己的模型做一次定量估算，并指出能量损失的主要途径。

 

图1　试管内装入少量水并用软木塞塞紧，用酒精灯加热至水沸腾，水蒸气膨胀把软木塞冲出，管口出现“白雾”。这一现象直接说明内能可以转化为机械能，是制作简易热机模型最经典的原型装置

量化目标先定死 动手之前先把目标写成可测量的句子：“在燃料种类与加入量、水的质量、试管规格、加热位置都保持不变的条件下，模型连续输出动作不少于 10 次（或轻小叶轮持续转动不少于 10 s），并能用 η = × 100% 估算出效率。” 目标一旦量化，后面的每一步就都有了判断标准，不会出现“看着差不多”这种无法论证的结论。

 

三、知识支撑（跨学科联结）

3.1　物理：内能、改变内能的两种方式与“内能对外做功”

构成物体的所有分子，其热运动的与的总和叫做物体的，单位是。一切物体在任何温度下都具有内能。

 

本节真正要用的是后一条：物体对外做功，内能减小。试管里的水沸腾后产生大量水蒸气，水蒸气膨胀把软木塞冲出——就在这一瞬间，水蒸气的；同时管口出现“白雾”，说明燃气对外做功后温度降低、内能减小，水蒸气遇冷成了小水滴。这正是所有热机共同的工作原理。

3.2　四冲程内燃机的工作循环

燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机叫做，常见的有汽油机和柴油机。以汽油机为例，它的每一个工作循环都由四个冲程组成，各冲程的门、活塞与能量转化情况如下。