第4节 跨学科实践：制作简易热机模型

第14章内能的利用第4节跨学科实践：制作简易热机模型人教版

九年级物理（上）情景导入燃油汽车中的汽油机大型轮船使用的汽轮机飞机使用的喷气发动机你了解热机有哪些种类以及工作原理吗？热机中的能量是如何转化的？设计制作一个简易的热机模型，更直观地了解热机。合作探究探究点1进一步找相关资料，了解热机的

种类以及工作原理1.内燃机：以汽油机为例，它的工作物质是气缸内的空气和汽油的混合物。2.外燃机：以蒸汽机为例，燃料燃烧使水变成水蒸气，

水蒸气推动活塞运动产生动力，蒸汽机的工作物质

是水蒸气。蒸汽机模型图通常而言，制作采用燃烧燃料加热水产生蒸汽来做功的外燃机，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。蒸汽机、燃气机、燃气喷气发动机、燃气涡轮发动机以及火箭喷气发动机等。思考：生活生产中的热机有哪些？热机是各种利用内能做功的机械，将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能。思考：热机的工作原理是什么？1.热源可以是什么？2.工作物质是什么？3.工作物质在什么容器中工作？我们要制作一台热机模型，需要考虑哪些问题？热源可以是酒精灯、蜡烛、燃气、煤气等。水沸腾后产生的水蒸气。比较坚固的金属容器中，例如易拉罐、铁罐等。讨论交流：4.如何将内能转化为机械能？通过什么装置实现？5.如何使获得更多的机械能？在容器外插一细管，使水蒸汽通过细管喷出，然后使细管口对着汽轮机，推动汽轮机转动。容器的容器要大一些，热源的热值也要大一些等。探究点2找相关蒸汽机的资料，了解蒸汽机

的工作物质及能量转化阅读课本：P35“项目分析”。思考问题：蒸汽机的热源是什么？燃料(煤、汽油等)思考问题：蒸汽机的工作物质是什么？燃料燃烧使水变成水蒸气，水蒸气是蒸汽机的工作物质。思考问题：蒸汽机如何将内能转化成机械能？燃料燃烧使水变成水蒸气，燃料的化学能转化成水蒸气的内能，水蒸气推动活塞运动产生动力，水蒸气的内能转化为活塞的机械能。探究点3制作简易的汽轮机模型阅读课本：P36“项目实施”和“展示交流”简易汽轮机模型的制作过程如何安排？思考问题：空易拉罐、胶(用来堵易拉罐口)、中性笔(去掉笔芯和尾塞)、小风扇、酒精灯(用来加热)、打火机、水等。材料准备：(1)组装：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。(2)操作1：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。(注意笔的尖端不要对着人)(3)操作2：点燃易拉罐下面的酒精灯，当有蒸汽喷出时，观察扇叶是否转动。制作步骤：视频：用易拉罐制作简易蒸汽机模型展示交流：(1)展示自己制作的热机模型，比较谁制作的精细、运行顺畅、更有创意。(2)谈谈自己制作的热机模型的工作原理，分享制作的心得，提出改进的方案。也可以结合自己制作的热机模型，从环保、效率等方面谈谈热机发展过程中需要不断改进和优化的地方。(3)与大家的交流中，总结制作过程中的经验教训和解决办法。反思自己对热机知识的理解和应用能力，反思跨学科实践活动中对个人知识结构、观察分析、动手操作能力的作用。课堂小结1．热机的定义与分类。2．热机的工作原理(工作过程中的能量转化)。3．热机的工作物质。4．热机在不同环境下的性能与能源利用的效率提升。5．设计简易热机模型。6．制作简易热机模型(1)材料准备(2)制作步骤(3)展示交流一、选择题(本大题共10个小题：每小题的四个选项中，只有一个选项

符合题意，每小题2分，共20分)1.下列机械工作过程中使用热机的是(

A

)A.“山东舰”上的战斗机B.奥运会上的帆船C.共享单车D.电动新能源汽车A一二三四2.如图所示，关于这个实验下列说法中正确的是(

D

)A.用酒精灯给水加热是通过热传递的方式使水的内能减少

的B.水沸腾后，水蒸气推动活塞迅速冲出管口，水蒸气的内能将增大C.在活塞被推出的过程中，水蒸气对活塞做功，机械能转化为内能D.在活塞被推出的过程中，能量转化的情况与内燃机的做功冲程相同D一二三四3.汽油机的四个冲程中，哪个冲程存在着化学能转化为内能的过程

(

C

)

C一二三四4.为使舰载机在短时间内达到起飞速度，航母上安装了蒸汽弹射装置，

如图所示为其简化原理图。汽缸内蒸汽体积膨胀对外做功，同时推动活

塞，从而使舰载机获得巨大的牵引力，弹射出去。从能量转化的角度来

看，蒸汽弹射装置的原理与汽油机工作的四个冲程中相似的是(

C

)A.吸气冲程B.压缩冲程C.做功冲程D.排气冲程C一二三四5.关于燃料的热值，以下说法正确的是(

A

)A.0.5g和5kg的同种汽油的热值是相同的B.当燃料未燃烧时，其热值为零C.燃料的热值越大，完全燃烧放出的热量越多D.燃料燃烧越充分，其热值越大A一二三四6.2023年5月30日，

“神舟十六号”载人飞船在酒泉卫星发射中心，由“长征二号F”

改进型“遥十六”运载火箭发射升空。火箭使用燃料必须具备的特点是(

A

)A.较大的热值B.较低的沸点C.较大的比热容D.较高的凝固点A一二三四7.一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速是1800r/min，则它每秒钟向汽缸

喷油的次数、对外做功的次数分别是(

B

)A.30次，15次B.15次，15次C.30次，30次D.15次，30次B一二三四8.关于图中四个事例涉及的能量转化，以下说法错误的是(

D

)

DA.甲：风机桨叶带动发电机发电，把机械能转化为电能B.乙：自行车运动员奋力蹬车时，把化学能转化为机械能C.丙：行驶的高速电动列车，把电能转化为机械能D.丁：古人“钻木取火”，把内能转化为机械能一二三四9.关于热机的知识，下列说法中错误的是(

C

)A.为节约能源，需提高热机的效率，可尽量减少热机部件间的摩擦B.热机效率高，将燃料燃烧得到的内能转化为有用的机械能的比例就大C.热机所用燃料的热值越大，放出的热量越多，效率越高D.相同质量的不同燃料完全燃烧时，放出热量较多的燃料，热值较大C一二三四10.掉在地上的弹性小球会跳起，但越跳越低。如图所示的是小球弹跳

的频闪照片，小球在A、B位置的高度一样，下列说法正确的是(

D

)A.小球在A、B两个位置时的机械能相等B.小球在C位置时的机械能大于小球在A位置时的

机械能C.小球在C位置时的机械能小于小球在B位置时的机械能D.小球在弹跳过程中减少的机械能转化为内能D一二三四二、填空题(本大题共6个小题：每空1分，共15分)11.最早的热机是

，其工作原理是燃料燃烧把

⁠能转

化为内能，再通过热传递的方式传递给水，水沸腾汽化为水蒸气，水蒸

气把

能转化为活塞的

能，推动活塞运动。蒸汽机

化学

内

机械

一二三四12.如图甲所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的硝化

棉，快速压下活塞，可观察到硝化棉燃烧起来。此过程中活塞对筒内气

体做功，这与四冲程汽油机的

冲程的能量转化相同。某台汽油

机的飞轮的转速为2400r/min，该汽油机每秒钟对外做功

次。图

乙是四冲程汽油机工作状态的示意图，由图乙可以看出，此时它正处在做功冲程。压缩

20

一二三四13.某种新型能源有着巨大的开发使用潜力，1kg该能源完全燃烧放出

的热量为4.2×108J，若需要8.4×109J的热量应该完全燃烧

kg的

该能源，其燃烧一半后，其比热容

(选填“变大”“不变”或

“变小”)。20

不变

一二三四14.诗人陆游的笔记中曾记载如图所示的省油灯，隔层上层盛油，下层

注水，棉绳做灯芯。灯油燃烧时将化学能转化为

。利用水吸热

来

(选填“加快”或“减慢”)油的升温，减少了油的蒸发，达

到省油的目的。内能

减慢

一二三四15.如图所示，这是班里的“智多星”小明同学制作的一款由形状记忆

合金、5根轻杆、转轮、转轴、热水设计而成的装置。他设想轻推转轮

后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动；离开热水，叶

片形状迅速恢复。由此转轮便可以永不停息地自主转动下去。你认为这

个设想

(选填“能”或“不能”)实现，判断的依据是

⁠

定律。不能

能量

守恒

一二三四16.2022年10月，卫星“夸父一号”使用“长征二号”运载火箭发射升空，开启对太阳的探测之旅。运载火箭主要以偏二甲肼作为燃料，其质量为

1500kg，它完全燃烧可以产生的热量为

J。这些能量若全部被温度为20℃的水吸收后，水温升高到35℃，则水的质量为1000t。(q偏二甲肼＝4.2×107J/kg)6.3×1010

1000

一二三四三、实验探究题(本大题共2个小题：第17小题7分，第18小题9分，

共16分)17.制作汽轮机。(1)制作叶轮：在圆形软木塞四周用小刀切几个对称的小缝，将铝片插在小缝中，在叶轮中心用锥子钻一个小孔，将铁丝穿过小孔，使叶轮能在铁丝上自由转动。一二三四(2)组装“汽轮机”：按照图示组装器材，注意调整叶轮的位置，使导

管的管口正对着叶片。(3)将烧瓶中的水加热至沸腾，当大量的“白气”从导管口喷出时可以

看到叶轮转了起来。一二三四(4)探究思考①汽轮机的工作原理是

⁠

⁠。②汽轮机工作时，水蒸气对叶轮

，水蒸气的内能

(选

填“减小”“增大”或“不变”)，温度

(选填“降低”“升高”或“不变”)。③汽轮机工作时，将

能转化为

能。燃料燃烧时将化学能转化为内能，内能再转化

为机械能

做功

减小

降低

内

机械

一二三四18.如图所示，甲、乙和丙三图中装置完全相同。(1)小华同学用甲、丙装置探究不同物质吸热升温的现象。液体a、b吸

收热量的多少是通过

来判断的，实验中通过吸收相

同的热量比较

来判断物质的吸热本领。加热时间的长短

升高的温度

一二三四(2)小丽在“比较不同燃料燃烧时放出的热量”实验中：①应选择

两图进行实验，实验中应控制燃料燃烧的

⁠

(选填“时间”或“质量”)相同。②当燃料燃尽时，小丽记下了各个时刻烧杯中液体的温度，绘制了

如图丁所示的图象，则可初步判断燃料

(选填“1”或“2”)

的热值大。甲、乙

质量

2

一二三四③小丽将烧杯中的液体换成水后，在取燃料和水时都要注意适量，否则

不利于得出实验结论。当燃料的质量一定时，所取水量不能过少的原因

是

⁠

⁠。