文档文本内容
14.4 跨学科实践：制作简易热机模型
目 录
A 组 巩固过关
知识点1：基础概念
知识点2：简易的热机模型
B 组 能力进阶
C 组 思维拔高
基础概念
1.热机是利用____做功的机械，工作时将____能转化为____能。常见的外燃机有______，常见的内燃机有
_______和________，是现代汽车中最常用的热机类型。
2.内燃机的一个工作循环由四个冲程组成，分别是________、_________、_________和_________ ，其中
只有____冲程对外做功，将______能转化为______能，______冲程则将机械能转化为内能。
简易热机模型
1．（25-26 九年级上·山西运城·期末）科技小组用饮料瓶制作水火箭，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（如图）；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。瓶内气体压强增大的过程相当于汽油机的（ ）
A．吸气冲程
B．压缩冲程
C．做功冲程
D．排气冲程
2．（25-26 九年级上·河北石家庄·期末）如图所示，用塞子塞紧瓶口，再用打气筒向瓶内打气，当瓶内气压
达到足够大时，塞子从瓶口冲出。下列关于瓶内气体的说法，正确的是（ ）
知识点1
知识点2
A．向瓶内打气，是通过热传递的方式改变瓶内气体内能
B．向瓶内打气，气体对外界做功，气体内能增加
C．塞子从瓶口冲出，气体内能转化为塞子的机械能
D．塞子被气体冲出，与四冲程汽油机压缩冲程能量转化相同
3．（25-26 九年级上·湖北黄石·期末）如图是某同学制作的简易热机模型，水蒸气喷出驱动风车转动的过程，
与四冲程汽油机的哪一个冲程的能量转化相似？（ ）
A．吸气
B．压缩
C．做功
D．排气
4．（25-26 九年级上·广东珠海·期末）走马灯底部蜡烛如图所示，扇叶在热空气的驱动下转动起来，其原理
与下面汽油机的哪个冲程相似（ ）
A．吸气冲程
B．压缩冲程
C．做功冲程
D．排气冲程
5．（25-26 九年级上·山东济南·期末）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（ ）
A．
B．
C．
D．
6．（25-26 九年级上·福建三明·期中）如图所示的“汽油机模型”实验中，将适量的酒精喷入筒内，用橡胶塞
塞住筒口，电火花点火，观察到橡胶塞跳出。该实验可模拟四冲程汽油机工作时的（ ）
A．吸气冲程
B．压缩冲程
C．做功冲程
D．排气冲程
7．（25-26 九年级上·安徽亳州·期中）如图甲所示，在一个空易拉罐的底部钻一个小孔，从易拉罐开口端向
罐内喷适量酒精喷雾，然后将一个空纸杯迅速套上。如图乙所示，用细线将易拉罐水平悬挂在铁架台上，
将点燃的点火枪靠近易拉罐底部的小孔，纸杯就会“向前”飞去。下列说法中错误的是（ ）
A．酒精的热值与质量无关
B．纸杯飞出去后在惯性的作用下继续向前运动
C．纸杯飞出去时，易拉罐内气体的内能减小
D．纸杯飞出过程中的能量转化与内燃机的做功冲程相同
8．（25-26 九年级上·陕西榆林·期末）如图是小明制作的简易“蒸汽船”模型。将盛有一定量水的玻璃容器安
装在“船体”上，用蜡烛对玻璃容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”就向左行驶。蜡烛对
玻璃容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过________的方式改变水的内能。当铜管向右喷蒸汽时“船
体”向左运动，该过程将内能转化为________能，该过程中能量的总量________。
9．（25-26 九年级上·辽宁抚顺·阶段检测）塑料瓶是一种常见的生活物品，空塑料瓶可以做许多物理小实验。
在安全情况下，小明用高压打气筒往封闭空塑料瓶内打入空气，如图所示。当气压达到一定程度时，瓶盖
飞出，气体的_____转化为瓶盖飞出去的机械能，这一过程与内燃机_____冲程的能量转化情况相同。
10．（25-26 九年级上·河南焦作·期末）碳酸饮料易拉罐的拉环断掉很难打开，如图所示，可用笔尾在罐口
旁快速摩擦，易拉罐开口处就可以“炸开”。摩擦时，易拉罐内气体内能_____（选填“增加”“减少”“不变”），
气压变大；“炸开”过程的能量转化与四冲程汽油机的_____冲程相同。
11．（25-26 九年级上·河北邢台·期末）如图所示，这是常见的气压式玩具水枪的储水罐。从储水罐充气口
充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M 打开，水即从枪口喷出。在水喷出的过程中，
储水罐中气体的内能转化为水的______能，其能量转化与四冲程内燃机的______冲程相同。
12．（25-26 九年级上·安徽马鞍山·期末）小明制作了一艘“噗噗”船，其结构如图所示。启动前，先注入些
水到蒸汽室，当蒸汽室的水被蜡烛火焰加热，随着水温升高，产生的水蒸气从管口喷出，发出“噗噗”的响声，
船也会在水池中向前移动，此过程和汽油机的做功冲程能量转化情况相同，水蒸气的内能转化为船的
_______能。
13．（25-26 九年级上·河南驻马店·期末）如图所示，瓶中装少量的水，水上方有水蒸气，塞紧瓶塞，用打
气筒向瓶内打气，看到瓶塞从瓶口跳起。瓶塞跳出时，瓶内气体温度_________（选填“升高”“不变”或“降
低”），此过程相当于汽油机的_________冲程。
14．（25-26 九年级上·四川内江·期末）如图甲所示，是小明用易拉罐制作的一辆小车，往易拉罐内喷入一
些酒精并点燃后，小车就会向前行驶。如图乙所示是汽油机的四个冲程，其中与甲图中小车行驶时能量转
化相同的是（ ）
A．
B．
C．
D．
15．（25-26 九年级上·广东广州·阶段检测）小明用可乐瓶制作了一个“小火箭”，通过打气筒压缩“小火箭”中
空气的方式发射，如图所示，与空气推动“小火箭”升空过程的能量转化情况相同的冲程是（ ）
A．吸气冲程
B．压缩冲程
C．做功冲程
D．排气冲程
16．（25-26 九年级上·山东德州·期中）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，瓶内气体的内能增加
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．瓶盖被弹出时，气体内能减小，温度降低，瓶内出现白雾
17．（25-26 九年级上·山西晋中·期末）如图所示，用酒精灯给试管中的水加热，水温上升，直至沸腾一段
时间后，会看到试管口的橡皮塞被冲出。下列描述正确的是（ ）
A．试管中的水在升温过程中是通过做功的方式增加内能的
B．橡皮塞冲出后，试管中的水继续沸腾且吸收热量，温度升高
C．水蒸气对橡皮塞做功，水蒸气的内能不变
D．水蒸气对橡皮塞做功，其能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相同
18．（25-26 九年级上·广东茂名·期中）物理课上，李老师演示了如图所示的实验。他把活塞迅速压下去，
观察到硝化棉燃烧，硝化棉燃烧是由于做功使管内空气的内能________（选填“减小”或“增大”）。这与四冲
程柴油机的________冲程相同。若某柴油机的转速为1200r/min，则在1s 内这台柴油机对外做功________
次。
19．（25-26 九年级上·江苏泰州·阶段检测）如图所示为气泡机，主机让高压二氧化碳气体快速冲出，此时
二氧化碳气体体积膨胀，内能___________（选填“增大”“减小”或“不变”），打入水瓶内的饮料从而制出冰
凉气泡饮料，此过程中的能量转化过程与汽油机的___________冲程相同。若某汽车的汽油机的飞轮转速为
1800r/min，则该汽油机每分钟完成___________个工作循环。当汽油燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时汽油的
热值将___________（“变大”、“不变”或“变小”）。
20．（25-26 九年级上·广西钦州·期中）轩宇是班里的小发明家，刚刚学了热机的他，制作了如图所示的模
型，他在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电子式火花发生器的放电针紧紧地塞进孔中，打开塑料盒盖，向
盒内滴入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后揿动电火花发生器的按钮……
(1)在此过程中，酒精燃烧后产生的________能转化为盒盖的________能。
(2)汽油机工作过程中的________冲程与这一实验过程中能量的转化是一致的。
21．（25-26 九年级上·湖北孝感·期中）如图是课外兴趣小组制作的“蒸汽船”模型，在铜制容器中盛一定量
的水后将其安装在“船体”上，用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜制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。“蒸汽船”模型工作过程的能量转化是：化学能→___________→
机械能。这个过程能量转化与四冲程汽油机的___________冲程类似。
22．（25-26 九年级上·安徽合肥·期末）小川制作的汽轮机模型如图所示，在试管中装入适量的水，用酒精
灯加热，水沸腾后产生的蒸汽冲击叶轮使其转动。这一过程与汽油机的___________冲程作用相似。
23．（25-26 九年级上·云南曲靖·期中）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）
24．（25-26 九年级上·山西临汾·阶段检测）为了探究物体内能变化与做功的关系，某小组同学利用气压式
喷雾器、数字式温度计、小风扇等进行实验，如图所示。
(1)该实验通过_________的变化来反映气体内能的变化，这里所运用的物理研究方法是_________；
(2)图丙中，打开喷嘴处的阀门，迅速放出喷雾器内一部分气体时，喷雾器前的小风扇转动，此时气体的
___________能转化为风扇的___________能，与四冲程内燃机的___________冲程相同。
25．（25-26 九年级上·广东广州·期末）【项目提出】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】
①制作叶轮：取一个空易拉罐，剪下一块圆形片，再将圆形金属片剪成螺旋桨的形状.最后，在中心钻孔，
用铁丝穿过小孔，如图甲；
②组装“汽轮机”：在另一个易拉罐盖旁打个孔，倒出饮料后往其内部装入半罐水，如图乙；用铁丝制作支
架，最后组装器材，如图丙，该“汽轮机”属于_______（选填“内燃机”或“外燃机”）；
③“汽轮机”工作：点燃固体酒精，加热易拉罐中的水直至沸腾，当孔周围出现大量的“白气”时，再将叶轮
移到正对孔的位置。该“汽轮机”工作时，图丙中的水蒸气的_______能转化为叶轮的_______能，这是通过
_______方式改变水蒸气能量。
【展示交流】
①小昕发现，该“汽轮机”工作时，叶轮转动断断续续，根据这一现象，请你提出一条改进措施：______；
②小昕改进问题后，叶轮能持续稳定转动，但速度慢，小阳提议用干抹布覆盖储水罐顶部，尝试后叶轮转
动速度变快，该操作提高了“汽轮机”的_______。
A．燃料热值 B．输出功率 C．输出效率
26．（2024·广东·二模）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：2024 年4 月25 日，搭载神舟十八号载人飞船的“长征二号F”火箭点火发射。如
图甲所示，火箭刚发射时，高温火焰向下喷射到发射台的地面，发射台遇到这样的高温容易发生________。
为了保护发射台，在发射台底建了一个大水池，让火焰喷射到水中，利用水的________来吸收大量的热量
（前两空均填物态变化）火箭升空的瞬间，伴有庞大白色气团实质是________（选填“小水滴”“烟雾”或“水
蒸气”）。
（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，如图乙，图丙是其结构示意图，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，使水火箭上升的施力物体是__________（选填“地球”或“喷出的水”）
（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“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）
27．（25-26 九年级上·广东佛山·阶段检测）阅读短文，回答问题。
汽车发动机
发动机是汽车的动力源。汽油机以汽油为燃料，使活塞在气缸中往复运动，一个工作循环经历进气、压缩、
做功和排气四个冲程，汽油机的性能和汽缸排量有关。汽缸排量指活塞一个冲程中活塞在气缸内通过的容
积，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（冲程长度）。如果发动机有若干个气缸，所有气缸“工作容
积”之和称为发动机排量，实际汽车往往采用多缸发动机。
如图所示发动机有4 个汽缸（图中标注1、2、3、4），通过连杆把4 个汽缸的活塞连在一根曲轴上。各个汽
缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在吸气、压缩和排
气冲程。
(1)汽油机工作时燃料燃烧，将化学能转化为______能再转化为______能。
(2)若汽车发动机以恒定功率输出，在爬坡的时候减慢车速，______就会增大。
(3)四缸发动机中1 号汽缸在做功冲程中，4 号汽缸所处的冲程是______。
A．吸气 B．压缩 C．做功 D．排气
(4)若一个汽缸排量为V，燃气对活塞的平均压强为p，则一个做功冲程中燃气对活塞所做的功为______（用
字母表示）。
(5)当发动机转速为3000r/min 时，则发动机每个工作循环所需要的时间为______s；设做功冲程燃气对活塞
的平均压强是
0p ，发动机排量为V排，则发动机转速为r/s
n
时，该轿车的输出功率P 与发动机排量为V排的
关系式为______。
A．
0
2
np V排 B．
0
np V排 C．
0
2np V排 D．
0
4np V排
28．（25-26 九年级上·江苏苏州·阶段检测）阅读短文，回答问题。
科学家在四冲程发动机的基础上发明了“六冲程引擎”发动机。这种引擎在完成四冲程工作后，会把水注入气
缸，使水瞬间变成水蒸气，从而带动活塞运动，产生第五冲程，为汽车提供动力，第六冲程让水蒸气排放
到冷凝器，变成可再次注入气缸的水。“六冲程引擎”发动机的优点是环保、效率高，“六冲程引擎”发动机比
传统四冲程发动机效率可提高40%，在一定程度上能够缓解如今由于能源供应短缺而导致的能源危机。
(1)汽油机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将内能转化为______能；
(2)若汽车发动机以恒定功率输出，在爬坡的时候减慢车速，目的是______；
(3)一台单缸四冲程汽油机的曲轴转速是1200r/min，若每次做功为500J，则汽油机的功率为______W；
(4)测试人员驾驶该车在平直公路上匀速直线行驶0.25h，观察仪表盘，发现这段时间内汽车消耗燃油2kg，
车速为50km/h，若这些燃油完全燃烧，则放出的热量为______J（燃油的热值为
7
4.6 10 J / kg
´
）；
(5)“六冲程引擎”发动机第五冲程相当于四冲程汽油机的______冲程；如果这种单缸六冲程内燃机飞轮转速
是3600r/min，则该汽油机每秒钟对外做功______次。
