第頁人教版九年級(jí)物理全一冊(cè)《14.4跨學(xué)科實(shí)踐：制作簡(jiǎn)易熱機(jī)模型》同步練習(xí)題及答案一、基礎(chǔ)題簡(jiǎn)易熱機(jī)模型的核心能量轉(zhuǎn)化是（）A.機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B.內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C.電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能制作簡(jiǎn)易熱機(jī)模型時(shí)，優(yōu)先選擇外燃機(jī)而非內(nèi)燃機(jī)的主要原因是（）A.外燃機(jī)效率更高B.外燃機(jī)結(jié)構(gòu)更復(fù)雜C.外燃機(jī)更安全、材料易得D.外燃機(jī)動(dòng)力更強(qiáng)教材中推薦的簡(jiǎn)易汽輪機(jī)模型，利用酒精燈加熱易拉罐內(nèi)的水產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)小風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。該過程中，水的內(nèi)能通過______方式增加，蒸汽推動(dòng)扇葉時(shí)內(nèi)能轉(zhuǎn)化為______能。熱機(jī)工作的基本條件是具備熱源、工作物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化裝置，下列器材中可作為簡(jiǎn)易熱機(jī)模型熱源的是（）A.干電池B.酒精燈C.小燈泡D.滑動(dòng)變阻器二、提升題某同學(xué)制作簡(jiǎn)易熱機(jī)模型時(shí)，選用不同熱源加熱相同質(zhì)量的水，記錄蒸汽推動(dòng)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間，數(shù)據(jù)如下表。分析數(shù)據(jù)可知，哪種熱源的加熱效果最好（）熱源類型酒精燈酒精噴燈蠟燭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間/s12018080A.酒精燈B.酒精噴燈C.蠟燭D.無法判斷6.簡(jiǎn)易熱機(jī)模型中，工作物質(zhì)的選擇會(huì)影響模型效率。下列關(guān)于工作物質(zhì)的說法錯(cuò)誤的是（）A.水是常用工作物質(zhì)，因?yàn)樗谋葻崛荽?，能?chǔ)存較多內(nèi)能B.空氣也可作為工作物質(zhì)，加熱后膨脹對(duì)外做功C.工作物質(zhì)應(yīng)選擇沸點(diǎn)較低的物質(zhì)，便于快速產(chǎn)生氣體D.工作物質(zhì)的質(zhì)量越大，模型的動(dòng)力一定越強(qiáng)7.某簡(jiǎn)易熱機(jī)模型工作時(shí)，蒸汽的內(nèi)能一部分轉(zhuǎn)化為扇葉的機(jī)械能，另一部分會(huì)散失到空氣中。若蒸汽初始內(nèi)能為2×10?J，扇葉獲得的機(jī)械能為5×103J，則該模型的能量轉(zhuǎn)化效率為______。8.對(duì)比教材中的簡(jiǎn)易汽輪機(jī)模型與實(shí)際工業(yè)汽輪機(jī)，下列說法正確的是（）A.兩者的能量轉(zhuǎn)化原理不同B.實(shí)際汽輪機(jī)的工作物質(zhì)也是水蒸氣C.實(shí)際汽輪機(jī)不需要熱源D.簡(jiǎn)易模型的效率高于實(shí)際汽輪機(jī)三、拓展題現(xiàn)代航空航天中使用的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)屬于熱機(jī)，其工作時(shí)自帶燃料和氧化劑，不需要依賴大氣中的氧氣。與簡(jiǎn)易熱機(jī)模型相比，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)是（）A.結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單B.可在真空中工作C.能量轉(zhuǎn)化效率為100%D.不需要工作物質(zhì)某同學(xué)嘗試改進(jìn)簡(jiǎn)易熱機(jī)模型，用太陽能集熱器替代酒精燈作為熱源。這種改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)是______（寫出一點(diǎn)），缺點(diǎn)是______（寫出一點(diǎn)）。我國(guó)“華龍一號(hào)”核電站的核反應(yīng)堆屬于可控鏈?zhǔn)椒磻?yīng)裝置，其產(chǎn)生的核能先轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，再通過蒸汽輪機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。從熱機(jī)分類來看，蒸汽輪機(jī)屬于______（選填“外燃機(jī)”或“內(nèi)燃機(jī)”），與化石燃料熱機(jī)相比，核電站的突出優(yōu)勢(shì)是______。四、實(shí)驗(yàn)探究題實(shí)驗(yàn)名稱：探究熱源類型對(duì)簡(jiǎn)易熱機(jī)模型輸出功率的影響（1）實(shí)驗(yàn)器材：易拉罐、中性筆、小風(fēng)扇、酒精燈、酒精噴燈、蠟燭、支架、停表、天平。（2）實(shí)驗(yàn)步驟：①按教材圖示組裝簡(jiǎn)易汽輪機(jī)模型，用天平稱取相同質(zhì)量的水注入易拉罐；②分別用酒精燈、酒精噴燈、蠟燭作為熱源，加熱易拉罐，記錄從加熱開始到小風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)停止的時(shí)間t；③測(cè)量小風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速n，通過公式P=k·n/t（k為比例常數(shù)）計(jì)算模型輸出功率；④重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次，取平均值。（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：若測(cè)得酒精噴燈對(duì)應(yīng)的t最小、n最大，則說明______。（4）實(shí)驗(yàn)反思：實(shí)驗(yàn)中控制水的質(zhì)量相同，目的是______，這種研究方法稱為______。實(shí)驗(yàn)名稱：探究工作物質(zhì)質(zhì)量對(duì)簡(jiǎn)易熱機(jī)模型工作時(shí)間的影響（1）提出問題：工作物質(zhì)（水）的質(zhì)量會(huì)影響簡(jiǎn)易熱機(jī)模型的工作時(shí)間嗎？（2）猜想與假設(shè)：，理由是。（3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：請(qǐng)補(bǔ)充完整實(shí)驗(yàn)方案①組裝好簡(jiǎn)易熱機(jī)模型，用天平稱取m?=50g的水注入易拉罐；②用酒精燈加熱，記錄小風(fēng)扇從開始轉(zhuǎn)動(dòng)到停止的時(shí)間t?；③更換易拉罐，稱取m?=100g的水注入，______；④再更換易拉罐，稱取m?=150g的水注入，重復(fù)上述步驟；⑤整理器材，分析數(shù)據(jù)。某小組制作的簡(jiǎn)易熱機(jī)模型出現(xiàn)“扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)不順暢”的問題，請(qǐng)你分析可能的原因（寫出兩點(diǎn)）：；。前沿探究：新型熱機(jī)技術(shù)調(diào)研（1）查閱資料可知，我國(guó)研發(fā)的“超臨界二氧化碳Brayton循環(huán)發(fā)電技術(shù)”中，以超臨界二氧化碳為工作物質(zhì)，其密度接近液體、流動(dòng)性接近氣體，換熱效率遠(yuǎn)高于水蒸氣。與傳統(tǒng)水蒸氣熱機(jī)相比，這種新型熱機(jī)的優(yōu)勢(shì)是______（寫出一點(diǎn)）。（2）結(jié)合簡(jiǎn)易熱機(jī)模型的制作經(jīng)驗(yàn)，談?wù)勀銓?duì)新型熱機(jī)發(fā)展趨勢(shì)的看法：______。Ck答案及解析1.答案：B解題思路：熱機(jī)的核心定義是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)械，簡(jiǎn)易熱機(jī)模型雖簡(jiǎn)化但本質(zhì)不變。分析選項(xiàng)：A是機(jī)械能轉(zhuǎn)內(nèi)能（如摩擦生熱），C是電能轉(zhuǎn)內(nèi)能（如電暖器），D是內(nèi)能轉(zhuǎn)電能（如發(fā)電機(jī)），均不符合熱機(jī)本質(zhì)，故選B。易錯(cuò)點(diǎn)提醒：易混淆能量轉(zhuǎn)化方向，需牢記“熱機(jī)=內(nèi)能→機(jī)械能”，與發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化方向區(qū)分開。2.答案：C解題思路：教材明確說明“制作外燃機(jī)比內(nèi)燃機(jī)安全，材料也相對(duì)易得，建議優(yōu)先考慮前者”。分析選項(xiàng)：A錯(cuò)誤（內(nèi)燃機(jī)效率通常高于外燃機(jī)），B錯(cuò)誤（外燃機(jī)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單），D錯(cuò)誤（內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力更強(qiáng)），故選C。易錯(cuò)點(diǎn)提醒：勿因“外燃機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景更廣泛（如早期蒸汽機(jī)）”誤選A，需緊扣教材中“優(yōu)先選擇外燃機(jī)”的核心原因——安全、材料易得。3.答案：熱傳遞；機(jī)械解題思路：酒精燈加熱水，是通過熱傳遞（熱傳導(dǎo)+熱輻射）方式增加水的內(nèi)能；蒸汽推動(dòng)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，自身內(nèi)能減少，扇葉獲得機(jī)械能，符合熱機(jī)能量轉(zhuǎn)化規(guī)律。易錯(cuò)點(diǎn)提醒：易將“熱傳遞”誤寫為“做功”，需注意：加熱過程是外界向水傳遞熱量，屬于熱傳遞；只有物體對(duì)外做功或外界對(duì)物體做功才是做功改變內(nèi)能。4.答案：B解題思路：熱源需能提供熱量，使工作物質(zhì)（如水）內(nèi)能增加。分析選項(xiàng)：A（干電池）提供電能，C（小燈泡）將電能轉(zhuǎn)化為光能和內(nèi)能（無法作為主要熱源），D（滑動(dòng)變阻器）是改變電阻的元件，均不符合；B（酒精燈）燃燒釋放熱量，可作為熱源，故選B。易錯(cuò)點(diǎn)提醒：勿誤選C，小燈泡的內(nèi)能是次要能量轉(zhuǎn)化，無法滿足熱機(jī)模型對(duì)熱源的熱量需求。5.答案：B解題思路：加熱效果越好，相同質(zhì)量的水獲得的內(nèi)能越多，蒸汽推動(dòng)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)。表格中酒精噴燈對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)（180s），說明其加熱效果最好，故選B。易錯(cuò)點(diǎn)提醒：易誤以為“轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間短則加熱效果好”，實(shí)際是加熱效果好→水的內(nèi)能足→蒸汽持續(xù)做功時(shí)間長(zhǎng)，需理清因果關(guān)系。6.答案：D解題思路：逐一分析選項(xiàng)：A正確（水的比熱容大，吸熱能力強(qiáng)，適合作為工作物質(zhì)）；B正確（空氣加熱后膨脹，可對(duì)外做功，如熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)）；C正確（沸點(diǎn)低的物質(zhì)易汽化產(chǎn)生氣體，快速提供動(dòng)力）；D錯(cuò)誤（工作物質(zhì)質(zhì)量過大，加熱至汽化所需熱量多，可能導(dǎo)致動(dòng)力不足，且動(dòng)力還與壓強(qiáng)、溫度等有關(guān)），故選D。易錯(cuò)點(diǎn)提醒：易陷入“質(zhì)量越大→動(dòng)力越強(qiáng)”的誤區(qū)，忽略熱機(jī)動(dòng)力還與工作物質(zhì)的溫度、壓強(qiáng)、膨脹程度等因素相關(guān)。7.答案：25%解題思路：熱機(jī)效率（能量轉(zhuǎn)化效率）=有用機(jī)械能/輸入內(nèi)能×100%，即η=（5×103J/2×10?J）×100%=25%。易錯(cuò)點(diǎn)提醒：需注意公式中“輸入內(nèi)能”是蒸汽的初始內(nèi)能，勿遺漏“×100%”，避免計(jì)算結(jié)果未轉(zhuǎn)化為百分比。8.答案：B解題思路：對(duì)比簡(jiǎn)易模型與實(shí)際汽輪機(jī)：A錯(cuò)誤（兩者均是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，原理相同）；B正確（實(shí)際汽輪機(jī)以高溫高壓水蒸氣為工作物質(zhì)）；C錯(cuò)誤（實(shí)際汽輪機(jī)需鍋爐加熱水產(chǎn)生蒸汽，離不開熱源）；D錯(cuò)誤（簡(jiǎn)易模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量損失多，效率遠(yuǎn)低于實(shí)際汽輪機(jī)），故選B。易錯(cuò)點(diǎn)提醒：勿誤選D，實(shí)際汽輪機(jī)通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)（如多級(jí)葉片）減少能量損失，效率遠(yuǎn)高于簡(jiǎn)易模型。9.答案：B解題思路：火箭發(fā)動(dòng)機(jī)自帶燃料和氧化劑，無需依賴大氣中的氧氣，因此可在真空中工作。分析選項(xiàng)：A錯(cuò)誤（火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜）；C錯(cuò)誤（能量轉(zhuǎn)化效率不可能達(dá)到100%，存在能量損失）；D錯(cuò)誤（火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作物質(zhì)是燃料燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體），故選B。易錯(cuò)點(diǎn)提醒：易混淆“火箭發(fā)動(dòng)機(jī)”與“簡(jiǎn)易熱機(jī)模型”的適用環(huán)境，需牢記火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的核心優(yōu)勢(shì)——不依賴大氣，可在太空工作。10.答案：優(yōu)點(diǎn)：清潔無污染、可再生；缺點(diǎn)：受天氣影響大（或陰天無法使用）、加熱效率較低解題思路：太陽能集熱器的優(yōu)點(diǎn)是利用太陽能，屬于可再生能源，無污染物排放；缺點(diǎn)是太陽能的獲取受天氣、時(shí)間影響，且加熱速度較慢，效率低于酒精燈等燃料熱源。易錯(cuò)點(diǎn)提醒：優(yōu)點(diǎn)需緊扣“新能源特性”，缺點(diǎn)需結(jié)合實(shí)際使用場(chǎng)景，避免籠統(tǒng)回答（如“不好用”“效率低”需補(bǔ)充具體原因）。11.答案：外燃機(jī)；污染?。ɑ蚰芎牡汀⒖沙掷m(xù)性強(qiáng)）解題思路：蒸汽輪機(jī)的燃燒室在氣缸外（鍋爐加熱水產(chǎn)生蒸汽），屬于外燃機(jī)；核電站利用核能發(fā)電，與化石燃料熱機(jī)相比，無需燃燒煤、石油等，產(chǎn)生的污染物（如二氧化碳、二氧化硫）極少，污染小。易錯(cuò)點(diǎn)提醒：易將“蒸汽輪機(jī)”誤判為“內(nèi)燃機(jī)”，需明確：內(nèi)燃機(jī)是燃料在氣缸內(nèi)燃燒（如汽油機(jī)、柴油機(jī)），外燃機(jī)是燃料在氣缸外燃燒（如蒸汽機(jī)、蒸汽輪機(jī)）。12.答案：（3）在其他條件相同時(shí)，酒精噴燈作為熱源時(shí)，簡(jiǎn)易熱機(jī)模型的輸出功率最大；（4）控制變量（保證只有熱源類型這一個(gè)變量）；控制變量法解題思路：（3）實(shí)驗(yàn)的自變量是熱源類型，因變量是輸出功率（通過P=k·n/t計(jì)算，n越大、t越小，P越大）。酒精噴燈對(duì)應(yīng)的t最小、n最大，說明其輸出功率最大；（4）實(shí)驗(yàn)中控制水的質(zhì)量相同，是為了排除水的質(zhì)量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，只改變熱源類型這一個(gè)變量，這種方法是控制變量法，是物理實(shí)驗(yàn)中探究多因素問題的常用方法。易錯(cuò)點(diǎn)提醒：（3）易遺漏“在其他條件相同時(shí)”，實(shí)驗(yàn)結(jié)論需體現(xiàn)控制變量的思想；（4）易將“控制變量”誤寫為“轉(zhuǎn)換法”，需區(qū)分：控制變量法是控制其他因素不變，只改變一個(gè)變量；轉(zhuǎn)換法是將不易測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)化為易測(cè)量的量（如本題中用轉(zhuǎn)速和時(shí)間間接反映功率）。13.答案：（2）猜想：工作物質(zhì)的質(zhì)量越大，簡(jiǎn)易熱機(jī)模型的工作時(shí)間越長(zhǎng)；理由：質(zhì)量越大的水，吸熱后儲(chǔ)存的內(nèi)能越多，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的時(shí)間越長(zhǎng)（或猜想：工作物質(zhì)的質(zhì)量與工作時(shí)間無關(guān)；理由：工作時(shí)間取決于蒸汽的壓強(qiáng)，與質(zhì)量無關(guān)，合理即可）；（3）③保持熱源（酒精燈）、加熱位置等其他條件不變，加熱易拉罐，記錄小風(fēng)扇從開始轉(zhuǎn)動(dòng)到停止的時(shí)間t?解題思路：（2）猜想需基于熱機(jī)工作原理，工作物質(zhì)的質(zhì)量影響儲(chǔ)存的內(nèi)能，進(jìn)而影響工作時(shí)間，合理即可；（3）探究“工作物質(zhì)質(zhì)量”對(duì)工作時(shí)間的影響，需控制其他變量（熱源、加熱位置等）不變，只改變水的質(zhì)量，重復(fù)相同的測(cè)量步驟。易錯(cuò)點(diǎn)提醒：（2）猜想需附帶合理理由，不能憑空猜測(cè)；（3）易忘記“控制其他條件不變”，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在缺陷，需緊扣控制變量法的要求。14.答案：（1）易拉罐與支架摩擦過大；（2）蒸汽噴出方向偏離扇葉中心（或扇葉安裝不牢固、工作物質(zhì)（水）的質(zhì)量過少導(dǎo)致蒸汽壓力不足）解題思路：扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)不順暢，可能是機(jī)械阻力過大（如摩擦、安裝問題），也可能是動(dòng)力不足（如蒸汽壓力不夠）。結(jié)合簡(jiǎn)易熱機(jī)模型的結(jié)構(gòu)，可分析出上述原因。易錯(cuò)點(diǎn)提醒：易只考慮動(dòng)力不足，忽略機(jī)械阻力問題，需從“動(dòng)力”和“阻力”兩個(gè)角度分析。15.答案：（1）換熱效率高（或體積小、能耗低、環(huán)保）；（2）新型熱機(jī)將朝著高效化、環(huán)保化、小型化方向發(fā)展，工作物質(zhì)的選擇會(huì)更優(yōu)化（如采用超臨界流體、新型環(huán)保介質(zhì)），熱源會(huì)更多利用可再生能源（如太陽能、核能），以適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的需求（