登录
12.「2025山西中考，★☆」跨学科实践
制作简易汽轮机模型
热机对人类文明发展起着重要的推动作用。同学们成立了制作简易汽轮机模型的项目团队,制订了“项目提出—项目分析—项目实施—展示交流”的学习流程,研究了热机原理,收集材料组装了如图所示的汽轮机模型。
实验时向易拉罐内部注入大约半罐水,将去掉笔芯和尾塞的中性笔的尾端插入易拉罐内,用胶将罐的开口处密封。将易拉罐放置在支架上,笔的尖端对准小风扇的扇叶。点燃易拉罐下面的酒精灯,当有蒸汽喷出时,扇叶就转动起来。
(1)汽轮机模型工作过程的能量转化情况为:化学能→
(2)某团队的同学们在测试过程中,发现扇叶不转动,出现这种现象的原因可能是
(3)热机发展史也是一部热机效率提高史,在展示交流环节,对如何提高简易汽轮机效率,同学们进行了激烈讨论。请你依照“结构决定功能”的观念,从结构的角度思考,帮助他们提出一个可行性措施:
制作简易汽轮机模型
热机对人类文明发展起着重要的推动作用。同学们成立了制作简易汽轮机模型的项目团队,制订了“项目提出—项目分析—项目实施—展示交流”的学习流程,研究了热机原理,收集材料组装了如图所示的汽轮机模型。
实验时向易拉罐内部注入大约半罐水,将去掉笔芯和尾塞的中性笔的尾端插入易拉罐内,用胶将罐的开口处密封。将易拉罐放置在支架上,笔的尖端对准小风扇的扇叶。点燃易拉罐下面的酒精灯,当有蒸汽喷出时,扇叶就转动起来。
(1)汽轮机模型工作过程的能量转化情况为:化学能→
内能
→机械能
。(2)某团队的同学们在测试过程中,发现扇叶不转动,出现这种现象的原因可能是
注入的水过少,产生的蒸汽量不足(答案合理即可)
。(答出一条即可)(3)热机发展史也是一部热机效率提高史,在展示交流环节,对如何提高简易汽轮机效率,同学们进行了激烈讨论。请你依照“结构决定功能”的观念,从结构的角度思考,帮助他们提出一个可行性措施:
易拉罐上半部分覆盖保温层(答案合理即可)
。答案
12.答案 (1)内能 机械能 (2)注入的水过少,产生的蒸汽量不足(答案合理即可) (3)易拉罐上半部分覆盖保温层(答案合理即可)
解析 (1)汽轮机模型工作过程中,酒精灯燃烧将酒精的化学能转化为水的内能,使水的温度升高,产生大量水蒸气。水蒸气从笔的尖端喷出,推动扇叶转动,将水蒸气的内能转化为扇叶的机械能。所以汽轮机模型工作过程的能量转化情况为:化学能→内能→机械能。(2)扇叶不转动,说明没有足够的动力推动扇叶,可能的原因有:①水的质量太少,产生的蒸汽量不足,无法提供足够的动力;②装置的密封性不好,导致蒸汽泄漏,无法有效推动扇叶;③酒精灯提供的热量不足,水产生蒸汽的能量不够。(3)从“结构决定功能”的观念出发,提高简易汽轮机效率的措施:①提高易拉罐的保温性能,比如用保温材料覆盖易拉罐,减少热量散失,使水能够吸收更多的热量转化为水蒸气的内能,从而提高效率。②优化蒸汽喷出通道(中性笔部分),使蒸汽喷出时流速更大、更集中,比如选择更细且内部光滑的笔管,减少蒸汽在通道内的能量损耗,让蒸汽能更有效地推动扇叶转动,提高能量转化效率。③改进扇叶结构,将扇叶设计成更符合空气动力学的形状,比如类似飞机机翼的形状,或者增加扇叶的数量和面积(在合理范围内),使扇叶能更好地获取蒸汽的能量,将蒸汽的内能更充分地转化为机械能。
解析 (1)汽轮机模型工作过程中,酒精灯燃烧将酒精的化学能转化为水的内能,使水的温度升高,产生大量水蒸气。水蒸气从笔的尖端喷出,推动扇叶转动,将水蒸气的内能转化为扇叶的机械能。所以汽轮机模型工作过程的能量转化情况为:化学能→内能→机械能。(2)扇叶不转动,说明没有足够的动力推动扇叶,可能的原因有:①水的质量太少,产生的蒸汽量不足,无法提供足够的动力;②装置的密封性不好,导致蒸汽泄漏,无法有效推动扇叶;③酒精灯提供的热量不足,水产生蒸汽的能量不够。(3)从“结构决定功能”的观念出发,提高简易汽轮机效率的措施:①提高易拉罐的保温性能,比如用保温材料覆盖易拉罐,减少热量散失,使水能够吸收更多的热量转化为水蒸气的内能,从而提高效率。②优化蒸汽喷出通道(中性笔部分),使蒸汽喷出时流速更大、更集中,比如选择更细且内部光滑的笔管,减少蒸汽在通道内的能量损耗,让蒸汽能更有效地推动扇叶转动,提高能量转化效率。③改进扇叶结构,将扇叶设计成更符合空气动力学的形状,比如类似飞机机翼的形状,或者增加扇叶的数量和面积(在合理范围内),使扇叶能更好地获取蒸汽的能量,将蒸汽的内能更充分地转化为机械能。
解析
【分析】
要解决这道题，需结合热机相关原理逐步分析：(1)分析能量转化时，明确每个过程的能量变化：酒精灯燃烧消耗化学能，加热水使其变成水蒸气，对应化学能向内能转化；水蒸气喷出推动扇叶转动，对应内能向机械能转化。(2)扇叶不转动说明缺乏足够动力，可从蒸汽产生量、装置密封性、热量供给等角度排查原因。(3)提高效率需从结构入手减少能量损耗，如保温、优化蒸汽通道、改进扇叶结构等。
【解析】
(1) 酒精灯燃烧将酒精的化学能转化为水的内能，使水受热产生大量水蒸气；水蒸气从笔管喷出，推动扇叶转动，将水蒸气的内能转化为扇叶的机械能，因此能量转化为化学能→内能→机械能。
(2) 扇叶不转动是因为没有足够的推力，可能的原因：注入的水过少，产生的蒸汽量不足，无法提供足够动力；或装置密封性差，蒸汽泄漏；或酒精灯提供的热量不足，产生蒸汽少等，合理即可。
(3) 从结构角度提高效率，需减少能量损耗：给易拉罐上半部分覆盖保温层，减少热量散失，让水吸收更多热量转化为蒸汽的内能；或优化笔管通道，使蒸汽喷出更集中；或改进扇叶结构，让扇叶更好获取能量等，合理即可。
【答案】
(1) 内能；机械能 (2) 注入的水过少，产生的蒸汽量不足（答案合理即可） (3) 易拉罐上半部分覆盖保温层（答案合理即可）
【知识点】
能量转化、热机效率、热机原理
【点评】
本题为跨学科实践题，结合简易汽轮机模型的制作与测试，考察能量转化、故障分析及热机效率提升，注重理论与实际应用的结合，难度适中。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需结合热机相关原理逐步分析：(1)分析能量转化时，明确每个过程的能量变化：酒精灯燃烧消耗化学能，加热水使其变成水蒸气，对应化学能向内能转化；水蒸气喷出推动扇叶转动，对应内能向机械能转化。(2)扇叶不转动说明缺乏足够动力，可从蒸汽产生量、装置密封性、热量供给等角度排查原因。(3)提高效率需从结构入手减少能量损耗，如保温、优化蒸汽通道、改进扇叶结构等。
【解析】
(1) 酒精灯燃烧将酒精的化学能转化为水的内能，使水受热产生大量水蒸气；水蒸气从笔管喷出，推动扇叶转动，将水蒸气的内能转化为扇叶的机械能，因此能量转化为化学能→内能→机械能。
(2) 扇叶不转动是因为没有足够的推力，可能的原因：注入的水过少，产生的蒸汽量不足，无法提供足够动力；或装置密封性差，蒸汽泄漏；或酒精灯提供的热量不足，产生蒸汽少等，合理即可。
(3) 从结构角度提高效率，需减少能量损耗：给易拉罐上半部分覆盖保温层，减少热量散失，让水吸收更多热量转化为蒸汽的内能；或优化笔管通道，使蒸汽喷出更集中；或改进扇叶结构，让扇叶更好获取能量等，合理即可。
【答案】
(1) 内能；机械能 (2) 注入的水过少，产生的蒸汽量不足（答案合理即可） (3) 易拉罐上半部分覆盖保温层（答案合理即可）
【知识点】
能量转化、热机效率、热机原理
【点评】
本题为跨学科实践题，结合简易汽轮机模型的制作与测试，考察能量转化、故障分析及热机效率提升，注重理论与实际应用的结合，难度适中。
【难度系数】
0.6
13. 跨学科融合体育「2025山东潍坊中考，★☆」运动员郑钦文在巴黎奥运会上为我国赢得了首枚奥运网球单打项目金牌。某次发球，她在
a点将球击出，击球后网球运动的频闪照片如图所示，球触地弹起后运动的最高点为c，触地过程中有一部分机械能转化成了内能，b点与c点等高，则（
A.网球在a点的动能为零
B.网球在b点的机械能等于在c点的机械能
C.网球在b点的动能大于在c点的动能
D.网球由a点运动到c点，减小的重力势能全部转化为动能
a点将球击出，击球后网球运动的频闪照片如图所示，球触地弹起后运动的最高点为c，触地过程中有一部分机械能转化成了内能，b点与c点等高，则（
C
）A.网球在a点的动能为零
B.网球在b点的机械能等于在c点的机械能
C.网球在b点的动能大于在c点的动能
D.网球由a点运动到c点，减小的重力势能全部转化为动能
答案
13.C 在a点时,网球在水平方向具有速度,所以网球在a点时的动能不为零,故A错误。b、c两点高度相同,网球的重力势能相等;由于网球在运动过程中克服空气阻力对外做功,消耗了部分机械能,且触地过程中有一部分机械能转化成了内能,所以网球在b点的机械能大于在c点的机械能,在b点的动能大于在c点的动能,故B错误,C正确;网球从a点运动到c点过程中,部分机械能转化成了内能,减小的重力势能没有全部转化为动能,故D错误。
解析
【分析】
本题考查机械能的转化与守恒，需明确动能、重力势能的影响因素，同时注意网球运动过程中存在能量损耗（克服空气阻力做功、触地时机械能转化为内能），机械能不守恒。解题时逐一分析每个选项，结合动能、重力势能、机械能的关系判断对错。
【解析】
选项A：a点是击球点，网球被击出后运动，说明a点时网球具有水平方向的速度，因此a点的动能不为零，A错误。
选项B：b点与c点等高，网球的重力势能相等；但网球运动时需克服空气阻力消耗机械能，且触地过程中有部分机械能转化为内能，因此b点的机械能大于c点的机械能，B错误。
选项C：机械能等于动能与势能之和，b、c两点重力势能相等，而b点机械能更大，所以b点的动能大于c点的动能，C正确。
选项D：网球由a点运动到c点，过程中克服空气阻力、触地时都有机械能转化为内能，因此减小的重力势能没有全部转化为动能，D错误。
【答案】
C
【知识点】
机械能转化、动能与势能
【点评】
本题结合实际运动场景，考查机械能的变化规律，需注意运动过程中的能量损耗，是基础的机械能分析题，难度适中。
【难度系数】
0.5
本题考查机械能的转化与守恒，需明确动能、重力势能的影响因素，同时注意网球运动过程中存在能量损耗（克服空气阻力做功、触地时机械能转化为内能），机械能不守恒。解题时逐一分析每个选项，结合动能、重力势能、机械能的关系判断对错。
【解析】
选项A：a点是击球点，网球被击出后运动，说明a点时网球具有水平方向的速度，因此a点的动能不为零，A错误。
选项B：b点与c点等高，网球的重力势能相等；但网球运动时需克服空气阻力消耗机械能，且触地过程中有部分机械能转化为内能，因此b点的机械能大于c点的机械能，B错误。
选项C：机械能等于动能与势能之和，b、c两点重力势能相等，而b点机械能更大，所以b点的动能大于c点的动能，C正确。
选项D：网球由a点运动到c点，过程中克服空气阻力、触地时都有机械能转化为内能，因此减小的重力势能没有全部转化为动能，D错误。
【答案】
C
【知识点】
机械能转化、动能与势能
【点评】
本题结合实际运动场景，考查机械能的变化规律，需注意运动过程中的能量损耗，是基础的机械能分析题，难度适中。
【难度系数】
0.5
