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专题 04 内能的利用（讲练）（原卷版）
1.了解：热机工作原理；热值概念。
2.会：热值的简单计算。
3.理解：四冲程热机内能与做功特点；热机效率；能量的转化与守恒定律。
4.掌握：热机能量转化方式与物体内能的变化。
一、思维导图
二、知识梳理
知识点一：热机
1.热机：利用 的机械叫热机。
热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。
内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴
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第 1 页 共 10 页油机两类。
2. 内燃机的工作原理
（1）汽油机：四冲程汽油机的结构—汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。
冲程—活塞在气缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
汽油机的工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
吸气冲程—靠惯性运动，吸进汽油与空气的混合物；
压缩冲程—外界对 做功，机械能转化为 ，气体温度 ；
做功冲程—化学能转化为 ，气体温度 ，气体 做功，内能转化为 ；
排气冲程—靠惯性运动，排出废气。
（2）柴油机：四冲程柴油机的结构—汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、喷油嘴。
柴油机的工作过程与汽油机几乎一样，但有三个区别：1）吸气冲程：汽油机吸进的是汽油和空气的
混合物，柴油机吸进的仅仅是空气；2）压缩冲程：汽油机压缩的是汽油和空气的混合物，汽油机压缩的
仅仅是空气；3）做功冲程：汽油机用火花塞点火，柴油机用喷油嘴喷油。
要点诠释：
汽油机和柴油机的异同点：
不同点 相同点
项目 汽油机 柴油机
构造 汽缸顶部有火花塞 汽缸顶部有喷油嘴
压缩冲程末由喷油嘴向汽缸内喷
点火方 压缩冲程末由火花塞放出电火 （1）构造基本相
雾状柴油遇到高温高压的空气自
式 花点燃，称点燃式 同都是燃料在气缸
动燃烧，称压燃式
内燃烧，都是内燃
汽油、吸气冲程吸进汽油和空 柴油、吸气冲程吸进汽缸的只是 机。
燃料
气混合物 空气
压缩冲程末气体体积被压缩为 压缩冲程末气体体积被压缩为吸 （2）都将内能转
压缩比
吸进体积的1／9至1／6 进体积的1／22至1／16 化为机械能。
做功冲程初燃气压强为30至50 做功冲程初燃气压强为50至100
（3）每一个工作
个大气压，温度2000℃至 个大气压，温度1700℃至
做功 循环都是由吸气、
2500℃，高温高压的气体推动 2000℃，高温高压的气体推动活
压缩、做功、排气
活塞做功 塞做功
四个冲程组成。
效率 效率较低20％至30％ 效率较高30％至45％
轻便，多用于汽车、飞机、小 笨重，多用于拖拉机、载重汽
用途
型农机具 车、轮船等重型机械
知识点二：热机效率
1．热值（q）：1kg某种燃料完全燃烧放出的 ，叫热值；热值单位是： 。
（1）燃料燃烧放出热量：Q ＝qm；（Q 是燃料放出的热量，单位是J；q是热值，单位是J/kg；m 是质
放 放
量，单位是kg。）
对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是指燃料的
质量，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值；某种燃料是指热
值与燃料的种类有关；完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否则 1kg燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就
不是该热值所确定的值。
（2）热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能
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第 2 页 共 10 页的本领大小；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等
均无关。
2.热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量 ，叫热机的效率。热机的
W W
有用 有用
η= =
Q qm
效率是热机性能的一个重要指标。公式： 总
3.在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
注意：热机能量的损失：①燃料未完全燃烧（完全燃烧条件：充足空气，研磨成细颗粒）； ②废
气排出带走能量（废气的利用）；③克服磨擦，消耗能量（使用润滑剂，减小摩擦）。
要点诠释：
燃料在热机中燃烧时，总有一小部分燃料不能完全燃烧而损失掉，燃料释放出的内能只有一部分用来
推动热机的运动，即转化为热机的机械能，其余的能量在废气、散热、机械摩擦中损失掉了，其中废气带
走的能量最多，所以设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。热机的效率是热机性能的一个
重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。
知识点三：能量转化与守恒
1.能量守恒定律：能量既不会 ，也不会 ，它只会从一种形式转化为另一种 ，或者从一
个物体转移到另一个 ，而在转化和转移过程中，能量的总量 。
2．能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问
题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。
要点诠释：
定律中能的转化，是指通过做功，能的形式发生了变化，一种形式的能转化为另一种形式的能。如钻
木取火，就是通过克服摩擦做功，使机械能转化为内能。能的转移，是指同一种能从一个物体转移到另一
个物体上，能的形式没有变化，如热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体。
考点一：热机及其工作过程
【备考方略】
1.内燃机活塞在汽缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
四冲程内燃机包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
2.在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环，每个工作循环曲轴转
2周，活塞上下往复2次，做功1次。
3.汽油机和柴油机的比较：
①汽油机的气缸顶部是火花塞；柴油机的气缸顶部是喷油嘴。
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第 3 页 共 10 页②汽油机吸气冲程吸入气缸的是汽油和空气组成的燃料混合物；柴油机吸气冲程吸入气缸的是空气。
③汽油机做功冲程的点火方式是点燃式；柴油机做功冲程的点火方式是压燃式。
④柴油机比汽油及效率高，比较经济，但笨重。
⑤汽油机和柴油机在运转之前都要靠外力辅助启动。
【经典例题】（2021·海南中考真题）双手相互摩擦时感觉发热，这一过程的能量转化与四冲程汽油
机的哪个冲程相同（ ）。
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
【举一反三】
1．（2021·湖南怀化市中考真题）如图所示是某四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，它是
（ ）。
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
2．（2021·浙江宁波市中考真题）在如图所示的“汽油机模型”实验中，将少量的汽油喷入筒内，
用软木塞塞住筒口，摇动起电机，观察到放电针放电，汽油燃烧，软木塞被高温高压的气体冲出。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
3．（2021·甘肃武威市中考真题）如图所示是四冲程汽油机内部剖面图，此为______冲程；汽油机
需要用冷却液进行降温，是利用了冷却液的______大的特性。
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第 4 页 共 10 页考点二：热机工作中能量转化关系
【备考方略】
在这四个冲程中只有做功冲程是燃气对活塞做功，而其它三个冲程（吸气冲程、压缩冲程和排气冲
程）是依靠飞轮的惯性来完成的。
压缩冲程将机械能转化为内能。
做功冲程是由内能转化为机械能。
【经典例题】（2021·黑龙江齐齐哈尔市中考真题）如图所示试管内水蒸气将塞子推出的过程，水蒸
气的________能转化为塞子的机械能.四冲程汽油机工作过程中的________冲程与上述能量转化过程相同。
【举一反三】
1．（2021·江苏扬州市·中考真题）利用易拉罐做以下儿个小实验，
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第 5 页 共 10 页（1）如图1，向空易拉罐中插入透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱，把罐体放在热
水中，可以看到油柱______，这是利用气体的______制作简易温度计；
（2）如图2，在易拉罐中放入盐和敲碎的冰，用筷子轻轻搅拌半分钟，可以看到罐底出现“白霜”这
是空气中的水蒸气发生了______现象；
（3）如图3，将易拉罐底部开一圆孔倒出饮料，放入滴有酒精的小块脱脂棉花，轻轻晃动易拉罐，把
电火花发生器紧紧塞进孔中，按动按钮，观察到罐子飞出去了，这个过程与汽油机的______冲程能量转化
方式一致。
2．（2021·山东枣庄市中考真题）如图是四冲程汽油机的某个冲程，由图可看出它正处于______冲
程，该冲程将机械能转化为______能，若该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功______
次。
3．（2021·广东中考真题）如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的
______大，火箭发射升空时，燃料的化学能转化为______能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的
机械能______（选填“守恒”或“不守恒”）。
考点三：热机效率及相关计算
【备考方略】
1.热机工作时，不能把燃料释放的能量全部利用。主要原因是机械散发热量造成能量损失、废气排放
也损失部分能量、发动机各部分零件相互摩擦消耗部分能量等。所以，热机利用的做有用功的热量只占燃
料燃烧放出热量小部分。
2.热机效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的热量之比。由于热损失的原因多，热
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第 6 页 共 10 页机效率一般较低。热机是人类使用的主要动力机，尽管它的效率不高，我们仍然离不开它。
3.为了合理利用能量人类一直在努力提高热机效率。提高热机效率的途径：让燃料充分燃烧；减少发
动机各部分之间的摩擦。
【经典例题】（2021·四川南充市中考真题）汽油机在工作过程中将机械能转化为内能的冲程是
______；汽油的热值是 ，完全燃烧40g的汽油所释放的热量为______J。
【举一反三】
1．（2021·云南中考真题）中国首次火星探索任务“天问一号”探测器的成功发射，是我国综合国
力和创新能力提升的重要标志。如图所示是某火箭发射时的场景，目前运载火箭一般使用液态氢作为燃料、
液态氧作为助燃剂。火箭燃料的发展如表1所示，表2是一些燃料的热值。
表1
第1代 第2代 第3代 第4代
燃 料 偏二甲胼 煤 油 液态氢
氧气和汽油
混合
氧化剂 四氧化二氮 液态氧 液态氧
表2
燃料 热值 燃料 热值
汽油 煤油
柴油 氢
（1）使用氢作为燃料的主要优点是：______和______；
（2）某火箭发射时携带了 液态氢燃料，这些燃料完全燃烧最多能将多少千克初温为
的水加热至沸腾______？[ ，当地大气压为1标准大气压]
（3）氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在气缸中燃烧。某次测试中，一辆氢能源车以
70kW的功率匀速行驶0.5h，消耗了2kg燃料，求该发动机的效率______。
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第 7 页 共 10 页2．（2021·四川泸州市中考真题）人类发展史也是利用燃料的历史，干木柴、煤的放热本领不同，
是因为它们的_______（选填“热值”“热量”或“温度”）不同，完全燃烧0.28m2的天然气可放出
_______J的热量，这些热量若全部被水吸收，可让_______kg的水温度升高20°C[已知天然气热值
q=3.0×107J/m3，水的比热容c=4.2×103]/（kg．°C）]。
3．（2021·山东济宁市·中考真题）完全燃烧140g焦炭所放出的热量有60%被初始温度是10 、质
量为10kg的水吸收，则水吸收的热量为______J，水温将升高到______℃。（[ ，
]，在1个标准大气压下）
考点四：能量的转化与守恒
【备考方略】
能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物，大到宇宙天
体。小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律。从日常生活到科学研究、工程技术，
这一规律都发挥着重要的作用。人类对各种能量，如煤、石油等燃料以及水能、风能、核能等的利用，都
是通过能量转化来实现的。能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。
【经典例题】（2021·湖南邵阳市中考真题）小汽车已成为大多数家庭出行代步的工具，其发动机大
多数为汽油机，下列有关汽油机的说法正确的是（ ）。
A．汽油机的吸气冲程吸入的是空气 B．汽油机的效率一般比柴油机的效率高
C．汽油机的点火方式是压燃式 D．汽油机的压缩冲程是把机械能转化为内能
【举一反三】
1．（2021·陕西中考真题）2021年1月，使用中国自主研发核电技术的“华龙一号”5号机组正式投
入运行。核反应堆内发生核反应后产生大量的热，使第一回路中的水成为高温高压水后进入蒸汽发生器，
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第 8 页 共 10 页在其中将第二回路中的水加热成为高温高压水蒸气，驱动汽轮机运转，汽轮机带动发电机发电。下列说法
不正确的是（ ）。
A．核反应堆是利用核裂变产生核能的 B．蒸汽发生器内通过热传递改变水的内能
C．汽轮机工作时将机械能转化为内能 D．发电机的工作原理是电磁感应
2．（2021·湖南长沙市中考真题）天气越来越炎热，妈妈给小伟买了一个手持式充电小风扇，下列
与小风扇有关的说法中正确的是（ ）。
A．小风扇的工作原理是电磁感应；
B．小风扇工作时，将机械能转化为电能；
C．小风扇充电时，将化学能转化为电能；
D．小风扇的效率不可能达到100%
3．（2021·贵州省遵义市中考物理试题）有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置开始转动
后的分析正确的是（ ）。
A．装置所具有的机械能始终不变；
B．如果没有能量补充，装置最终会停下来；
C．根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去；
D．装置中小球的动能和重力势能不会相互转化
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