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让更多的孩子得到更好的教育
热机、能量的转化和守恒（基础）
责编：武霞
【学习目标】
1．了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义，知道常见的热机——内燃机工作过程及其在历史、
现实生活中的应用实例；
2．从能量转化的角度认识燃料的热值；
3．知道能量守恒定律，并能用能量转化与守恒的观点分析物理现象；
4．通过能量的转化和转移，进一步认识效率的概念。
【要点梳理】
要点一、热机（高清课堂《热机、能量的转化和守恒》二、热机）
利用燃料燃烧释放出能量做功的机械，叫做热机。常见的热机有：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动
机等。
要点诠释：
（1）内能利用的两种方式：加热、做功。
（2）内燃机及其工作原理：
①内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。内燃机分为汽油机和柴油机，
它们分别用汽油和柴油作为燃料。
②内燃机的工作原理：汽油或柴油在气缸里燃烧时生成高温高压的燃气，用来推动活塞做功。活塞通
过连杆使内燃机的飞轮转动，从而带动其他机械转动。
（3）内燃机的四个冲程：
活塞在气缸内往复运动，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程，汽油机是由吸气、压缩、
做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。在一个工作循环中，汽缸内的活塞往复两次，曲轴转
动两周。四个冲程中只有做功冲程燃气对外做功，其他三个冲程都是靠飞轮惯性完成的。一个工作循环有
两次能量转化，在压缩过程中，机械能转化为内能，在做功过程中，内能转化为机械能。
汽油机 柴油机
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（4）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 气缸顶部有火花塞 气缸顶部有喷油嘴
压缩冲程末由喷油嘴向气缸内喷
压缩冲程末由火花塞放出电火
点火方式 雾状柴油遇到高温高压的空气自（1）构造基本相同
花点燃，称点燃式
动燃烧，称压燃式 都是燃料在气缸内
燃烧，都是内燃机。
汽油、吸气冲程吸进汽油和空气柴油、吸气冲程吸进气缸的只是空
燃料
混合物 气
（2）都将内能转化
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
压缩比 为机械能。
吸进体积的1／9至1／6 进体积的1／22至1／16
做功冲程初燃气压强为30至50 （3）每一个工作循
做功冲程初燃气压强为50至100
个 大 气 压 ， 温 度 2000℃ 至 环都是由吸气、压
做功 个大气压，温度1700℃至2000℃，
2500℃，高温高压的气体推动活 缩、做功、排气四个
高温高压的气体推动活塞做功
塞做功 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、小型农笨重，多用于拖拉机、载重汽车、轮
用途
机具 船等重型机械
要点二、热值
我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。单位是：J/㎏。
要点诠释：
（1）燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关：
①燃料的种类；
②燃料的质量；
③燃料是否充分燃烧。
（2）燃料完全燃烧放出热量的计算公式：Q =mq。其中m为燃料的质量，q为燃料的热值。
放
要点三、热机的效率
热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率。
要点诠释：
（1）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。
（2）提高热机效率的途径：
①在设计和制造上，要不断改进和革新，以减少各种能量损失，提高效率。
②在使用上，要正确使用，注意保养。例如加润滑剂以保证良好的润滑，减小摩擦；运动零件之间的间
隙要调整得当，减小摩擦和防止漏气。
③充分利用废气带走的能量。例如热电站就是利用废气来供热的，这种既供电又供热的热电站，比一
般的火电站，燃料的利用率将大大提高。
要点四、能量的转化和守恒（高清课堂《热机、能量的转化和守恒》三、能量的转化和守恒定律）
1．常见的能量形式有：机械能、内能、电能、光能、化学能等。这些不同形式的能在一定的条件下可以相互
转化。如摩擦生热是机械能转化为内能；水电站里的水轮机带动发电机发电是机械能转化为电能。
2．能量的转化和守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，
或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
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
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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。
【典型例题】
类型一、热机
1、下列现象中，利用内能做功的是（ ）
A．冬天在户外时两手相互搓一会儿就暖和了
B．刀在砂轮的高速摩擦之下溅出火花
C．火箭在“熊熊烈火”的喷射中冲天而起
D．盛夏在烈日之下的柏油路面被晒熔化了
【思路点拨】本题抓住内能的两个应用：一、利用内能做功；二、利用内能加热物体。
【答案】C
【解析】A、冬天在户外时两手相互搓一会儿就暖和了，属于利用内能加热物体，不符合题意。
B、刀在砂轮的高速摩擦之下溅出火花，属于利用内能加热物体，不符合题意。
C、火箭在“熊熊烈火”的喷射中冲天而起，利用内能做功，符合题意。
D、盛夏在烈日之下的柏油路面被晒熔化了，属于利用内能加热物体，不符合题意。
【总结升华】内能的两个应用：加热、做功。
举一反三：
【变式】在下列各种过程中，利用内能加热的是（ ）
A．火箭将卫星搭载上天
B．喷气式客机载人飞翔
C．利用拖拉机耕地
D．烧水饮用
【答案】D
2、汽油机工作的时候，活塞在气缸里往复运动。活塞从气缸的一端运动到另一端叫做一个___。四冲
程汽油的工作过程是由____________ 、 ____________ 、____________ 、____________ 四个冲程
组成。其中只有____________ 冲程是燃气对外做功。完成一个工作循环曲轴要转 __________周。
【答案】冲程；吸气；压缩；做功；排气；做功；两
【解析】活塞在往复运动中从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程。四冲程汽油机的工作过程由吸气、压
缩、做功、排气四个冲程组成。其中只有做功冲程是燃气对活塞做功，其他三个冲程要靠飞轮的惯性来完
成。完成一个工作循环曲轴要转两周。
【总结升华】此题考察内燃机的工作原理，属基础题。
举一反三：
【变式】（高清课堂《热机、能量的转化和守恒》例2）下面是汽油机工作的四个冲程，其中将机械能转化为
内能的是（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程
C．做功冲程 D．排气冲程
【答案】B
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类型二、燃料的热值和热机效率
3、（2015•大连中考）某工厂利用地热温泉水辅助冬季供暖．地热温泉每天出水量为2.5×104kg，温泉
水的初温是80℃，供暖后温度降低到40℃．温泉水的比热容是4.2×103J/（kg•℃）。试求：
（1）这些温泉水每天放出的热量是多少？
（2）若这些热量由热值为3.0×107J/kg的焦炭提供，至少需要完全燃烧多少千克的焦炭？
【答案与解析】
（1）温泉水放出的热量：Q =c m △t=4.2×103J/（kg•℃）×2.5×104kg×（80℃-40℃）=4.2×109J；
放 水 水
（2）由题知，Q =Q =4.2×109J，由Q =mq得需要焦炭的质量： 。
放 吸 放
答：（1）这些温泉水每天放出的热量是4.2×109J；（2）若这些热量由热值为3.0×107J/kg的焦炭提供，至
少需要完全燃烧140kg的焦炭。
【总结升华】本题考查了学生对物体放热公式和燃料完全放热公式的掌握和运用，属于基础题目。
举一反三：
【变式】有关热值的概念，下列说法中正确的是（ ）
A、燃料完全燃烧时，它的热量最大
B、没有燃烧的燃料，热值等于零
C、燃料燃烧时放出的热量越多，热值越大
D、燃料的热值与燃烧情况无关
【答案】D
4、（2015•宜昌中考）为节约能源，需提高热机的效率，下列措施中不能提高热机效率的是（ ）
A．尽量使燃料充分燃烧 B．尽量减少热机部件间的摩擦
C．尽量减少废气带走的热量 D．尽量增加热机的工作时间
【思路点拨】在热机中，用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫热机的效率；提高
热机效率的方法有：使燃料尽可能充分燃烧；减少运动部件摩擦发热的损失；减少废气带走的热量。
【答案】D
【解析】减少热量的损失可以提高热机的效率，所以使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件
间的摩擦都可以减少热量的损失，提高效率。增加热机的工作时间，并不能减少热量的损失，所以不能提
高热机的效率。
【总结升华】增强节能意识，提倡低碳生活，提高能源利用率。
举一反三：
【变式】甲柴油机的效率比乙柴油机的效率高，这表明（ ）
A．甲的功率比乙的大
B．甲做的功比乙的多
C．甲消耗的柴油比乙的少
D．甲柴油机内能转化为机械能的百分比大
【答案】D
类型三、能量守恒定律
5、学习了“能量的转化和守恒”的知识后，同学们提出了下面的一些关于利用和开发能源的建议，
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其中不可行的是（ ）
A．我国煤炭资源丰富，应研究并采用如何让燃料充分燃烧，以减少热量损失的措施
B．电力部门应加快进行将内能直接转化为电能的研究，以减少内能在多次转化过程中的损失
C．我国应进一步开发利用江河水利资源
D．随着资源的不断消耗，应研究出一种既可以不消耗或少消耗能量，又能不断对外多做功的机器
【答案】D
【解析】A、煤炭在燃烧的过程中，由于燃烧不够充分，导致散失的热量较多，故研究并采用如何让燃料充
分燃烧，以减少热量损失的措施是必要的，此项说法正确；
B、现在我国的发电主要是火力发电，故研究内能直接转化为电能，以减少内能在多次转化过程中的
损失，也是非常必要的．此项说法正确；
C、根据我国地利特点，进一步的开发潮汐能，也是可行的．此项说法正确；
D、能量既不会消灭，也不会产生，能量在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变；此项说法错误。
【总结升华】此题只要考查学生对能量守恒定律的理解，解答时把握好：能量既不能凭空产生也不能凭空
消失，总是由一种能量转化为另一种能量，在转化的过程中能的总量保持不变。
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