文档内容
热机、能量的转化和守恒（提高）
【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）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
1汽油机 柴油机
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。
③充分利用废气带走的能量。
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
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。
2【典型例题】
类型一、热机
1、下列现象中利用内能加热的是（ ）
A、晾晒稻谷 B、喷气式飞机在空中飞行
C、用高炉熔化铁 D、燃气推动发动机叶轮
【答案】AC
【解析】选项A中太阳照在稻谷上，使稻谷的温度升高，内能增大，能量的形式末变，是利用内能加热；选
项B中，燃料燃烧获得的内能转化成了飞机的机械能，能量的形式发生了变化；选项C中，炉子传热给铁，
使铁熔化，能量的形式未发生变化；选项D中，燃气推动发动机叶轮转动，燃气的内能转化为叶轮的机械
能，能量的形式发生了变化，所以选项C和A正确。
【总结升华】判断内能的利用途径可以从能量的形式是否发生转化这一特征入手。
2、某四冲程内燃机的活塞每秒钟完成15次工作循环，那么（ ）
A、内燃机的转速是900R/min B、每分钟对外做功900次
C、每分钟对外做功1800次 D、每分钟对外做功15次
【答案】B
【解析】内燃机每个工作循环为四个冲程，曲轴转动两周，对外做功一次。内燃机每秒完成15次工作循环，
则每分钟完成900次工作循环，曲轴转动1800周，即内燃机转速为1800R/min，对外做功900次。
【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】单缸四冲程内燃机工作时，依靠飞轮的惯性来完成的冲程有（ ）
A、吸气、做功和排气冲程
B、吸气、压缩和做功冲程
C、压缩、做功和排气冲程
D、吸气、压缩和排气冲程
【答案】D
3、如图，表示做功冲程的示意图是( )
【答案】B
【解析】内燃机的工作过程是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。在做功冲程里进气门、排气门关闭，
高温高压燃气推动活塞向下运动，活塞又通过连杆使曲轴转动。由图来判断，(B)图中进气门、排气门关闭，
活塞向下运动，应为做功冲程。
【总结升华】对内燃机四个冲程的判断，要结合气门和活塞运动情况进行判断。
3举一反三：
【变式】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
类型二、燃料的热值和热机效率
4、质量是500g的铁壶内装有2kg 15℃的水，把这壶水加热到100℃，共需要吸收多少焦耳的热量？
如果这些热量全部由木炭的燃烧来提供，需要完全燃烧多少g的木炭？（ ，
木炭的燃烧值 ）
【思路点拨】（1）知道水和铁的质量、比热容、初温和末温，利用吸热公式Q吸=cm△t求水吸收的热量和铁
壶吸收的热量；
（2）由题知Q吸=Q放，根据公式Q放=mq求出需要燃烧木炭的质量。
【答案与解析】
先求出铁壶吸收的热量，然后再求出水吸收的热量，两部分热量加起来，就是总共吸收的热量，那么
这些热量就是木炭完全燃烧所放出的热量，然后再求木炭的质量，解法如下：
答：这壶水共吸收的热量为733550J，需完全燃烧木炭约21.6g。
【总结升华】本题考查学生对吸热公式Q =cm△t和Q =qm的掌握和运用，属于必会题。
吸 放
举一反三：
【变式】无烟煤的热值大于干木柴的热值，则（ ）
A、烧无烟煤比烧干木柴产生的热量多
B、要使它们放出同样多的热量，完全燃烧的无烟煤的质量小于完全燃烧的干木柴的质量
C、烧无烟煤比烧干木柴产生的烟尘多
D、煤比木柴含有的热量多
【答案】B
5、一辆汽车的发动机输出功率为66.15kw，每小时耗柴油14kg，请计算发动机的效率（柴油的燃烧
值为4.3×107J/kg）
【思路点拨】热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比 ，则
4。
【答案与解析】
发动机每小时做的功
W=Pt=66150W×3600s=2.38×108J
完全燃烧14kg柴油放出的能量
Q总=4.3×107J/kg×14kg=6.02×108J
做有用功的能量Q有=W=2.38×108J
发动机的效率是39.5％。
【总结升华】计算发动机的热效率可根据热机效率的定义，先求出发动机做的有用功和消耗的燃料完全燃
烧放出的能量。然后再求效率。
举一反三：
【变式】做同样多的功，甲柴油机用3小时，消耗2千克柴油，乙柴油机用2小时，消耗了3千克柴油，则（
）
A、甲的功率大，效率高 B、甲的功率大，效率低
C、乙的功率大，效率高 D、乙的功率大，效率低
【答案】D
类型三、能量守恒定律
6、指出下列现象中能量的转化或转移情况
(1)植物的光合作用；
(2)雨天时发生雷电；
(3)人在跑步时，身体发热出汗；
(4)手摇发电机发电使灯泡发光；
(5)风吹动帆船前进。
【答案与解析】
(1)植物利用太阳光进行化学合成，是光能转化为化学能。
(2)雷电是把电能变为声能和光能。
(3)人跑步时身体发热，是身体剧烈运动时，加速人体内新陈代谢的生理机能，把人体内储存的化学能
转化为内能。
(4)手摇发电机发电使灯泡发光，是机械能转化为电能，电能又转化为内能、光能。
(5)空气的流动形成风，具有机械能，帆船前进具有的仍是机械能，这里没有能量的转化而只是能量的
转移。
【总结升华】物体间发生能量转移时，能量的形式不变；而发生能量的转化时，能的形式要发生改变，在确
定能量转化的方向时，可从消耗什么能，得到什么能进行比较来确定。
举一反三：
5【变式】（高清课堂《热机、能量的转化和守恒》例5）下列对能量转化分析错误的是（ ）
A．水电站主要将机械能转化为电能
B．核电站主要将核能转化为电能
C．太阳能热水器主要将太阳能转化为内能
D．热机主要将机械能转化为电能
【答案】D
6
