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热机效率
初中物理 热机效率
【考点精讲】
1. 热机的效率：热机所做有用功与所用燃料完全燃烧释放的热量之比叫作热机的效率。
公式：η＝
W
Q放。由于损失的原因比较多，所以热机的效率都小于 1 且一般都较低。
2. 提高热机效率的主要途径：
（1）使燃料充分燃烧。为了让燃料尽可能完全燃烧，可通过改善燃烧环境，调节油、
气比例等来实现。
（2）尽量减少各种热量损失。
（3）在热机的设计和制造上，采用先进的技术。
（4）使用时注意保养，保证良好的润滑，合理调整运动部件之间的间隙，减小因克服
摩擦阻力而额外消耗的功。
【典例精析】
例题 1 一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为 3600 转/分，该柴油机活塞 1s 对外做功
____ 次 。 若 其 效 率 为 40% ， 消 耗 5kg 的 柴 油 转 化 成 的 机 械 能 是 J 。（ q 柴 油 ＝
4.3×107J/kg）
思路导航：飞轮转速为 3600 转/分，则 1s 中飞轮转 60 转，在一个工作循环中做功一次，
飞轮转两周，因此 60 转是 30 个工作循环，做功 30 次。5kg 的柴油完全燃烧时放出的热量
为 Q ＝ qm ＝ 4.3×107J/kg×5kg ＝ 2.15×108J ， 转 化 的 机 械 能 为 W ＝ ηQ ＝
40%×2.15×108J=8.6×107 J。
答案：30 8.6×107
例题 2 现代生活中最重要的交通运输工具——汽车，与我们的生活走得越来越近了。
（1）某单缸汽油发动机汽缸的活塞面积是 120cm2，做功冲程中活塞移动的距离是 30cm，
气体的平均压强是 5×105Pa。汽油的热值是 4.6×107J／kg，每次做功耗油 0.2g，气体一次
膨胀对活塞做的功是 J；若每次做功过程中汽油的 90％完全燃烧，每次汽油燃烧放出
的热量是 J；排气过程中，废气温度 ，内能 。
（2）汽油机的效率很低，主要原因之一是 带走了大量的能量。
思路导航：本题综合考查功、热值、热机效率等知识点。
（1）W＝Fs＝pSs＝5×105Pa×1.2×10－2m2×0.3m＝1800J
Q＝mq×90%＝0.2×10－3kg×4.6×107J/kg×90%＝8.28×103J
排气过程中，废气温度降低，同时内能减少。
（2）汽油机的效率很低的主要原因是废气带走了大量的能量。
答案：（1）1800 8.28×l03 降低 减少（2）废气
例题3 图1为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，
并使各汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸2
分别在做吸气、压缩和排气工作。
（1）发动机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将
能转化为 能。
（2）有一台四缸发动机，其主要技术指标如下表所示。其中排量等于四个汽缸工作容
积的总和，汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于
活塞的面积和活塞上下运动的距离（即冲程长）。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数。
排 量 2.0 L
输出功率 120 kW
转 速 6000 r/min
①该发动机在 1 s 内做功 J，单缸排量 V = L。
②在每个做功冲程里，发动机做功 W = J。
（3）在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为 W = pV，式中 p 表示燃气对活塞的
压强，则 p= Pa。（1 L=10－3 m3）
（4）图 2 为发动机在做功冲程中的示意图。下面给出了公式 W = pV 的证明，请将推导
过程补充完整（要求各表达式均用 S、l 或 p 表示）：
设活塞的面积为 S，冲程长为 l，燃气对活塞的压强为p，则
燃气对活塞的压力F= ，
燃气对活塞所做的功W= ，
又根据数学知识可知发动机的单缸排量V= ，
故W= p V。
思路导航：阅读题目，不难得到四缸发动机的工作过程：“内燃机通过连杆把四个汽缸
的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽
缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。”，并且“排量等于四个汽缸工
作容积的总和”，即排量等于单缸排量的4倍。
根据我们教材中所学的单缸内燃机的工作原理可知：（1）发动机在做功冲程里，将内
能转化为机械能；
（ 2 ） 根 据 表 中 的 技 术 指 标 数 据 ， ① 该 发 动 机 在 1 s 内 做 功
W=Pt=120000W×1s=1.2×105J；单缸排量 V1=V/4=2.0 L /4=0.5L；
②∵转速 6000 r/min=100 r/s，而飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，∴1s 内
有 2×100=200 个做功冲程，在每个做功冲程里，发动机做功 W1=W/200=1.2×105J /200=600J
（3）∵燃气对活塞所做的功 W=pV，
∴燃气对活塞的压强 p=W1/V1=600J/0.5×10－3 m3=1.2×106Pa；
（4）由所学压强、功公式和内燃机工作原理，结合图 2 可知，燃气对活塞的压力 F=
pS，燃气对活塞所做的功 W=F l= pS l，而发动机的单缸排量 V= Sl；
∴W= pS l = pV。3
答案：（1）内；机械 （2）①1.2×10 5；0.5 ②600 （3）1.2×10 6 （4）pS；
Fl=pSl；Sl
【总结提升】
热机计算四方面
1. 汽缸内的压力与压强
做功冲程，高温高压的燃气膨胀做功，对活塞产生很大的压力和压强。压力和压强的关
系是 F＝pS 或 p＝
F
S，式中的 S 是活塞的横截面积，通常用汽缸的直径求出。
2. 燃气做功的计算
对于热机的相关计算一般给出的已知量是排气量 V 和汽缸内压强 p，由排气量可导出活
塞一个冲程的行程 L＝
V
S，由汽缸内压强可导出燃气对活塞的压力 F＝pS，故燃气一次做功 W
＝FL＝pV，注意排气量的单位一般为升，计算时要换算。
3. 功率的求法
用公式 P＝
W
t求功率时，燃气做的功与做功的时间一定要对应，不能张冠李戴。
4. 热机效率的计算
η＝
W
Q放，式中 W 是燃气做的功，Q 是汽油或柴油完全燃烧放出的热量。
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