第十四章 内能的利用
第1节 热机
问题：水沸腾后会怎样？
推动塞子的能量来自哪里？
演示实验:
现象:软木塞冲出;管口有“白气”产生.
燃料燃烧时产生的热量传给水和水蒸
气；塞子受到水蒸气的压力而冲出去，
水蒸气的内能转化为塞子的动能。
工作时：内能转化为机械能 应用：热机
一、热机的作用
燃料的化学能通过燃烧
转化为内能，又通过做
功，把内能转变成机械
能。从而使机械获得动
力。
蒸气机、内燃机、汽轮机、喷
气发动机、火箭等
二、热机的种类
三、内燃机
汽油机 柴油机
1.汽油机 2.柴油机
（1）构造
（2）工作原理
（3）汽油机完整工作过程
（1）构造
（2）工作原理
汽油机的构造
火花塞 气缸
进气门
活塞
连杆
排气门
曲轴
几个名词：
1、一个冲程：
2、一个工作循环：
活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到
另一端的过程。
把这四个冲程称为发动机的一个工作循环。
汽油机的工作原理
汽油机工作原理：
吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
进气门打开，
排气门关闭，
活塞由上端
向下运动，
汽油和空气
组成的燃料
混合物从进
气门吸入气
缸。
吸
气
冲
程
进气门和排气门
都关闭，活塞向
上运动，燃料混
合物被压缩，压
强增大，温度升
高。
压
缩
冲
程
在压缩冲程未尾，
火花塞产生电火花，
使燃料猛烈燃烧，
产生高温高压的燃
气。高温高压燃气
推动活塞向下运动，
并通过连杆带动曲
轴转动。
做
功
冲
程
进气门关闭，
排气门打开，
活塞向上运动，
把废气排出气
缸。
排
气
冲
程
汽油机工作原理小结：
A.吸气冲程：吸进汽油与空气的混合物。
B.压缩冲程：燃料混合气体被压缩，温度升高、压强增大。
〔此冲程将机械能转化为内能〕
C.做功冲程：⑴点火方式：点燃式
（2）原理：混合气体猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，燃
气推动活塞对外做功。 〔此冲程将内能转化为机械能〕
D.排气冲程：排出废气，为下一个工作循环做准备。
其他小结
⑴在四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其 它三个
冲程称为辅助冲程，要靠飞轮的惯性来完成，所以汽
油机在开始工作时要靠外力带动。
⑵把四个冲程称为一个工作循环。
⑶一个工作循环活塞往复两次，曲轴转动两转，对外做
一次功，飞轮转动两圈。
柴油机的构
造
喷油嘴
进气门
活塞
连杆
排气门
气缸
曲轴
柴油机工作原理
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
吸气冲程
空
气
进气门打开，排气门关闭
。活塞由上端向下端运动，将
空气吸进气缸。
压缩冲程
进气门和排气门都关闭，活
塞向上运动，活塞把空气压缩
得很小，空气的压强更大，温
度更高。在压缩冲程末，缸内
空气温度已超过柴油的着火点
。
做功冲程
在压缩冲程末，从喷
油嘴喷出的雾状柴油遇到
热空气立即猛烈燃烧，产
生高温高压的燃气，推动
活塞向下运动，并通过连
杆带动曲轴转动。
排气冲程 燃
烧
后
的
废
气 进气门关闭，排气门
打开，活塞向上运动，把
废气排出气缸。
2.内燃机的启动
内燃机不能自行启动。开始运转时，要靠外
力使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动
活塞运动，以后内燃机才能自己工作。
3.内燃机的应用
汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞 机和小型农业机械
上面。
(1)汽油机的应用
(2)柴油机的应用
柴油比较便宜，但柴油机比较笨重，主要用在载重汽
车、拖拉机、坦克上面。
想想议议：
汽油机和柴油机的工作过程有什么相同点，有什
么不同点？
（1）基本构造和主要部件的作用相似。
（2）每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、
压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
（3）四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余
三个冲程靠飞轮惯性完成。
（4）一个工作冲程中，活塞往复两次，飞轮转动
两周，做功一次。
1.相同点：
1．构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸
顶部有喷油嘴。
2 ．燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴油机的燃
料是柴油。
3 ．吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混合气体，
柴油机只吸进空气。
4 ．点火不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃
式点火。
2.不同点：
第十四章 内能的利用
第2节 热机的效率
学习目标
1、从能量转化的角度认识燃料的热值。
2、掌握有关热值的计算。
3、通过能量的转化和转移，认识热机效率。
4、提高热机效率的方法。
一、燃料及其热值
1.燃料
【请你说说】日常生活中常用到的燃料有哪些？
常见的燃料有木柴、煤、石油（加工炼制成汽油、
煤油、柴油、液化气等）、天然气等
固体燃料 液体燃料 气体燃料
燃料可分
为三种
一、燃料及其热值
1.燃料
【请你说说】日常生活中常用到的燃料有哪些？
常见的燃料有木柴、煤、石油（加工炼制成汽油、
煤油、柴油、液化气等）、天然气等
固体燃料 液体燃料 气体燃料
燃料可分
为三种
燃料的燃烧是一种化学反应，燃烧过程中，储存在
燃料中的化学能被释放，转变为内能。相同质量的
不同燃料燃烧放出的热量是不同的。
热值：某种燃料完全燃烧所放出的热量与其质量
之比，叫作这种燃料的热值。其符号是q。
热值单位：J/kg, (J/m3)
2.燃料的热值
阅读：P23一些燃料的热值
你有什么收获？
热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类
有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧无关
哪种物质的热值最大 ？它是多少？表示的物理
意义是什么？
汽油（柴油）: 4.6×107J/kg
物理意义:1千克汽油（柴油）完全燃烧时放出的热量
是4.6×107J
热值在数值上等于1kg（ m3 ）燃料完全燃烧时放
出的热量
5、热值的有关计算：
（1）固体或液体燃料：Q放 = mq
（2）气体燃料：Q放 = Vq
Q:燃料完全燃烧时释放出的热量
q:燃料的热值
m:燃料的质量
V：燃料的体积
课堂练习
1.四口这家分别单独使用不同种类的燃料时的平均
月消耗分别为：木柴约200千克，烟煤约80千克，
液化石油气约30千克，煤气约60千克。这四种燃料
中的热值最高的是( )
A.液化石油气 B.煤气
C.烟煤 D.木柴
A
2.航天工业中的火箭是用液态氢作为燃料的，这是因
为液态氢具有（ ）
A.较小的质量 B.较小的密度
C.较大的比热容 D.较大的热值
D
3.关于燃料的热值正确的是（ ）
A．燃料的热值与燃料的燃烧程度有关
B．燃料的热值与燃料的种类有关
C．燃料的热值与燃料的多少有关
D．燃料的热值与上面三个因素都有关
B
4.小明某次用火炉烧水时，共消耗了1.5kg的烟煤，
试计算这些烟煤完全燃烧放出多少热量？（烟煤的
热值q=2.9 ×107 J/kg ）
解： Q =mq =1.5kg × 2.9 ×107 J/kg
=4.05 ×107 J
答：这些烟煤完全燃烧放出的热量为4.05 ×107 J
想一想
在内燃机中燃料是否能够完全燃烧？燃料燃
烧的能量都到哪里去了？
废气带走
机件发热散
失 机件摩擦损失
燃料燃烧产生
能量
在热机的各种能量的
损失中,废气带走的
能量最多.
设法利用热机废气的能量，是提高燃
料利用率的重要措施。做有用功燃烧不完全
讨论交流：热机工作时，能不能将燃料所蕴藏的化学
能全部用来对外做有用功呢？
由图可知，真正能转变为对外做有用功的能量只有燃料
燃烧时所释放能量的一部分
由于机械传动等，
克服摩擦所消耗的
能量
燃料很难全部燃烧，燃
料的化学能不能全部释
放
机械传热
损失一部
分能量
废气排出带走的能量
热机中燃
料释放能
量的主要
走向示意
图
热
机
真
正
转
变
为
对
外
做
功
的
部
分
1、定义：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃
烧释放的能量之比称为热机效率，即：
Q有
Q放
η=
二、热机效率
×100%
蒸汽机的效率：6% ~ 15%
汽油机的效率：20% ~ 30%
柴油机的效率：30% ~ 45%
议一议 怎样提高热机的效率？
•使燃料充分燃烧；
•尽量减少各种热量损失；
•在热机的设计和制造上采用先进的技术；
•注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而
额外消耗的能量。
想一想 热机的效率能达到100%吗？为什么？
不能达到100%，因为热机中可用于做有用功的
能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分，因
为各种热量损失以燃料条件的限制，这部分能量远
远小于总能量，所以其与燃料完全燃烧所放出的总
能量的比值必然小于1，即热机效率小于100%。
2.环境保护
• 热机为人类的发展做出丑了重大贡献，但也带来了许多环
境污染问题：
1.对人体健康的直接危害,硫酸雾和硫酸盐雾的毒性
比二氧化硫大得多,可以侵入肺的深部组织,引起肺水
肿等疾病而使人致死.
2.引起河流、湖泊的水体酸化,严重影响水生动植物
的生长.
酸雨的危害
3.破坏土壤、植被、森林.
4.腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料.
5.渗入地下,使水中铝、铜、锌、镉的含量比中性地
下水中高很多倍.
讨论交流 ：如何保护我们的环境？
1. 改进燃烧设备，加装消烟除尘装置；
2. 集中供热；
3. 改用气体燃料，普及煤气和天然气；
4. 充分开发利用污染少和无污染的新能源。
知识拓展：洛杉机光化学烟雾事件
首先，什么是光化学烟雾呢?氮氧化物、烃类等一
次污染物在阳光紫外线的作用下发生一系列光化学
反应，生成臭氧(占产物85%以上)、过氧乙酰硝酸酯、
高活性自由基、醛类、酮类和有机酸等二次污染物，
这些一次污染物和二次污染物形成的混合物称为光
化学烟雾，它呈浅兰色、有刺激性和很强的氧化性，
可造成人类及动植物疾病、建筑物毁坏等危害。
洛杉机光化学烟雾事件是指40年代初期至50年代，
发生于美国洛杉机市的一系列光化学烟雾事件的总称。
该市临海依山，处于50公里长的盆地中，一年有300
天出现逆温(即大气层某一高度上的温度不随高度递
减，出现反常增加或不变。这会阻碍大气向上的对流
扩散和污染物的扩散)，5～10月阳光强烈。由于大量
汽车排放含氮氧化物、碳氢化合物、一氧化碳等废气，
加之洛杉机市特殊的地理及气候条件，自1943年开
始，形成了多次光化学烟雾事件。
当地居民纷纷反应有眼睛或喉咙刺激，其中以
1952年的一次最为严重，大批居民发生眼睛红肿、
喉痛、咳嗽、皮肤潮红等症状，严重者心肺功能衰
竭，导致近400位65岁以上老人死亡。此外，植物
大面积死亡，车祸增多。
当堂达标
1.下列提高热机效率的方法中，不可行的是（ ）
A．减少各种热损失
B．加润滑油减少机器各部件之间的摩擦
C．充分利用废气的能量，如建热电站
D．采取少消耗总能量的办法
D
2.用天然气灶烧水，燃烧1m3的天然气，使100kg
的水从20℃升高到70℃，天然气热值
3.2×107J/m3
求:
（1）天然气完全燃烧放出热量
（2）水吸收的热量
（3）天然气灶的效率
解析：（1）天然气完全燃烧放出热量Q放 = Vq= 1 m3
×3.2× 107J/m3 =3.2× 107J；
（2）水吸收的热量Q吸=c水m△t=4.2×103 kg /m3×
100kg ×（ 70℃ - 20℃ ）=2.1 × 107J；
（3）天然气灶的效率 =
×100% =
Q吸
Q放
×100%
Q有
Q放
η=
2.1 × 107J
3.2× 107J
×100%=65.6
%
第十四章 内能的利用
第3节 能量的转化和守恒
自然界存在着多种形式的能量
导入新课
1.知道能量守恒定律。
2.能举出日常生活中能量守恒的实例。
3.有用能量守恒的观点分析物理现象的意识。
学习目标
课前准备：
1、改变物体内能的方法有两种，分别是_________和
________。它们本质上的区别是：热传递是能量的
________，做功是能量的________。
2、热机是把__ _能转化为_____能的机器。
3、在汽油机的压缩冲程中_____能转化为___能，做功冲
程中____能转化为_____能。
机械内
转化
转移做功
热传递
机械
机械内
内
太阳能转化为内能
太阳能热水器
摩擦生热
机械能转化为内能
电能转化为内能
用
电
暖
气
取
暖
电能转化为机械能
电风扇转动
电能转化为声能
喇叭发声
电能转化为光能
灯泡发光
机械能转化为电能
电能转化为机械能
电动机转动
电能转化为化学能
电池充电
太阳能转化为化学能
植物进行光合作用
太阳能转化为电能
太阳能板发电
内能转化为机械能
行驶的内燃机车
机械能转化为声能
敲鼓发声
机械能转化为电能
风车发电
化学能转化为内能
天然气燃烧
化学能转化为光能
蜡烛照明
结论：
在一定条件下,各种形式的能量
都可以相互转化。
想想议议
2、减少的机械能到哪里去了？
答:小球跟空气和地面摩擦，一部分的机械能转化为内能。
1、小球的高度逐渐降低说明了什么？
答:说明了小球的机械能逐渐减少。
科学工作者经过长时间的探索，发现自然界的各
种现象不是孤立的，而是互相联系的，直到19世纪，
才确立了这个自然界最普遍的定律——能量守恒定
律。
能量守恒定律
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
物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过
程中，能量的总量保持不变。
方法点拨：
根据能量守恒定律，在分析自然现象时，如
果发现某种形式的能量减少，一定能找到另一
种形式的能量增加;反之，当某种形式的能量增
大时，也一定可以找到另一种形式的能量减少。
一、单选题
1.在下列事例中，属于机械能转化为内能的是（ ）
A.铁棒在火上烤得很热
B.汽车紧急刹车，轮胎发热
C.燃烧木材取暖
D.给电炉通电，电炉发热
B
课堂小练
2.在各种形式的能量转化的过程中，下列说法中正确
的是 （ ）
A.机械能一定守恒
B.各种形式的能量都守恒
C.各种形式的能的总量一定守恒
D.只有机械能转化为内能
C
二、填空题
2.冰块沿地面滑动，往往会逐渐融化，在这一过程
中是 能转化为 能,但能量的总量_______。
1.用锤子敲打钉子时，钉子的温度升高，钉子的内
能 （填“减少”“不变”或“增加”），这
是通过 方法改变了它的内能。
机械 内
增加
做功
不变
①摩擦生热 （ → ）
②气体膨胀做功 （ → ）
③电灯发光 （ → ）
④电饭锅做饭 （ → ）
⑤煤炭燃烧 （ → ）
⑥用洗衣机甩干衣服（ → ）
⑦手摇发电机发电 （ → ）
3.分析下列各现象中能量的转化
机械能 内能
内能 机械能
电能 光能
电能 内能
内能化学能
电能 机械能
机械能 电能
三、判断题
1.煤的燃烧过程中，煤的化学能转化为内能，但能
量的总量不变。 （ ）
2.在荡秋千时，停止用力，秋千越摆越低，能量的
总量也越来越少。 （ ）×
√
消灭 产生
转化
转移
不变
2.能量守恒定律
这节课我们学到了什么？
1.各种形式的能量可以相互转化
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