(共28张PPT)
2 热机效率
【学习目标】
1．明确热机效率的定义，掌握其计算方法，能列举提高热机效率的途径。
2．了解热机的发展历程及不同热机的特点。
【自主预习】
请阅读九上教材P27至P33，完成下列知识要点：
1．热机效率
(1)定义：热机工作时，热机燃烧燃料所做的 与燃料 释放的热量的比值。
(2)公式： (W有用表示热机做的有用功，Q放表示燃料完全燃烧放出的热量)
有用功
完全燃烧
η＝
2．热机的应用： 轮机广泛应用在现代大型 以及大型舰船上；
应用在航空航天领域。
3．最早制作火箭进行飞天尝试的人是 。现代常用的火箭是 。
4．燃料是获取 的主要来源。 是我国重要的发电方式。
5．汽车燃烧汽油、柴油，排放 、碳氧化物和 ，且发动机废气和冷却水带走 的热量，加剧 。
火力发电厂
喷气式发动机
万户
多级火箭
内能
燃煤发电
氮氧化物
铅
60%
热岛效应
【合作探究】
探究提高热机效率的方法
情境：蒸汽机效率6%～15%，汽油机20%～30%，柴油机30%～45%。
问题：(1)内燃机效率为何比蒸汽机效率高？ (2)如何提高热机效率？
分析总结：内燃机(如汽油机、柴油机)的燃料直接在汽缸内燃烧，化学能→ 能→机械能的转换一步完成。而蒸汽机需先通过外部燃烧加热水生成蒸汽(化学能→水的 能→蒸汽内能)，再通过蒸汽推动活塞或涡轮(蒸汽内能→ 能)。多步骤转换导致了更多能量损失(如锅炉散热、蒸汽管道热损失)。在热机的能量损失中， 带走的能量最多。设法利用
的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
内
内
机械
废气
废气
知识点1：热机效率
1．如图是某内燃机能量流向图，该内燃机的热机效率是( )
A．25%
B．35%
C．40%
D．75%
B
2．【科学本质观】关于热机的效率，下列说法中正确的是( )
A．热机做的有用功越多，效率一定越高
B．热机消耗的燃料越少，效率一定越高
C．热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高
D．热机做功越快，效率一定越高
C
3．有一台汽油机在一个工作循环中，消耗了10 g汽油(热值为 4.6×107 J/kg)，这些汽油完全燃烧产生的热量是 J，若这台汽油机的效率是30%，则一个工作循环中输出的有用功为 J。
4.6×105
1.38×105
知识点2：改变世界的热机
4．【教材情境素材改编】下列改变世界发展进程的热机中，其工作时效率最高的是( )
A．蒸汽轮机 B．柴油机
C．燃气轮机 D．汽油机
C
5．轮机已广泛应用在日常生活和生产中，下列装置中没有使用轮机的是
( )
A．大型火力发电厂 B．联合收割机
C．万吨级远洋巨轮 D．航空母舰
B
知识点3：飞向太空
6．【教材情境素材改编】在人类探索太空的历程中，现代火箭发挥了重要作用。下列装置不能用运载火箭发射的是( )
A．人造卫星 B．宇宙飞船
C．行星探测器 D．月球基地
D
7．火箭点火后向下喷出高温、高压的燃气，燃气推动火箭腾空而起，说明物体间力的作用是 ；此时，火箭的发动机将 能转化为 能。火箭在推力作用下加速上升，说明力可以改变物体的 。
相互的
内
机械
运动状态
8．为节约能源，需提高热机的效率，下列措施不能提高效率的是( )
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
D
9．在人类探索太空的历程中，现代火箭发挥了重要作用。关于火箭的论述，下列说法中不正确的是( )
A．火箭是一种新型的热机，是人类征服宇宙空间的工具
B．火箭的飞行是让高温高压的燃气高速地向后喷出，而使它获得向前的动力
C．火箭可以飞出大气层，在太空中飞行
D．火箭不需要空气助燃，也不需要带任何氧化剂助燃
D
10．甲、乙两辆不同品牌的摩托车，在负荷相同的情况下，在同样的路面上行驶了同样多的路程，甲摩托车消耗了300 g的汽油，乙摩托车消耗了
310 g的汽油，则( )
A．甲摩托车的功率小于乙摩托车的功率
B．甲摩托车的效率大于乙摩托车的效率
C．甲摩托车的功率大于乙摩托车的功率
D．甲摩托车的效率小于乙摩托车的效率
B
【思路点拨】抓住负荷、路程相同即有用功相同，结合燃料消耗判断总功，根据机械效率公式确定效率高低，因无时间信息无法判断功率。
11．长征五号系列运载火箭，为天问一号、嫦娥五号等多项重要航天器发射任务立下了汗马功劳。下列关于长征五号涉及的物理知识说法中正确的是( )
A．在选择火箭燃料时，主要考虑的因素是燃料的比热容
B．火箭升空时，燃气的内能转化为火箭的机械能
C．随着科技的发展，火箭发动机的热机效率可达100%
D．火箭穿过大气层时，防护罩温度升高是通过热传递方式改变了内能
B
12．热机的效率是热机性能的重要指标，热机效率高，在做功同样多的情况下，消耗更 (选填“多”或“少”)的燃料，从而节约能源，减少污染；另外在发电站，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，使燃料的利用率大大提高，废气供热是用 的方法增加水的内能。
少
热传递
13．在火力发电站内，燃料的化学能经锅炉、蒸汽轮机和发电机最终转化为 能。若锅炉、蒸汽轮机和发电机的效率分别为50%、70%和80%，则火力发电站的总效率为 。
14．汽油机甲的效率为25%，汽油机乙的效率为30%，在它们燃烧相同质量的汽油时，那么甲、乙两台汽油机做的有用功之比是 。
电
28%
5 ∶6
15．某台柴油机工作过程中消耗了2 kg柴油，这些柴油完全燃烧能放出
J的热量，但是这台柴油机对外只做了功2.4×107 J ，则这台柴油机的效率是 。(已知q柴油＝3×107 J/kg)
6×107
40%
16．【现代科技】某款环保能源汽车——氢能重卡，采用氢燃料发动机获得动力。若某次运输过程中，汽车以300 kW的恒定输出功率，在水平公路上匀速直线行驶了20 min，汽车发动机的效率为75%。汽车牵引力做的功为 J；若这次行驶过程中消耗的氢能由柴油来提供，至少需要完全燃烧柴 kg。(q柴油＝4.0×107 J/kg)
3.6×108
12
17．国产某种型号单缸四冲程汽油机满负荷工作时一个做功冲程对外做功120 J，飞轮的转速是1 500 r/min，每分钟消耗10 g汽油。则其满负荷工作时该汽油机的功率是 W，满负荷工作时汽油机的热机效率是 。若将其效率提高10%，满负荷工作10小时可以节省汽油 kg。(汽油的热值为4.5×107 J/kg)
1 500
20%
2
【思路点拨】根据汽油机的工作过程和转速，推到出汽油机每秒钟次数，进而得出汽油机的功率；根据机械效率的概念和消耗的汽油质量算出汽油机的效率和节省的汽油质量。
18．小明家新买了一辆以汽油为燃料的小汽车。细心的小明发现行驶的速度不同时，耗油量不同。当小汽车以25 m/s的速度匀速行驶时最省油，此时发动机的功率为25 kW，发动机的效率为30%。若小汽车以最省油的速度行驶90 min，求在此过程中：
(1)汽车发动机做的功；
(2)汽车发动机产生的牵引力；
(3)消耗汽油的质量(q汽油＝4.5×107 J/kg)。
解：(1)汽车发动机做的功：
W＝Pt＝25×103 W×90×60 s＝1.35×108 J；
(2)根据P＝＝＝Fv可知，汽车发动机产生的牵引力：
F＝＝＝1 000 N；
(3)汽油完全燃烧放出的热量：
Q放＝＝＝4.5×108 J，
消耗汽油的质量：m＝＝＝10 kg。(共31张PPT)
第2章 改变世界的热机
1 热 机
【学习目标】
1．知道什么是热机、热机中的能量转化、四冲程内燃机的构造和工作原理。
2．了解汽油机的工作过程和在实际中的应用。
【自主预习】
请阅读九上教材P22至P26，完成下列知识要点：
1．热机：通过燃料燃烧获取 能并将其转化为 能的装置。
2．最早应用于工业生产的热机是 ，其利用 做功。
3．内燃机：燃料在发动机 燃烧产生动力的热机。常见的活塞式内燃机有 和 。
4．汽油机的结构：主要由进气门、排气门、 、汽缸、活塞、连杆、曲轴等组成。
内
机械
蒸汽机
蒸汽
汽缸内
汽油机
柴油机
火花塞
5．识别内燃机四冲程的方法
气门的开与关 有一个气门关闭 两个气门都关闭 活塞运动方向 活塞向下 活塞向上 活塞向上 活塞向下
冲程名称 冲程 排气冲程 压缩冲程 冲程
吸气
做功
6. 汽油机的一个工作循环要经历 个冲程，飞轮旋转 周，只有 0冲程燃气推动活塞做功，把内能转化为 能，其他三个冲程是靠飞轮转动的能量(惯性)来完成。
7．汽油机和柴油机的区别： 汽油机顶部是 ，柴油机顶部是 ；汽油机吸入汽缸的是 的混合物，柴油机吸入汽缸的只有 ；汽油机做功冲程是 ，柴油机是 。
4
2
做功
机械
火花塞
喷油嘴
空气和汽油
空气
点燃式
压燃式
【合作探究】
一、情境：加热试管中的水(如图)。
分析：在这个过程中，燃料燃烧时产生的 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 能转化为塞子的 能。
总结：热机工作时，将燃料燃烧释放的 能转化为 能。
热量
内
机械
内
机械
二、情境：查看教材P25四冲程汽油机工作示意图。
分析：吸气冲程中，进气门打开，排气门 ，活塞向下运动，吸入 0
的混合物；压缩冲程中，进气门和排气门都 ，活塞向上运动，压缩燃料混合物；做功冲程中， 点火，燃料燃烧产生高温高压气体，推动活塞向下运动，对外 ；排气冲程中，进气门 ，排气门打开，活塞向上运动，排出废气。
总结：压缩冲程中， 能转化为 能；做功冲程中， 能转化为
能； 冲程使汽车获得动能，其他三个冲程依靠飞轮的 完成。
关闭
汽
油和空气
关闭
火花塞
做功
关闭
机械
内
内
机械
做功
惯性
【随堂巩固】
1．关于汽油机和柴油机，下列说法正确的是 ( )
A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞
B．汽油机吸入的是空气，柴油机吸入的是空气和柴油的混合物
C．汽油机采用点燃式点火，柴油机采用压燃式点火
D．汽油机和柴油机的工作过程完全相同
C
2．汽油机将机械能转化为内能的是 冲程，若单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1 800 r/min，此汽油机在每秒钟做功 次。
压缩
15
知识点1：利用内能来做功
1．我国航天事业快速发展，长征系列火箭做出了巨大贡献！火箭的发动机 (选填“属于”或“不属于”)热机。热机工作过程中将燃料燃烧获取的 转化为机械能。
属于
内能
2．【教材情境素材改编】如图实验中，能量转化的过程是燃料的 能转化为 能，传递给水，水沸腾汽化成水蒸气，水蒸气驱动叶轮转动把
能转化为 能。
化学
内
内
机械
知识点2：内燃机
3．常见的活塞式内燃机工作原理：把燃料在 内燃烧后产生的 能转化为 能，主要有 和 。
汽缸
内
机械
汽油机
柴油机
知识点3：汽油机的工作过程
4．关于汽油机工作循环的四个冲程，下列顺序正确的是( )
A．吸气→压缩→做功→排气
B．排气→压缩→做功→吸气
C．压缩→做功→吸气→排气
D．做功→压缩→吸气→排气
A
5．在冬天，人们常常通过搓手取暖。下列四冲程内燃机的四个冲程中与该过程中能量转化相同的是( )
A．吸气冲程 B．压缩冲程
C．做功冲程 D．排气冲程
B
6．汽油机工作时，将 能转化为 能的是做功冲程；若单缸四冲程汽油机飞轮的转速是3 600 r/min，则汽油机每秒内飞轮转动 周，对外做功 次。
内
机械
60
30
7．四冲程内燃机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀，推动活塞做功。此过程中气体的温度、内能、压强的变化情况是( )
A．温度升高，内能增大，压强增大
B．温度降低，内能减小，压强减小
C．温度升高，内能增大，压强减小
D．温度降低，内能减小，压强增大
B
【思路点拨】依据做功冲程中气体对外做功，内能转化为机械能这一原理，分析气体温度、内能、压强的变化情况。
8．如图甲、乙是某汽油机的工作冲程。下列说法正确的是( )
A．图甲为吸气冲程，吸入的是空气和汽油的混合物
B．图甲为压缩冲程，缸内温度降低
C．图乙为做功冲程，活塞压缩气体
D．图乙为排气冲程，内能转化为机械能
A
9．关于四冲程汽油机，下列说法正确的是( )
A．汽油机的功率一般比柴油机的低
B．在压缩冲程，燃料燃烧，内能转化为化学能
C．在吸气冲程，吸入汽缸内的是空气
D．在排气冲程，进气门和排气门都打开
A
10．汽油机工作到某一冲程时，其进气门、排气门都关闭，活塞向上运动。根据上述信息，下列判断正确的是( )
A．该冲程为做功冲程，内能转化为机械能
B．该冲程为压缩冲程，燃料混合物内能增加
C．进入汽缸内的仅是汽油
D．该冲程不依靠飞轮的惯性完成
B
11．关于汽油机与柴油机，下列说法中正确的是( )
A．汽油机与柴油机使用的燃料相同
B．汽油机采用压燃式点火，柴油机采用点燃式点火
C．汽油机汽缸顶部有个火花塞，柴油机汽缸顶部有个喷油嘴
D．汽油机吸入汽缸里的是汽油和空气的混合物，柴油机吸入汽缸里的是柴油和空气的混合物
C
12．柴油机压缩冲程中，随着活塞的运动，汽缸内空气密度不断 (选填“增大”“减小”或“不变”)，这时活塞的机械能转化为被压缩空气的 能，使其温度更高、压强更大。
增大
内
13．【教材情境素材改编】正月十五元宵节，民间风俗
要挂花灯，走马灯为其中一种。如图所示，走马灯上有
平放的叶轮，下有燃烛，点燃底部蜡烛，热空气上升驱
动扇叶转动，观众惊奇地看到纸片小人的影子动了起来。
热空气上升驱动扇叶转动的能量转化情况为 能转化为
，这与四冲程汽油机 冲程的能量转化情况相同。
内
机械能
做功
14．某单缸四冲程内燃机的一个冲程剖面图如图。由图可知，该内燃机是
(选填“汽油机”或“柴油机”)，该冲程是 冲程。若该内燃机的一个工作循环对外做功35 J，则燃料完全燃烧放出的热量一定 (选填“大于”“等于”或“小于”)35 J。
汽油机
做功
大于
15．【物理学与工程实践】上世纪人类制成了世界上第一盏用海浪发电的航标灯。它的气室示意图如图所示，其工作原理是利用海浪上下起伏的力量将空气吸入气室，压缩后再推入工作室，然后推动涡轮机带动发电机发电。那么当海水下降时阀门K1 (选填“打开”或“关闭”)、阀门K2 (选填“打开”或“关闭”)；海水 (选填“上升”或“下降”)相当于汽油机的压缩冲程。
关闭
打开
上升
【思路点拨】当海水下降或上升时，气室容积会变化，内部压强随之变化。通过调节阀门K1和阀门K2的开启或关闭，将空气吸入气室或推入工作室。
16．如图是四冲程汽油机的 冲程，该冲程中，汽缸内燃气的内能
(选填“变大”“变小”或“不变”)；0.5 kg汽油完全燃烧后放出热量的42%被质量为100 kg、初温为25 ℃的水吸收，可使水温升高到 ℃。[q汽油＝
4.6×107 J/kg，c水＝4.2×103 J/(kg ℃)]
做功
变小
48
17．单缸四冲程汽油机汽缸活塞面积是50 cm2，一个冲程内活塞在汽缸中移动的距离是 100 mm，做功冲程中燃气平均压强是7×105 Pa，飞轮转速是1 200 r/min。
(1)求一次做功冲程中气体做的功；
(2)求汽油机的输出功率。
解：(1)做功冲程中燃气对活塞的平均压力：
F＝pS＝7×105 Pa×50×10－4 m2＝3 500 N，
一次做功冲程中燃气对活塞做的功：
W1＝Fs＝3 500 N×0.1 m＝350 J；
(2)飞轮转速1 200 r/min＝20 r/s，因为一个工作循环飞轮转2圈，完成4个冲程，做功一次，所以每秒共有10个工作循环，对外做功10次，该汽油机每秒钟做的功：
W2＝10×350 J＝3 500 J，
汽油机的输出功率：
P＝＝＝3 500 W。(共10张PPT)
3 跨学科实践：保护地球家园
知识点1：我们面临的困扰
1．【教材情境素材改编】地球是人类共同的家园，保护地球是每个人的天职。在保护地球家园的过程中，下列不是我们面临的困扰是( )
A．燃烧煤炭排放的废气
B．汽油和柴油燃放的氮氧化物
C．汽车等交通工具发出的噪声
D．植树造林，大力发展低碳经济
D
知识点2：国家发展战略
2．【教材情境素材改编】目前，燃煤发电是我国重要的发电方式。面对燃煤发电过程中造成的环境污染，下列不是我们采取的措施是( )
A．大力建设燃煤发电厂
B．更新燃煤电厂氮氧化物排放标准
C．发展绿色能源，减少对煤炭的依赖
D．坚持科技创新，提高燃煤效率
A
3．燃料是人类获取 的主要来源，通过 ，可降低燃料使用过程中带来的负面影响
内能
技术革新
知识点3：保护地球从我做起
4．保护地球人人有责。下列人们的行为中，属于保护地球的是( )
A．洗澡时水龙头一直开着
B．电脑不用时，一直处于待机状态
C．理性购物，绿色出行
D．垃圾随意乱扔
C
5．关于热机与环境，下列说法不正确的是( )
A．汽车内燃机的废气和冷却水带走大量热量，成为城市热岛效应的元凶之一
B．热机效率是热机性能的重要指标
C．改进热机性能，可以有效利用资源，减少排放污染
D．使用热值更高的燃料，可以有效提高热机效率
D
6．面对环境问题，我们可以采取下列措施，其中不属于个人行为的是
( )
A．节约能源和减少废弃物
B．积极参加植树造林的环保活动
C．推动企业产业升级与转型
D．生活中，选择环保建材和绿色食品
C
7．某燃油卡车的燃油机的效率为36%，燃油的热值q取4.6×107 J/kg。据统计，每燃烧1 kg燃油约排放3.3 kg二氧化碳。为实现碳达峰、碳中和的目标，此卡车以氢燃料电池为动力，它的功率为200 kW，在水平路面上匀速行驶36 km用时0.5 h，与使用燃油相比，该过程可减排二氧化碳的质量为多少？(计算结果保留一位小数)
解：根据P＝可得，卡车输出能量：
W＝Pt＝200×103 W×0.5×3 600 s＝3.6×108 J，
由η＝ 可知，燃油完全燃烧释放的热量：Q放＝＝＝1×109 J，
由q＝可知，燃烧燃油的质量：m＝＝≈21.74 kg，
减排的二氧化碳：
m二氧化碳＝≈71.7 kg。
