2.2 热机效率--2025-2026学年2024教科版物理九年级全册教学同步课件（61页PPT）

(共61张PPT)
2.2 热机效率
第二章 改变世界的热机
教科2024版物理九年级全册【精做课件】
授课教师：********
班 级：********
时 间：********
《热机效率》教案
一、教学目标
（一）知识与技能目标
学生能精准阐述热机效率的定义，透彻理解其内涵，明确用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比即为热机效率。
熟练掌握热机效率的计算公式，能够灵活运用公式进行各类相关计算，包括已知有用功和燃料燃烧放热求效率，以及已知效率和其中一个能量求另一个能量等问题。
深入理解燃料的热值概念，明确热值是燃料的一种特性，会利用热值公式计算燃料完全燃烧放出的热量。
准确分析热机工作过程中的能量损失途径，清晰说明提高热机效率的多种有效途径，并能结合实际例子进行阐述。
（二）过程与方法目标
通过观察热机工作的实验演示和动画模拟，以及对热机能量流向图的分析，显著提升学生的观察能力和分析归纳能力，帮助学生构建热机能量转化和损失的清晰思维模型。
组织学生开展小组讨论和合作探究活动，如探讨提高热机效率的具体方法，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力，以及团队协作和沟通表达能力。
引导学生进行热机效率计算的练习，通过对不同类型计算题的分析和解答，增强学生的逻辑思维和数学运算能力，提高学生运用公式解决物理问题的熟练程度。
（三）情感态度与价值观目标
充分激发学生对热机效率这一与能源利用紧密相关知识的浓厚兴趣，大力培养学生对科学技术的探索精神和求知欲。
引导学生深刻认识到热机效率的提高对于能源节约和环境保护的重要意义，增强学生的节能意识和环保责任感，树立可持续发展的理念。
培养学生关注科技发展动态，积极思考如何通过技术创新来提升热机效率，鼓励学生勇于创新和实践，培养学生的创新思维和实践能力。
二、教学重难点
（一）教学重点
热机效率的概念及计算公式，让学生能够准确理解和运用。
燃料热值的概念及相关计算，为热机效率的学习奠定基础。
分析热机工作过程中的能量损失，掌握提高热机效率的方法。
（二）教学难点
深入理解热机效率概念中有用功和总能量的含义，以及在实际情境中准确确定这两个物理量，这对于学生正确计算热机效率至关重要。
从能量转化和守恒的角度，全面理解热机工作过程中复杂的能量损失原因和途径，进而深刻理解提高热机效率的原理和方法。
三、教学方法
直观演示法：运用热机模型、实验演示（如模拟燃料燃烧加热水的实验）、多媒体动画等直观教学手段，展示热机的工作过程、能量转化和损失情况，帮助学生直观地理解抽象的热机效率概念和能量关系。
小组合作探究法：组织学生分组讨论热机能量损失的原因、提高热机效率的方法等问题，通过小组合作探究，激发学生的思维，培养学生的合作能力和解决问题的能力。
讲解法：系统、清晰地讲解热机效率的概念、计算公式、燃料热值等重要知识点，确保学生形成准确、完整的知识体系。
练习法：设计有针对性的练习题，包括热机效率的计算、能量损失分析、提高效率措施的应用等题目，让学生通过练习巩固所学知识，提高解题能力和对知识的应用能力。
四、教学过程
（一）复习导入（5 分钟）
提问回顾：同学们，上节课我们学习了热机的相关知识，谁能说一说热机的工作原理是什么？常见的热机有哪些类型？（请学生回答，教师进行点评和补充）
进一步提问：热机工作时，燃料燃烧释放的能量都用来做有用功了吗？那能量是如何分配的呢？由此引出本节课的主题 —— 热机效率。（板书课题：热机效率）
（二）新课讲授
1. 燃料的热值（10 分钟）
展示燃料图片：通过多媒体展示不同类型的燃料，如固体燃料（煤、木柴）、液体燃料（汽油、柴油）、气体燃料（天然气、氢气），引导学生思考不同燃料的特点和用途。
实验演示：进行一个简单的实验，用相同质量的酒精和干木柴分别给相同质量、相同初温的水加热，观察水升高的温度。提问学生：为什么相同质量的不同燃料使水升高的温度不同？这说明了什么？
讲解概念：由此引出燃料热值的概念，即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。用符号 q 表示，单位是焦每千克（J/kg），对于气体燃料，单位也可以是焦每立方米（J/m ）。强调 “完全燃烧” 的含义，只有燃料完全燃烧才能释放出最大的热量。
公式推导：根据热值的定义，推导出计算燃料完全燃烧放出热量的公式 Q 放 = mq（对于固体和液体燃料，m 为燃料质量）和 Q 放 = Vq（对于气体燃料，V 为燃料体积）。
举例计算：给出一些具体的燃料热值数据，如干木柴的热值为 1.2×10 J/kg，汽油的热值为 4.6×10 J/kg，让学生计算一定质量或体积的燃料完全燃烧放出的热量，进行公式的应用练习，教师巡视指导并点评。
2. 热机的效率（15 分钟）
情景引入：提出问题，一辆汽车消耗一定量的汽油后，能够行驶一定的距离，但是汽油燃烧释放的能量并没有全部用来驱动汽车前进，这是为什么呢？引导学生思考能量的去向，从而引出热机效率的概念。
展示热机能量流向图：通过多媒体展示热机能量流向图，直观地呈现燃料燃烧放出的能量在热机工作过程中的分配情况，包括用来做有用功的能量、废气带走的能量、克服摩擦和散热损失的能量等。
概念讲解：详细讲解热机效率的定义，即用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，用公式表示为：η = W 有 / W 总 ×100%。结合汽车发动机的例子，具体说明公式中 W 有（有用功）可以是汽车牵引力做的功，W 总（总能量）就是汽油完全燃烧放出的热量，让学生理解热机效率的物理意义。
分析讨论：组织学生分组讨论影响热机效率的因素有哪些，引导学生从燃料燃烧情况（是否完全燃烧）、机件间的摩擦、热量散失（如废气带走热量、气缸散热等）等方面进行思考。每个小组派代表发言，教师进行总结归纳，强调提高热机效率的关键在于减少能量损失。
实例分析：给出一些常见热机的效率数据，如蒸汽机的效率为 6% - 15%，汽油机的效率为 20% - 30%，柴油机的效率为 30% - 45%，让学生分析为什么不同热机的效率会有差异，进一步加深对热机效率概念和影响因素的理解。
3. 提高热机效率的方法（10 分钟）
小组讨论：组织学生以小组为单位，讨论并总结提高热机效率的方法。引导学生从燃料、热机结构和工作过程等方面进行思考，如使燃料充分燃烧（改善燃烧条件，如增加空气供给、将燃料雾化等）、减小摩擦（使用优质润滑油、优化机件表面光滑度等）、减少热量散失（采用良好的隔热材料、改进散热结构等）、改进热机设计（提高压缩比、优化燃烧室形状等）。
小组汇报：每个小组派代表汇报讨论结果，教师进行点评和补充，对学生提出的合理方法给予肯定和鼓励，不完善的地方进行引导和完善。
联系实际：结合生活中的实例，如汽车定期保养、改进炉灶结构提高燃烧效率等，让学生体会提高热机效率在实际生活中的应用和重要性，增强学生将物理知识应用于实际的意识。
（三）课堂小结（5 分钟）
知识梳理：与学生一起回顾本节课所学的主要内容，包括燃料热值的概念、计算公式，热机效率的概念、计算公式、影响因素以及提高热机效率的方法等。
强调重点：再次强调热机效率是本节课的核心内容，理解热机效率的概念和提高热机效率的方法对于能源利用和环境保护具有重要意义，提醒学生在课后加强理解和记忆。
总结方法：总结学习本节课所运用的观察、分析、讨论、计算等学习方法，鼓励学生在今后的学习中运用这些方法探索更多的物理知识。
（四）课堂练习（10 分钟）
选择题
（1）关于燃料的热值，下列说法正确的是（ ）
A. 燃料的热值与燃料的质量有关
B. 燃料燃烧时，质量越大，热值越大
C. 燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小
D. 燃料的热值是燃料本身的一种特性，与质量和燃烧情况无关
（2）一台柴油机的热机效率为 40%，用这台柴油机工作时，完全燃烧 2kg 的柴油可做有用功（柴油的热值为 4.3×10 J/kg）（ ）
A. 8.6×10 J B. 3.44×10 J C. 5.16×10 J D. 6.88×10 J
填空题
（1）热机效率是指______与______之比，热机效率总是______（填 “大于”“小于” 或 “等于”）1。
（2）完全燃烧 0.3m 的天然气来加热水箱中的水，放出的热量是______J，若放出热量的 84% 被水吸收，则可以将水箱中 20kg、20℃的水加热到______℃。（天然气的热值为 3.0×10 J/m ，c 水 = 4.2×10 J/（kg ℃））
计算题
一辆汽车以 72km/h 的速度在水平公路上匀速行驶，发动机的牵引力为 1.0×10 N，发动机的效率为 30%，汽油的热值为 4.6×10 J/kg。求：
（1）汽车行驶 10min，牵引力做的功是多少？
（2）汽车行驶 10min，消耗汽油的质量是多少？
让学生独立完成练习，然后教师进行讲解和点评，及时反馈学生的学习情况，针对学生存在的问题进行重点讲解，帮助学生巩固所学知识，提高解题能力。
（五）作业布置（5 分钟）
书面作业：完成教材课后相关习题，加深对热机效率知识的理解和掌握，要求学生认真书写解题过程，注意单位换算和公式的正确应用。
实践作业：调查生活中常见的热机设备（如汽车、摩托车、拖拉机、家用燃气热水器等），了解它们的热机效率大致范围，并分析其能量损失的主要原因，尝试提出一些提高效率的建议，以小报告的形式提交。通过实践作业，培养学生观察生活、应用物理知识解决实际问题的能力，增强学生的节能意识和环保意识。
五、教学反思
在本节课的教学过程中，要密切关注学生对热机效率概念的理解程度，通过课堂提问、练习反馈等方式及时了解学生的学习情况。对于学生在热机效率计算和能量损失分析中容易出现的错误，要深入分析原因，调整教学方法，加强针对性的讲解和练习。同时，观察小组讨论活动中学生的参与度和表现，思考如何更好地引导学生进行有效的合作探究，提高学生的学习积极性和主动性。根据学生的作业完成情况和实践作业的反馈，评估教学目标的达成度，总结教学经验，为今后的教学改进提供有力依据，不断优化教学过程，提高教学质量。
5
课堂检测
4
新知讲解
6
变式训练
7
中考考法
8
小结梳理
学习目录
1
复习引入
2
新知讲解
3
典例讲解
1.理解内燃机的基本原理。
2.了解汽油机的构造及工作原理。
3.知道汽油机和柴油机的异同；知道火箭发动机的原理。
　 赛车场上，一辆辆赛车发出阵阵轰鸣，闪电般地飞驰，你知道它们的动力来自哪里吗？它们工作过程中能量是如何转化的吗？
汽车奔驰
列车飞驶
飞机凌空飞去
舰船劈波斩浪
图片中的各种机械，动力都来自于热机。
其中，内燃机是应用最广泛，也是常见的一种热机。
内燃机是怎样工作的，内燃机有哪些特点呢？
观察思考
观察：
如图所示，在透明塑料盒上钻一个小孔，把电子式火花发生器的放电针插进孔中，打开盒盖，在盒中滴入几滴酒精，再将盒盖盖好，然后按下火花发生器的按钮，观察发生的现象。
观察思考
实验现象：盒内酒精剧烈燃烧，盒盖被酒精燃烧产生的燃气推出。
酒精燃烧后产生高温高压的燃气对盒盖做功吗？
分析论证：燃气的内能减少，转化为盒盖的机械能。
观察思考
1.定义：燃料在汽缸内燃烧，产生的燃气直接推动活塞做功的热机叫做活塞式内燃机。
2.种类：常见的活塞式内燃机有两种，以汽油为燃料的汽油机和以柴油为燃料的柴油机。
一、内燃机
汽油机
柴油机
内燃机
在机车、汽车、农用机械中，广泛使用着汽油机和柴油机等属于内燃机。
汽油机动力汽车是我们生活中主要的交通工具
大部分农业机械是靠柴油机工作的
1.构造：重点是“火花塞”
2.工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程
二、汽油机
工作原理
结构
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
连续工作
进气门
排气门
火花塞
活塞
连杆
曲轴
气缸
工作原理
结构
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
连续工作
1、吸气冲程
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。
工作原理
结构
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
连续工作
2、压缩冲程
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。
工作原理
结构
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
连续工作
3、做功冲程
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。
工作原理
结构
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
连续工作
4、排气冲程
进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
工作原理
结构
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
连续工作
汽油机比较轻巧，噪音较低，常用在汽车、飞机和小型农业机械（如插秧机、机动喷雾器）上面。
工作原理
结构
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
连续工作
1.构造：重点是“火花塞”
2.工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程
3. 1个工作循环包括 4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴转动2周，飞轮转动2周，对外做功1次。
二、汽油机
吸气
压缩
做功
排气
一个循环
4个冲程
活塞往复2次
飞轮和曲轴转动2周
对外做功1次
燃料燃烧1次
　 只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。
归纳小结
在实际应用中，为了增大功率和减小震动，常把四个或更多的汽缸组合在一起，它们的做功冲程是轮流进行的。如图所示的内燃机是一部汽车配备的四缸发动机，这可是汽车里构造最为精密、复杂的部件。
归纳小结
1.构造：重点是“喷油嘴”
2.工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程3. 1个工作循环包括 4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴转动2周，飞轮转动2周，对外做功1次。
三、柴油机
◆柴油机
1.构造
如图所示，柴油机的构造与汽油机相似，主要区别是柴油机汽缸的顶部有一个喷油壶，而没有火花塞。
2.工作过程
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
吸气冲程
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。
空气
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。
机械能转化为内能。
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。
内能转化为机械能。
排气冲程
进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
燃烧后的废气
1.构造：重点是“喷油嘴”
2.工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程
3. 1个工作循环包括 4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴转动2周，飞轮转动2周，对外做功1次。
三、柴油机
柴油机和汽油机的区别与联系
相同点：
都是燃料在汽缸内燃烧，都是将内能转化为机械能的装置，都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，曲轴和飞轮转动两周，对外做功一次，启动时，都是靠外力先使飞轮和曲轴转动起来。
内燃机 项目 汽油机 柴油机
燃料 汽油 柴油
构造
工作循环 吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
主要特点
主要用途
汽缸顶部是火花塞
汽缸顶部是喷油嘴
吸入汽油和空气的混合物
吸入纯净的空气
压缩程度较小
压缩程度较大
点燃式
压燃式
轻巧、效率较低
笨重、效率较高
小汽车和小型农业机
械、低速飞机等
载重汽车、
拖拉机、火车、轮船等
柴油机和汽油机的区别与联系
不同点：
◆飞向太空
火箭的工作原理：
火箭发动机工作时，燃料和氧化剂在燃烧室中燃烧，产生高温高压燃气，燃气通过喷管向后高速喷出，对火箭产生强大的反冲推力，从而将火箭发射出去。
中国古代的火箭
人类飞行史上的先驱者——万户
我国制造的“长征”系列运载火箭
例1．如图所示，给试管里的水加热，水沸腾后，水蒸气推动橡皮塞冲出试管口，这个过程与选项四冲程汽油机工作示意图中，哪一个冲程的能量转化过程是相同的（ ）。
【答案】C
例2．如图是四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，下列关于该冲程及其能量转化判断正确的是（ ）。
A．做功冲程，将机械能转化为内能
B．做功冲程，将内能转化为机械能
C．压缩冲程，将机械能转化为内能
D．压缩冲程，将内能转化为机械能
【答案】B
知识点1 认识热机效率
1. 下列关于热机效率的说法正确的是( )
D
A. 热机的功率越大，效率越高
B. 热机消耗的燃料越少，效率越高
C. 燃料的热值越大，效率越高
D. 完成相同的有用功，所用的同种燃料越少，效率越高
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2. ［2024·武汉月考改编］某内燃机的能量流向图如图所示。
这台内燃机的效率为( )
D
A. B. C. D.
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3. 国产新能源汽车中，有一种插电式混合动力汽车，同时使用电
动机和内燃机，其内燃机热效率最高可达 ，且使用各种燃料
时，其效率均高于同等燃油汽车。分析该种新能源汽车，不属于
提升其热机效率的方法是 ( )
A
A. 尽量使用热值大的燃料
B. 优化冲程控制，让燃料与空气混合充分，使燃料燃烧得比较完全
C. 使用黏度低的机油进而减少热机内部各部件间的摩擦
D. 车型设计中，空调压缩机、发电机都没有存在的必要，直接去
掉进而减重
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知识点2 热机效率的计算
4. ［2024·淮安改编］2024年4月，两辆氢能源汽车实
现了从北京到上海1 500公里长距离运输测试，这是中国氢
能源车辆首次大范围、长距离、跨区域的实际运输测试。某
款氢能源汽车在公路上行驶，用时 ，受到的牵引
力为，消耗氢气 ，则此过程中牵引力做的
有用功为__________， 氢气完全燃烧放出的热量为
___________ ，利用氢能的效率为_______。
【点拨】牵引力做的有用功
，
氢气完全燃烧放出的热量
，汽车
利用氢能的效率
。
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5. ［2025·宜春期中］如图是
我国自主研发的首款大型水陆两栖飞
机——鲲龙 ，该飞机在空中飞
行时能获得的水平推力，若它以 的速度
沿水平方向匀速航行 ,需要完全燃烧热值为
的航空煤油，则：
（1）飞机在空中飞行的时间是多久？
【解】飞机在空中的飞行时间 。
（2）若发动机的效率为 ，航空煤油完全燃烧放出的热
量为多少？
发动机推力做的功
，若发动
机的效率为 ，航空煤油完全燃烧放出的热量
。
（3）需要航空煤油的质量为多少？（保留整数）
需要航空煤油的质量 。
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6. 自中国企业正式发布全球首款热效率突破 的商用化柴
油机，世界内燃机发展出现历史性新突破，关于内燃机效率，
下列说法正确的是( )
C
A. 内燃机效率越高则做功越快
B. 一般情况下，汽油机的效率比柴油机高
C. 做同样多的功，若柴油机效率提高，则消耗的柴油变少
D. 使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率，随着技术的
进步，内燃机的效率能达到
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7. ［2025·广州期中］某辆汽车在某次低速行驶和高速行驶时，它受到
的阻力大小和行驶路程油耗如表中数据（ 油耗指的是汽
车行驶 路程要消耗的燃油体积），则相比于低速行驶，汽车高
速行驶时，热机 ( )
车速
低速 800 12.0
高速 2 000 6.8
A
A. 效率高 B. 效率低
C. 效率与低速时相同
D. 数据不足，无法比较其效率高低
【点拨】汽车匀速直线运动时，受到的牵引力与阻力平衡，
大小相等，设汽车匀速直线行驶 ,则牵引力做的功
,燃油完全燃烧放出的热量 ,根据
可得，汽车发动机的效率
，
，可得
。
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8. ［多选］某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞的横截面积为 ，
一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是 ，满负荷工作时做功冲
程燃气的平均气压为，飞轮转速为 ，当汽
油机满负荷工作时（不计摩擦），若 消耗汽油
，则下列计算
正确的是 ( )
AB
A. 做功冲程中燃气对活塞的平均压力为
B. 一个做功冲程中，燃气对活塞做的功为
C. 汽油机的功率为
D. 汽油机的效率为
【点拨】已知, ，
由 可得燃气对活塞的平均压力
，故A正确；
已知活塞移动的距离 ,则一个做功冲程中
燃气对活塞做的功 ，故B
正确；飞轮每转两转对外做功一次，所以飞轮每分钟转动
1 800转，要对外做功900次，所以燃气对活塞做的总功
，用时
,则汽油机的功率
，故C错误；由 可知
消耗汽油质量
，
完全燃烧放出的热量
，汽
油机的效率 ，故
D错误。
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9.“涡轮增压”是目前在各种汽油机和柴油机中采用的一项节
能、提高热机功率的技术。它是利用热机排出的废气带动涡
轮旋转，再将新鲜空气压缩后送入热机的进气口。这样做的
好处是______（填“增大”或“减小”）排出废气所带走的能量，
______（填“提高”或“降低”）热机的效率。
减小
提高
10.［2025·岳阳期中］两台汽油机，相同时间内甲做的有用
功是乙的1.5倍，甲的效率是，乙的效率是 ，那么甲
与乙消耗的汽油的质量之比是_____，它们的功率之比是
______。
返回
11.［2025·郑州月考］伴随着国家对汽车以旧换新补贴政策
的持续出台，汽车销量日益提升，据不完全统计某市在2024
年汽车的保有量就达到了500万辆，其中燃油车占比约为
。每辆燃油车每年平均消耗汽油为 ，汽油机的效率
平均为，汽油的热值为 。
（1）汽油机燃料燃烧释放的能量除了转化为有用机械能外，
最主要的流失形式是______________（填“机械损失”“散热损
失”“燃料的不完全燃烧”或“废气带走能量”）。
废气带走能量
【点拨】汽油机燃料燃烧释放的能量除了转化为有用机械能
外，最主要的流失形式是废气带走能量。
（2）如果能把汽油机的效率提高 ，该市2024年可以节约
汽油__________ 。
视频小结
1.内燃机：燃料在汽缸内燃烧生成高温高压的的燃气,使燃气推动活塞做功
的机器。
2.常见的内燃机：汽油机和柴油机。
3.汽油机工作原理：在汽缸内燃烧汽油，汽油的化学能转化为内能，产生高
温高压的燃气，燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能。
4.汽油机工作过程
吸气冲程：吸入空气和汽油的混合物，进气门开。
压缩冲程：机械能转化为内能。
做功冲程：内能转化为机械能。
排气冲程：排出废气，排气门开。
5.火箭的工作原理
谢谢观看！