12.4 热机与社会发展
学习目标 1. 了解汽油机的组成。 2. 了解汽油机的工作原理和工作过程以及工作过程中冲程的图像识别。 3. 了解汽油机和柴油机的区别。 4. 了解热机的效率以及热机对环境的影响。
任务一 热机
如图所示，通过回答下列问题我们来探究热机的知识。
问题1：当点燃酒精灯后一段时间，你观察到了什么现象？
问题2：在上述现象中发生的能量转化是什么？
1. 热机的定义：通过燃料燃烧获得内能，并把内能转化为机械能的机器。
2. 热机的种类：蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机等。
3. 内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，分为汽油机和柴油机。
【应用1】下列装备的动力装置不是热机的是( )
A. 新能源电动汽车
B. “东风号”远洋轮船
C. 国产大飞机C919
D. “长征五号”运载火箭
任务二 汽油机
我们知道，小汽车、飞机、摩托车都使用汽油机，通过回答下列问题来探究汽油机是怎样工作的。
问题1: 汽油机的燃料是 。
问题2：汽油机主要由气缸、 、 、 、活塞、曲轴、连杆组成。
问题3：汽油机工作时一个工作循环有 个冲程。
1. 汽油机主要部件的作用
(1)气缸：汽油在气缸的顶部燃烧，从而产生高温、高压燃气。
(2)活塞：在气缸内，高温、高压燃气推动活塞做功，将燃气的内能转化为机械能。
(3)连杆和曲轴：连杆与活塞相连，曲轴通过传动装置与工作机相连，将活塞的动力传给工作机。
(4)进气门：汽油和空气形成的燃料混合物的进口。
(5)排气门：燃料燃烧后，废气的出口。
(6)火花塞：点火装置，能产生电火花，使燃料混合物猛烈燃烧。
2. 工作过程：汽油机工作时，活塞在气缸里做往复运动，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程叫做一个冲程(也可称行程)。常见的汽油机要正常工作，必须连续完成吸气、压缩、做功、排气四个冲程，且不断循环进行。
(1)吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，将空气和汽油的混合物吸入气缸。
(2)压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞由下向上运动，压缩混合物，使混合物的温度升高。
(3)做功冲程：在压缩冲程末期，火花塞产生火花，混合物猛烈燃烧，形成高温、高压气体，推动活塞向下运动，对外做功。
(4)排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将废气排出。
点拨：(1)在四个冲程中压缩冲程涉及的能量转化：机械能转化为内能。做功冲程涉及的主要能量转化：内能转化为机械能。
(2)在四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性带动活塞完成，周而复始，使汽油机持续转动下去。
(3)汽油机一个工作循环有四个冲程，对外做功一次，飞轮转动两次，活塞往返两次。
【应用2】(2025·佛山检测)如图所示是四冲程汽油机的其中一个冲程的剖面图，下列说法正确的是( )
A. 该冲程是做功冲程
B. 该冲程过程中气缸内混合气体内能增加
C. 该冲程过程中内能转化成机械能
D. 该冲程过程能给外界提供动力
任务三 热机的效率
使用任何机械都存在效率问题，那么热机的效率是怎样的呢？我们通过下列问题来学习热机的效率。
问题1：内燃机工作时，损失的能量有哪些？
问题2：汽油机的效率为 。
1. 定义：热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率(η)。(比值定义法)
2. 计算公式：η＝×100%。
3. 物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。
4. 提高热机效率的方法
(1)使燃料充分燃烧；(2)尽量减少各种热量损失；(3)利用废气的能量(废气带走的能量最多)；(4)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。
5. 柴油机和汽油机的比较
热机 汽油机 柴油机
不同点 结构图
吸气冲程 吸入的是空气和汽油的混合物 吸入的只有空气
压缩冲程 压缩程度较低 压缩程度较高
做功冲程 火花塞点火(点燃式) 喷油嘴喷出柴油(压燃式)
相同点 排气冲程 把废气排出气缸
【应用3】甲、乙两台汽油机，甲的效率低于乙的效率，意义是( )
A. 甲的功率大于乙的功率
B. 甲消耗的燃料多于乙消耗的燃料
C. 乙将燃料燃烧放出的能量变成有用功的能量的比例比甲大
D. 工作相同时间甲消耗的燃料一定比乙少
任务四 热机与环境
阅读课本P41～P42“热机与环境”部分内容，回答下列问题。
问题1：热机的利用带来哪些环境污染？
问题2：怎样控制热机对环境造成的污染？
1. 热机工作时都要排放废气。热机排出的废气不仅温度高于环境温度，而且还含有多种对人体有害的物质，影响人们的身体健康和动植物的生存，对环境造成污染。
2. 减少热机排放的有害物质，控制废气的排放总量，已成为热机发展与环境保护的重要举措。
3. 不断提高汽油、柴油的品质，从源头减少热机有害物质的排放。
2/712.4 热机与社会发展
学习目标 1. 了解汽油机的组成。 2. 了解汽油机的工作原理和工作过程以及工作过程中冲程的图像识别。 3. 了解汽油机和柴油机的区别。 4. 了解热机的效率以及热机对环境的影响。
任务一 热机
如图所示，通过回答下列问题我们来探究热机的知识。
问题1：当点燃酒精灯后一段时间，你观察到了什么现象？
答：烧瓶中冒出的水蒸气推动着叶轮转动。
问题2：在上述现象中发生的能量转化是什么？
答：化学能转化为内能，内能又转化为机械能。
1. 热机的定义：通过燃料燃烧获得内能，并把内能转化为机械能的机器。
2. 热机的种类：蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机等。
3. 内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，分为汽油机和柴油机。
【应用1】下列装备的动力装置不是热机的是( A )
A. 新能源电动汽车
B. “东风号”远洋轮船
C. 国产大飞机C919
D. “长征五号”运载火箭
特别提醒：热机是将内能转化为机械能的机器。
任务二 汽油机
我们知道，小汽车、飞机、摩托车都使用汽油机，通过回答下列问题来探究汽油机是怎样工作的。
问题1: 汽油机的燃料是 汽油 。
问题2：汽油机主要由气缸、 火花塞 、 进气门 、 排气门 、活塞、曲轴、连杆组成。
问题3：汽油机工作时一个工作循环有 四 个冲程。
1. 汽油机主要部件的作用
(1)气缸：汽油在气缸的顶部燃烧，从而产生高温、高压燃气。
(2)活塞：在气缸内，高温、高压燃气推动活塞做功，将燃气的内能转化为机械能。
(3)连杆和曲轴：连杆与活塞相连，曲轴通过传动装置与工作机相连，将活塞的动力传给工作机。
(4)进气门：汽油和空气形成的燃料混合物的进口。
(5)排气门：燃料燃烧后，废气的出口。
(6)火花塞：点火装置，能产生电火花，使燃料混合物猛烈燃烧。
2. 工作过程：汽油机工作时，活塞在气缸里做往复运动，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程叫做一个冲程(也可称行程)。常见的汽油机要正常工作，必须连续完成吸气、压缩、做功、排气四个冲程，且不断循环进行。
(1)吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，将空气和汽油的混合物吸入气缸。
(2)压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞由下向上运动，压缩混合物，使混合物的温度升高。
(3)做功冲程：在压缩冲程末期，火花塞产生火花，混合物猛烈燃烧，形成高温、高压气体，推动活塞向下运动，对外做功。
(4)排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将废气排出。
点拨：(1)在四个冲程中压缩冲程涉及的能量转化：机械能转化为内能。做功冲程涉及的主要能量转化：内能转化为机械能。
(2)在四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性带动活塞完成，周而复始，使汽油机持续转动下去。
(3)汽油机一个工作循环有四个冲程，对外做功一次，飞轮转动两次，活塞往返两次。
【应用2】(2025·佛山检测)如图所示是四冲程汽油机的其中一个冲程的剖面图，下列说法正确的是( B )
A. 该冲程是做功冲程
B. 该冲程过程中气缸内混合气体内能增加
C. 该冲程过程中内能转化成机械能
D. 该冲程过程能给外界提供动力
特别提醒：根据气门的开闭情况和活塞的运动方向判断是哪一个冲程；做功冲程中内能转化为机械能，该冲程能给外界提供动力。
任务三 热机的效率
使用任何机械都存在效率问题，那么热机的效率是怎样的呢？我们通过下列问题来学习热机的效率。
问题1：内燃机工作时，损失的能量有哪些？
答：散失到空气中一部分，废气带走一部分，克服部件间摩擦消耗一部分。
问题2：汽油机的效率为 20%～30% 。
1. 定义：热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率(η)。(比值定义法)
2. 计算公式：η＝×100%。
3. 物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。
4. 提高热机效率的方法
(1)使燃料充分燃烧；(2)尽量减少各种热量损失；(3)利用废气的能量(废气带走的能量最多)；(4)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。
5. 柴油机和汽油机的比较
热机 汽油机 柴油机
不同点 结构图
吸气冲程 吸入的是空气和汽油的混合物 吸入的只有空气
压缩冲程 压缩程度较低 压缩程度较高
做功冲程 火花塞点火(点燃式) 喷油嘴喷出柴油(压燃式)
相同点 排气冲程 把废气排出气缸
【应用3】甲、乙两台汽油机，甲的效率低于乙的效率，意义是( C )
A. 甲的功率大于乙的功率
B. 甲消耗的燃料多于乙消耗的燃料
C. 乙将燃料燃烧放出的能量变成有用功的能量的比例比甲大
D. 工作相同时间甲消耗的燃料一定比乙少
特别提醒：热机的效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。比值越大，热机的效率越高。
任务四 热机与环境
阅读课本P41～P42“热机与环境”部分内容，回答下列问题。
问题1：热机的利用带来哪些环境污染？
答：热机带来的环境污染：(1)排出的废气温度较高；(2)废气中含有各种有害的气体和粉尘；(3)热机工作时噪声污染严重。
问题2：怎样控制热机对环境造成的污染？
答：控制方法：(1)改进燃烧设备；(2)充分利用污染少的能源；(3)在排气管上安装消声器，以减少噪声污染。
1. 热机工作时都要排放废气。热机排出的废气不仅温度高于环境温度，而且还含有多种对人体有害的物质，影响人们的身体健康和动植物的生存，对环境造成污染。
2. 减少热机排放的有害物质，控制废气的排放总量，已成为热机发展与环境保护的重要举措。
3. 不断提高汽油、柴油的品质，从源头减少热机有害物质的排放。
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