第2章 改变世界的热机
1．热机
知识点? 利用内能做功
1．热机是通过燃料燃烧获取内能并将其转化为机械能的装置。
2．蒸汽机是最早的热机。瓦特在1769年对它进行改进与完善，才使蒸汽机成为带动其他机器运转的动力机器。
知识点? 内燃机
3．活塞式内燃机工作时，燃料在汽缸内燃烧，产生的高温、高压的燃气直接推动活塞做功。常见的活塞式内燃机有汽油机和柴油机。
知识点? 汽油机的工作过程
4．如图所示，是汽油机的构造示意图，1是汽缸，2是活塞，3是连杆，4是曲轴，5是进气活门，6是排气活门，7是火花塞，8是飞轮。
5．活塞在往复运动中从汽缸一端运动到另一端叫作一个冲程。四冲程内燃机的一个工作循环包含吸气、压缩、燃烧—膨胀做功（简称做功）和排气四个冲程。一个工作循环中活塞往复运动两次，只有第三冲程燃气推动活塞做功，把内能转化为机械能，压缩冲程把机械能转化为内能，其他三个冲程靠飞轮转动的惯性来完成。
1．热机是将机械能转化为内能的机器。(×)
2．热机是将内能转化为机械能的机器。(√)
3．热机是将燃料的化学能转化为机械能的机器。(×)
4．热机是利用化学能来做功，它是将化学能转化为内能。(×)
5．汽油机是汽油在汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气推动活塞做功，将燃气的内能转化为活塞的机械能的机器。(√)
6．内燃机只能在燃料燃烧完全结束后才对外做功。(×)
7．内燃机一般在燃料燃烧的同时对外做功。(√)
2．热机效率
知识点 热机效率
热机所做有用功与燃料完全燃烧释放的热量之比叫作热机的效率。这个物理量是热机性能的一个重要指标。
1．热机的效率越高说明做功越快。(×)
2．热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的能量越少。(√)
3．热机损失的能量中，主要是由于机械摩擦损失的，废气带走的能量较少。(×)
4．一般情况下柴油机的效率比汽油机的低。(×)
重难点 热机的效率及其计算
【典例】一辆满载货物的小货车总重为3×104 N，它在平直的公路上匀速行驶1 000 m，用时50 s，消耗的燃油为0.2 kg，此过程中它受到的牵引力为3×103 N。在此过程中，求：（燃油的热值约为4.5×107 J/kg）
(1)小货车发动机牵引力做的功；
(2)小货车发动机的效率。（结果保留一位小数）
解：(1)小货车发动机牵引力做的功
W＝Fs＝3×103 N×1 000 m＝3×106 J；
(2)0.2 kg燃油完全燃烧放出的热量
Q放＝mq＝0.2 kg×4.5×107 J/kg＝9×106 J，
小货车发动机的效率
η＝×100%＝×100%≈33.3%。
答：(1)小货车发动机牵引力做的功为3×106 J；
(2)小货车发动机的效率为33.3%。
(1)根据W＝Fs求出小货车发动机牵引力做的功；
(2)根据Q放＝mq求出0.2 kg燃油完全燃烧放出的热量，利用η＝×100%求出小货车发动机的效率。
【对点训练】
1．如图是我国第一款纯电动疫苗接种车，疫苗车空车质量为4 t，输出功率为60 kW不变（g取10 N/kg，汽油热值4.0×107 J/kg）。下列说法正确的是(C)
A．疫苗车在水平路面匀速直线行驶时，受到的阻力为3 000 N时，疫苗车的速度为40 m/s
B．疫苗车电动机工作时，效率可以达到100%
C．疫苗车匀速行驶了2 500 s，若换用效率为30%的汽油机提供动力，需要消耗汽油的质量为12.5 kg
D．若换成汽油机提供动力，发动机飞轮的转速是3 600 r/min，则发动机每秒钟做功60次
因为疫苗车在水平路面匀速直线行驶，所以疫苗车受到的牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等，疫苗车受到的牵引力：F＝f＝3 000 N，由P＝＝＝Fv，可得疫苗车行驶速度：v＝＝＝20 m/s，故A错误；电动机工作过程中部分电能转化为内能散失到空气中了，还有部分要克服摩擦做功，效率不可以达到100%，故B错误；有用功W＝Pt＝60×1 000 W×2 500 s＝1.5×108 J，若换用效率为30%的汽油机提供动力，η＝
可得汽油完全燃烧释放的热量Q放＝＝＝5×108 J，由Q放＝mq可得，需要完全燃烧汽油的质量m＝＝＝12.5 kg，故C正确；汽油机飞轮转速为3 600 r/min＝60 r/s，一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，做功1次，即汽油机每秒钟做功30次，故D错误。
2．如图所示，图甲为四冲程汽油机的一个冲程，图乙为该汽油机燃料燃烧后的能量转化比例图。下列说法正确的是(C)
A．该汽油机的效率为70%
B．汽油机吸气冲程吸入汽缸的物质仅有空气
C．甲图的冲程使汽车获得动力，将内能转化为机械能
D．相同时间内燃烧的汽油质量越大，汽油机的效率越高
3．跨学科实践：保护地球家园
知识点? 我们面临的困扰
1．我们的主要交通工具——汽车，已经是许多城市环境污染的主要来断之一。汽油和柴油的燃烧，不仅排放了大量氮氧化物、碳氧化物和铅，汽车内燃机的废气和冷却水还会带走总热量的60%左右，对环境产生较大的热污染，成为城市热岛效应的元凶之一。此外，各种汽车发出的噪声也是危害人们身心健康的公害之一。
2．热机排出的二氧化碳所引起的额外的温室效应，对地球表面的热平衡有较大影响。
知识点? 国家发展战略
3．人类社会的发展离不开对内能的利用，燃料是获取内能的主要来源。燃煤发电是我国重要的发电方式。我国科研工作者坚持科技创新，不断提高燃煤效率，使我国燃煤发电技术水平领先世界。“绿水青山就是金山银山”。随着科技的进步，在使用传统能源的同时，我国已经有能力利用绿色能源。研究和开发低能耗，少污染的高性能动力机械。控制和减少污染，坚定不移走生态优先、绿色低碳的高质量发展之路。近年来。我国不断更新燃煤电厂氮氧化物排放标准，积板稳妥地推动“碳达峰”“碳中和”，彰显了大国的使命担当。第2章 改变世界的热机
1．热机
知识点? 利用内能做功
1．热机是通过燃料燃烧获取 能并将其转化为 能的装置。
2． 是最早的热机。 在1769年对它进行改进与完善，才使蒸汽机成为带动其他机器运转的动力机器。
知识点? 内燃机
3．活塞式内燃机工作时，燃料在 内燃烧，产生的 直接推动活塞做功。常见的活塞式内燃机有 机和 机。
知识点? 汽油机的工作过程
4．如图所示，是汽油机的构造示意图，1是 ，2是 ，3是 ，4是 ，5是 ，6是 ，7是 ，8是 。
5．活塞在往复运动中从汽缸 运动到 叫作一个冲程。四冲程内燃机的一个工作循环包含 、 、 （简称 ）和 四个冲程。一个工作循环中活塞往复运动 次，只有第 冲程燃气推动活塞做功，把 能转化为 能，压缩冲程把 能转化为 能，其他三个冲程靠 的惯性来完成。
1．热机是将机械能转化为内能的机器。(×)
2．热机是将内能转化为机械能的机器。(√)
3．热机是将燃料的化学能转化为机械能的机器。(×)
4．热机是利用化学能来做功，它是将化学能转化为内能。(×)
5．汽油机是汽油在汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气推动活塞做功，将燃气的内能转化为活塞的机械能的机器。(√)
6．内燃机只能在燃料燃烧完全结束后才对外做功。(×)
7．内燃机一般在燃料燃烧的同时对外做功。(√)
2．热机效率
知识点 热机效率
热机所做 功与燃料 燃烧释放的热量之比叫作热机的 。这个物理量是热机 的一个重要指标。
1．热机的效率越高说明做功越快。(×)
2．热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的能量越少。(√)
3．热机损失的能量中，主要是由于机械摩擦损失的，废气带走的能量较少。(×)
4．一般情况下柴油机的效率比汽油机的低。(×)
重难点 热机的效率及其计算
【典例】一辆满载货物的小货车总重为3×104 N，它在平直的公路上匀速行驶1 000 m，用时50 s，消耗的燃油为0.2 kg，此过程中它受到的牵引力为3×103 N。在此过程中，求：（燃油的热值约为4.5×107 J/kg）
(1)小货车发动机牵引力做的功；
(2)小货车发动机的效率。（结果保留一位小数）
(1)根据W＝Fs求出小货车发动机牵引力做的功；
(2)根据Q放＝mq求出0.2 kg燃油完全燃烧放出的热量，利用η＝×100%求出小货车发动机的效率。
【对点训练】
1．如图是我国第一款纯电动疫苗接种车，疫苗车空车质量为4 t，输出功率为60 kW不变（g取10 N/kg，汽油热值4.0×107 J/kg）。下列说法正确的是( )
A．疫苗车在水平路面匀速直线行驶时，受到的阻力为3 000 N时，疫苗车的速度为40 m/s
B．疫苗车电动机工作时，效率可以达到100%
C．疫苗车匀速行驶了2 500 s，若换用效率为30%的汽油机提供动力，需要消耗汽油的质量为12.5 kg
D．若换成汽油机提供动力，发动机飞轮的转速是3 600 r/min，则发动机每秒钟做功60次
2．如图所示，图甲为四冲程汽油机的一个冲程，图乙为该汽油机燃料燃烧后的能量转化比例图。下列说法正确的是( )
A．该汽油机的效率为70%
B．汽油机吸气冲程吸入汽缸的物质仅有空气
C．甲图的冲程使汽车获得动力，将内能转化为机械能
D．相同时间内燃烧的汽油质量越大，汽油机的效率越高
3．跨学科实践：保护地球家园
知识点? 我们面临的困扰
1．我们的主要交通工具—— ，已经是许多城市环境污染的主要来断之一。汽油和柴油的燃烧，不仅排放了大量 化物、 化物和 ，汽车内燃机的 和冷却水还会带走总热量的60%左右，对环境产生较大的热污染，成为城市热岛效应的元凶之一。此外，各种汽车发出的 也是危害人们身心健康的公害之一。
2．热机排出的二氧化碳所引起的额外的 ，对地球表面的热平衡有较大影响。
知识点? 国家发展战略
3．人类社会的发展离不开对内能的利用， 是获取内能的主要来源。 是我国重要的发电方式。我国科研工作者坚持科技创新，不断提高 效率，使我国燃煤发电技术水平领先世界。“绿水青山就是金山银山”。随着科技的进步，在使用传统能源的同时，我国已经有能力利用 能源。研究和开发低 ，少 的高性能动力机械。控制和减少污染，坚定不移走生态优先、绿色低碳的高质量发展之路。近年来。我国不断更新燃煤电厂氮氧化物排放标准，积板稳妥地推动“ ”“ ”，彰显了大国的使命担当。
