資源簡介

(共37張PPT)
1.知道熱機工作時的能量轉化過程.
2.了解汽油機的工作原理和工作過程.
3.通過對熱機效率和熱機與環境等問題的分析和討論，樹
立效率意識和環保意識.
1.熱機模型
如圖所示，在試管內裝適量的水，用軟木塞塞
住試管口（不要塞得太緊，以防試管炸裂），
用酒精燈加熱，使水沸騰起來，水蒸氣會把
軟木塞沖出去.
酒精燃燒的過程是酒精的化學能轉化為內能的
過程.酒精燃燒時放出的熱量傳遞給水，水吸收熱量內能
增加，溫度逐漸升高直至沸騰，產生大量的水蒸氣；水
蒸氣越來越多，對軟木塞的壓力越來越大，最后將軟木
塞沖出試管口.此過程水蒸氣對軟木塞做功，水蒸氣的內
能轉化為軟木塞的機械能.
上面的裝置就是一個簡單的熱機模型，熱機的
特點是將燃料的化學能轉化為內能，然后通過做功，把
內能轉化為機械能.
2.熱機
（1）熱機：我們把將燃料燃燒時釋放的內能轉化為機械
能的裝置叫做熱機.
（2）根據熱機的定義可知，判斷某個裝置是否屬于熱機
的關鍵在于確定其工作過程中的能量轉化是否符合以下
能量流程圖.
3.熱機的作用
（1）能量轉換：將燃料燃燒產生的內能轉化為機械能，
驅動設備運轉.
（2）動力提供：為汽車、飛機、船舶等交通工具提供動力.
（3）發電：在發電廠中，熱機驅動發電機產生電能.
（4）工業生產：驅動壓縮機、泵等工業設備.
4.熱機的種類
熱機的種類很多，有蒸汽機、汽油機、柴油機、燃氣輪
機、噴氣發動機和火箭發動機等.
典例1 熱機是否被廣泛使用已成為一個國家工業化程度
高低的判斷標準之一.下列機械不是使用熱機的是( )
C
A.普通的家用轎車 B.噴氣式戰斗機
C.電動公交車 D.“神舟”火箭
[解析] 電動公交車是利用電能來獲得動力的，沒有使用
熱機；普通的家用轎車、噴氣式戰斗機和“神舟”火箭都是
利用燃料燃燒產生的內能來做功的，都是把內能轉化成
機械能的裝置，它們都使用了熱機.
內燃機的特點是燃料在機器內部燃燒，
產生高溫、高壓的燃氣推動活塞運動.
根據其使用的燃料不同，可分為汽油
機和柴油機.
1.汽油機：用汽油作燃料，使汽油在機器內部燃燒，從而
將內能轉化為機械能的一種熱機.
2.構造：汽油機的主要構造如圖所示.
部件名 稱 作用
進氣門 汽油和空氣形成的燃料混合物的進口
排氣門 燃料燃燒后,廢氣的出口
火花塞 點火裝置，能產生電火花，使燃料混合物猛烈
燃燒
部件名稱 作用
氣缸 汽油在氣缸的頂部燃燒,從而產生高溫、高壓燃氣
活塞 在氣缸內，在壓縮沖程中，活塞向上運動，將
飛輪的機械能轉化為汽油和空氣混合氣的內
能；在做功沖程中，燃料燃燒產生的高溫、高
壓燃氣推動活塞做功，將燃氣的內能轉化為機
械能
部件名 稱 作用
連桿和 曲軸 連桿跟活塞相連，曲軸通過傳動裝置
（圖中未畫出）跟工作機相連，將活塞的動力
傳給工作機
3.工作過程
（1）沖程：汽油機工作時，活塞在氣缸里做往復運動，
活塞從氣缸的一端運動到另一端叫做一個沖程
（也叫做“行程”）.
（2）汽油機的一個工作循環由四個沖程組成，分別是吸
氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程，通過四個沖
程的不斷循環來連續工作.工作過程如表所示.
1.吸氣沖程 ______________________________________________ 2.壓縮沖程
____________________________________________
_________________________________________________ 4.排氣沖程
______________________________________________________
3.做功沖程
總結:汽油機在完成一個工作循環的過程中，共經歷四個
沖程，活塞往復運動兩次（曲軸旋轉兩周），對外做功
一次，我們簡記為“一四二一”.
（3）汽油機工作過程中的能量轉化情況可用下圖來表示：
在四個沖程中，只有做功沖程對外做功，其他三
個沖程為輔助沖程，要靠安裝在曲軸上的飛輪的慣性來
完成動作.
典例2 （教材習題改編，無錫中考）四沖程汽油機的工
作循環中，主要將機械能轉化為內能的沖程是( )
B
A.吸氣沖程 B.壓縮沖程 C.做功沖程 D.排氣沖程
[解析] 汽油機的四個沖程中只有兩個沖程伴隨有能量的
轉化.一是壓縮沖程中活塞向上運動，汽油和空氣的混合
物被壓縮，內能增大，溫度升高，活塞運動的動能轉化
為混合氣體的內能；二是做功沖程中，火花塞冒出電火
花，將混合氣體點燃，形成高溫高壓的氣體，推動活塞
運動，高溫高壓的氣體的內能轉化為活塞運動的動能.
1.熱機工作時的能流圖
如圖所示是熱機的能量流向圖，由于燃料
不可能完全燃燒，而且還有廢氣帶走很大
一部分能量，再加上機器散熱的損失和機
器克服摩擦做的額外功，所以熱機在工作時，只有很少
一部分能量轉化為有用的機械能.
2.熱機的效率
（1）定義：熱機工作時，用來做有用功的能量與燃料完
全燃燒時放出的能量之比，叫做熱機的效率.
（2）公式： （用來做有用功的能量）
（燃料完全燃燒放出的能量）
（3）由于許多能量損失是無法避免的，所以燃料完全燃
燒所放出的能量不可能全部轉化為有用的機械能，故熱
機的效率總是小于1.汽油機的效率為 .
教材拓展
常用的熱效率計算公式
（1）熱機：內能 機械能，
或.
（2）煤爐：化學能 內能，
或.
（3）太陽能熱水器：太陽能 內能，
3.提高熱機效率的途徑
（1）使燃料充分燃燒.
（2）盡量減少廢氣帶走的能量.
（3）在熱機的設計和制造上，采用先進技術.
（4）使用時，注意保養，保證良好的潤滑，合理調整零
件之間的間隙，減小因克服摩擦造成的機械能損失.
教材拓展
柴油機
1.柴油機是以柴油為燃料的內燃機，它的工作原理和汽油
機相同，一個工作循環同樣也是由吸氣、壓縮、做功和排
氣四個沖程組成.在一個工作循環中，曲軸轉動兩周，活
塞往復兩次，對外做功一次，如圖所示.
2.柴油機的構造和汽油機相似，但氣缸的頂部沒有火花塞，
而是裝有噴油嘴.所以在吸氣沖程中吸入氣缸的只是空氣，
在壓縮沖程結束時，噴油嘴會噴出霧狀柴油到氣缸內，
此時氣缸內溫度很高，霧狀柴油直接燃燒起來.柴油機的
效率可達 .
3.柴油機與汽油機的區別
汽油機 柴油機
燃料 汽油 柴油
構造 氣缸頂部有火花塞 氣缸頂部有噴油嘴
點火方式 點燃式 壓燃式
吸氣沖程 吸入汽油和空氣 吸入空氣
壓縮沖程 壓縮程度較小，氣缸 內溫度升高 壓縮程度較大，氣缸
內溫度更高
汽油機 柴油機
特點 輕巧、效率較低 笨重、效率較高
常見應用 小汽車、摩托車等小 型機械 載重汽車、火車等大
型機械
1.熱機對環境的負面影響
（1）溫室氣體排放：熱機燃燒化石燃料時會產生大量二
氧化碳，這是主要的溫室氣體之一，導致全球氣候
變暖.此外，還會排放甲烷和氮氧化物，這些氣體也會加
劇溫室效應.
（2）空氣污染：熱機燃燒過程中會產生有害物質，如一
氧化碳、氮氧化物、硫氧化物 和顆粒物
.這些污染物對人體健康有害，可能導致呼吸系統疾
病、心血管疾病等.氮氧化物和硫氧化物還會導致酸雨，
破壞生態系統.
（3）噪聲污染：熱機運行時會產生噪聲，尤其是柴油機
和燃氣輪機，對周圍環境和居民生活造成干擾.
（4）資源消耗：熱機依賴化石燃料（如石油、煤、天然
氣），這些資源不可再生，過度開采會導致資源枯竭.化
石燃料的開采和運輸也會對環境造成破壞，如石油泄漏、
土地破壞等.
2.熱機與環境的可持續發展
（1）提高熱機效率：通過優化設計（如渦輪增壓）和材
料改進，提高熱機的熱效率，減少燃料消耗和排放.
（2）清潔燃料：使用清潔燃料替代傳統化石燃料，減少
污染物排放. 生物燃料和合成燃料可以減少碳排放，因為
它們來源于可再生資源.
（3）混合動力和電動化：混合動力技術將熱機與電動機
結合，減少燃料消耗和排放.純電動汽車和氫燃料電池汽
車可以完全擺脫對化石燃料的依賴，實現零排放.
（4）可再生能源：發展太陽能、風能、水能等可再生能
源，減少對熱機的依賴.
典例3 下列關于熱機和環境保護的說法正確的是( )
A
A.熱機的大量使用會造成環境污染
B.熱機都是用汽油作燃料
C.汽車排出的尾氣全部都是有害氣體
D.蒸汽機是用蒸汽作燃料的熱機
[解析] 熱機在使用時會排放出一些有害氣體和粉塵，
污染環境； 汽油機燃燒汽油，其他熱機有的燃燒柴
油，有的燃燒煤，還有的燃燒氫； 汽車排放的尾氣
中有氮氧化合物等有害氣體，也有水蒸氣等無害氣體；
蒸汽機是用煤等作燃料的熱機.

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