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　　　　　　　　　　　12.4　热机与社会发展
学习目标
1.知道热机工作过程中的能量转化过程。 2．了解汽油机的工作原理和工作过程，提高读图识图能力。 3．通过对热机效率和热机与环境等问题的分析和讨论，树立效率意识和环保意识。
知识点一　热机的工作过程
1．热机的种类很多，有蒸汽机、 、 、燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机等。这些热机的共同特点是将燃料的 能通过燃烧转化为 能，然后通过做功，把 能转化为 能。
2．汽油机四个冲程的工作特征。
冲程 名称 工作 示意 图 进 气 门 排 气 门 活塞 运动 方向 能量 转化 说明
吸气 冲程 开 关 向下 无 气缸体积变大，汽油与空气的混合物在 的作用下进入；依靠飞轮的 完成
冲程 关 关 向上 机械能转化为 压缩气体做功，内能 ，气体温度 ；依靠飞轮的 完成
冲程 关 关 向下 内能转化为 ①气体膨胀做功，内能 ，气体温度 ，对外提供动力；②点火方式为点燃式，利用火花塞产生电火花点燃燃料
排气 冲程 关 开 向上 无 废气中含有大量能量和有害气体；依靠飞轮的 完成
　　注意：汽油机的1个工作循环内有4个冲程，活塞往返2次，飞轮转动2圈，对外做功1次。
知识点二　汽油机与柴油机
3．汽油机与柴油机的区别。
热机 不同点
个别 构造 使用 燃料 吸入 的物质 点火 方式 主要 特点
汽油机 气缸顶部是火花塞 汽油和空气的混合物 点燃式 轻巧，效率为20%～30%
柴油机 气缸顶部是喷油嘴 空气 压燃式 笨重，效率可 达45%
知识点三　热机效率与环境保护
4．热机工作时，用来做 的能量与燃料 时放出的能量之比，叫做热机的效率。
5．减少热机排放出的 ，控制废气的 ，已成为热机发展与环境保护的主要举措。
重点一　四冲程汽油机冲程判断
1．依据冲程特点辨别。
2．依据能量转化辨别。
【跟踪训练】 1.如图是四冲程汽油机处于某冲程的示意图，该冲程是________冲程，此过程中机械能转化为________。
重点二　热机相关计算
汽油机工作循环物理量关系图：
【跟踪训练】 2．如图所示的汽油机处于________(选填“压缩”或“做功”)冲程，若该汽油机的飞轮转动速度是2 400 r/min，则此汽油机每秒对外做功________次。
基础巩固
1．如图所示的四种交通工具，不用热机作为动力机械的是(　)。
　　　　　　　　　 A．自行车　　　　　B．轮船
　　　　　　　　　 C．卡车　　　　　　D．飞机
2．(2025·茂名电白区一模)如图所示为内燃机工作的某个冲程，以下关于该冲程的说法正确的是(　)。
A．吸气冲程，将机械能转化为内能
B．压缩冲程，将机械能转化为内能
C．做功冲程，将内能转化为机械能
D．排气冲程，将内能转化为机械能
3．(2025·广州越秀区校级二模)如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是(　)。
A．一个工作循环的正确顺序是甲、乙、丙、丁
B．图乙冲程是做功冲程
C．图甲冲程是将所有的内能转化为机械能的过程
D．图丁冲程是机械能转化为内能的过程
4．关于热机的效率，下列说法正确的是(　)。
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
5．为了节约能源，需要提高热机的效率，下列措施不能提高热机效率的是(　)。
A．让燃料与空气混合充分，使燃料燃烧得比较完全
B．在设计与制造热机时要不断改进与创新，以减少能量的损失
C．尽量减少热机内部各部件间的摩擦
D．尽量增加热机的工作时间
能力达标
6．(2025·黑龙江中考)一台单缸四冲程汽油机的飞轮的转速是2 400 r/min，则此汽油机每秒完成的冲程个数和对外做功次数分别是(　)
A．完成80个冲程，对外做功20次
B．完成80个冲程，对外做功40次
C．完成40个冲程，对外做功10次
D．完成40个冲程，对外做功40次
7．如图所示是汽油机的能量流向，对照此图，下列说法不正确的是(　)。
A.废气的排放所占比例最大，减少该部分能量损失是提高热机效率的有效手段
B．冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率
C．该汽油机的热机效率为76%
D．该汽油机的能量利用率为30%
8．一辆汽车以72 km/h的速度匀速行驶10 min，消耗的汽油为1.2 kg。汽车匀速行驶时受到的牵引力F＝1.2×103 N，汽油的热值q＝4.6×107 J/kg。
(1)汽车在这段时间内做的功是多少？
(2)这段时间内汽车的效率是多少？(百分号前保留一位小数)
(3)简要分析汽车效率低的原因(写出两条即可)。
素养提升
9．英国物理学家斯特林于1816年发明了“斯特林发动机”。斯特林发动机气缸内工作介质易汽化、易液化，该介质通过吸热膨胀、冷却压缩的循环过程输出动力，因此又被称为热气机。某工程师按照“斯特林发动机”的原理设计了如图甲所示的模型机，工作过程中飞轮持续旋转如图乙。请结合所学知识解释飞轮能持续转动的工作原理。　　　　　　　　　　　12.4　热机与社会发展
学习目标
1.知道热机工作过程中的能量转化过程。 2．了解汽油机的工作原理和工作过程，提高读图识图能力。 3．通过对热机效率和热机与环境等问题的分析和讨论，树立效率意识和环保意识。
知识点一　热机的工作过程
1．热机的种类很多，有蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机等。这些热机的共同特点是将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，然后通过做功，把内能转化为机械能。
2．汽油机四个冲程的工作特征。
冲程 名称 工作 示意 图 进 气 门 排 气 门 活塞 运动 方向 能量 转化 说明
吸气 冲程 开 关 向下 无 气缸体积变大，汽油与空气的混合物在大气压的作用下进入；依靠飞轮的惯性完成
压缩 冲程 关 关 向上 机械能转化为内能 压缩气体做功，内能增大，气体温度升高；依靠飞轮的惯性完成
做功 冲程 关 关 向下 内能转化为机械能 ①气体膨胀做功，内能减小，气体温度降低，对外提供动力；②点火方式为点燃式，利用火花塞产生电火花点燃燃料
排气 冲程 关 开 向上 无 废气中含有大量能量和有害气体；依靠飞轮的惯性完成
　　注意：汽油机的1个工作循环内有4个冲程，活塞往返2次，飞轮转动2圈，对外做功1次。
知识点二　汽油机与柴油机
3．汽油机与柴油机的区别。
热机 不同点
个别 构造 使用 燃料 吸入 的物质 点火 方式 主要 特点
汽油机 气缸顶部是火花塞 汽油 汽油和空气的混合物 点燃式 轻巧，效率为20%～30%
柴油机 气缸顶部是喷油嘴 柴油 空气 压燃式 笨重，效率可 达45%
知识点三　热机效率与环境保护
4．热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧时放出的能量之比，叫做热机的效率。
5．减少热机排放出的有害物质，控制废气的排放总量，已成为热机发展与环境保护的主要举措。
重点一　四冲程汽油机冲程判断
1．依据冲程特点辨别。
2．依据能量转化辨别。
【跟踪训练】 1.如图是四冲程汽油机处于某冲程的示意图，该冲程是________冲程，此过程中机械能转化为________。
【答案】压缩　内能
重点二　热机相关计算
汽油机工作循环物理量关系图：
【跟踪训练】 2．如图所示的汽油机处于________(选填“压缩”或“做功”)冲程，若该汽油机的飞轮转动速度是2 400 r/min，则此汽油机每秒对外做功________次。
【答案】做功　20
基础巩固
1．如图所示的四种交通工具，不用热机作为动力机械的是(　A　)。
　　　　　　　　　 A．自行车　　　　　B．轮船
　　　　　　　　　 C．卡车　　　　　　D．飞机
2．(2025·茂名电白区一模)如图所示为内燃机工作的某个冲程，以下关于该冲程的说法正确的是(　B　)。
A．吸气冲程，将机械能转化为内能
B．压缩冲程，将机械能转化为内能
C．做功冲程，将内能转化为机械能
D．排气冲程，将内能转化为机械能
3．(2025·广州越秀区校级二模)如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是(　D　)。
A．一个工作循环的正确顺序是甲、乙、丙、丁
B．图乙冲程是做功冲程
C．图甲冲程是将所有的内能转化为机械能的过程
D．图丁冲程是机械能转化为内能的过程
4．关于热机的效率，下列说法正确的是(　C　)。
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
5．为了节约能源，需要提高热机的效率，下列措施不能提高热机效率的是(　D　)。
A．让燃料与空气混合充分，使燃料燃烧得比较完全
B．在设计与制造热机时要不断改进与创新，以减少能量的损失
C．尽量减少热机内部各部件间的摩擦
D．尽量增加热机的工作时间
能力达标
6．(2025·黑龙江中考)一台单缸四冲程汽油机的飞轮的转速是2 400 r/min，则此汽油机每秒完成的冲程个数和对外做功次数分别是(　A　)
A．完成80个冲程，对外做功20次
B．完成80个冲程，对外做功40次
C．完成40个冲程，对外做功10次
D．完成40个冲程，对外做功40次
7．如图所示是汽油机的能量流向，对照此图，下列说法不正确的是(　C　)。
A.废气的排放所占比例最大，减少该部分能量损失是提高热机效率的有效手段
B．冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率
C．该汽油机的热机效率为76%
D．该汽油机的能量利用率为30%
8．一辆汽车以72 km/h的速度匀速行驶10 min，消耗的汽油为1.2 kg。汽车匀速行驶时受到的牵引力F＝1.2×103 N，汽油的热值q＝4.6×107 J/kg。
(1)汽车在这段时间内做的功是多少？
(2)这段时间内汽车的效率是多少？(百分号前保留一位小数)
(3)简要分析汽车效率低的原因(写出两条即可)。
【解】(1)由题意可知，车速v＝72 km/h＝20 m/s，时间t＝10 min＝600 s，
由v＝可得，汽车行驶的路程s＝vt＝20 m/s×600 s＝1.2×104 m，
汽车在这段时间内做的功W＝Fs＝1.2×103 N×1.2×104 m＝1.44×107 J。
(2)由q＝可得，汽油完全燃烧放出的热量Q＝mq＝1.2 kg×4.6×107 J/kg＝5.52×107 J，这段时间内汽车的效率η＝×100%＝×100%≈26.1%。
(3)汽车效率低的原因主要是汽油不能完全燃烧、尾气带走许多热量。(答案合理即可)
素养提升
9．英国物理学家斯特林于1816年发明了“斯特林发动机”。斯特林发动机气缸内工作介质易汽化、易液化，该介质通过吸热膨胀、冷却压缩的循环过程输出动力，因此又被称为热气机。某工程师按照“斯特林发动机”的原理设计了如图甲所示的模型机，工作过程中飞轮持续旋转如图乙。请结合所学知识解释飞轮能持续转动的工作原理。
【答案】酒精灯加热将化学能转化为内能，热气缸中的工作介质吸热汽化膨胀推动活塞A向右运动做功，将内能转化为机械能；由于飞轮具有惯性，带动活塞A向左运动，活塞A将热气缸中的工作介质推入冷气缸并液化，活塞B又将介质推回热气缸。如此反复。

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