人教版九年级第14章内能的应用知识点全面总结

14 内能的应用

14.1热机

知识点1、热机

①定义：利用内能做功的机械。

②热机的种类很多，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。尽管它们的构造不同，但它们有一个共同的特点，就是把内能转化为机械能。

知识点2、内燃机

燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。

最常见的内燃机是四冲程的汽油机和四冲程的柴油机。

（1）汽油机

汽油机是利用汽油在气缸内燃烧产生的高温高压的燃气来推动活塞

做功的热机。

①构造：如图所示

②工作工程：汽油机在工作时，活塞在气缸内往复运动，活塞从气缸

的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。

汽油机的一个工作循环有四个冲程组成，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。汽油机是通过四个冲程的不断循环来保证连续工作，其工作过程如下表：

次序 1 2 3 4 冲程名称吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程工作示意图

进气门开闭情况打开关闭关闭关闭

排气门开闭情况关闭关闭关闭打开活塞运动方向向下向上向下向上

冲程的作用吸入汽油和空

气的混合物压缩汽油和空气的混

合物，使其内能增加、

压缩冲程结束时，火花塞产生电

火花，使燃料猛烈燃烧，产生高

温高压气体，高温高压气体推动

排出废气

温度升高活塞向下运动，带动曲轴转动，

对外做功

能的转化无能量转化机械能转化成内能内能转化为机械能无能量转化

点拨：①汽油机在开始工作时，要靠外力先使曲轴、连杆转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动以后，汽油机才能连续工作。

②在汽油机的一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。

③在四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，将内能转化为机械能，其他三个冲程是靠飞轮的惯性来完成的，故飞轮的质量要足够大。

④可根据汽油机活塞的运动方向和进气门与排气门的开、闭情况来判断是什么冲程。可用口诀来记忆：一门打开，上排下吸气；两门关闭，上压下做功。其中“上”“下”是指活塞向上运动或向下运动。

（2）柴油机

①工作原理：利用柴油在气缸内燃烧所产生的高温高压的燃气来推动活塞做功。

②主要工造：与汽油机大致相同，所不同的是柴油机汽缸顶部无火花塞而有喷油嘴。

③工作过程：与汽油机大致相同，也是吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，曲轴转动两周，对外做功一次。

④柴油机与汽油机的异同

比较柴油机汽油机

构造

燃料柴油汽油

一个工作循环吸气冲程只吸入空气吸入汽油和空气的混合物

压缩冲程压缩程度较大（机械能→内能）压缩程度较小（机械能→内能）

做功冲程压燃式（柴油遇到高温高压的热空

气而燃烧）（内能→机械能）

点燃式（火花塞点火）（内能→机械能）排气冲程排出废气排出废气

主要特点笨重、效率较高轻巧、效率较低适用范围载重汽车、火车等小汽车等

点拨：内燃机只有在第三个冲程——做功冲程才能使机械获得动力，所以启动内燃机，要靠外力（人力或电动机的驱动力）先使曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，消耗机械能来帮助内燃机完成吸气、压缩两个冲程。在做功过程中燃气对活塞做功，内能转化为机械能，并有一部分机械能通过飞轮储存起来，然后依靠飞轮的惯性来带动活塞运动，完成排气冲程及下一个工作循环的吸气和压缩冲程，周而复始，内燃机就连续转动下去了。

易误易混警示：

易误点：内燃机工作循环的理解

关于四冲程汽油机（柴油机）一个工作循环有几个冲程，活塞往复运动几次，曲轴转几周，对外做功几次是本节的易误点。四冲程汽油机（柴油机）一个工作循环完成四个冲程，对外做功一次，曲轴转动两周，活塞往复运动两次。如已知某汽油机的转速为1800r/min，则曲轴每秒转30转，完成15个工作循环，对外做功15次，共完成60个冲程。此规律可巧记为：吸、压、做、排四冲程，一个循环一次功，曲轴刚好转两转，活塞往复两次行。

14.2热机的效率

知识点1、燃料的热值

（1）燃料

①燃料的种类：燃料的种类很多，固体燃料有木柴、煤等，液体燃料有汽油、酒精等，气体燃料有煤气、天然气等。

②燃料燃烧时能的转化：燃料的燃烧是一种化学变化，在燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能，也就是常说的释放能量。

（2）燃料的热值

在物理学中就用燃料的热值来表示燃料在完全燃烧时放热本领的大小。

①定义：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。符号：q

②单位：焦每千克，符号J/kg。

③热值的物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。如木炭的热值为3.4×107J/kg，他表示1kg的木炭完全燃烧时所放出的热量是3.4×107J。同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。

④燃料燃烧放出热量的计算：如果用m表示燃料的质量，用q表示该种燃料的热值，用Q放表示燃料完全燃烧时所放出的热量，则Q放=mq。

其中：m的单位是kg，q的单位是J/kg，Q放的单位是J。

注意：（1）只有燃料燃烧释放热，才能用Q放=mq进行计算，不要与物体温度降低时的放热公

式Q 放=cm(t-t 0)混淆。

（2）计算时要明确燃料的种类、是否完全燃烧等关键词。

由燃料燃烧放出的热量的计算公式Q 放=mq 变形可得到m

Q q 放

，注意公式中每个物理量都有其特殊的物理意义，而不是纯粹的数学关系，不能错误的认为q 与Q 放成正比、与m 成反比。

（3）四点透析燃料的热值

①“某种燃料”说明热值与燃料的种类有关。每种燃料都有明确的热值，不同燃料的热值一般不同由此可见，热值反映了燃料燃烧的某种性质。热值大，反映相同质量的这种燃料完全燃烧时放出的热量多，或者说，化学能转化成的内能多。

②“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽。1kg 的某种燃料，只有在完全燃烧时放出热量的大小才在数值上等于这种燃料的热值。如果没有完全燃烧，放出的热量比按热值计算出的热量要小。 ③热值是燃料本身的一种性质，它只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧、放出热量多少均没有关系。

④对于气体而言，热值的单位还常用“焦每立方米”，符号是J/m 3

。若气体燃烧单位是J/m 3

，

则计算燃料完全燃烧时放出的热量用Q 放=Vq 。其中V 的单位是m 3，q 的单位是J/m 3

，Q 放的单位是J 。

知识点2、热机的效率

（2）内燃机燃料燃烧能量走向示意图 ①燃料未能完全燃烧。

由于燃料的优劣、内燃机气缸与活塞的密封程度等原因，热机不可能使燃料完全燃烧，燃料的化学能不能全部被释放。

②废气带走很大一部分能量

四冲程内燃机的一个工作循环中，排气冲程排出气缸中的废气，但此时废气的温度仍很高，内能较多。

③一部分热量消耗在散热上。

热机大部分部件是由金属制成的，金属是热的良导体，将燃料燃烧所释放的部分热量传递给机体及空气，所以散热也是能量损失的一个方面。

④克服摩擦消耗一部分能量。

活塞和曲轴在运动时要克服摩擦做功，这部分能量也要靠燃料燃烧的内能来提供。 ⑤对外做的有用功。 （3）热机的效率

①定义：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。