2.2热机的工作原理

储藏柜中的温度维持在 5 C . 现每天有 2.0107 J 的热
量自房间传入冰箱内 , 若要维持冰箱内温度不变 , 外界
每天需作多少功 , 其功率为多少? 设在 5 C至 20 C之
间运转的致冷机 ( 冰箱 ) 的致冷系数, 是卡诺致冷机致 冷系数的 55%
e
e卡
55%
T2 T1 T2
55 100
解析：热机的效率永远不可能为100%
教材习题答案
1.解：内燃机包括汽油机和柴油机。从结 构上，二者都是由气缸、活塞、曲轴、连杆。 进气门和排气门组成。不同的是，汽油机的顶 部有火花塞，汽油机的顶部有喷油嘴。内燃机 的一个工作循环过程包括吸气、压缩、做功和 排气四个冲程。
以汽油机为例，在吸气过程，汽油和空气 的混合物通过进气门进入气缸；在压缩冲程， 活塞压缩混合气体使气体温度升高，压缩冲程 结束时火花塞点燃混合气体，气体膨胀推动活 塞对外做功，然后飞轮带动活塞把气缸中废气 排出，为下一循环作准备。
下面就让我们来学习内 燃机的工作原理。
吸气冲程
在吸气冲程中，进 气门打开，排气门关闭， 活塞由上端向下运动， 此时，汽油和空气组成 的燃料混合物从进气门 吸入气缸。
压缩冲程
进气门和排气 门都关闭，活塞由 下向上运动，燃料 混合物被压缩，混 合气体的压强增大， 温度升高。
做功冲程
在压缩冲程末尾 时，火花塞产生电火 花，使燃料猛烈燃烧， 产生高温高压的燃气， 高温高压的燃气推动 活塞向下运动，并通 过连杆带动曲轴转动。
2. 解：带气筒的外壁温度升高。原因来 自两方面：其一，通过打气筒的活塞不断压缩 筒内空气做功，使空气内能增加、温度升高， 然后再通过热传递传给筒壁；其二，活塞本身 与筒壁不断摩擦生热，使温度升高。
3. 解:这艘轮船至少消耗2430t柴油
4.解：二者的相同点:无论热机还是制冷机， 工作时都要有两个热源，即高温热源和低温热 源；都有一个做功冲程。
3. 对于四冲程的柴油机和汽油机，下列说法
正确的是 （ CD ）
A.第一冲程进入气缸里的都是燃料的混合物 B.第二冲程末都需要点火，燃料才能燃烧 C.第三冲程都是燃气推动活塞做功 D.第四冲程都是将废气排出
提示：内燃机工作原理的理解
4. 根据汽油机和柴油机的区别，下列说法正
确的是．．．．．．（ A）
吸入的是空气
点 压缩冲程
气压、温度相对较低
气压、温度相对较高
点火方式
点燃式
压燃式
工作循环
都有四个冲程
相 能量转化 同 点 活塞、曲轴
运动
运动
（1）压缩冲程：机械能转化成热能 （2）做功冲程：热能转化成机械能 每一个工作循环，活塞往复两次，
曲轴转动两周，对外做功一次。 都需要外力
优缺点
汽油机比柴油机轻巧，柴油机比汽油机效率高。 但两者都带来了废气和噪声污染。
二者的不同点：热机利用从高温热源吸收的热 量的一部分对外做功，同时将另一部分热量排 放到低温热源；而制冷机则利用外界对它所做 的功，吸收低温热源中的热量，排放到高温热 源。可见，二者的工作过程正好相反。
解：使用冰箱节能的方法：（1）将电冰箱摆放 在凉爽通风的地方，远离热源，避免阳光直射。摆放 冰箱时周围要留有适当的空间，以有利于通风散热。 （2）取食物时，应尽量减少开门和开门的时间。（3） 要待热的食品冷却到室温后，才能放进冰箱。（4） 水果、蔬菜等水分较多的食品，应该用塑料袋包好放 入冰箱，以免水分蒸发加厚霜层，以利于缩短除霜时 间，节约电能。（5）冰箱存放食物要适量。不要过 多过紧，以免影响冰箱内的空气对流。（6）应根据 食物的种类和室温，合理调节冰箱内的温度，不能把 温控器长时间置于“极冷”点。
3. 内燃机的工作原理
4. 制冷机的工作原理
课堂练习
1，如图1表示内燃机工作循 环中的一个冲程，从气门的 启闭和活塞的运动可判断这 是吸气 冲程。
2. 在内燃机中，由于什么原因燃料完全燃 烧放出的热量并不能全部用来做有用功？
答：燃料燃烧不完全， 排出的废气温度较高， 机件散热损失， 克服机件摩擦。
A.汽油机汽缸顶部有一个火花塞，柴油机汽缸 顶部是一个喷油嘴 B.汽油机吸入的是空气，柴油机吸入的是空气 和柴油的混合物 C.吸气冲程是内能转化为机械能 D.压缩冲程是内能转化为机械能
提示：两种内燃机的区别，记忆性知识
5．下列说法中正确的是
D
A．对于理想热机，若无摩擦、漏气等能量
损失，就能使热机效率达到100%
蒸汽机模型活塞的往复运动
2.内燃机和燃气轮机
我们已经学习过在蒸汽机由 于工作效率很低，逐渐被内燃机 所代替，下面让我们来学习一下 内燃机的工作原理，以及它是如 何提高工作效率的。
在现代生活中扮演 不可或缺角色的内 燃机
名词解释
内燃机 ：汽车上的汽油机，柴油
机，燃料在气缸内燃烧，直接利用气缸内生 成的高温气体推动活塞做功，这样的热机叫 做内燃机。
10.2
由致冷机致冷系数
e Q2 Q1 Q2
得
Q1
e
e
1Q2
房间传入冰箱的热量 Q' 2.0107 J 热平衡时 Q' Q2
房间传入冰箱的热量 Q' 2.0107 J 热平衡时 Q' Q2
Q1
e
e
1
Q2
e
1Q' e
2.2 107
J
保持冰箱在 5 C 至 20 C 之间运转, 每天需作功
=1.26 ×106J；
Q放＝Q吸
m1=Q放/q
= 1.2×106J/(1.2×107J/kg)=0.1kg
高考链接
1．(2005广东)封闭在气缸内一定质量的气体，如 果保持气体体积不变，当温度升高时，以下说
法正确的是 （ B）D
A．气体的密度增大 B．气体的压强增大 C．气体分子的平均动能减小 D．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多
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1﹑蒸汽机和蒸汽轮机 2﹑内燃机和燃气轮机 3﹑制冷机
1.蒸汽机和蒸汽轮机
蒸汽机是一种广泛 应用与工业、农业和运 输业的热力机械。
资料
瓦 特 和 蒸 汽 机
经过瓦特的研制和改进，是蒸汽机成 为一种可以广泛应用的动力机械。
既然蒸汽机那么早就 被研发出来，呢吗它 的工作原理是什么呢？
知识要点
B．热量不能从常温物体传到高温物体
C．一切物理过程都具有方向性
D．由热力学定律可推断出某个物理过程是
否能自发进行
任何热机的效率都不能使100%，所以A不 对； 热量是不能自动从低温物体传到高温物体 上，所以B不对; 不是所有的物理过程都具有方向性，所以 C不对。
6. 一台电冰箱放在室温为 20 C的房间里 ，冰箱
3. 制 冷 机
名词解释
制冷机 利用外界对它所做的功，
将待冷却物体中的热量取出来，同时向高 温物体排放的机器。
热机 ：持续地将热量转变为功的机器 .
工作物质（工质）：热机中被利用来吸收热量 并对外做功的物质 .
冰箱循环示意图
动画：各种热机
动画：内燃机
动画：制冷机
课堂小结
1.热机 热机是热力发动机的简称。热机是将燃料 燃烧产生的高温、高压燃气的内能转化为 机械能装置。 2. 蒸汽机的工作原理
W
Q1
Q2
功率
Q1
Q' P
0.2107 J W 0.2107
W
23W
t 24 3600
7.把5kg40℃的水烧开，需要完全燃烧多少kg的 干木柴？（已知干木柴的热值为1.2×107J/kg， 外界为标准大气压，并且燃料完全燃烧放wk.baidu.com的 热量全部被水吸收）
Q吸=cm（t-t0） =4200J/(kg·0C)×5kg×600C
解析：体积不变，质量不变，所以密 度不变；温度升高，平均动能应增大。
2．（2005北京）下列关于热现象的说法，正确的
是（ D ）
A．外界对物体做功，物体的内能一定增加 B．气体的温度升高，气体的压强一定增大 C．任何条件下，热量都不会由低温物体传递到 高温物体 D．任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转 化为机械能
排气冲程
进气门关闭，排气 门打开，活塞由下向上 运动，把废气排出气缸。 活塞又向下运动，开始 下一个工作循环。
内燃机最常见的是汽油机和柴油 机，那么他们有什么同异？我们来一 起学习一下。
柴油机工作原理
汽油机和柴油机的异同表
汽油机
柴油机
燃料
汽油
柴油
不
结构
火花塞
喷油嘴
同 吸气冲程 吸入的是汽油和空气的混合气体
导入新课
生活中你见过哪些热机？
气缸体
四行程
二行程
不仅前面出现的这些，我们生活中 的处处都有热机的，下面就让我们系统 学习一下热机的工作原理。
第二章 能量的守恒与耗散
2.热机的工作原理
教学目标
1. 知识与能力
✓ 了解蒸汽机、内燃机、制冷机的原理。 ✓ 认识热机中的能量转化过程及其效率。
2 . 过程与方法
✓ 了解提高热机效率的重要性 ✓ 理解热机中的能量转化和转移的方向性
3. 情感态度与价值观
✓ 了解热机的发明和利用在人类文 明发展史上的重要作用 ✓ 培养热爱生活的情趣
教学重难点
重点
热机的工作原理
难点
如何提高热机的工作效率
汽油机
根据这个原理可以制造出 一种将内能转化为机械能 的机器。 热机是热力发动机的简称 热机是将燃料燃烧产生的 高温、高压燃气的内能转 化为机械能装置。
蒸汽机的工 作原理：
锅炉中的水受 热变成水蒸气，水 蒸气经过管道进入 汽室，通过滑动阀 控制，进入气缸， 驱动活塞往复运动， 对外做功。
资料
蒸汽机的效率很低，它逐 渐被内燃机所代替，但是采用 新型整齐技术的热机-蒸汽轮机 仍然有很广泛的用处，它可以 输出很强大的动力，火力发电 站大都采用它。
逐渐淡出人们视线的蒸汽机车
家用空调的节能方法：
第一，启动空调后，门窗要紧闭，
并放下窗帘以阻隔阳光的进入，使 用的窗帘要尽量厚一点。
第二，室内的温度不要调的太低， 将恒温器调在26摄氏度附近为宜。
第三，空调进出风口处要留有足够 大的空间，让冷风吹送自如，室外 机加盖遮阳罩，有利于节点。