热机及热机效率精彩试题及解答

热机及热机效率

思考：

如图所示在试管里装些水，用橡皮塞塞住

加热使水沸腾，会看到什么现象？讨论这

个过程中能量的变化？

这个实验向同学们展示了人类利用能的过程。

燃料的化学能通过燃料转化为能，又通过做功，

把能转化为机械能。热机的种类很多，例如蒸汽机、

燃机、汽轮机、喷气发动机等，尽管它们的构造各不

相同但都是把能转化为机械能的机器。热机的广泛使

用，使人类迈入了工业化社会。 【知识梳理】

【基础概念】

1、热机：将能转化为机械能的机器。

2、燃机：燃机是最常见的热机；汽油机、柴油机是最常见的燃机。

3、四冲程汽油机：活塞在气缸往复运动是，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做冲程。多数汽油机是由吸气、压缩、燃烧——膨胀做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。

吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物

进入气缸。

内能的利用

热 机 汽油机的工作原理 能 量 的 转 化 热 机 的 效 率 燃料的热值 定 义 单 位

燃料的利用率

压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩。

做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，是燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体，高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，从而做功。

排气过程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。压缩冲程把机械能转化为能，做功冲程把能转化为机械能。

4、热机的效率

讨论交流：热机工作时，能不能将

燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有

用功呢？

由图可知，真正能转变为对外做有

用功的能量只占燃料燃烧时所释放能量的一部分。

热机定律

热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧释放的能量的比值称为热机效率，即：

热量：指的是由于温差的存在而导致的能量转化过程中所转移的能量。

蒸汽机的效率很低，只有6%～15%，燃机效率比蒸汽机的高，汽油机的效率

为20%～30%，柴油机的效率为30%～45%。热机效率是热机性能的一个重要指标。

关于能的利用和环境保护的问题。要知道工业企业，交通运输工具，家庭炉

灶和取暖设备，它们都要用煤、石油等燃料，以取得和应用能。它们排放的烟尘废气是大气污染的主要来源。

大气污染不但直接危害人体健康，而且会影响植物的正常生长，甚至影响全

球的气候。保护环境，控制和消除大气污染，已经成为当前需要解决的重要课题。

【知识问答】

这一部分主要是为了加深学生对概念的认识以及理解，并进一步的去讨论探究。

问1：怎样更深刻地理解四冲程汽油机的工作过程？

答：四冲程汽油机的每一个工作循环包括四个冲程：吸气、压缩、做功、排气，这四个冲程中只有做功冲程（即燃烧—膨胀做

功冲程）对外做功，它是靠燃料（汽油）在汽缸中

燃烧，生成高温高压的燃气，燃气推动活塞对外做

功，实现了能转化为机械能，从而使汽车获得了动

力（机械能），而且其他三个冲程

靠飞轮的惯性来完成，吸气、压缩、排气冲程需消耗机械能，其中压缩冲程机械能转化为能形成高温高压燃油气体混合物，遇电火花而猛烈燃烧，获得更大的能，在这其中，还存在燃料的化学能转化为能的能量转化形式。

问2：怎样从热机的效率来理解提高燃料的利用率？

答：们知道，热机我的效率=量燃料完全燃烧放出的能做有用功的能量，其中，燃料完全燃烧放出的能量即为热机的燃气能，燃气能=散热损失能量+机械损失能量（克服摩擦）+有用机械能。

从上面的等式中可看出，要提高热机效率可尽量减少各种能量损失，其中减

少燃气的能损失是有效措施就是重新利用燃气能（如热电站），这样可提高燃料利用率。当然，现代化的新型热机（比如课本P117

介绍的现代汽车的发动机利

用微电脑控制）的喷油系统，可提高燃油在汽车中的燃烧效率，从而业可提高燃料的利用率。作为当今石油等能源物质的严重匮乏而又必须面临的严峻事实，提高燃料的利用率的问题就显得尤为重要。我们作为新世纪祖国建设的接班人，在这个问题上有着很广阔的探索空间，我们希望有更多的同学将来在汽车工业、能源开发遇利用等方面做一个科技型的节能专家。

问：为什么热机的效率比较低？

答：根据热机效率的定义可知，热机的效率比较低，说明热机中燃料完全燃烧放出的能量中用来做有用功的部分比较少。为什么会比较少呢？要回答这个问题，先要弄清热机工作过程中有哪些损失能量的原因，归纳起来应该有以下几个原因：

（1）燃料并未完全燃烧，使部分能量白白浪费掉了。例如，一辆汽车从身边驶过，有时我们从汽车排出的气体中嗅到了汽油味，这说明汽油机中的汽油未完全燃烧。

（2）热机工作的排气冲程要将废气排出，而排出的气体中还具有能，另外汽缸壁等也会传走一部分能。

（3）由于热机各零部件之间有摩擦，需要克服做功而消耗部分能量。

（4）曲轴获得的机械能也未完全用来对外做功，而有一部分传给飞轮以维持其继续转动，这部分虽然是机械能，但不能称之为有用功。

据上所述，热机中能量损失的原因这么多，所以热机的效率一般都比较低．

【典型例题】

例1：汽油机工作过程由四个冲程组成，在这些冲程中，能转化为机械能的是（）

A. 吸气冲程

B. 压缩冲程

C. 做功冲程

D. 排气冲程

选题目的：本题用于考查知道汽油机工作过程由四个冲程组成，考查理解在汽油机工作的四个冲程中，发生能量转化的情况。

解析：知道汽油机工作的四个冲程中，只有在做功冲程与压缩冲程中发生能量转化．且只有在做功冲程中，是将燃气的能转化为活塞的机械能。本题易错点是不知道汽油机工作的四个冲程中，发生能量转化的情况。汽油机工作中发生能