初中物理同步讲义北师大版热机 火箭 燃料的利用和环境保护（提高） 知识讲解

热机火箭燃料的利用和环境保护（提高）

【学习目标】

1．知道热机中的能量转化。

2．知道四冲程热机的构造和工作原理。

3．了解现代火箭的构造和特点，了解多级火箭是星际航行的运载工具。

4．知道燃料的热值及其单位，并知道某种燃料热值的物理意义。

5.知道燃料燃烧过程中的能的转化是化学能转化为内能。

【要点梳理】

要点一、热机

将燃料燃烧产生的高温高压气体的内能转化为机械能的机器，统称为热机。常见的热机有：蒸汽机、

内燃机、汽轮机、喷气发动机等。

内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。内燃机分为汽油机和柴油机，

它们分别用汽油和柴油作为燃料。

汽油机和柴油机的异同点：

不同点相同点

项目汽油机柴油机

（1）构造基本

构造气缸顶部有火花塞气缸顶部有喷油嘴相同都是燃料

压缩冲程末由火花塞放出电火花压缩冲程末由喷油嘴向气缸内喷雾状柴油在气缸内燃烧，

点火方式

点燃，称点燃式遇到高温高压的空气自动燃烧，称压燃式都是内燃机。

汽油、吸气冲程吸进汽油和空气混

燃料柴油、吸气冲程吸进气缸的只是空气

合物（2）都将内能

压缩冲程末气体体积被压缩为吸压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的转化为机械能。

压缩比

进体积的1／9至1／61／22至1／16

做功冲程初燃气压强为30至50个做功冲程初燃气压强为50至100个大气压，（3）每一个工

做功大气压，温度2000℃至2500℃，温度1700℃至2000℃，高温高压的气体推作循环都是由

高温高压的气体推动活塞做功动活塞做功吸气、压缩、做

效率效率较低20％至30％效率较高30％至45％功、排气四个冲

用途轻便，多用于汽车、飞机、小型农笨重，多用于拖拉机、载重汽车、轮船等重程组成。

机具型机械

要点诠释：

（1）汽油机和柴油机的工作原理：汽油或柴油在气缸里燃烧时生成高温高压的燃气，用来推动活塞做

功。活塞通过连杆使内燃机的飞轮转动，从而带动其他机械转动。

（2）活塞在气缸内往复运动，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。

（3）在一个工作循环中，汽缸内的活塞往复两次，曲轴转动两周。

（4）四个冲程中只有做功冲程燃气对外做功，其他三个冲程都是靠飞轮惯性完成的。

（5）一个工作循环有两次能量转化，在压缩过程中，机械能转化为内能，在做功过程中，内能转化为

机械能。

要点二、热机的效率

热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率。

要点诠释：

（1）热机的效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。

（2）提高热机效率的途径：

①在设计和制造上，要不断改进和革新，以减少各种能量损失，提高效率。

②在使用上，要正确使用，注意保养。例如加润滑剂以保证良好的润滑，减小摩擦；运动零件之间

的间隙要调整得当，减小摩擦和防止漏气。

③充分利用废气带走的能量。例如热电站就是利用废气来供热的，这种既供电又供热的热电站，比

一般的火电站，燃料的利用率将大大提高。

要点三、火箭

1.火箭升空的原理：火箭升空的原理与气球反冲运动相同。在火箭燃烧室内部装着燃料和氧化剂。燃

料燃烧时产生高温高压燃气，燃气从喷口高速喷出时，对火箭产生巨大推力，从而把火箭发射出去。

从能量的角度来看，火箭也是把内能转化成机械能的机器，所以它也是热机家族中的一员。

2.火箭的分类：同时由于它所用燃料的形态不同，我们又把火箭分为固体火箭和液体火箭两种，较常

用的是液体火箭。

3.火箭的应用：发射卫星、运送空间站等等。为了把卫星、飞船等有效载荷送上太空，人们研制出了

多级火箭，即二级或三级火箭。

要点四、热值

某种燃料完全燃烧时化学能转化为内能的量（放出的热量）与其质量的比叫作这种燃料的热值。单位

是：J/㎏。

要点诠释：

（1）燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关：

①燃料的种类；

②燃料的质量；

③燃料是否充分燃烧。

（2）燃料完全燃烧放出热量的计算公式：Qqm，其中m为燃料的质量，q为燃料的热值。

要点五、内能对环境的影响及环保措施

1.内能对环境的影响：

①气污染（CO、SO、酸雨）。

②噪声污染。

2.保护环境，减小污染措施：

①改进燃烧设备，采取集中供热，加装消烟除尘装置。

②提高内能的综合利用率，把内能的一次利用变为多次利用（如用余热供暖等）。

③充分开发、利用污染小或无污染的能源（如太阳能等）。

化，如热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体。

【典型例题】

类型一、热机

1、（多选）下列现象中利用内能加热的是（）

A、晾晒稻谷B、喷气式飞机在空中飞行

C、用高炉熔化铁D、燃气推动发动机叶轮

【答案】AC

【解析】选项A中太阳照在稻谷上，使稻谷的温度升高，内能增大，能量的形式末变，是利用内能加热；

选项B中，燃料燃烧获得的内能转化成了飞机的机械能，能量的形式发生了变化；选项C中，炉子传热

给铁，使铁熔化，能量的形式未发生变化；选项D中，燃气推动发动机叶轮转动，燃气的内能转化为叶

轮的机械能，能量的形式发生了变化，所以选项C和A正确。

【总结升华】判断内能的利用途径可以从能量的形式是否发生转化这一特征入手。

2、（•岱岳区模拟）柴油机工作一个循环需四个冲程，其中由机械能转化为内能的是（）

A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程

【思路点拨】内燃机的四个冲程有吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，将机械能转化为内能的

是压缩冲程，将内能转化为机械能的是做功冲程。

【答案】B

【解析】在汽油机一个工作循环的四个冲程中，在压缩冲程中，压缩燃料的混合物做功，将机械能转化

为内能，温度升高、内能增加；在做功冲程中，高温高压的燃料被点燃燃烧形成高温高压的燃气，燃气

膨胀做功，将内能转化为机械能，故选B。

【总结升华】本题主要考查对热机一个工作循环中各冲程情况的了解以及工作的实质，并掌握涉及能量

转化的两个冲程。

举一反三：

【变式】单缸四冲程内燃机工作时，依靠飞轮的惯性来完成的冲程有（）

A、吸气、做功和排气冲程

B、吸气、压缩和做功冲程

C、压缩、做功和排气冲程

D、吸气、压缩和排气冲程

【答案】D

3、如图，表示做功冲程的示意图是()

【答案】B

【解析】内燃机的工作过程是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。在做功冲程里进气门、排气门

关闭，高温高压燃气推动活塞向下运动，活塞又通过连杆使曲轴转动。由图来判断，(B)图中进气门、排

气门关闭，活塞向下运动，应为做功冲程。

【总结升华】对内燃机四个冲程的判断，要结合气门和活塞运动情况进行判断。

举一反三：

【变式】（•乌鲁木齐中考）家用轿车四冲程汽油机工作时为轿车提供动力的冲程是（）

A、吸气冲程B、压缩冲程C、做功冲程D、排气冲程

【答案】C

类型二、燃料的热值和热机效率

4、质量是500g的铁壶内装有2kg15℃的水，把这壶水加热到100℃，共需要吸收多少焦耳的热量？

如果这些热量全部由木炭的燃烧来提供，需要完全燃烧多少kg的木炭？（，

木炭的燃烧值）

【思路点拨】（1）知道水和铁的质量、比热容、初温和末温，利用吸热公式Q吸=cm△t求水吸收的热

量和铁壶吸收的热量；

（2）由题知Q吸=Q放，根据公式Q放=mq求出需要燃烧木炭的质量。

【答案与解析】

先求出铁壶吸收的热量，然后再求出水吸收的热量，两部分热量加起来，就是总共吸收的热量，那

么这些热量就是木炭完全燃烧所放出的热量，然后再求木炭的质量，解法如下：

答：这壶水共吸收的热量为733550J，需完全燃烧木炭约21.6g。

【总结升华】本题考查学生对吸热公式Q吸=cm△t和Q放=qm的掌握和运用，属于必会题。

举一反三：

【变式】无烟煤的热值大于干木柴的热值，则（）

A、烧无烟煤比烧干木柴产生的热量多

B、要使它们放出同样多的热量，完全燃烧的无烟煤的质量小于完全燃烧的干木柴的质量

C、烧无烟煤比烧干木柴产生的烟尘多

D、煤比木柴含有的热量多

【答案】B

5、一辆汽车的发动机输出功率为66.15kw，每小时耗柴油14kg，请计算发动机的效率（柴油的燃

烧值为4.3×107J/kg）

【思路点拨】热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，则

。

【答案与解析】

发动机每小时做的功

W=Pt=66150W×3600s=2.38×108J

完全燃烧14kg柴油放出的能量

Q总=4.3×107J/kg×14kg=6.02×108J

做有用功的能量Q有=W=2.38×108J

发动机的效率是