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（基础）知识讲解

热机火箭燃料的利用和环境保护（基础）

【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。

1.汽油机

（1）汽油机的构造：气缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。

（2）汽油机的工作过程：吸气、压缩、做功、排气。

1吸气冲程。进气门打开，排气门关闭，活塞由气缸最上端向下运动，汽油和空气的混合物从进气门

被吸入气缸。当活塞运动到最下端时，进气门关闭。

2压缩冲程。进气门和排气门都关闭，活塞由气缸的最下端向上运动，燃料混合物被压缩，气缸内温

度升高，气压增大。

3做功冲程。在压缩冲程结束后，火花塞产生电火花，点燃燃料混合物。燃料混合物剧烈燃烧，产生

高温、高压燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆驱使曲轴转动。

4排气冲程。进气门关闭，排气门打开，活塞从气缸最下端向上运动，把废弃排出气缸，为下一个循

环做好准备。

2．柴油机

（1）柴油机的构造：气缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、喷油嘴。

（2）柴油机的工作过程：吸气、压缩、做功、排气。

1吸气冲程。进气门打开，排气门关闭，活塞由气缸最上端向下运动，空气从进气门被吸入气缸。

当活塞运动到最下端时，进气门关闭。

2压缩冲程。进气门和排气门都关闭，活塞由气缸的最下端向上运动，燃料混合物被压缩，气缸

内温度升高，其温度超过柴油的燃点。

3做功冲程。在压缩冲程结束后，由喷油嘴向气缸内喷射雾状的柴油，这些柴油在气缸内高温的

空气中剧烈燃烧，产生高温、高压燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆驱使曲轴转动。

4排气冲程。进气门关闭，排气门打开，活塞从气缸最下端向上运动，把废弃排出气缸，为下一

个循环做好准备。

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空气污染（CO、、酸雨）。

SO2

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）。

【典型例题】

类型一、热机

1、下列现象中，利用内能做功的是（）

A．冬天在户外时两手相互搓一会儿就暖和了

B．刀在砂轮的高速摩擦之下溅出火花

C．火箭在“熊熊烈火”的喷射中冲天而起

D．盛夏在烈日之下的柏油路面被晒熔化了

【思路点拨】本题抓住内能的两个应用：一、利用内能做功；二、利用内能加热物体。

【答案】C

【解析】A、冬天在户外时两手相互搓一会儿就暖和了，属于利用内能加热物体，不符合题意。

B、刀在砂轮的高速摩擦之下溅出火花，属于利用内能加热物体，不符合题意。

C、火箭在“熊熊烈火”的喷射中冲天而起，利用内能做功，符合题意。

D、盛夏在烈日之下的柏油路面被晒熔化了，属于利用内能加热物体，不符合题意。

【总结升华】内能的两个应用：加热、做功。

举一反三：

【变式】在下列各种过程中，利用内能加热的是（）

A．火箭将卫星搭载上天

B．喷气式客机载人飞翔

C．利用拖拉机耕地

D．烧水饮用

【答案】D

2、（•营口三模）柴油机和汽油机在构造上的主要区别是：柴油机气缸顶部有，汽油机气

缸顶部有，在吸气冲程中的不同是：汽油机吸入气缸里的是，柴油机吸入气

缸里的是。

【思路点拨】总结汽油机和柴油机的异同点：①相同点：四个冲程相同，能的转化相同；②不同点：①

吸入的物质不同；②结构不同；③压强不同，效率不同；④点火方式不同。

【答案】喷油嘴；火花塞；空气与汽油的混合物；空气

【解析】（1）汽油机和柴油机在构造上的区别是：汽油机顶部有个火花塞，柴油机顶部有个喷油嘴；

（2）在吸气冲程里，汽油机吸入气缸的是汽油和空气的混合物，而柴油机吸入的是空气，故答案为：

喷油嘴；火花塞；空气与汽油的混合物；空气。

【总结升华】此题考察内燃机的工作原理，属基础题。

举一反三：

【变式】（•滨州中考）汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分，汽车多数采用汽油机作为发动机，

如图是四冲程汽油机的工作循环示意图，下列说法中不正确的是（）

A．甲冲程是把机械能转化为内能

B．乙冲程是排气冲程

C．丙冲程是把机械能转化为内能

D．丁冲程是吸气冲程

【答案】C

类型二、燃料的热值和热机效率

3、焦炭燃烧值是3.0×107J/kg，最少燃烧多少克的焦炭才可获得6×103J的热量。

【答案与解析】

解：

答：最少需燃烧0.2g的焦炭。

【总结升华】焦炭的燃烧值是3.0×107J/kg，意思是完全燃烧1kg的焦炭，可获得3.0×107J的热量，也

就是说燃烧1kg的焦碳最多可获得3.0×107J的热量。因此要得到6×103J的热量最少需焦炭多少，可以

将公式Q=qm变形为燃后将数据带入即可。

举一反三：

【变式】有关热值的概念，下列说法中正确的是（）

A、燃料完全燃烧时，它的热量最大

B、没有燃烧的燃料，热值等于零

C、燃料燃烧时放出的热量越多，热值越大

D、燃料的热值与燃烧情况无关

【答案】D

4、（•松北区三模）关于热机的效率，下列说法正确的是（）

A．蒸汽机的效率通常高于喷气发动机

B．热机效率一定小于100%

C．汽车排放的尾气，是城市环境污染的重要来源．目前有些新型燃料汽车，实现了“零排放”，它们的

效率达到100%

D．在完全无摩擦的道路上，汽车发动机可达到100%

【思路点拨】（1）热机效率的概念：用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比．在工作过程

中，损失的能量越少，热机的效率越高。

（2）任何机器的都不可避免的做额外功，效率不可能达到100%。

【答案】B

【解析】用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，在工作过程中，损失的能量越少，热机

的效率越高；

A、蒸汽机的燃料是在机器的外部燃烧，热损失最多，效率最低；故A错误；

B、热机在工作时不可避免的要克服机械部件间的摩擦做额外功，机械效率不会达到100%；故B正确；

C、目前有些新型燃料汽车，实现了“零排放”，减少了污染，提高了效率，但效率不会达到100%；故

C错误；

D、在完全无摩擦的道路上，汽车发动机的效率可以提高，但不可能达到100%；故D错误。

故选B。

【总结升华】本题考查了学生对热机效率的了解与掌握，理解热机效率小于1，属于基础题目。

举一反三：

【变式】甲柴油机的效率比乙柴油机的效率高，这表明（）

A．甲的功率比乙的大

B．甲做的功比乙的多

C．甲消耗的柴油比乙的少

D．甲柴油机内能转化为机械能的百分比大

【答案】D

类型三、燃料的利用和环境保护

5、学习了“机械能、内能及其转化”的知识后，同学们提出了下面的一些关于利用和开发能源的

建议，其中不可行的是（）

A．我国煤炭资源丰富，应研究并采用如何让燃料充分燃烧，以减少热量损失的措施

B．电力部门应加快进行将内能直接转化为电能的研究，以减少内能在多次转化过程中的损失

C．我国应进一步开发利用江河水利资源

D．随着资源的不断消耗，应研究出一种既可以不消耗或少消耗能量，又能不断对外多做功的机器

【答案】D

【解析】A、煤炭在燃烧的过程中，由于燃烧不够充分，导致散失的热量较多，故研究并采用如何让燃

料充分燃烧，以减少