熱機(jī)火箭燃料的利用和環(huán)境保護(hù)（基礎(chǔ)）

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

1．知道熱機(jī)中的能量轉(zhuǎn)化。

2．知道四沖程熱機(jī)的構(gòu)造和工作原理。

3．了解現(xiàn)代火箭的構(gòu)造和特點(diǎn)，了解多級(jí)火箭是星際航行的運(yùn)載工具。

4．知道燃料的熱值及其單位，并知道某種燃料熱值的物理意義。

5.知道燃料燃燒過程中的能的轉(zhuǎn)化是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

【要點(diǎn)梳理】

要點(diǎn)一、熱機(jī)

將燃料燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器，統(tǒng)稱為熱機(jī)。

1.汽油機(jī)

（1）汽油機(jī)的構(gòu)造：氣缸、活塞、連桿、曲軸、進(jìn)氣門、排氣門、火花塞。

（2）汽油機(jī)的工作過程：吸氣、壓縮、做功、排氣。

1吸氣沖程。進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，活塞由氣缸最上端向下運(yùn)動(dòng)，汽油和空氣的混合物從進(jìn)氣門

被吸入氣缸。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到最下端時(shí)，進(jìn)氣門關(guān)閉。

2壓縮沖程。進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，活塞由氣缸的最下端向上運(yùn)動(dòng)，燃料混合物被壓縮，氣缸內(nèi)溫

度升高，氣壓增大。

3做功沖程。在壓縮沖程結(jié)束后，火花塞產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃燃料混合物。燃料混合物劇烈燃燒，產(chǎn)生

高溫、高壓燃?xì)猓苿?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，并通過連桿驅(qū)使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

4排氣沖程。進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門打開，活塞從氣缸最下端向上運(yùn)動(dòng)，把廢棄排出氣缸，為下一個(gè)循

環(huán)做好準(zhǔn)備。

2．柴油機(jī)

（1）柴油機(jī)的構(gòu)造：氣缸、活塞、連桿、曲軸、進(jìn)氣門、排氣門、噴油嘴。

（2）柴油機(jī)的工作過程：吸氣、壓縮、做功、排氣。

1吸氣沖程。進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，活塞由氣缸最上端向下運(yùn)動(dòng)，空氣從進(jìn)氣門被吸入氣缸。

當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到最下端時(shí)，進(jìn)氣門關(guān)閉。

2壓縮沖程。進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，活塞由氣缸的最下端向上運(yùn)動(dòng)，燃料混合物被壓縮，氣缸

內(nèi)溫度升高，其溫度超過柴油的燃點(diǎn)。

3做功沖程。在壓縮沖程結(jié)束后，由噴油嘴向氣缸內(nèi)噴射霧狀的柴油，這些柴油在氣缸內(nèi)高溫的

空氣中劇烈燃燒，產(chǎn)生高溫、高壓燃?xì)猓苿?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，并通過連桿驅(qū)使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

4排氣沖程。進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門打開，活塞從氣缸最下端向上運(yùn)動(dòng)，把廢棄排出氣缸，為下一

個(gè)循環(huán)做好準(zhǔn)備。

要點(diǎn)詮釋：

（1）汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作原理：汽油或柴油在氣缸里燃燒時(shí)生成高溫高壓的燃?xì)猓脕硗苿?dòng)活塞做

功。活塞通過連桿使內(nèi)燃機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)其他機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)。

（2）活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從氣缸的一端運(yùn)動(dòng)到另一端的過程，叫做一個(gè)沖程。

（3）在一個(gè)工作循環(huán)中，汽缸內(nèi)的活塞往復(fù)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩周。

（4）四個(gè)沖程中只有做功沖程燃?xì)鈱?duì)外做功，其他三個(gè)沖程都是靠飛輪慣性完成的。

（5）一個(gè)工作循環(huán)有兩次能量轉(zhuǎn)化，在壓縮過程中，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，在做功過程中，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為

機(jī)械能。

要點(diǎn)二、熱機(jī)的效率

熱機(jī)工作時(shí)，用來做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的熱量之比，叫做熱機(jī)的效率。

要點(diǎn)詮釋：

（1）熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，熱機(jī)的效率越高，它的機(jī)械性能就越好。

（2）提高熱機(jī)效率的途徑：

①在設(shè)計(jì)和制造上，要不斷改進(jìn)和革新，以減少各種能量損失，提高效率。

②在使用上，要正確使用，注意保養(yǎng)。例如加潤(rùn)滑劑以保證良好的潤(rùn)滑，減小摩擦；運(yùn)動(dòng)零件之間

的間隙要調(diào)整得當(dāng)，減小摩擦和防止漏氣。

③充分利用廢氣帶走的能量。例如熱電站就是利用廢氣來供熱的，這種既供電又供熱的熱電站，比

一般的火電站，燃料的利用率將大大提高。

要點(diǎn)三、火箭

1.火箭升空的原理：火箭升空的原理與氣球反沖運(yùn)動(dòng)相同。在火箭燃燒室內(nèi)部裝著燃料和氧化劑。燃

料燃燒時(shí)產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)猓細(xì)鈴膰娍诟咚賴姵鰰r(shí)，對(duì)火箭產(chǎn)生巨大推力，從而把火箭發(fā)射出去。

從能量的角度來看，火箭也是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的機(jī)器，所以它也是熱機(jī)家族中的一員。

2.火箭的分類：同時(shí)由于它所用燃料的形態(tài)不同，我們又把火箭分為固體火箭和液體火箭兩種，較常

用的是液體火箭。

3.火箭的應(yīng)用：發(fā)射衛(wèi)星、運(yùn)送空間站等等。為了把衛(wèi)星、飛船等有效載荷送上太空，人們研制出了

多級(jí)火箭，即二級(jí)或三級(jí)火箭。

要點(diǎn)四、熱值

某種燃料完全燃燒時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的量（放出的熱量）與其質(zhì)量的比叫作這種燃料的熱值。單位

是：J/㎏。

要點(diǎn)詮釋：

（1）燃料燃燒放出的熱量與哪些因素有關(guān)：

①燃料的種類；

②燃料的質(zhì)量；

③燃料是否充分燃燒。

（2）燃料完全燃燒放出熱量的計(jì)算公式：Qqm，其中m為燃料的質(zhì)量，q為燃料的熱值。

要點(diǎn)五、內(nèi)能對(duì)環(huán)境的影響及環(huán)保措施

1.內(nèi)能對(duì)環(huán)境的影響：

①空氣污染（CO、、酸雨）。

SO2

②噪聲污染。

2.保護(hù)環(huán)境，減小污染措施：

①改進(jìn)燃燒設(shè)備，采取集中供熱，加裝消煙除塵裝置。

②提高內(nèi)能的綜合利用率，把內(nèi)能的一次利用變?yōu)槎啻卫茫ㄈ缬糜酂峁┡龋?/p>

③充分開發(fā)、利用污染小或無污染的能源（如太陽能等）。

【典型例題】

類型一、熱機(jī)

1、下列現(xiàn)象中，利用內(nèi)能做功的是（）

A．冬天在戶外時(shí)兩手相互搓一會(huì)兒就暖和了

B．刀在砂輪的高速摩擦之下濺出火花

C．火箭在“熊熊烈火”的噴射中沖天而起

D．盛夏在烈日之下的柏油路面被曬熔化了

【思路點(diǎn)撥】本題抓住內(nèi)能的兩個(gè)應(yīng)用：一、利用內(nèi)能做功；二、利用內(nèi)能加熱物體。

【答案】C

【解析】A、冬天在戶外時(shí)兩手相互搓一會(huì)兒就暖和了，屬于利用內(nèi)能加熱物體，不符合題意。

B、刀在砂輪的高速摩擦之下濺出火花，屬于利用內(nèi)能加熱物體，不符合題意。

C、火箭在“熊熊烈火”的噴射中沖天而起，利用內(nèi)能做功，符合題意。

D、盛夏在烈日之下的柏油路面被曬熔化了，屬于利用內(nèi)能加熱物體，不符合題意。

【總結(jié)升華】?jī)?nèi)能的兩個(gè)應(yīng)用：加熱、做功。

舉一反三：

【變式】在下列各種過程中，利用內(nèi)能加熱的是（）

A．火箭將衛(wèi)星搭載上天

B．噴氣式客機(jī)載人飛翔

C．利用拖拉機(jī)耕地

D．燒水飲用

【答案】D

2、（?營(yíng)口三模）柴油機(jī)和汽油機(jī)在構(gòu)造上的主要區(qū)別是：柴油機(jī)氣缸頂部有，汽油機(jī)氣

缸頂部有，在吸氣沖程中的不同是：汽油機(jī)吸入氣缸里的是，柴油機(jī)吸入氣

缸里的是。

【思路點(diǎn)撥】總結(jié)汽油機(jī)和柴油機(jī)的異同點(diǎn)：①相同點(diǎn)：四個(gè)沖程相同，能的轉(zhuǎn)化相同；②不同點(diǎn)：①

吸入的物質(zhì)不同；②結(jié)構(gòu)不同；③壓強(qiáng)不同，效率不同；④點(diǎn)火方式不同。

【答案】噴油嘴；火花塞；空氣與汽油的混合物；空氣

【解析】（1）汽油機(jī)和柴油機(jī)在構(gòu)造上的區(qū)別是：汽油機(jī)頂部有個(gè)火花塞，柴油機(jī)頂部有個(gè)噴油嘴；

（2）在吸氣沖程里，汽油機(jī)吸入氣缸的是汽油和空氣的混合物，而柴油機(jī)吸入的是空氣，故答案為：

噴油嘴；火花塞；空氣與汽油的混合物；空氣。

【總結(jié)升華】此題考察內(nèi)燃機(jī)的工作原理，屬基礎(chǔ)題。

舉一反三：

【變式】（?濱州中考）汽車已經(jīng)成為現(xiàn)代生活不可缺少的一部分，汽車多數(shù)采用汽油機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)，

如圖是四沖程汽油機(jī)的工作循環(huán)示意圖，下列說法中不正確的是（）

A．甲沖程是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

B．乙沖程是排氣沖程

C．丙沖程是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

D．丁沖程是吸氣沖程

【答案】C

類型二、燃料的熱值和熱機(jī)效率

3、焦炭燃燒值是3.0×107J/kg，最少燃燒多少克的焦炭才可獲得6×103J的熱量。

【答案與解析】

解：

答：最少需燃燒0.2g的焦炭。

【總結(jié)升華】焦炭的燃燒值是3.0×107J/kg，意思是完全燃燒1kg的焦炭，可獲得3.0×107J的熱量，也

就是說燃燒1kg的焦碳最多可獲得3.0×107J的熱量。因此要得到6×103J的熱量最少需焦炭多少，可以

將公式Q=qm變形為燃后將數(shù)據(jù)帶入即可。

舉一反三：

【變式】有關(guān)熱值的概念，下列說法中正確的是（）

A、燃料完全燃燒時(shí)，它的熱量最大

B、沒有燃燒的燃料，熱值等于零

C、燃料燃燒時(shí)放出的熱量越多，熱值越大

D、燃料的熱值與燃燒情況無關(guān)

【答案】D

4、（?松北區(qū)三模）關(guān)于熱機(jī)的效率，下列說法正確的是（）

A．蒸汽機(jī)的效率通常高于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

B．熱機(jī)效率一定小于100%

C．汽車排放的尾氣，是城市環(huán)境污染的重要來源．目前有些新型燃料汽車，實(shí)現(xiàn)了“零排放”，它們的

效率達(dá)到100%

D．在完全無摩擦的道路上，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)可達(dá)到100%

【思路點(diǎn)撥】（1）熱機(jī)效率的概念：用來做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的能量之比．在工作過程

中，損失的能量越少，熱機(jī)的效率越高。

（2）任何機(jī)器的都不可避免的做額外功，效率不可能達(dá)到100%。

【答案】B

【解析】用來做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的能量之比，在工作過程中，損失的能量越少，熱機(jī)

的效率越高；

A、蒸汽機(jī)的燃料是在機(jī)器的外部燃燒，熱損失最多，效率最低；故A錯(cuò)誤；

B、熱機(jī)在工作時(shí)不可避免的要克服機(jī)械部件間的摩擦做額外功，機(jī)械效率不會(huì)達(dá)到100%；故B正確；

C、目前有些新型燃料汽車，實(shí)現(xiàn)了“零排放”，減少了污染，提高了效率，但效率不會(huì)達(dá)到100%；故

C錯(cuò)誤；

D、在完全無摩擦的道路上，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率可以提高，但不可能達(dá)到100%；故D錯(cuò)誤。

故選B。

【總結(jié)升華】本題考查了學(xué)生對(duì)熱機(jī)效率的了解與掌握，理解熱機(jī)效率小于1，屬于基礎(chǔ)題目。

舉一反三：

【變式】甲柴油機(jī)的效率比乙柴油機(jī)的效率高，這表明（）

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．甲柴油機(jī)內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的百分比大

【答案】D

類型三、燃料的利用和環(huán)境保護(hù)

5、學(xué)習(xí)了“機(jī)械能、內(nèi)能及其轉(zhuǎn)化”的知識(shí)后，同學(xué)們提出了下面的一些關(guān)于利用和開發(fā)能源的

建議，其中不可行的是（）

A．我國(guó)煤炭資源豐富，應(yīng)研究并采用如何讓燃料充分燃燒，以減少熱量損失的措施

B．電力部門應(yīng)加快進(jìn)行將內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能的研究，以減少內(nèi)能在多次轉(zhuǎn)化過程中的損失

C．我國(guó)應(yīng)進(jìn)一步開發(fā)利用江河水利資源

D．隨著資源的不斷消耗，應(yīng)研究出一種既可以不消耗或少消耗能量，又能不斷對(duì)外多做功的機(jī)器

【答案】D

【解析】A、煤炭在燃燒的過程中，由于燃燒不夠充分，導(dǎo)致散失的熱量較多，故研究并采用如何讓燃

料充分燃燒，以減少