第三讲 热机、热值及效率 讲义 2026-2027学年沪科版（五四学制）九年级物理上册

本讲义聚焦热机、热值及效率核心知识点，系统梳理热机定义与工作原理，深入解析汽油机四冲程结构、能量转化及工作循环，延伸至热值概念、相关计算及热机效率的实际应用，构建从基础概念到综合应用的递进式学习支架。 资料特色在于知识清单系统整合概念，考向导航通过表格对比（如汽油机冲程气门状态、活塞运动）和方法技巧（转数与做功次数关系）培养科学思维，实验题（燃料热值探究）提升科学探究能力，计算题结合实际场景强化能量观念，课中辅助教师高效授课，课后助力学生巩固知识、查漏补缺。

第三讲 热机热值及效率 题号 2 3 4 5 10 18 19 20 答案 B B B C D B D A 1． 内 机械 内燃机 2．B 3．B 4．B 5．C 6． 内能转化为机械能 做功 20 40 7． 压缩 1800 比热容 8． 内能 做功 4800 1200 9．（1）；（2）；（3） 10．D 11． 0.016 热传递 不变 12．(1)初温 (2)水升高的温度 (3)酒精 (4)③ 13．(1)做功 (2) 20m/s 40kW 6.9×107J 14． 1200 30% 15．1.38×105 16． 做功 机械 30% 17．(1)8.4×105J (2)30% 18．B 19．D 20．A 21． 压缩 机械 内 22． A 被压缩 变大 23． 热传递 减小 做功 24．(1) 内能和机械能 做功 (2)将燃料燃烧过程改在热机内部进行 25． 机械 压缩 火花塞 不同 26． 压缩 A 做功 27．(1)4.2×106J (2)50% （3）与传统的电热水器相比，燃气热水器开后即可有热水，无需等待。 28． 29． 热传递 不变 30． 扩散 机械能 31．（1）7×108J；（2）4.5×108J；（3）64.3% 32．(1)1.5×10-3m3 (2)5.4×107J (3)， 2025N 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三讲 热机、热值及效率 知识清单 知识精讲一 热机 1. 热机 （1）热机：利用内能做功的机械叫热机。汽车、轮船和飞机等发动机都是利用燃烧燃料释放的内能做功的装置，都是热机。常见的有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 （2）热机的工作原理：燃料的化学能→内能→机械能。 （3）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。 知识精讲二 汽油机 1. 工作原理：利用汽油在汽缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。 2. 主要结构：汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。 3. 工作过程（1）冲程：活塞在气缸内往复运动，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 汽油机的四个冲程 （2）四个冲程：汽油机的一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。完成一个工作循环，活塞往复运动2次，飞轮转动2周，对外做功1次.（3）汽油机的工作过程 冲程 名称 进气门 排气门 活塞 运动 冲程的作用 能量转化 吸气 冲程 开 闭 向下 吸入燃料和空气的混合物 压缩 冲程 闭 闭 向上 压缩燃料和空气的混合物， 使其内能增大，温度升高 机械能转 化为内能 做功 冲程 闭 闭 向下 火花塞产生电火花，点燃燃料，高温高压的燃气推动活塞做功，带动飞轮转动 内能转化 为机械能 排气 冲程 闭 开 向上 排出废气 考向导航 考向01 热机 1．热机是各种将燃气或蒸汽的 能转化为 能的发动机，汽油机和柴油机统称为 。 考向02 汽油机的工作过程 方法技巧 1. 判断汽油机工作的冲程 2. 内燃机“两冲程”的能量转化 （1）将机械能转化为内能的是压缩冲程； （2）将内能转化为机械能的是做功冲程； （3）只有做功冲程对外做功，其他三个冲程均依靠飞轮惯性完成。 2．下面是汽油机工作时的各个冲程示意图，其中属于内能转化为机械能的是（      ） A． B． C． D． 3．现代社会，轿车已经步入百姓家庭。轿车上的四冲程汽油机工作时，将一部分机械能转化为内能的冲程是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 4．下面是汽油机工作时的各个冲程示意图，其中将机械能转化为内能的是（   ） A．B．C．D． 5．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，下列说法中正确的是（　　） A．图甲是压缩冲程，是将内能转化为机械能 B．在一个工作循环中，活塞上下往复一次 C．图丙冲程中，汽缸内的内能减小、温度降低 D．图丁是吸气冲程，吸入汽缸的物质是汽油 考向03 汽油机、柴油机及相关计算 方法技巧 转数与做功次数和工作循环个数的关系 做功冲程中燃气对活塞的平均压力F=pS；一个做功冲程中燃气对活塞做的功W=Fs；汽油机的功率P=W/t。 6．世界上很多发明都是受到生活现象的启发而萌生的创意。比如，蒸汽机和汽油机。如图所示，水蒸气冲起塞子过程中的能量转化情况是 （选填“机械能转化为内能”或“内能转化为机械能”），与四冲程汽油机的 冲程的能量转化相同。某单缸四冲程汽油机正常工作时飞轮的转速为2400r/min，则它每秒对外做功 次，飞轮转动 周。 6 7 8 7．如图所示是单缸四冲程汽油机某一冲程工作示意图，该冲程是 冲程。若该汽油机1s对外做功15次，则汽油机的飞轮速度为 r/min。热机工作时常用水降温，这是利用了水的 大的特性。 8．热机是利用 做功的机械，如图是某台汽油机的剖面图，它表示的是 冲程，已知该汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1min内，汽油机完成 个冲程，对外做功 次。 9．某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞横截面积为，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是，满负荷工作时做功冲程中燃气的平均压强为，飞轮内转动。若汽油机满负荷工作（不计摩擦），求： （1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力。 （2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功。 （3）汽油机的功率。 考向04 热值及其相关计算 方法技巧 1. 明确热值的两个关键点 2. 三步快解燃料燃烧的相关计算问题 10．下列关于燃料的热值说法正确的是（　　） A．燃料燃烧越充分，其热值越大 B．燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少 C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小 D．焦炭的热值是3.0×107J/kg，完全燃烧1kg焦炭能放出3.0×107J的热量 11．在标准大气压下，使用煤气灶将2kg的水从20℃加热到100℃，水吸收的热量是 J，若不计热量损失，此过程需要完全燃烧 kg的煤气，这是通过 的方式增加了水的内能。未使用完的煤气的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）。［水的比热容，煤气的热值] 12．小明采用如图所示的装置进行探究“质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”。 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 酒精 25 65 纸片 25 44 (1)为较快得出实验结论，除了要控制两套装置中燃料和水的质量相同外，还需控制水的 相同； (2)实验后，可以通过比较 （选填“加热时间”或“水升高的温度”）来比较酒精和碎纸片放出的热量多少； (3)从表格中数据可以发现，质量相同的酒精和碎纸片都充分燃烧后， 放出的热量多； (4)我们把燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比称为热值，这种定义热值的方法，我们称之为比值定义法。以下物理量用比值定义并能反映物质属性的是： （填写一个序号）。 ①速度 ②功率 ③比热容 ④压强 13．萝卜快跑无人驾驶是我国创新的重大成就，实现了武汉城市全域、全时空场景覆盖。萝卜快跑无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9km，用时5min45s，消耗燃油1.5kg，已知汽车的牵引力是2000N，燃油的热值为，假设燃油完全燃烧。 (1)汽车内燃机将内能转化为机械能的是 冲程； (2)求：①汽车行驶速度v ； ②汽车牵引力做功的功率P ； ③燃烧放出的热量Q。 考向05 热机效率及其计算 方法技巧 计算热机效率的步骤 1. 首先明确热机所做的有用功W＝Pt 2. 再明确燃料燃烧所释放的能量，即总能量为：Q＝qm（或Q＝qV） 3. 最后计算热机的效率：η＝W/Q 14．汽油机是热机的一种，某台单缸四冲程汽油机功率2000W，一次循环对外做功200J，则飞轮的转速为 r/min。一辆汽车匀速行驶20min，消耗的汽油为3kg，获得了4.14×107J的机械能，则该汽车汽油机的效率为 （汽油的热值为4.6×107J/kg）。 15．有一台汽油机在一个工作循环中消耗了10g汽油（汽油的热值是4.6×107J/kg）。若这台汽油机的效率为30%，则一个工作循环中输出的有用机械能为 J。 16．2020年11月20日，我国某品牌汽车公司发布了高效发动机，热机效率全球领先，高达43%，以惊艳表现开启了中国汽车品牌超高热效率发动机新纪元。如图1表示四冲程内燃机的某个冲程示意图，这个冲程是 冲程，把内能转化为 能，将内燃机的能量流向制成如图2所示的图表，请根据给出的信息，计算该内燃机的效率为 %。 17．一辆使用汽油为燃料的小汽车，在水平路面上匀速行驶，发动机的输出功率是60kW，已知汽油的热值为q=4.6×107J/kg，水的比热容c=4.2×103 J/（kg·℃）。 (1)汽车的冷却系统用水来给发动机降温，4kg的水在冷却系统中温度升高了50℃，水吸收的热量为多少？ (2)小汽车匀速行驶23 min消耗6kg汽油，发动机的效率是多少？ 课后作业巩固点1 18．如图所示为汽油机工作原理示意图，则一个汽缸正常工作时四个冲程的顺序是（　　） A．甲乙丙丁 B．甲乙丁丙 C．乙甲丙丁 D．乙甲丁丙 19．给普通轿车添加涡轮增压系统后，比原来更节能，排气更洁净，这是因为涡轮增压系统(     ) A．使汽油的比热容更大 B．使汽油的热值更大 C．使轿车排出的尾气更少 D．使汽油燃烧得更充分 20．下列情景中都发生了能的转化，其中主要是动能转化成热能[即内能]的是（    ） A．柴油机的压缩冲程 B．汽油机的做功冲程 C．电风扇的转动过程 D．核电厂的发电过程 21．图为汽油机的 冲程，在这个冲程中， 能转化为 能。 21 22 23 22．如图所示是汽油机的某个冲程，汽油与空气的混合气体处于图中 （选填字母）位置，在此冲程中，混合气体 （选填“被压缩”或“对外做功”），这些气体的内能 （选填“变大”、“不变”或“变小”）。 23．改变内能有不同的方式，如图所示是通过 方式增加试管里的水的内能。水沸腾后，水蒸气推动“试管塞”迅速冲出管口，水蒸气的内能 （选填“增大”或“减小”），在“试管塞”被推出的过程中，能量转化情况与内燃机的 冲程相同。 24．能量是物理学研究的永恒主题。从牛顿提出蒸汽机模型，到瓦特将之变成现实，再到后来的内燃机，热机的发展历程倾注了无数科学家的不懈努力。 (1)如图（a）中，水蒸气使叶轮转动，实现了 的转化，该过程相当于图（b）中四冲程内燃机的 冲程； (2)内能需要依靠燃烧燃料获得，为了提高对内能的利用效率，请说出一项图（b）相比图（a）的改进之处： 。 25．如图（a）所示，水沸腾后，盖在试管口上的塞子会受到水蒸气的压力而冲出，此过程中，水蒸气的内能转化为塞子的 能。图（b）所示为四冲程汽油机的 冲程，其顶部中间的这一部件叫做 ，这一冲程的能量转化情况与图（a）中情况 （选填“相同”或“不同”）。 26．图是汽油机工作的 冲程，气缸内的汽油和空气的混合气体处于 （选填“A”或“B”）位置内，此冲程是通过 的方式改变混合气体的内能。 27．如图是某款燃气热水器，该热水器将20kg的水从10℃加热到60℃，完全燃烧了0.21m3的燃气．已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，煤气的热值为4×107J/m3。求： (1)该过程中水吸收的热量； (2)该热水器烧水的效率。 (3)结合生活经验，与传统的电热水器相比，燃气热水器的一个优点。 28．使用清洁能源天然气有助于国家提出的2060年前实现碳中和的目标。小明同学用他家的天然气灶将质量为2kg，初温为15℃的水加热到95℃，水吸收的热量是 J：若此过程的热效率为40%，则此过程消耗天然气 m3。（水的比热容为4．2103J/（kg·℃），天然气热值为4.2107/m3） 29．在标准大气压下，使用煤气灶将2kg的水从20℃加热到100℃，水吸收的热量是 J，若不计热量损失，此过程需要完全燃烧 kg的煤气，这是通过 的方式增加了水的内能。未使用完的煤气的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）［水的比热容，煤气的热值］ 30．一辆小汽车从小红身旁驶过后，小红闻到了汽油味，这是 现象；某汽油机在一次工作中消耗了2kg汽油，对外做功为，则汽油机的效率为 （汽油热值为）。汽油机工作时，做功冲程将内能转化为 。 31．为保护环境，我国多个城市采用了氢燃料新能源公交车代替传统燃油公交车。若某氢能源公交车以150kW的恒定功率匀速行驶50min消耗了5kg的氢燃料。（q氢=1.4×108J/kg）求： （1）完全燃烧5kg的氢燃料放出的热量； （2）公交车行驶50min所做的功； （3）公交车的热机效率。 32．如图是一款无人驾驶汽车在一段平直的公路上匀速行驶8000m时，消耗汽油1.5L，假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为30%（已知油的密度为，汽油的热值为，）。求： (1)发动机消耗汽油的质量； (2)燃油完全燃烧放出的热量； (3)发动机做的有用功是多少，牵引力为多少。 1 学科网（北京）股份有限公司 $