师：各位同学，大家好。今天我们要复习的内容是能量守恒效率二、热机的效率。先来看一下今天会复习的几个内容：一、热机及热机的能量流向；二、热机的效率；三、几个典型的热机效率问题。老师想问同学们一个问题，请回忆一下什么是热机？
生：蒸汽机、汽油机、柴油机、喷气发动机、汽轮机。
师：没错，这些都是热机。它们的共同特点是燃烧燃料，将燃烧燃料释放的内能转化为机械能来工作。所以热机是把内能转化为机械能的机器，它的能量流向图如图所示。热机将输入的内能转化为机械能，同时还有损失的能量。接下来我们看热机的效率。热机工作时获得的机械能$E_{机}$是有用能量，为了计算热机的效率，我们用燃料完全燃烧放出的热量$Q_{放}$来计算内能的输入，也就是总能量。因此热机的效率$\eta$可以表示为$\eta = \frac{E_{机}}{Q_{放}}$。根据能量守恒定律，能量之间还应该满足以下关系式：$Q_{放} = E_{机} + E_{损}$。
那么热机是怎样实现将内能转化为机械能，而损失的能量又包含哪些内容呢？下面我们通过蒸汽机和汽油机，帮助同学们回顾热机的具体工作流程以及能量的转化。先来看蒸汽机，在生活中我们会遇到这样的情景：用火炉烧水，水沸腾时，壶盖不断地振动。这个过程可以模拟蒸汽机的工作原理。首先，燃料燃烧时把燃料的化学能转化为内能，但燃料不能完全燃烧，所以会造成能量的损耗。接下来，实际放出的热量通过热传递的方式转移到水和水蒸气。同时，高温的烟气会带走相当一部分热量，火焰周围的空气和炉具也会吸热，造成热损失。同样，装水的容器也会对外散热造成损失。接下来，水沸腾时产生的水蒸气膨胀，对外做功，把水蒸气的内能转化为壶盖的机械能。这时，高温的水蒸气会带走一部分热量，同时由于克服摩擦也会造成能量的损失。在计算蒸汽机的效率时，我们用壶盖的机械能$E_{机}$除以最初输入的能量，也就是燃料完全燃烧放出的热量$Q_{放}$，所以$\eta = \frac{E_{机}}{Q_{放}}$，能量之间满足以下关系：$Q_{放} = E_{机} +$所有损失的能量之和。下面来看汽油机。大部分的汽油机，它的工作由四个冲程组成，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程以及排气冲程，而汽油机获得动力主要是在做功冲程。火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧。此时燃料的化学能转化为内能，产生高温高压的气体，同样，燃料不能够完全燃烧而造成能量的损失。接下来，高温高压的气体会推动活塞向下运动，使活塞具有机械能，这是通过做功的方式将气体的内能转化为活塞的机械能，由于要克服摩擦也会造成能量的损失。接下来，依然高温的气体会通过气缸壁散热损失掉部分热量，在最后的排气冲程，废气也会带走剩余的热量。在计算汽油机效率时，我们也用最终输出的有用机械能$E_{机}$除以最初输入的燃料完全燃烧放出的热量$Q_{放}$。但对于汽油机来说，最终输出的有用机械能也体现为对外做的有用功，因此$\eta = \frac{E_{机}}{Q_{放}} = \frac{W_{有}}{Q_{放}}$。能量之间也满足这样的关系：$Q_{放} = E_{机} +$各种能量的损失。
好，接下来让我们一起看几个典型的热机效率问题。第一题，如图所示，是用于对外做机械功的某机器的能量流向图，根据题中信息可判断此机器可能是哪一个？从图中我们可以看到最初输入的是内能，输出的是机械能以及热量的损失。所以这台机器实现的是将内能转化为机械能，此机器应该是热机。热量的损失，根据能量守恒定律，$E_{损} =$最初输入的内能 - 输出的机械能。因此答案是$65$焦耳。此机器的效率$\eta = \frac{E_{机}}{E_{内}}$，答案是$35%$。
接下来让我们来看一道中考题，下列说法正确的是：A. 内燃机是利用电能做功的机器；B. 内燃机在做功冲程把内能转化为机械能；C. 内燃机在压缩冲程把内能转化为机械能；D. 随着技术的进步，内燃机的效率能达到$100%$。我们比较容易能够排除A和D选项。首先，因为内燃机也是热机的一种，所以A选项应该改为内燃机是利用内能做功的机器，而D选项的错误是由于所有的机器都不可避免地会有摩擦和其他因素造成能量的损失，所以不管技术如何改进，内燃机的效率都不能达到$100%$。好，有同学在B和C选项之间没办法做选择。有的同学跟老师说：“老师，我分不清这两个冲程的能量转化，它们太像了。”那电视机前的你能够说出这两个冲程有什么区别吗？先看做功冲程，做功，顾名思义，热机要在这个冲程获得机械能对外做功。热机的主要能量转化都发生在这个冲程，而获得机械能的过程是高温高压的气体推动活塞，使气体的内能转化为活塞的机械能，可见在做功冲程实现了内能转化为机械能。而压缩冲程中的压缩实现的能量转化应为活塞的机械能转化为气体的内能，那压缩冲程有什么作用呢？主要是为做功冲程中的燃料燃烧做准备，也就是提高燃料和空气混合物的温度，因此要通过活塞压缩气体，增加气体的内能。因此这道题正确答案是B，内燃机在做功冲程把内能转化为机械能。