机械能、内能及其转化

第十章机械能和内能一、机械能1.能量：定义：物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。单位：焦耳（J）。能量是表示物体对外做功本领大小的物理量，所以能量与功的单位相同。理解：一个物体“能够做功”并不一定“要做功”，也不是“正在做功”或者“已经做功”。2.动能：定义：物体由于运动而具有的能量。影响因素：物体的速度与质量（221mvEk=）探究方法：控制变量法和转换法。结论：物体的速度越大、质量越大，动能就越大。3.势能：分类：重力势能和弹性势能（1）重力势能：定义：物体由于被举高所具有的能量。影响因素：物体的相对高度和质量（mghEp=）。探究方法：控制变量法和转换法。结论：物体的质量越大位置越高，重力势能越大。注意：一个物体重力势能的多少取决于零势能面的选取，物体的位置高度是指物体相对于零势能面的高度。（2）弹性势能：定义：物体由于发生弹性形变而具有的能量。影响因素：物体的弹性形变程度与材料（材料的弹性）。探究方法：控制变量法和转换法。结论：物体的弹性越好、弹性形变越大，弹性势能越大。4.机械能：定义：动能与势能的总和称为机械能。机械能守恒定律：内容：一个物体只有重力或弹力做功时，只会发生动能与势能之间的转化，机械能的总量保持不变，我们就说机械能守恒。例：质量一定的物体，如果从高处加速下落时，只受重力作用，不受空气阻力，则动能越来越大，重力势能减小，整个过程中，重力势能逐渐转化为动能，机械能守恒；若下落过程中有空气阻力，则除了重力做功外还有其它力做功，部分重力势能转化为动能，但还有部分重力势能转化为物体的内能（摩擦生热），机械能不守恒。二、内能1.分子动理论：（1）物质组成：一切物体都是由分子和原子组成；（2）分子热运动：分子在不停的做无规则运动；（3）相互作用力：分子间存在着相互作用的引力和斥力。2.扩散现象：不同的物质接触时，彼此进入对方的现象。3.扩散现象表明分子在运动和分子间存在间隙。4.温度反映了构成物质的大量分子做无规则运动的剧烈程度，即温度越高，分子的无规则运动越剧烈；大量分子的无规则运动叫热运动。5.分子动能：定义：分子由于无规则运动而具有的能量。影响因素：物体温度和分子质量。结论：物体温度越高、构成物体的分子质量越大，分子动能越大。6.分子势能：定义：由于分子间的相互作用力而具有的能量。影响因素：分子质量与分子间距（物体的状态）。7.内能：物体内部所有的分子具有的分子动能和分子势能的总和称之为内能。影响因素：物体的质量（分子个数）、温度和状态。结论：同种物质质量越大，温度越高，内能越大。8.改变内能的方式：（1）做功（摩擦、撞击、压缩、膨胀等）；外界对物体做功，物体内能增大；物体对外界做功，物体内能减少；做功的本质是不同种类的能量的转化。（2）热传递（热辐射、热传导、对流等）；本质是同种能量的转移，总是从高温物体传递到低温物体，当温度相同时（热平衡），热传递结束。9.温度、内能、热量的区别与联系（）（1）区别（2）联系：温度的变化，可以改变一个物体的内能。传递热量的多少可以量度内能转移的多少。物体只吸收或放出热量，他的内能发生改变，但温度不一定改变。如晶体在融化（或凝固）时要不断地吸收（或放出）热量，内能要增加（或减少），但温度不变。从分子动理论看概念表达方式存在形式单位温度分子热运动剧烈程度的标志物体的冷热程度不能说“传递”和“转移”，只能说“是多少”状态量摄氏度（℃）内能物体内所有分子的分子动能和分子势能的总和能量的一种形式“具有”状态量焦耳（J）热量在热传递过程中内能转移的数量在热传递过程中，传递内能多少的量度不能说“具有”，只能说“吸收”或“放出”过程量焦耳（J）三、物质的比热容1.比热容：定义：某种物质温度升高（或降低）所吸收（或放出）的热量与其质量和温度变化量乘积的比，叫做这种物质的比热容（tmQcΔ=）。单位：焦耳每千克摄氏度)℃/(•kgJ物理意义：表示物质吸热（或放热）能力的物理量。探究方法：控制变量法（控制质量和温度变化量一样）和转换法（以加热时间的多少表示吸收热量的多少）。当不计热量损失时，放吸QQ=注意：比热容是物质的一种特性。它的大小与物质的种类与状态有关，与质量、体积、温度、密度、形状等无关。)/(J102.43Ckgc°•×=水，因水的比热容较大，所以水可以用来调节气温、取暖、作冷却剂等。2.导出公式：Q=cm∆t3.热平衡方程：Q吸=Q放（不计热量损失）、Q放=Q吸+Q损（计热量损失）；在一般题型中，若不计热量损失，则在热传递过程中，吸收的热量等于放出的热量。若有热量损失，则放出的热量等于吸收的热量与损失的热量之和。四、机械能与内能的转化1.热值：定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫做这种燃料的热值。q=Q放m（或q=Q放V）单位：焦耳每千克（J/kg）或焦耳每立方米（J/m3）2.热机：定义：把内能转化为机械能的机械叫热机。3.内燃机：分类：汽油机和柴油机。工作过程：（1）吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞由汽缸最上端向下运动；（2）压缩冲程：进气门和排气门关闭，活塞由汽缸最下端向上运动，汽缸内温度升高，气压增大，机械能转化为内能；（3）做功冲程：进气门和排气门关闭，活塞由汽缸最上端向下运动，汽缸内温度降低，气压减少，内能转化为机械能；（4）排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞由汽缸最下端向上运动。汽油机与柴油机的区别：（1）构造：在汽缸顶部汽油机是火花塞，柴油机是喷油嘴；（2）吸气冲程：汽油机吸入的是汽油与空气的混合物，柴油机吸入的是空气；（3）点火方式：汽油机是点燃式，柴油机是压燃式（柴油机将空气吸入汽缸后，在压缩冲程将空气压缩成高温（温度超过柴油的可燃点）高压的气体，再将柴油通过喷油嘴喷入汽缸，柴油遇到高温气体发生自燃）。（4）柴油机比汽油机笨重、效率高、功率大；柴油机一般应用于需要较大动力的机器中，如拖拉机、坦克、轮船、载重汽车等；汽油机一般应用于小型轿车、摩托车等。数量关系：冲程数=2倍曲轴转数=2倍飞轮转数=4倍工作循环=4倍做功次数4.火箭：结构：火箭主要由燃料箱、氧化剂箱、输送装置、燃烧室和尾部喷口。原理：火箭使用的是喷气式发动机，喷气式发动机的燃料在燃烧室内燃烧产生高温、高压的气体，这种气体从发动机尾部以极高的速度喷出，同时产生很大的反冲推力，推动机身向前运动。喷气式发动机种类：（1）空气喷气发动机：只携带燃料，利用外界空气助燃；（2）火箭喷气发动机：本身携带燃料和氧化剂，不需外界空气助燃。5.效率：用来做有用功的那部分能量Q有用与燃料完全燃烧所放出的热量Q放之比叫做热机的效率η=Q有用Q放×100%6.燃料缺点：煤、石油、天然气等燃料燃烧后会产生二氧化碳、二氧化硫等废气，大气中的二氧化碳含量增加，会加剧温室效应，使地球变暖，二氧化硫是产生酸雨的主要原因。