第十二章机械能和内能.doc

第十二章 机械能和内能一、动能、势能、机械能A、能量：一个物体能够对另一个物体做功，这个物体就具有能量。一个物体能够做多少功，它就具有多少能量。所以能量的单位跟功的单位相同，即：焦耳（J）。B、动能1、物体由于运动而具有的能叫做动能。2、动能大小跟物体的质量和速度两个因素有关。物体的速度越大，质量越大，具有的动能越大。3、实验中为了研究动能大小跟物体速度的关系时，用同一小车从不同高度滚下去，这样小车质量相同而速度不相同。观察到的现象是，质量一定时，运动速度越快，小车推行木块的距离越远。从而得出结论：质量一定时，物体运动速度越大，具有的动能越多；为了研究动能大小跟物体质量的关系时，让小车从同一高度滚下可保证速度相同，通过增加砝码来改变质量。观察到的现象：速度相同时，小车质量越大，推动木块越远。结论是：速度一定时，质量大的物体具有的动能越多。保持质量相同，研究动能大小跟物体运动速度的关系，再保持速度相同时，研究动能跟物体质量的关系，这种研究问题的方法叫做控制变量法。通过木块被推的距离来判断物体动能的大小，这种研究问题的方法，叫做转换法。C、弹性势能1、定义：弹性物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。2、弹性势能的大小跟弹性的大小和形变的大小有关。物体弹性越大，形变越大，它具有的弹性势能越多。3、具有弹性势能的实例：被拉长的橡皮筋、被压缩的弹簧、闹钟上得较紧的发条、撞击在地面的还没有弹起的篮球、被压变形的跳板等物体都具有弹性势能。D、重力势能1、物体由于被举高而具有的能叫做重力势能。2、重力势能的大小跟物体的质量和被举的高度有关。物体质量越大，被举得越高，具有的重力势能越多。3、实验中为了研究重力势能大小跟质量的关系，必须保持高度相同，选用质量不同的两个木块打沙面上的小桌，看小桌被打入的深度。看到的现象是：高度相同时，质量越大的木块将小桌打入沙面越深。结论时：高度相同时，质量越大的物体具有的重力势能越多；为了研究重力势能大小跟高度的关系，必须保持质量相同，从不同高度的地方打沙面上的小桌，看小桌被打入的深度。现象是：质量相同时，越高的木块将小桌打入沙面越深。结论是：质量相同时，越高的物体具有的重力势能越多。E、机械能1、势能分为弹性势能和重力势能两种。2、动能和势能统称为机械能3、一个物体可能既具有动能也具有势能：在空中飞行的飞机就同时具有动能和势能。4、动能和势能可以相互转化摆球从高处摆向低处时，速度在增加，所以动能在增加，而高度在减少，所以重力势能在减少，所以这个过程中重力势能正在转化为动能。同理得从低处摆向高处时，动能又转化为重力势能。撑杆跳高运动员从离开地面向上时，竹杆的形变在减小，高度在增加，所以弹性势能正在转化为重力势能。乒乓球下落时，重力势能转化为动能；接触地面开始下压变形时，动能又变成弹性势能；乒乓球上弹恢复形变时弹性势能又转化为动能；乒乓球离开地面上升时，动能又转化为重力势能。滚摆向下滚动时，重力势能转化为动能；向上滚动时，动能又转化为重力势能动能和势能相互转化过程中，若没有阻力，机械能保持不变。例如：人造卫星绕地球转动时，因为没有阻力，从近地点转向远地点时，动能正在转化为重力势能，而机械能的总量保持不变，所以远地点处速度小，而近地点处速度最大。5、大海中蕴含巨大的机械能：潮汐能、海浪能、海流能二、内能、热量A、内能1、内能：物理学中，把物体内所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。任何物体任何时间都有内能，其原因是：一切物体内分子在永不停息地作无规则运动，所以分子动能不可能为零，因而物体内能不可能为零。物体内部大量分子的无规则运动叫做热运动。2、内能与温度的关系：物体温度升高，内能增加；温度降低，内能减少。反之，物体内能增加时，温度不一定升高，冰熔化过程就一个例子。3、内能大小决于物体的温度和物体内分子的多少，所以不能说温度高的物体内能就一定多。B、改变内能的方式1、改变内能的方式之一：热传递2、例：金属汤勺放大汤中，温度升高，内能增加；食品放入电冰箱中，温度降低，内能减少；太阳光照射下，水的温度升高，内能增加。3、热传递的条件是：物体或物体的不同部分之间存在温度差，就会发生热传递，且总是从高温部分传向低温部分。4、热传递的本质是：内能从高温处转移到低温处，直至温度相同。比热容：A、将物体温度升高时吸收的热量较与 它的质量和升高温度的乘积 之比 叫这种物质的比热容。B、比热容的单位：焦/（千克）读作：焦每千克摄氏度C、水的比热为4.2103焦/（千克）表示：1千克的水温度升高1所吸收的热量为4.2103焦的热量；当然也表示1千克的水温度降低1所放出的热量为4.2103焦的热量。D、比热容是物质的一种特性，它的大小与吸收或放出热量的多少和质量大小无关，比热容不随随温度的变化而变化，同一种物质比热容相同，不同物质的比热容一般不同，发生物态变化时，比热容会发生变化，如水结冰时，比热容由4.2X103J/（kg）变成2.1X103J/（kg）E、热量的计算公式：Q = Cmt，具体来讲吸热时为：Q吸 = Cm（t-t0）； Q放 = Cm（t0-t）。可见：物体吸收的热量跟物体的质量、温度的变化、物质的比热容三个因素有关。E、解释一些现象：1、海水温度变化比沙子小的原因是：水的比热比沙子大3倍多，同样多的水和沙子，在吸收相同热量时，水的温度变化就小得多。2、三峡水电站建成后，三峡库区的气候会：夏天温度比以前下降2左右，而冬天温度比以前上升2左右，也是因为水的比热容比较大的缘固。3、育秧时，傍晚时向秧田里灌水，第二天太阳升起后，再把田里的水放掉，就是因为水的比热容比较大，同样多的水和泥土放出同样的热量时，水的温度下降少，所以能起到保护秧苗的作用。4、汽车发动机应用水作为冷却剂，也是因为水的比热容较大的缘固。5、水的比热容比砂石的要大3倍多，这就是沿海地区日温差小而沙漠地区日温差大的主要原因F、海陆风的成因：1、海风：白天，地面比大海升温快，地面热空气密度较小，热空气上升，海面较冷的空气就会来补充，形成了冷空气沿海面吹向陆地的海风。2、陆风：夜晚，地面要比大海凉得快，海面上的热空气上升，地面上的冷空气就会来补充，形成了冷空气沿地面吹向大海的陆风。C、热量1、热量：物理学中，把物体在热传递过程中转移能量的多少叫做热量，用Q表示。物体内能多少，不能叫做热量，所以“物体含有10J的热量”这种说法就是错误的。2、热量单位：焦耳（J）3、当物体温度升高时所吸收的热量为：Q吸=cm(t-t0)。当物体温度降低时，所放出的热量为：Q放=cm(t0- t)。水的比热容为4.2X103J/(kg)，表示1kg的水温度升高1所吸收的热量为4.2X103J或表示1kg的水温度降低1所放出的热量为4.2X103J。4、汽车发动机为了散热采取的措施：用水作为工作物质，因为水的比热容比较大；利用水的流动，把热量带出发动机再通过散热片传出去；散热片表面做得凹凸不平，增大散热片的表面积；利用风扇增加空气的流动，加快散热速度三、机械能与内能的相互转化A、机械能变成内能(考试就是考这些实例)1、实例：将铁丝快速弯折，可使铁丝的内能增加；压缩空气时，可使空气内能增加；摩擦可使人手内能增加、可使流星发光发热、可使火柴头发热内能增加而燃烧、可使通过沙轮打磨的金属表面火星四射，内能增加；电流通过导体，可使物体内能增加。打气筒打气时，活塞克服筒壁的摩擦阻力做功，使筒壁内能增加；另外活塞压缩空气做功时，可使空气内能增加，温度升高，再通过热传递把内能传给筒壁，使筒壁内能增加，温度升高。2、可见改变内能的方式有两种：做功和热传递。3、做功使物体内能增加的过程中，物体的机械能转化为内能；电流通过导体时，电能转化为内能。B、内能转化为机械能1、实例：酒精与空气混和后，点燃后会爆炸，而对外做功，内能减少，而机械能增加；汽油机、柴油机、火箭、爆竹、飞机发动机工作时都是通过燃料燃烧后获得的高温高压的燃气对外做功，将内能转化为机械能；水蒸气冲开壶盖时，内能转化为机械能。2、以上实例说明，物体对外做功，可以减少内能，此时内能转化为机械能C、可见，做功改变内能的本质是机械能与内能相互转化的过程，改变了多少内能可通过W=Fs来计算；热传递改变内能的本质是内能的转移，转移了多少内能可通过公式Q=cmt来计算。D、汽油机的作用过程1、吸气冲程：进气门打开，活塞向下运动，从进气门吸入空气和汽油混合物。2、压缩冲程：进气和排气关闭，活塞向上运动，压缩混合气体，温度升高，机械能转化为内能。3、做功冲程：进气和排气关闭，火花塞打火，混合气体燃烧，高温高压的燃气推动活塞向下运动，内能转变成机械能。4、排气冲程：进气门关，排气门开，活塞向上运动，排出废气。5、一个工作循环包括：吸气、压缩、做功、排气四个冲程，一个工作循环曲轴旋转2转，活塞往复4次。其中吸气、压缩、排气三个冲程是通过飞轮的惯性来完成的。(1421)E、燃料的热值1、1kg某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值，燃料的热值用q表示，单位J/kg2、计算式：Q=m q3、燃料的热值是燃料本身的属性，它的大小与质量、热量、是否充分燃烧无关，是衡量燃料质量好坏的依据。4、化石燃料的燃烧对环境的污染：放出大量的有毒气体一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等等。5、一般来讲，通过热值计算出酒精燃烧所放出的热量比被水吸收的热量要少，原因是：一、酒精不可能完全燃烧；二、燃烧后放出的热量也不可能完全被水吸收。