物理學—能.doc

物理學能一、機械能機械能表示物體運動狀態(tài)與高度的物理量，是動能與部分勢能的總和，這里的勢能分為重力勢能和彈性勢能。決定動能的是質量與速度；決定重力勢能的是高度和質量；決定彈性勢能的是勁度系數(shù)與形變量。動能與勢能可相互轉化。機械能守恒：在不計摩擦和介質助力的情況下物體只發(fā)生動能和勢能的相互轉化且機械能的總量保持不變，也就是動能的增加或減少等于勢能的減少或增加。機械能與整個物體的機械運動情況有關。當有摩擦時，一部分的機械能轉化為熱能，在空氣中散失，另一部分轉化為動能或勢能。所以在自然界中沒有機械能能守恒，那么達芬奇提出的永動機就不可能被制造出來（不消耗能量而能永遠對外做功的機器，它違反了能量守恒定律，故稱為“第一類永動機”。在沒有溫度差的情況下，從自然界中的海水或空氣中不斷吸取熱量而使之連續(xù)地轉變?yōu)闄C械能的機器，它違反了熱力學第二定律，故稱為“第二類永動機”）。 二、動能物體由于運動而具有的能叫做動能，一切運動的物體都具有動能。動能的單位 為J（焦耳）。決定動能大小的因素是物體的質量和速度。動能計算公式E=1/2mv2（E：動能，單位-焦耳；m：質量；v：速度）風吹著帆船航行，空氣對帆船做了功；急流的河水把石頭沖走，水對石頭做了功；運動著的鋼球打在木塊上，把木塊推走，鋼球對木塊做了功。流動的空氣和水，運動的鋼球，它們能夠做功，它們都具有能量?？諝狻⑺?、鋼球是由于運動而能夠做功的，它們具有的能量叫做動能。一切運動的物體都具有動能。三、勢能（位能）物體由于具有做功的形勢而具有的能叫勢能。它是儲存于一個系統(tǒng)內的能量，也可以釋放或者轉化為其他形式的能量，如動能由于各物體間存在相互作用而具有的、由各物體間相對位置決定的能叫勢能，又稱作位能，勢能是狀態(tài)量（狀態(tài)量是描述物質系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，如：位置、速度、動量、動能、角速度、角動量、壓強、溫度、體積等等都是狀態(tài)量物質系統(tǒng)在外界作用下，它的狀態(tài)將隨時間而發(fā)生變化，描述該系統(tǒng)狀態(tài)量也隨時間而發(fā)生變化），亦稱“位能”。由相互作用的物體之間的相對位置，或由物體內部各部分之間的相對位置所確定的能叫做“勢能”。按作用性質的不同，可以分為引力勢能、彈性勢能、分子勢能、電勢能和核勢能等。力學中勢能有引力勢能、重力勢能和彈力勢能。勢能不是屬于單獨物體所具有的，而是相互作用的物體所共有。動能和勢能可以相互轉化，如石頭下落過程，勢能減小動能增加。【做功：能量由一種形式轉化為另一種的形式的過程。做功的兩個必要因素：作用在物體上的力和物體在力的方向上通過的距離。經(jīng)典力學的定義：當一個力作用在物體上，并使物體在力的方向上通過了一段距離，力學中就說這個力對物體做了功。】人們在打樁時，先把重錘高高舉起，重錘落下就能把木樁打入地里。重錘是由于被舉高而能夠做功的，舉高的物體具有的能量叫重力勢能。物體的質量越大，舉得越高，它具有的重力勢能就越大。被舉高的重錘具有重力勢能。重錘的質量越大，被舉得越高，下落時做的功越多，表示重錘的重力勢能越大。射箭運動員把弓拉彎，放手后被拉彎的弓能把箭射出去被壓縮的彈簧在放松后能把壓在上面的砝碼舉起。弓和彈簧都是由于發(fā)生彈性形變而能夠做功的，發(fā)生彈性形變的物體具有的能量叫彈性勢能物體的彈性形變越大，它具有的彈性勢能就越大。動能和勢能統(tǒng)稱為機械能。一個物體可以既有動能，又有勢能，例如，飛行中的飛機因為它在運動而具有動能，又因為它在高處而具有重力勢能，把這兩種能量加在一起，就得到它的總機械能。機械能是最常見的一種形式的能量。一個物體能夠做的功越多，表示這個物體的能量越大，因此，能量的大小可以用做功的多少來衡量。動能、勢能或機械能的單位跟功的單位相同，也是焦耳。例如，在空中飛行的一個球的重力勢能是5 焦，動能是4 焦，球的機械能則為9 焦。 物體受到外力作用而發(fā)生的形狀變化，叫做形變。如果外力撤消，物體能恢復原狀，這種形變叫做彈性形變。四、熱能熱能(thermal energy)又稱熱量、能量等，它是生命的能源。人的每天勞務活動、體育運動、上課學習和從事其他一切活動，以及人體維持正常體溫、各種生理活動都要消耗能量。就像蒸汽機需要燒煤、內燃機需要用汽油、電動機需要用電一樣。人體的熱能來源于每天所吃的食物，但食物中不是所有營養(yǎng)素都能產(chǎn)生熱能的，只有碳水化合物、脂肪、蛋白質這三大營養(yǎng)素會產(chǎn)生熱能。每克碳水化合物在體內氧化時產(chǎn)生的熱能為16.74千焦耳（4千卡），脂肪每克為37.66千焦耳（9千卡），蛋白質每克為16.74千焦耳（4千卡）千卡：熱能的單位。 焦耳與千卡的單位換算：千卡常指能使1升水升高1攝氏度所需的熱量，就相當于4.184千焦耳的熱能。單位換算如下：1千卡=4.184千焦耳 1千焦耳=0.239千卡（卡是卡路里的簡稱，由英文Calorie音譯而來，縮寫為cal）。熱能與內能區(qū)別：從分子運動論觀點看，熱能的本質是物體內部所有分子無規(guī)則運動的動能之和，而內能除包括物體內部所有分子無規(guī)則運動的動能之外，還包括分子間勢能的總和，以及組成分子的原子內部的能量、原子核內部的能量、物體內部空間的電磁輻射能等。但在一般熱現(xiàn)象中，不涉及分子結構和原子核的變化，并且無電磁場相互作用，化學能、原子能以及電磁輻射能都為常數(shù)。因為人們通常研究的是能量之差，所以，這幾種內能通常不考慮。因此，內能通常是指物體內部分子無規(guī)則運動的動能與分子間勢能的總和?？梢姡瑹崮苤皇莾饶苤械囊徊糠?，把熱能與內能等同起來是錯誤的。五、其他能及其關系電能指電以各種形式做功的能力。有直流電能、交流電能、高頻電能等，這幾種電能均可相互轉換（電能一般通過電動機轉化為機械能）。光能以可見輻射的形式轉換而來或轉換成可見輻射形式的能量（光能轉化成熱能或者電能是目前利用太陽能的主要途徑）。化學能是物體發(fā)生化學反應時所釋放的能量，是一種很隱蔽的能量，它不能直接用來做功，只有在發(fā)生化學變化的時候才釋放出來，變成熱能或者其他形式的能量。像石油和煤的燃燒，炸藥爆炸以及人吃的食物在體內發(fā)生化學變化時候所放出的能量，都屬于化學能。化學能是指化合物的能量，根據(jù)能量恒定律，這種能量的變化與反應中熱能的變化是大小相等、符號相反，參加反應的化合物中各原子重新排列而產(chǎn)生新的化合物時，將導致化學能的變化，產(chǎn)生放熱或吸熱效應。熱能基本上就是內能。熱能增加，就吸收熱量；熱能減少，就放出熱量。內能也會轉化為機械能。如汽油機、柴油機在工作過程中，氣缸中的燃氣膨脹，推動活塞做功，燃氣的內能減少，活塞的動能增加。再如，水壺中的水燒開后，水蒸氣推動蓋子做功，水蒸氣的內能減少，轉化為蓋子的機械能。核能（或稱原子能）是通過轉化其質量從原子核釋放的能量。核能通過三種核反應方式釋放：（1）核裂變（核分裂），是指由重的原子主要是指鈾或钚，分裂成較輕的原子的一種核反應形式。原子彈以及裂變核電站的能量來源都是核裂變。（2）核聚變，是指由質量小的原子，主要是指氘（do）或氚（chun），在一定條件下（如超高溫和高壓），發(fā)生原子核互