“機(jī)械能和內(nèi)能”復(fù)習(xí)導(dǎo)航

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一、學(xué)識梳理

1.能

能就是指能量.一切能量的單位都是焦耳,符號是J.一個(gè)物體能夠?qū)ν庾龉?我們就說這個(gè)物體具有能.功是能量變化的量度,我們可以用功的大小來量度做功前后物體能量的變化.能是表示物體做功才能大小的物理量.物體要對外界做功,就務(wù)必消耗本身的能量,或者從別處得到能量來補(bǔ)充.

2.動(dòng)能

動(dòng)能的定義或解釋:(1)物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫做動(dòng)能;(2)物理學(xué)中把物體的質(zhì)量跟它速度的平方的乘積的一半叫做該物體的動(dòng)能;(3)動(dòng)能是一種物體由于有運(yùn)動(dòng)而具有的能量.它是一個(gè)由物體的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)速度共同抉擇的并且其變化可以用功來量度的物理量.公式為Ek=mv2/2.

3.勢能

勢能的定義或解釋:物體由于被舉高或者發(fā)生彈性形變而具有的能.

在中學(xué)物理中,所研究的勢能是重力勢能和彈性勢能.

重力勢能是由于物體和地球間的相互吸引而產(chǎn)生的,它的大小隨物體和地球的相對位置的變化而變化.重力勢能是一種引力勢能,公式為Ep=Gh=mgh.

彈性勢能是由于物體發(fā)生彈性形變時(shí),各片面之間存在相互作用的彈力而產(chǎn)生的,它的大小隨各片面之間相對位置的變化而變化.在彈性限度內(nèi),彈簧發(fā)生的形變越大,彈性勢能越大.

4.機(jī)械能

動(dòng)能和勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能.動(dòng)能和勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化,在動(dòng)能和勢能相互轉(zhuǎn)化的過程中,假設(shè)疏忽一切阻力,物體只受重力作用,或者受其他的力,但這些力不做功,那么,機(jī)械能的總量保持不變,即機(jī)械能守恒.

5.內(nèi)能及其變更

(1)內(nèi)能

分子動(dòng)能:分子不停地做著無規(guī)矩的熱運(yùn)動(dòng),因此分子具有動(dòng)能.物體的溫度越高,分子運(yùn)動(dòng)得越快,它們的動(dòng)能越大.

分子勢能:由于分子間有確定距離,而且存在著相互作用力,所以分子間具有勢能.

內(nèi)能:物體內(nèi)全體分子做無規(guī)矩運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢能的總和叫做物體的內(nèi)能.一切物體的分子都在不停地做無規(guī)矩運(yùn)動(dòng),所以不管溫度上下,一切物體都具有內(nèi)能.

(2)內(nèi)能的變更

變更物體內(nèi)能有做功和熱傳遞兩種方式.

①做功的實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化.對物體做功(壓縮氣體、抑制摩擦、鍛打、彎折等),物體的內(nèi)能增加;氣體膨脹對外做功,物體本身的內(nèi)能減小.

②熱傳遞的實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)移.在熱傳遞的過程中,高溫物體溫度降低,內(nèi)能減小;低溫物體溫度升高,內(nèi)能增加.

做功和熱傳遞在變更物體的內(nèi)能上是等效的.

6.熱傳遞

熱傳遞是變更物體內(nèi)能的一種方式,當(dāng)物體或物體的不同片面之間存在溫度差時(shí),就會發(fā)生熱傳遞.熱傳遞時(shí),能量從高溫處轉(zhuǎn)移到低溫處,直至溫度一致.熱傳遞有三種方式:傳導(dǎo)、對流、輻射.在實(shí)際的熱傳遞過程中,這三種方式往往是伴隨著舉行的.

7.熱量

熱量,符號Q.物體在熱傳遞過程中轉(zhuǎn)移能量的多少叫做熱量.熱量是在熱傳遞過程中量度系統(tǒng)內(nèi)能變化的物理量.

(1)熱量的計(jì)算公式:Q=cmΔt;

(2)吸收熱量的計(jì)算公式:Q吸=cm(t末-t初);

(3)放出熱量的計(jì)算公式:Q放=cm(t初-t末);

(4)由能量守恒定律可知:Q吸=Q放(不考慮熱損失).

8.比熱容

比熱容,符號c.單位質(zhì)量的某種物質(zhì)溫度升高(降低)1℃所吸收(放出)的熱量叫做這種物質(zhì)的比熱容.

在國際單位中,比熱容的單位是焦耳/(千克·開),符號:J/(kg·K),常用單位是焦耳/(千克·攝氏度),符號:J/(kg·℃).比熱容是反映物質(zhì)的吸熱(或放熱)才干大小的物理量,它是物質(zhì)的一種屬性.任何物體都有自己的比熱容,即使是同一種物質(zhì),所處物態(tài)不同,比熱容也不一致.例如,水的比熱容是4.2×103J/(kg·℃),而結(jié)成冰后的比熱容那么是2.1×103J/(kg·℃),幾乎是液態(tài)水的一半.

9.熱值

熱值,符號q.單位質(zhì)量的某種燃料完全燃燒放出的熱量叫做這種燃料的熱值.在國際單位制中,熱值的單位是焦耳/千克,即

J/kg;對于氣體燃料而言,單位是焦耳/立方米,即J/m3.對熱值的理解要留神的是燃料完全燃燒.保證充分燃燒的方法是:燃料顆粒盡可能地小而分散,有氧氣,而且氧氣要充分.在能量轉(zhuǎn)化形式上,是將物質(zhì)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.

10.熱機(jī)

熱機(jī),就是把燃料燃燒釋放出來的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器.熱機(jī)包括外燃機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、燃汽輪機(jī)等等.在現(xiàn)代社會中,內(nèi)燃機(jī)是主要的機(jī)器.

內(nèi)燃機(jī)的工作原理:讓燃料在汽缸內(nèi)燃燒生成高溫高壓的燃?xì)?這些高溫高壓燃?xì)馀蛎浂鴮ν庾龉?使一片面內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,同時(shí)自己的內(nèi)能裁減,溫度降低.

內(nèi)燃機(jī)完成一次工作循環(huán)包括吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程.活塞往復(fù)兩次,曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩周,便完成一個(gè)工作循環(huán).在一個(gè)工作循環(huán)中,只對外做功一次.

壓縮沖程是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.做功沖程是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能.

熱機(jī)的效率是反映熱機(jī)性能的一項(xiàng)重要標(biāo)志.轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃扛剂贤耆紵龝r(shí)放出的熱量的比叫做熱機(jī)的效率.影響熱機(jī)效率的因素有:燃料不成能完全燃燒;高溫?zé)嵩纯偸菍Φ蜏匚矬w傳遞熱量;抑制機(jī)械傳動(dòng)的摩擦要消耗片面能量;尾氣帶走片面能量等.

二、重、難點(diǎn)剖析

1.具有能的物體確定在對外做功嗎?

具有能的物體不確定在對外做功,如:懸掛著的鋼球,它雖然具有重力勢能,但它沒有做功.

2.在彈性限度內(nèi),被拉伸的彈簧具有彈性勢能,被壓縮的彈簧具有彈性勢能嗎?

在彈性限度內(nèi),彈簧無論被拉伸還是被壓縮都具有彈性勢能,而且形變量越大,彈性勢能越大.

3.如何判斷機(jī)械能是否變化?

(1)由“機(jī)械能=動(dòng)能+勢能”判斷.如:速度和高度不變,物體質(zhì)量減小,那么動(dòng)能減小,重力勢能減小,機(jī)械能減小;若質(zhì)量和速度不變,物體高度減小,那么動(dòng)能不變,重力勢能減小,機(jī)械能減小.

(2)在動(dòng)能和勢能相互轉(zhuǎn)化的過程中,假設(shè)除重力和彈力外沒有其他外力做功(沒有其他形式能量補(bǔ)充或沒有能量損失),那么在動(dòng)能和勢能轉(zhuǎn)化過程中機(jī)械能不變.

4.熱量與內(nèi)能

物體在吸收或放出熱的過程中,傳遞的是能量.與功一樣,熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過程中所遷移的能量,是用來衡量物體內(nèi)能的變化的.有過程,才有變化,離開過程,將毫無意義.就某一狀態(tài)而言,只存在“內(nèi)能”,根本不存在什么“熱量”和“功”.因此,不能說一個(gè)系統(tǒng)中含有“多少熱量”或“多少功”.

5.熱量和溫度

熱量是物體內(nèi)能變化的量度,而溫度是物體內(nèi)部大量分子做無規(guī)矩?zé)徇\(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈程度的宏觀標(biāo)志.雖然熱傳遞的前提條件是兩個(gè)物體之間存在溫度差,但是,傳遞的是能量,不是溫度,更不是根本不存在的“熱質(zhì)”.有熱傳遞的發(fā)生,可以使物質(zhì)的溫度發(fā)生變更,但在晶體的熔化、凝固以及液體的沸騰等物態(tài)變化過程中,盡管存在熱傳遞,但溫度卻保持不變.因此諸如“吸收的熱量越多,溫度變化就越大”“系統(tǒng)的溫度越高,它放出的熱量就越多”等說法是錯(cuò)誤的.由于放出的熱量不僅和溫度的變化值有關(guān),而且還與物體的質(zhì)量、比熱容、物態(tài)等有關(guān).

6.內(nèi)能與機(jī)械能

(1)內(nèi)能與機(jī)械能是兩種形式的能,兩者都與運(yùn)動(dòng)有關(guān),都描述物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài).確定條件下,內(nèi)能和機(jī)械能是可以相互轉(zhuǎn)化的.

(2)內(nèi)能的研究對象是微觀粒子,機(jī)械能的研究對象是宏觀物體.內(nèi)能由物體內(nèi)分子無規(guī)矩運(yùn)動(dòng)和相互作用的分子間相對位置抉擇,它與物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)處境無關(guān);機(jī)械能是由物體的整體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和物體間相對位置抉擇的能,它與物體的分子運(yùn)動(dòng)無關(guān).可以說,內(nèi)能和機(jī)械能是從不同的角度、不同的側(cè)面描述了物體的運(yùn)動(dòng).

(3)具有內(nèi)能的物體不確定具有機(jī)械能;但具有機(jī)械能的物體確定具有內(nèi)能,物體在任何處境下都具有內(nèi)能.

三、易錯(cuò)點(diǎn)掃描

1.動(dòng)能與勢能轉(zhuǎn)化問題的分析

(1)首先明確抉擇動(dòng)能大小的因素、抉擇重力勢能(或彈性勢能)大小的因素,再看動(dòng)能和重力勢能(或彈性勢能)如何變化.

(2)要留神動(dòng)能和勢能相互轉(zhuǎn)化過程中能量的損失和增大,假設(shè)除重力和彈力外沒有其他外力做功(即:沒有其他形式能量補(bǔ)充或沒有能量損失),那么動(dòng)能與勢能轉(zhuǎn)化過程中機(jī)械能不變.

2.溫度越高的物體內(nèi)能確定越大嗎?

同一個(gè)物體,它的溫度越高,分子無規(guī)矩運(yùn)動(dòng)的速度越大,因此分子的動(dòng)能變大,導(dǎo)致物體內(nèi)片面子動(dòng)能和勢能的總和增加.例如,一個(gè)鐵塊在燒紅時(shí)的內(nèi)能比它冷卻時(shí)的內(nèi)能大.對于內(nèi)能與溫度的關(guān)系不能錯(cuò)誤地理解為溫度越高的物體內(nèi)能越大,內(nèi)能的大小除了與溫度有關(guān),還與其他因素有關(guān),而其他因素將在我們以后的物理學(xué)習(xí)中介紹.但對同一個(gè)物體而言,溫度升高,內(nèi)能增加;溫度降低,內(nèi)能裁減.

3.內(nèi)燃機(jī)的工作循環(huán)是如何完成的?

內(nèi)燃機(jī)的每一個(gè)工作循環(huán)分為四個(gè)階段:吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程.在這四個(gè)階段,吸氣沖程、壓縮沖程和排氣沖程是依靠飛輪的慣性來完成的,而做功沖程是內(nèi)燃機(jī)中唯一對外做功的沖程,是由內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能.另外壓縮沖程將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.

4.關(guān)于熱值的理解

(1)對于熱值的概念,要提防理解三個(gè)關(guān)鍵詞:“1kg”“某種燃料”“完全燃燒”.1kg是針對燃料的質(zhì)量而言,假設(shè)燃料的質(zhì)量不是1kg,那么該燃料完全燃燒放出的熱量就不是熱值.某種燃料說明熱值與燃料的種類有關(guān).完全燃燒說明要完全燒盡,否那么1kg燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能就不是該燃料的熱值.

(2)熱值反映的是某種物質(zhì)的一種燃燒特性,同時(shí)反映出不同燃料燃燒過程中化學(xué)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能的才干大小,也就是說,它是燃料本身的一種特性,只與燃料的種類有關(guān).

四、典型例題

例1跳傘運(yùn)鼓動(dòng)從空中勻速下落,人和傘的().

A.動(dòng)能增加,重力勢能裁減,機(jī)械能不變

B.動(dòng)能不變,重力勢能裁減,機(jī)械能裁減

C.動(dòng)能裁減,重力勢能增加,機(jī)械能增加

D.動(dòng)能不變,重力勢能不變,機(jī)械能不變

解析從動(dòng)能、重力勢能、機(jī)械能的概念啟程去分析問題.勻速下落的跳傘運(yùn)鼓動(dòng),質(zhì)量和速度不變,動(dòng)能不變;下落過程中,相對地面的高度減小,重力勢能裁減;機(jī)械能=動(dòng)能+勢能,動(dòng)能不變,勢能裁減,故機(jī)械能裁減.

選B.

例2以下說法中正確的是().

A.100℃的水比50℃的水所含的熱量多

B.溫度升高得多的物體吸收的熱量確定多

C.熱傳遞時(shí)高溫物體將溫度傳給低溫物體

D.熱傳遞時(shí)高溫物體將熱量傳給低溫物體

解析物體之間沒有熱傳遞就談不上熱量,因此說物體含有多少熱量是錯(cuò)誤的;物體在熱傳遞過程中,吸收或放出熱量的多少,不僅與溫度的變化有關(guān),還與其他因素有關(guān);溫度是分子無規(guī)矩運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈程度的標(biāo)志,熱傳遞過程中傳遞的不是溫度而是能量,所以A、B、C的說法都是錯(cuò)誤的.

選D.

例3質(zhì)量為1kg的鋁壺中裝有500g10℃的水,給壺加熱,使水溫升高到100℃,需要吸收多少熱量?

解析此題中水溫升高要吸熱,鋁壺也要吸熱,鋁壺的初溫、末溫柔里面水的初溫、末溫應(yīng)一致,求需要的熱量就是鋁壺和水吸收的熱量之和.

Q吸=Q鋁+Q水

=c鋁m鋁△t+c水m水△t

=8.8×102J/(kg·℃)×1kg×90℃+4.2×103J/(kg·℃)×0.5kg×90℃

=2.682×105J.

例4賣火柴的小女孩在酷寒中只能靠點(diǎn)燃火柴取暖.一根火柴的質(zhì)量約為0.065g,火柴的熱值平均為1.2×107J/kg,求一根火柴完全燃燒能使1m3的空氣溫度升高多少攝氏度?〔已知空氣的密度為1.3kg/m3,比熱容為1×103J/(kg·℃)〕

解析設(shè)火柴完全燃燒釋放的熱量全部被空氣吸收,即Q吸=Q放.

cm1△t=qm2

所以完全燃燒一根火柴能使1m3的空氣升高的溫度為:

△t=qm2/cm1=qm2/cρV=1.2×107J/kg×0