初中物理九年级上册 四、机械能与内能的相互转化

四、机械能与内能的相互转化知识网络机械能和内能机械能内能燃料动能势能弹性势能重力势能定义影响因素改变方式做功热传递热值放热公式拉长的橡皮筋射“小鸟”高处的屋顶坠落砸地面飞行的“小鸟”撞墙壁拉长的橡皮筋具有能量高处的屋顶坠具有能量飞行的“小鸟”具有能量拉长的橡皮筋能对“小鸟”做功高处的屋顶能对地面做功飞行的“小鸟”能对墙壁做功

一个物体能对另一个物体做功，就表明，这个物体就具有能量.

一个物体能对其他物体做的功越多，那么，它就具有的能量就越大.

判断是否具有能量的依据

判断能量大小的依据问题1：如何理解功和能的关系？C例1．下列说法正确的是（）A．物体具有的能越多，它做的功越多B．物体有了能就一定正在做功C．正在做功的物体一定具有能D．物体做功的多少与它具有的能无关D、物体做功的多少与它具有的能有关，不符合题意；

故选C．点评：功是能量转化的量度：即做了多少功必然伴随多少能量发生了转化，反之转化了多少能量必定同时做了多少功．解答：A、物体具有的能越多，它做功的本领越大，不符合题意；B、物体有了能就有了做功本领，但不一定正在做功，不符合题意；C、做功的物体一定具有能，说法正确，符合题意；问题2.如何探究动能的大小与那些因素有关？（１）猜想与假设:动能的大小可能与物体的速度有关?动能的大小可能与物体的质量有关?（2）.制定计划与设计实验：

物理科学方法：控制变量法转换法第一步，先研究动能的大小与速度的关系，要保证运动物体的质量不变．第二步，研究动能的大小与质量的关系，要保证速度不变．（３）进行实验与收集证据：例2：如图，是探究“动能的大小与什么因素有关”的实验装置，上述甲、乙两组实验中：①乙图中让不同质量的两个小球从同一高度滚下的目的是两球到达水平面时，具有相同的__________．②选用图甲探究的是动能与________的关系，理由是：两球________相等；得出的结论是：______________________________________．③选用图乙探究的是动能与_______的关系，得出的结论是：____________________________．速度质量质量速度在质量相同时，物体的速度越大，物体的动能越大。在速度相同时，物体的质量越大，物体的动能越大。问题3：判断机械能（动能、势能）是否变化？方法：1、由“动能、势能的影响因素”判断是否变化。2、由“机械能=动能+势能”判断机械能是否变化。3、判断“动能与势能相互转化过程中”机械能是否发生变化。例3：

（2015淮安）荡秋千人从最高点向最低点摆动过程中，速度变大，则他的（）A．重力势能增加，动能不变B．重力势能不变，动能增加C．重力势能减小，动能增加D．重力势能减小，动能减小分析:荡秋千人从最高点向最低点摆动过程中,速度变大,运动增加,而高度是降低的,所以重力势能是减小的,故应选C。Ｃ例4：（2015常州）美国正在实验助推火箭无损回收技术：火箭将飞船推送至一定高度；箭船分离，火箭停止喷火，落向地面；接近地面时，火箭再次消耗燃料、向下喷火，并以2m/s的速度匀速下降，如图所示．匀速下降时，火箭的动能____(变小/不变/变大)，重力势能_____(变小/不变/变大)．不变变小分析：火箭匀速下降时，火箭的质量不变、速度不变，动能不变；质量不变、高度减小，重力势能变小．点评：旨在考查动能和势能的大小变化，理解影响动能和势能大小的因素是解决本题的关键。

例５：跳水运动是奥运会的正式比赛项目，我国运动员在该项目上一直处于国际领先地位。比赛中，跳水运动员从腾空跳起向上运动后再向下落入水中，若不计空气阻力，在整个空中运动过程中，运动员的（）A．动能先减小后增大，重力势能先增大后减小，机械能不变B．动能先增大后减小，重力势能减小先后增大，机械能不变C．动能先减小后增大，重力势能先增大后减小，机械能增大D．动能先增大后减小，重力势能先减小后增大，机械能减小Ｃ（3）运动员没有发生弹性形变，势能只考虑重力势能．机械能=动能+势能．机械能不变，重力势能先增大后减小，动能先减小后增大．故选C．点评：（1）掌握动能、重力势能、弹性势能的影响因素．

（2）能判断动能、重力势能、弹性势能、机械能的变化．解：（1）不计空气阻力，机械能守恒．（2）跳水运动员从腾空跳起向上运动后再向下落入水中，整个过程质量不变，高度先增大后减小，重力势能先增大后减小．问题４：如何理解内能及其变化？所有1．内能内能物体内________分子动能和分子势能的总和分子动能由于分子运动而具有的能分子势能由于分子间存在着相互作用而具有的能[说明]

物体在任何情况下都有内能，无论是高温的铁水，还是寒冷的冰块，内能均不为零．因为物体内部分子永不停息地运动着，并且分子之间存在着相互作用的引力和斥力，所以内能是无条件存在的．

2.内能改变的外部表现物体温度升高(降低)——物体内能增大(减小)．物体存在状态改变(固态、液态、气态)——内能改变．

3.改变内能的两种方法

(1)做功改变物体的内能

①内能改变：外界对物体做功，物体的内能会__________；对外做功，内能会________．

②做功的实质：内能和其他形式能的相互转化．

③如果仅通过做功改变内能，可以用做功的多少度量内能改变的大小(ΔE＝W)．(2)热传递改变物体的内能

①热量：热传递过程中传递的________；热量的单位是________．

②热传递的条件：有温度差．

③热传递过程中传递的是内能(热量)，而不是温度．

④热量是过程量，不能说“含有”或“具有”，物体具有的是能量，如内能、机械能等．增加减少能量焦耳例６：下列关于温度、热量和内能的说法中正确的是

()A．物体温度升高，一定吸收了热量B．物体放出热量时，温度一定降低C．物体温度升高，内能一定增加D．物体内能增加时，温度一定升高C一个物体内能增加了，它的温度不一定升高，如0℃的冰变成0℃的水。故选Ｃ分析：一个物体温度升高了，不一定吸收了热量，也有可能是外界对物体做功;一个物体放出热量时，温度不一定降低，如晶体得凝固（0℃的水变成0℃的冰）；物体温度升高，内能一定增加。正确；例７：（2015扬州）下列说法正确的是（）A．温度从高温物体传递到低温物体B．物体温度越高，含有的热量越多C．物体温度为0℃时，其内能为零D．晶体熔化吸热，温度保持不变

DD、晶体熔化过程吸热，内能增加，状态发生改变，但温度保持不变．此选项正确．故选D．分析：A、热传递实质是内能从高温物体转移到低温物体，传递的不是温度，传递的是热量．此选项错误；B、温度越高的物体，分子运动越剧烈，热量是热传递过程中传递的内能多少，不是含有热量多．此选项错误；C、一切物体的分子都在永不停息地做无规则运动，即一切物体都有内能．此选项错误；问题５：如何理解比热容及其应用？J/(kg·℃)定义物理学中将这一比值称为比热容符号c单位焦耳每千克摄氏度；符号为______________物理意义表示物质吸、放热本领大小的物理量水的比热容是

J/(kg·℃)，物理意义是：___________________________________________________4.2×103

1kg水温度升高(或降低)1℃，所吸收(或放出)的热量为4.2×103J

[说明](1)比热容是物质的一种物理属性，每种物质都有自己的比热容，不同物质的比热容一般不同．

(2)同种物质在同一状态下，比热容相同，但同种物质在不同状态下，比热容不同．如水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，冰的比热容是2.1×103J/(kg·℃)．

(3)在常见的物质中，水的比热容最大，常用来供暖、冷却和调节气候．

[点拨]

对于质量相同的不同物质，吸收或放出相同的热量时，比热容大的物质温度变化小．所以在内陆地区，以比热容较小的沙石居多，气温变化明显；而在沿海地区，以比热容大的水居多，气温变化不明显．例８：（2015南京）如图所示是“探究不同物质吸热升温现象”的实验装置．用同一套装置，先后加热并不断搅拌质量相等的煤油和水．

(1)要完成该探究实验，除了图中所示的器材外，还需要的测量工具有天平和

．

(2)小明设计的记录数据的表格如下，分析表格可知：他是用

相同比较

的方法来完成探究实验的．

(3)实验结束后，小明查表知道水的比热容为4.2×l03J/(kg.℃)，则500g水温度升高20℃吸收的热量是

J；若这些热量由酒精完全燃烧获得，则至少要消耗

g酒精．(酒精的热值为3.0×107J/kg)(4)在受太阳照射的条件相同时，内陆地区昼夜温差比沿海地区

，这是因为干泥土和水相比，

较小。分析：（3）

由Q=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×0.5kg×20℃=4.2×104J；

由Q=q×m得：m=Q/q=4.2×104J/3.0×107J/kg=1.4×10-3kg=1.4g；秒表加热时间升高的温度4.2×1041.4大比热容例９：（2015苏州）某学习小组同学想研究酒精灯烧水时的热效率．他们用酒精灯给100g的水加热，经过一段时间测得水温升高了60℃、消耗了4.2g酒精．已知：水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），酒精的热值为3×107J/kg．求：（1）此过程中水吸收的热量；（2）4.2g酒精完全燃烧放出的热量；（3）酒精灯烧水时的热效率．（2）酒精完全燃烧产生的热量：

Q放=mq=0.0042kg×3×107J/kg=1.26×105J；

点评：本题考查了学生对吸热公式、燃料完全燃烧放热公式的掌握和运用，熟记相关的计算公式是本题的关键．解：（1）100g=0.1kg，水吸收的热量：

Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×0.1kg×60℃=2.52×104J；

（3）酒精灯烧水时的热效率：

η=Q吸/Q放×100%=2.52×104J/1.26×105J×100%=20%．问题６热机的理解及应用内机械1.工作原理热机工作时将________能转化为________能．2．四冲程汽油机的工作循环

吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程冲程示意图气门开关情况进气门打开关闭关闭关闭排气门关闭关闭关闭打开机械内内机械活塞的运动向下向上向下向上曲轴的运动半周半周半周半周作用吸入汽油和空气的混合气体压缩混合气体，使其内能增加高温高压的燃气推动活塞做功

排出废气能量的转化

能→

能

能→

能联系①每个工作循环曲轴转两圈，活塞往复运动两次；②在一个工作循环中，只有做功冲程燃气对外做功，其他三个辅助冲程不但不做功，还要消耗机械能；③吸气、压缩、排气三个冲程是辅助冲程，要依靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成，必须靠外力来启动

例

１０如图是内燃机的四个冲程，其中属于压缩冲程的是(

)

A分析：本题考查内燃机的四个冲程的识别．根据进气门、排气门的开关情况和活塞的运动方向来判断．压缩冲程的特点是进气门、排气门关闭，活塞向上运动．A项是压缩冲程，B项是排气冲程，C项是做功冲程，D项是吸气冲程．故选A.点评：该题考查了内燃机的四个冲程，要求对每个冲程的特点、能量转化等情况十分熟悉才能顺利解答．

例１１.（2015泰州）如图所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，可观察到棉花着火

燃烧．此过程中活塞对筒内气体做功，气体的内能

，

这与四冲程汽油机的

冲程的能量转化相同．某台汽油

机飞轮的转速为2400r/min，在1S内，汽油机完成

个

工作循环.第39题图解：（1）在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小撮干燥的棉絮，用力将活塞迅速向下压，棉絮燃烧起来；说明压缩筒内空气做功，使空气的内能增加；压火仪实验中，活塞的机械能转化为空气的内能，与内燃机的压缩冲程相似；

增加压缩20（2）四冲程汽油机的飞轮转速为2400r/min，则该飞轮每秒钟转40圈．因为一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，所以飞轮转40圈，共20个工作循环，共80个冲程，共做功20次．

自主练习：1．（2015宿迁）关于功和能，下列说法正确的是（）

A．0℃的物体没有