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第十二章机械能和内能 机械能 动能 势能 重力势能 弹性势能 物体做功的本领 能量 动能的大小跟哪些因素有关 探究一 猜想 猜想理由 1 动能的大小跟物体运动的速度有关 2 动能的大小跟物体的质量有关 实验 探索动能与速度的关系 归纳结论 质量相同时 速度 的物体能做的功多 表明它具有的动能 大 多 实验思路 速度相同时 质量 的物体能做的功多 这表明它具有的动能 大 多 通过探究活动可知 运动的物体的动能大小与物体的 和 有关 物体 越大 越大 它具有的动能就越多 速度 质量 实验 探索动能与质量的关系 归纳结论 实验思路 速度 质量 24 如图所示是小武同学设计的探究动能大小与哪些因素有关的实验 1 实验中球的动能大小无法直接测到 通过观察 便知道动能大小 这种研究方法在物理学上叫 2 实验中为使铜球和钢球滚到水平面的速度相同 可采用的方法是 3 由图中甲 丙观察到的现象可得到的结论是 卡片为什么会跳起来 探究二 归纳结论 学生实验 发生弹性形变的橡皮筋能对卡片做功 因此它具有 在一定限度内 形变越大 形变的物体的 就越大 弹性势能 弹性势能 重力势能的大小可能跟哪些因素有关 探究三 想一想 怎样才能使桩打得深些 可以有哪些方法 方法1 方法2 观察摆球动能与势能的转化 A O O B 当摆球从A点向下摆动时 它的速度越来越快 它的动能逐渐 势能逐渐 当摆球到达最低点O时 它的动能最 势能最 此过程中是摆球的势能逐渐转变成 能 增大 减小 小 大 动 观察摆球动能与势能的转化 A O O B 此后 摆球又向OO 的另一侧运动 随着高度的上升 它的速度越来越 动能逐渐转变成 能 当摆球到达最高处B时 它的动能为 势能最 慢 势 零 大 分子做无规则运动 分子间存在相互作用的引力和斥力 内能 分子动能 分子势能 物体内部所有分子作无规则运动的 和分子 的总和 叫做物体的内能 动能 势能 热运动 内能是能量的一种形式 单位是焦 猜想 物体的内能与什么因素有关 猜想的理由 实验验证 温度 试一试 在分别盛有冷水和热水的两个玻璃杯中各滴入一滴墨水看一看 哪杯水中的墨水扩散得快 实验现象 温度越高 扩散得越 快 慢 快 实验说明 温度越高 分子的无规则运动就越剧烈 结论 一个物体温度升高 内能增大 一个物体温度降低时 它的内能就会 通过实验进一步说明 物体内能跟物体质量 温度 状态有关 改变物体内能的方式之一 热传递 1 条件 2 方向 3 实质 物体之间存在着温度差 内能的转移 从高温处向低温处 想一想 热量的单位是什么 热水 得到 失去 在物理学中 把物体在热传递过程中转移能量的多少叫做热量 Q 单位 焦 J 高温物体 低温物体 热量 热量 探究物质吸热升温的属性 实验设计 1 实验中对沙子和水的质量有什么要求 2 如何使物体吸热相同 3 如何比较物体吸热多少 4 如何比较水和沙子哪个升温更快 加热时间相同升温高 升温相同加热时间短 吸热相同比升温 升温相同比吸热 转换法 加热方法 时间相同 看加热时间 探究物质吸热升温的属性 进行实验 分别将质量相同的沙子和水装入易拉罐 放在石棉网上用酒精灯加热并搅拌 观察升温10 20 所需要的时间 测量两组数据 测量器材 温度计 秒表 比热容 表示物体吸热本领的物理量 单位质量的某种物质温度升高 降低 1 所吸收 放出 的热量叫做这种物质的比热容 用符号 表示 单位 焦 千克 符号 J kg 读做 焦耳每千克摄氏度 同种物质的比热容相同 不同物质的比热容一般不同 比热容是物质的一种物理属性 比热容大 升温相同吸热多 吸热升温慢 比热容 一些物质的比热容 J kg 分析表格 找出规律 水的比热容的物理意义 25 小明和小敏在烈日当空的海边玩耍时 发现沙子烫脚 而海水却很凉 同样的太阳照射为什么会出现不同的结果呢 小明和小华讨论后 认为可能是沙子和水吸热升温的快慢不同 于是他们从海边取了一些沙子和水带回实验室分别进行探究 1 他们分别找来两个完全相同的易拉罐组装成了如图所示的实验装置 从物理学的角度看 用易拉罐而不用烧杯做容器的好处有 2 小明在两个相同的易拉罐中装入等质量的海水和沙子 用相同的酒精灯同时给它们加热 并用温度计测出它们不同时刻的温度 记录数据如下 传热性能好 不易爆裂 随后他又在方格纸中画出了下图海水温度随时间变化的图象 请你在下图中补画出沙子温度随时间变化的图象 3 分析小明实验获得的数据可得出的结论是 4 小敏刚开始实验时 未能及时对沙子进行搅拌 结果他观察到的现象是 水比沙子升温快 质量相同的不同物质 吸收相同的热量 升高的温度不同 热传递过程中吸收或放出的热量 热传递过程中 物体温度升高时 所吸收的热量为 热传递过程中 物体温度降低时 所放出的热量为 设比热容为c 质量m 初温t0 末温t Q cm t Q吸 cm t t0 实验表明 物体在吸热或放热过程中 物体的质量越大 比热容越大 温度变化越大 物体吸收或放出的热量就越多 Q放 cm t0 t 弯折铁丝 实验中 铁丝的温度是否发生变化 实验中铁丝的内能变高了吗 活动一 增加的内能是哪里来的 机械能和内能的相互转化 观察与思考 空气压缩引火仪 归纳与总结 改变物体内能的方式 热传递 做功 内能的转移 能量的转化 吸热 内能增加 放热 内能减小 对物体做功 内能增大 物体对外做功 内能减小 五 内燃机 内燃机的工作一个循环有吸气冲程 压缩冲程 做功冲程和排气冲程 活塞往复2次 曲轴 飞轮转动两周 对外做功1次 如图是内燃机的剖面图 它表示的是 冲程 从能量的转化角度来说 它是将 能转化为 能 压缩 机械 内 20 一台四冲程汽油机曲轴转速是1800r min 此汽油机每秒钟完成 个工作循环 个冲程 对外做 次功 21 如图所示 用酒精灯加热试管中的水 当水沸腾一段时间以后 塞子被试管内水蒸气推出 水蒸气的 能转化为塞子的机械能 图 中汽油机的工作过程与这一实验过程中能量的转化是一致的 22 如图所示 在一个配有活塞的厚壁玻璃筒中放一小团硝化棉 迅速向下压活塞 压缩玻璃筒内的空气 对筒内空气做了 空气 增加 温度升高 棉花燃烧起来 单位质量某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值 热值的符号 q单位 J kg 无烟煤的热值为3 4 107J kg 表示的含义 表示1kg的煤在完全燃烧时所放出的热量为3 4 107J 1 定义 2 单位及符号 意义 四 燃料的热值 23 为比较酒精和碎纸片这两种燃料的热值 小明采用如图所示的装置进行实验 他将一定质量的酒精和碎纸片分别放入两个燃烧皿中 点燃它们 分别给装有质量相等的水的两个相同烧杯加热 直至酒精和碎纸片完全燃烧 1 小明设计了一张记录实验数据的表格 其中 两项内容漏写了 请你帮他补充完整 2 实验后小明根据实验数据利用公式Q cm t算出了水吸收的热量 结合 10g酒精 这一数据 算出了酒精的热值 算出的酒精热值是否可靠 请说明理由 燃料完全燃烧时放出热量的计算 由热值所表示的物理意义可得出 燃料燃烧放热计算公式Q qmQ qV V的单位是m3 m的单位是kg 燃料燃烧计算公式 26 小王学习了有关热学的知识后 知道水的比热容是4 2 103J kg 1 如果用燃气灶将质量为5kg 温度为20 的水加热到100 则水需要吸收多少热量 2 若小王烧水用的燃气灶使用的是热值为4 2 107J kg的煤气 且燃气灶烧水时的热效率 热效率等于水吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比 为20 则实际消耗的煤气为多少千克 3 为了节约能源 小王对燃气灶进行了改进 使燃气灶的热效率得到了提高 若小王在同样的条件下将质量为5kg 温度为20 的水加热到100 可比原来节省0 04kg的煤气 则现在燃气灶烧水时的热效率为多少 解 1 Q吸 c水m水 t t0 4 2 103J kg 5kg 100 20 1 68 106J 2 m Q放q Q吸 20 q 1 68 106 20 4 2 107J kg 0 2kg 3 改进后需要的天然气 0 2kg 0 04kg 放热为 Q放 mq 0 2kg 0 04kg 4 2 107J kg 6 72 106J所以现在燃气灶的热效率为 Q吸 Q放 100 1 68 106J 6 72 106J 100 25 27 小明家新安装了一台如图所示的太阳能 电能两用热水器 平常使用太阳能 在阳光不足时 用电热丝辅助加热 热水器名牌如下 l 电热水器正常工作时 电热丝的电阻和电流各是多少 2 太阳能热水器贮满水 水温从20 加热到50 时吸收了多少热量 1L 10 3m3 3 若通过完全燃烧天然气加热一满箱水 使其温度从20 升高到50 时 不考虑热量的损失 需要多少立方米天然气 天然气的热值为4 0 107J m3 4 由于寒冷阴雨 太阳能热水器只将水加热到35 现要通过电热丝将水加热到50 使用 需电加热器正常工作多长时间 设电能全部转化为内能 系统承压3 l I P U 4400W 220V 20A R U I 220V 20A 11 2 水的质量 m 水V 1000kg m3 200 10 3m3 200kg 吸收太阳的热量 Q吸 cm t t0 4 2 103J kg 200kg 50 20 2 52 107J 3 由题知 Q吸 Q放 Vq 所以需要天然气的体积 V Q放 q 2 52 107J 4 0 107J m3 0 63m3 4 水从35 加热到50 吸收的热量 Q吸 cm t t0 4 2 103J kg 200kg 50 35 1 26 107J 由题知 W电 Q吸 电加热器正常工作时间t W电 P 1 26 107J 4400W 2863 6s 期末复习 机械能和内能 1 下列情况下 机械能发生变化的是 A 物体从光滑斜面上自由滑下 B 跳伞运动员匀速降落 C 物体在光滑的水平面上匀速运动 D 物体在真空中自由下落 2 关于物体的内能 下列说法中错误的是 A 一切物体都具有内能 B 0 的物体没有内能 C 物体的温度升高 表明它的内能增加 D 内能可以转化为其它形式的能 B B 3 在四冲程汽油机的工作过程中 机械能转化为内能的冲程是 A 吸气冲程B 压缩冲程C 做功冲程D 排气冲程4 下列现象中 通过热传递改变物体内能的是 A 反复弯折后 铁丝的温度升高B 火车经过后 铁轨的温度升高C 用火炉烧水 水的温度升高D 两手相互搓揉 手掌发热5 关于温度 内能和热量 下列说法正确的是 A 物体内能增大 一定从外界吸收热量B 汽油机在做功冲程中把机械能转化为内能C 物体内能减少时 温度可能不变D 锯条锯木板时 锯条的内能增加 木板的内能减少 B C C 6 一架救灾运输飞机在空中沿水平方向匀速飞行 正在向灾区空投物品 在空投过程中飞机的动能和势能的变化情况是 A 动能增加 势能减小B 动能减小 势能增加C 动能 势能都减小D 动能 势能都不变7 下面的四幅图中属于动能转化为重力势能的是 C C 8 下列现象中 物体内能增加的是 A 火箭发射时喷出的燃气B 秋天的夜晚 空气中的水蒸气变成露C 0 的水结成冰D 正在制动的汽车刹片9 神州八号 载人飞船的返回舱下落到地面附近时 由于受到空气阻力而做减速运动 在减速下降的过程中 返回舱的 A 动能增大 势能减小B 动能减小 势能减小C 动能不变 势能减小D 动能减小 势能增大 D B 10 下列事例中不是利用水的比热容大这一特性的是 A 在河流上建水电站 用水发电B 汽车发动机用循环水冷却C 让流动的热水流过散热器取暖D 晚上向秧苗田里放水 以防冻坏秧苗11 用两个相同的加热器 分别对质量相等的甲 乙两种液体加热 其温度随时间变化的图线如图所示 由图线可以看出 A 甲的比热容比乙大B 甲的比热容比乙小C 甲和乙的比热容相同D 开始加热时 甲和乙的比热容为零 A B 12 水的比热容比煤油的大 如图用规格相同的两试管分别装上质量相同的煤油和水 隔着石棉网同时对两试管加热 图中的哪一图线能反映该实验情况 C 13 正在空中匀速上升的气球 它的势能将 动能将 选填 变大 变小 或 不变 14 嫦娥一号 卫星在绕月飞行的1年时间里 可能会遭遇两次月食 月食期间没有太阳光照射 卫星表面的温度会急剧下降 内能 增大 减小 不变 这是通过的方式改变物体的内能 15 冬天写字 常常感到手冷 为了使手暖和一些常用嘴对着手 呵气 和两手来回 搓动 的方法 从物理学的角度来看 前者是通过 方法增加手的内能 后者是通过 的方法增加手的内能 16 科学家发明了一款单缸六冲程内燃机 它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同 在第四冲程结束后 立即向汽缸内喷水 水在高温汽缸内迅速汽化成高温 高压水蒸汽 推动活塞再次做功 水蒸汽温度 选填 升高 降低 或 不变 这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能 提高了热机的 为进入下一个工作循环 这款内燃机的第六冲程是冲程 17 在研究水的升温特性过程中 小芳在烧杯中注入200g的水 用酒精灯给烧杯加热 在水温由20 上升至100 的过程中 水的内能增加了J 水吸收的热量 选填 大于 小于 或 等于 酒精燃烧所放出的热量 水的比热容c 4 2 103J kg 18 如图是同学们训练排球时的情景 排球抛出从空中下落的过程重力势能 排球与手撞击的过程 能转化为 能 19 用如图所示的