能量转化与守恒

1 / 13能量转化与守恒能量转化与守恒1，能的形式能的形式有：机械能、光能、电能、热能、化学能、生物质能等。2机械能（1)动能动能是物体由于运动而具有的能。动能的大小与物体的质量及物体运动的速度有关。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。(2）势能重力势能物体由于被举高而具有的能叫做重力势能。势能的大小与物体的质量及物体所处的高度有关。质量相同的物体，所处的高度越高，它的重力势能越大；所处高度相同的物体，质量越大，它的重力势能也越大。弹性势能物体由于弹性形变而具有的能叫做弹性势能。弹性势能的大小跟物体的材料以及弹性形变的大小有关，弹性形变越大，物体的弹性势能就越大。(3)动能、势能之间的相互转化2 / 13在一定条件下，动能可以转化为势能，势能也可以转化为动能。单摆的运动充分表明动能和势能可以相互转化。机械能动能势能。(4)机械能守恒定律物体具有的势能和动能是可以互相转化的，如果没有摩擦等阻力，那么在势能和动能的相互转化中，机械能的总量保持不变。机械能守恒定律反映了物体的动能和势能之间可以相互转化，在不存在阻力的条件下，物体动能和势能在相互转化过程中，能的总量保持不变。即动能的减少量恰好等于势能的增加量；反之，势能的减少量恰好等于动能的增加量。利用机械能守恒定律解题的优点是：不需要考虑过程的细节，只要满足守恒条件，则初态的动能和势能之和一定等于末态的动能和势能之和。3机械功（l）功的概念功是作用于物体的力和物体在力的方向上移动的距离的乘积。(2)功的单位焦耳，简称焦，符号是 j。（3)公式：3 / 13功力距离，即 WFS。(4)力没有做功的三种情况物体受到力的作用，但没有移动距离，这个力对物体没有做功。例如人用力推一个笨重的物体而没有推动。一个人举着一个物体不动，力都没有对物体做功。物体不受外力，由于惯性做匀速直线运动。物体虽然通过了一段距离，但物体没有受到力的作用，这种情况也没有做功。物体通过的距离跟它受到的力的方向垂直，这种情况中虽然有力的作用，物体也通过了一段距离，但这个距离不是在力的方向上的距离，这个力也没有做功。例如人在水平面上推车前进，重力的方向竖直向下，车虽然通过了距离，但在重力方向上没有通过距离，因而重力没有对车做功。(5)功与能的关系如果一个物体能够做功，则这个物体就具有能。正在做功的物体一定具有能。4杠杆(1)杠杆的定义在力的作用下，能绕固定点转动的硬棒叫做杠杆。(2)支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂杠杆能绕着转动的固定点叫做支点。4 / 13使杠杆转动的力叫做动力，阻碍杠杆转动的力叫做阻力。力臂是支点到力的作用线之间的距离，而不是支点与力的作用点之间的距离。(3)求力臂的步骤辨认杠杆，确定支点，作出动力、阻力的图示，将动力和阻力的图示延长，得动力作用线和阻力作用线，再从支点出发分别向二力的作用线作垂线，便得这两个力的力臂。(4）杠杆平衡的条件动力动力臂阻力阻力臂，即 F1L1F2L2。(5)杠杆的分类杠杆种类特点应用实例省力杠杆动力臂大于阻力臂，l1l2 动力小于阻力，FlF2 开瓶器费力杠杆动力臂小于阻力臂，l1l2 动力大于阻力，F1F2 钓鱼杆等臂杠杆动力臂等于阻力臂，l1l2 动力等于阻力，FlF2 天平5滑轮（1)定滑轮的结构和作用工作时轴固定不动的滑轮叫定滑轮，定滑轮的实质是等5 / 13臂杠杆，不能省力但能改变力的方向。(2）动滑轮的结构和作用动滑轮的实质是 L12L2 的省力杠杆，能省一半的力但不能改变力的方向。(3)滑轮组的作用滑轮组既可省力也可改变力的方向。使用滑轮组时，滑轮组用 n段绳子拉物体，拉物体所用的力 F就是物重的 n分之一，即 FG/n，其中 n表示拉物体的绳子数。6功率（1)功率的概念功率是用来描述物体做功快慢的物理量。(2）功率的单位瓦特，简称瓦，符号是 W。(3)功率的公式 PW/tP=FV机器的功率是指机器对外做功时输出的功率，每台机器都有各自最大限度的输出功率，对于需确定功率的机器，由 PFv，可知牵引力跟速度成反比。(4）机械效率、有用功、额外功、总功及其关系有用功对人们有用的功瞻，即机械克服有用阻力做的功额外功对人们没用又不得不做的功，即机械克服额外阻力做的功总功有用功与额外功的总和，即：W 总=W 有W 额6 / 13机械效率有用功与总功的比值或者说有用功在总功中所占的比例。即：W 有/W 总W 有/W 有W 额(5)有关机械效率的注意点机械效率通常用百分比表示，没有单位。实际机械的效率总是小于 1，即 1（理想机械时：因为 W额=0,W 有=W总，所以才有 =l） 。总功是人们利用机械时，动力对机械做的功。如果动力为 F，动力方向上通过的距离为 s，则：W 总=Fs。在实际计算中，利用机械提升物体时，有用功 W有Gh；沿水平面使物体匀速运动时，有用功等于克服摩擦做的功，即 W有fs。在计算 时，根据题目条件正确确定 W有和 W总是解题的关键。机械效率的大小取决于 W有与 W总的比值，它与利用机械是否省力无关。有时与 W有的大小也无直接关系，W 有大， 不一定就大。7电功与电功率、热量（1)电功的概念电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程。(2）电功的单位与公式计算公式为 WUIt，单位为焦耳（简称焦，符号为 j)、千瓦时（kWh)。换算：1kWh106j。7 / 13(3)电功率电功率是用来表示电流做功快慢的物理量。计算公式：P=W/t、P=UI。单位：瓦特（简称瓦，符号为 W） ，千瓦（kW） 。1kW1000W测定小灯泡的电功率实验：原理：P=UI；电路图；步骤。测定小灯泡额定功率时，应调节滑动变阻器，使伏特表读数为额定电压 U额时，再读出安培表示数 I额，代入P额U 额 I额中计算。(4）焦耳定律焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。其数学表达式为：Q=I2Rt，单位为焦。(5)电热器的原理和应用电热器的原理是电流的热效应。电热器的主要组成部分是电阻率大、熔点高的合金发热体。(6)电功、电功率、热量的比较物理量名称表达式单位及符号、换算关系注意电功形 W=UltW=Pt焦(j)，千瓦时(kWh)lkWh=106j公式中各量的对应关系，电能表的用8 / 13途及读数方法电功率 P=W/tP=UI瓦(w)，千瓦(kW)1kW=1000W 当 U实=U额时，P 实=P 额热量 QQ=I2Rt焦(j)在纯电阻电路中，计算热量可利用Q=W正确理解电功和电功率的关系有的同学认为“电流做功越多，电功率越大” ，这是错误的。电功率描述电流做功的快慢，用电流在单位时间内所做的功来表示。所以这里包含功和时间两个因素，只有在时间相同的前提下，做功多者功率才会大。若缺少时间这个因素，功率大时只能说明做功快，做的功不一定多。注意电功和热量的区别如电炉、电烙铁、电饭锅，电流做功时将全部电能转化为内能，QW。而电风扇工作时电能主要转化为机械能，只有少部分能量转化为内能，因此电风扇发热时惟一使用的公式是 QI2Rt（R 为电动机线圈的电阻） ，而绝不能使用 QW=Ut（其中 U为电机线圈两端的电压）来计算转化的内能，因为此时 WQ。注意电功率 P=UI和热功率 PI2R 的联系和区别在电路中只有电阻元件时（即纯电阻电路） ，电功率和热功率是相等的。当电路中有电动机、电解槽等用电器时，电能要分别转化成机械能、化学能等，只有一部分转化成9 / 13内能，电功率大于热功率。(7）正确理解额定功率和实际功率的关系“PZ220 一 25”的意思是：PZ 一普通照明灯泡，220一额定电压 220伏，25 一额定功率为 25瓦。使用各种用电器一定要注意它的额定电压，用电器只有在额定电压下才正常工作。当用电器的工作电压不是额定电压时，它的实际功率不等于额定功率；当工作电压低于额定电压时，用电器的实际功率小于额定功率，用电器不能正常工作；当工作电压高于额定电压时，用电器的实际功率大于额定功率，用电器有烧坏的危险。一个用电器的额定功率只有一个，但它的实际功率有无数个。实际功率会随着实际电压的变化而变化，灯泡的亮度取决于灯的实际电功率。8核能的利用（1)裂变和链式反应裂变是质量较大的原子核在中子轰击下分裂成 2个新原子核，并释放出能量的过程。在裂变过程中，导致一系列原子核持续裂变，并释放出大量核能的反应称为链式反应。(2)聚变和热核反应聚变是使 2个质量较小的原子核结合成质量较大的新核，10 / 13同时释放出大量能量的过程。由于聚变需要很高的温度，所以也称为热核反应。（3)放射性及其应用原子核的裂变和聚变都会产生肉眼看不见、能量很高的射线，如 射线、 射线, 射线。这些射线大剂量时会对人畜造成很大的伤害，但若用较小的量并谨慎地加以控制时，射线也可以用来探测机械设备、选育种子、治疗疾病等。(4)核能是原子核变化时释放的能，获得核能一般有两条途径：重核裂变和轻核聚变。目前建成的核电站都是利用重核裂变将核能转化为电能。原子弹是根据裂变的原理制造的，氢弹是根据聚变的原理制造的，氢弹的威力比原子弹大得多。9改变内能的两种途径（1)改变物体内能的两种途径做功和热传递。(2)做功和热传递的区别(3)内能、温度和热量的比较概念量的类型单位日常生活中“热”的不同含义内能物体内部大量做无规则热运动的粒子所具有的能状态量，对应的是某一个时刻 j“摩擦生热” ，意思就是物体经摩擦后，内能会增加11 / 13温度表示物体的冷热程度状态量，对应的是某一个时刻“热”表示温度高，如“今天天气很热” ，意思说今天气温很古同热量物体在热传递过程中吸收或放出热的多少，其本质是内能，是物体与物体之间传递的内能过程量，对应的是一段时间 j“蒸发吸热” ，意思是液体在蒸发时要从外界吸收热量10能量的转化与传递（1)能量转化和守恒定律能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能的总量保持不变，这就是能量转化和守恒定律。从本质上看，能量的转化和转移是有所区别的。能量的转化是指能量的形式发生了变化，一种形式能量减少了，而另一种形式的能量却增加了。能量的转移是指能量从一个物体转移到另一个物体上去，一个物体的能量减少了，而另一个物体同一种能量却增加了，但能量的形式保持不变。能量转化和守恒是自然科学最基本的规律。 “永动机”是不可能成功的，因为它违背了能量转化和守恒定律。能量的转化与传递有一定的方向性：例如热能可以从高温物体12 / 13转移到低温物体，而不能自发地从低温物体转移到高温物体；可燃物可以通过燃烧将化学能转化成内能，但不可能将内能自发地转化成化学能。(2)化学能与内能的转化燃料燃烧释放热量的过程，就是将贮存在燃料中的化学能转化为内能的过程。1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的燃烧值，其单位为焦千克。(3)生物体能量的来源和转化生物质能来自生物体，源于太阳能，是一类可再生能源。绿色植物进行光合作用，把太阳能转化为化学能贮存在生物体内的有机物中，其表达式为：生物体通过呼吸作用释放能量，一部分供给生物体进行各种生理活动，另一部分则转化为热能而散失。呼吸作用是生物体将贮存在体内有机物中的化学能释放、转化和利用的过程，其表达式为：(4）能量转化和守恒定律的发现史时间发现事实18世纪末 19世纪初各种自然现象之间的联系和它们之间的相互转化，逐渐被人们发现和认识13 / 1318世纪后期热质说将热看成一种没有质量和不可称量的流质热质，它不生不灭，存在于一切物体之中，物体的冷热程度，决定于其中所含热质的多少18世纪末英国物理学家伦福德对热质说提出了挑战1799年英国科学家戴维用实验方法对热质说提出了质