中考物理复习专题十 机械能和内能

专题十 机械能和内能 专题十机械能和内能 对应学生用书起始页码 页 机械 能和 内能 分子世界 分子是保持物质化学性质的最小微粒。 分子直径的数量级为 分子动理论 常见的物质是由大量的 分子 、原子构成的，分子间有空隙 分子处在永不停息的 无规则运动 中 分子间不仅存在 吸引 力，而且还存在 排斥 力 机械能 能量：一个物体能对另一个物体 做功 ，那么这个物体就具有能量 动能 定义：物体由于运动而具有的能 决定因素：物体的 质量 ；物体的 速度 势能 重力势能 定义：物体由于被举高而具有的能 决定因素：物体的 质量 ；物体所在的 高度 弹性势能 定义：物体因弹性形变而具有的能 决定因素：弹性形变的 程度 ；物体自身材料等 机械能 动能和势能统称为机械能 保持不变的条件：只有动能与势能互相转化 动能和势能是可以相互 转化 的 内能 概念：物体内所有分子做无规则运动的 动能 和分子 势能 的总和 与温度的关系：温度升高，内能 增大 ；温度降低，内能 减少 改变物体内能的方式 热传递（能量的转移） 发生条件： 有温度差 方向：高温处低温处 结果：温度相同 做功（能量的转化） 物体对外界做功，内能 减少 外界对物体做功，内能 增大 比热容 定义：一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和 升高的温度 的乘积之比， 叫作这种物质的比热容 单位： （） 热量计算公式： 水的比热容的应用：由于水的比热容较大，一般把水用作冷却剂、传热介质；另外，水还有调节气温的作用 热机 定义：将燃料燃烧释放的 内 能转化为 机械能 的装置 汽油机的一个工作循环 吸气 冲程 压缩 冲程（机械能转化为内能） 做功 冲程（内能转化为机械能） 排气 冲程 活塞往复运动 次， 对外做功 次， 飞轮运转 周 热值 定义：我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值 符号及单位：用 表示，单位是 质量为 的燃料完全燃烧放出的热量为：放 考点一 机械能及其转化 影响动能与势能大小的因素 （）影响动能大小的因素是物体的质量和速度。 物体的质 量越大，运动速度越大，它具有的动能也越大。 （）影响重力势能大小的因素是物体的质量和高度，物体的 质量越大，位置越高，所具有的重力势能越大。 （）影响同一个物体弹性势能大小的因素是发生弹性形变 的程度。 机械能内部转化情况可用下图表示（不计能量损失、物体 质量不变）。 重力 势能 速度增大，高度减小 高度增大，速度减小 动 能 速度增大，弹性形变减小 弹性形变增大，速度减小 弹性 势能 总机械能守恒 年中考 年模拟 中考物理 考点二 内能及其转化 一、内能 微观解释宏观影响因素量值 分子 动能 物体内部分子由 于永不停息地做 无规则运动而具 有的能 温度 温度越高，分子的无 规则运动越激烈，分子平均动 能越大 永远不 等于零 分子 势能 分子势能是由于 分子间相互作用 而产生的能量 物态和体积 反映在分子 间作用力大小和分子间距离 的大小上。 当体积变化不显 著时，从物态去判断分子势 能，例 如： 的 冰 熔 化 成 的水，分子势能是增加的 可能等 于零 物体的 内能 物体内部所有分 子做无规则运动 的动能和分子势 能的总和 温度、体积和物质的量 永远不 等于零 二、内能和机械能 机械能是宏观的，是物体作为一个整体运动所具有的能量， 它的大小与物体运动和位置的整体情况有关。 内能是微观的，内能大小与分子做无规则运动快慢及分子 间作用力、分子间距离有关，这些具体特点与物体整体的运动没 有直接关系。 所以物体的内能大小与机械能没有直接关系，但 内能可以和机械能相互转化。 三、改变内能的两种方式 注意 做功不一定都使物体的内能发生变化。 做功是否会 引起物体内能的改变，要看物体消耗的能量是否转化为物体的 内能。 如举高物体时，做功所消耗的能量变成了物体的势能，并 未转化为物体的内能，所以物体的内能就没有改变。 考点三 物质的比热容及热量的计算 一、比热容 定义 一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的 质量和升高的温度乘积之比，叫作这种物质的比热容 意义表示物质吸热（或放热）能力的物理量 单位 （） 公式吸（）、放（），可简写为： 续表 特点 比热容是反映物质自身性质的物理量，不同物质的比 热容一般不同；因此，可以用比热容的不同来（粗略地）鉴 别不同的物质 同一种物质的比热容一般不随质量、形状的变化而变 化。 如一杯水与一桶水，它们的比热容相同 对同一种物质，比热容大小与物态有关，例如水的比热 容与冰的不同 水的比热 容较大的 应用 调节温度 沿海地区昼夜温差小，内陆地区昼夜温差 大，形成海陆风 农民在秧田里灌一些水，在夜晚降温时，使 秧苗的温度变化不大，对秧苗起了保护作用 作为冷却 剂或取暖 汽车的发动机、发电厂的发电机的冷却系 统用水作为冷却剂 冬季供热用的散热器、暖水袋 二、机械效率、热效率、热机效率的对比 提高效率是节约能源，增强环保的重要途径。 效率问题是 衡量各种机械优劣的重要指标，例如前面我们学习了简单机械 的效率、炉子的热效率、热机的效率等。 三种效率的计算如下： （）机械效率： 有用 总 ，其中 有用指有用功，即对人 们有用的功；总指利用机械做的总功。 （）热效率： 有用 ，其中 有用指有效利用的热量， 指总能量。 如果总能量来源于燃料完全燃烧，则 放 。 如果总能量来源于电热，则 。 （）热机效率： 有用 总 ，其中 有用指用来做有用功的 那部分能量，总指燃料完全燃烧释放的能量。 提高热机效率的 途径：使燃料充分燃烧；尽量减小各种热量损失；保持机件间良 好的润滑、减小摩擦等。 例 （ 四川成都， 分）小李家使用的燃气热水器，将 的水从 加热到 ，消耗了 的天然气。 已知水 的比热容为 （），天然气的热值为 ，则下 列与该过程有关的计算结果和分析正确的是（ ） 水吸收的热量与水的末温成正比 水吸收的热量是 热水器的能量转化效率是 热水器的能量转化效率与环境温度无关 解析 根据公式 吸 可知水吸收的热量与水温度的 变化量成正比，故 错误；水吸收的热量 吸 （） （ ） ，故 错误； 放 ， 吸 放 ，所以 正确；热水器的转化效率和环 境温度有关，故 错误。 答案 当水的质量和初温一定时，随着末温的升 高，水吸收的热量增大，不能错误地认为水吸收的热量与末温成 正比。 掌握吸收热量的计算公式，知道水吸收的热 量为有用能量，燃料完全燃烧放出的热量为总能量是解答本题 专题十 机械能和内能 的关键。 温度、内能、热量三者的区别与联系 区别 从分子动理 论的观点看 概念辨别表达方式 存在 形式 单位 温 度 分子热运动的剧烈 程度的标志 物 体 的 冷 热程度 不能说“传 递”和“转 移”，只能说 “是”多少 状 态 量 内 能 物体内所有分子做 无规则运动的动能 和分子势能的总和 能 量 的 一 种形式 “具有” 状 态 量 热 量 在热传递过程中内 能转移的数量 在 热 传 递 过程中，传 递 内 能 的 多少 “吸收”或 “放出” 过 程 量 联系 （）同一物体温度变化，物体的内能一定发生变化。 （）内能变化有可能是热传递的结果，也可能是做功的 结果。 （）物体吸收或放出热量一定是发生了热传递。 （）物体只吸收或放出热量，它的内能一定变化，但温度不 一定改变。 如冰熔化时吸收热量，内能增加，但温度却保持在 不变。 同样，物体放出热量，温度也不一定降低。 蹦极 蹦极，也叫机索跳，是一项非常刺激的户外休闲活动。 跳跃 者站在 米以上高度的桥梁、塔顶、高楼、吊车甚至热气球上， 把一端固定的一根长长的橡皮绳绑在踝关节处然后两臂伸开， 双腿并拢，头朝下跳下去。 绑在跳跃者踝部的橡皮绳很长，足以 使跳跃者在空中享受几秒钟的“自由落体”。 当人体落到离地面 一定距离时，橡皮绳被拉开、绷紧、阻止人体继续下落，当到达最 低点时橡皮绳再次弹起，人被拉起，随后，又落下，这样反复多次 直到人静止为止，这就是蹦极的全过程。 蹦极时什么时候速度最大 下落过程中刚开始只受到重力（空气阻力忽略），向下加速 运动；下落距离大于橡皮绳长度时有向上的弹力，且弹力随着橡 皮绳伸长量的增加而增大。 在弹力和重力相等之前橡皮绳弹力小于重力，合力向下与 运动方向相同，加速运动。 在弹力和重力相等之后橡皮绳弹力大于重力，合力向上与 运动方向相反，减速运动。 所以速度最大的时候产生于加速和减速的转折点，也就是 橡皮绳弹力和重力相等的时候。 对应学生用书起始页码 页 方法一 判断动能、势能和机械能大小是否变化的方法 机械能动能势能动能重力势能弹性势能 影响因素 动能：质量、速度 重力势能：质量、被举高度 弹性势能：弹性形变量、材料等 分析题目中各因素的变化情况，就可以知道机械能的变化 情况。 由机械能的大小变化情况可判断动能和势能相互转化过 程中能量减少还是增大 如果只有重力做功（即没有其他形 式能量补充或没有能量损失），则动能、势能转化过程中机械能 不变。 如果物体在运动过程中受到摩擦和介质阻力等其他外 力，物体的机械能大小将变化。 例 （ 天津， 分）用细线将小球 系好后，固定在天花板上，做成一个摆。 如图所 示，小球从 点摆动到 点的过程中（ ） 速度变小，动能变大 速度变小，动能变小 速度变大，重力势能变小 速度变大，重力势能变大 解析 小球从 点到 点，高度降低，故重力势能减少，重 力势能转化为动能，故速度增大，动能增大，故选择 。 答案 变式训练 （ 福建 ， 分） 年 月 日，中国 国产航母完成首次舰载直升机起降。 直升机减速下降靠近航母 甲板的过程中（ ） 惯性变大动能变小 重力势能不变机械能不变 答案 解析 惯性是一切物体所固有的一种属性，只与物体的质 量有关，直升机减速下降，质量不变，所以惯性不变，故 错；与 动能相关的物理量是质量和速度，直升机减速下降，质量不变， 而速度变小，所以动能变小，故 正确；重力势能与物体质量和 物体所处高度有关，直升机减速下降，虽质量不变，但所处高度 变小，所以重力势能变小，故 错；动能和势能统称为机械能，前 面已分析，动能和重力势能变小，所以机械能也变小，故 错误。 方法二 区分内燃机的四个冲程的方法 一要看进气门、排气门的开闭状态，二要看活塞的运动方 向，在此基础上进行综合分析。 具体情况如表所示： 冲程进气门排气门活塞运动方向 吸气冲程打开关闭向下运动 压缩冲程关闭关闭向上运动 做功冲程关闭关闭向下运动 年中考 年模拟 中考物理 续表 冲程进气门排气门活塞运动方向 排气冲程关闭打开向上运动 例 （ 山东潍坊， 分）如图是四冲程汽油机的剖 面图，它是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证 连续工作的。 其中内能转化为机械能的是（ ） 吸气冲程压缩冲程 做功冲程排气冲程 解析 做功冲程是内能转化为机械能的冲程，燃料燃烧，化 学能转化为内能，高温高压的燃气推动活塞做功。 故选 。 答案 变式训练