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1、第十二章机械能和内能【知识梳理】1机械能A.能a.定义在物理学中，把物体做功的本领叫做能物体能做多少功，它就具有多少能具有能的物体不一定做功能是一个状态量b单位在国际单位制中，能的单位与功的单位一样是焦耳B.机械能a.动能i定义物体由于运动而具有的能叫做动能ii决定因素 质量和速度运动的物体速度越大，质量越大，它具有的动能就越多 21mvEk式中的 是相对速度，一般以地面为参照物b重力势能i定义物体由于被举高而具有的能叫做重力势能ii决定因素质量和高度物体被举得越高，质量越大，它具有的重力势能就越多Ep=mgh 式中的 h 是相对高度，一般从地面竖直向上量c.弹性势能i定义物体由于发生弹性形变
2、(外力撤消后完全恢复原来形状的形变)而具有的能叫做弹性势能ii决定因素弹性强弱和形变大小弹性物体的弹性越强，形变越大，它具有的弹性势能就越多d机械能动能和势能统称为机械能某物体在某状态下所具有的机械能，等于该状态下该物体所具有的动能和势能之和 PkEe.机械能的转化和守恒物体的动能和势能可以相互转化，在转化的过程中，若没有摩擦等阻力，机械能的总量保持不变；若有摩擦等阻力，机械能的总量减少2内能A.定义物体内部大量分子的无规则运动叫做热运动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，叫做物体的内能严格地说，内能还应包括分子内部所具有的能，比如核能B.决定因素 物体的质量、温度、体积、物态
3、、物质种类等说明：内能与机械能的区别内能与机械能是两种不同形式的能，它们的决定因素不同：内能的决定因素如上所述，机械能是指整个物体所具有的动能和势能的总和，它由物体的质量、速度、高度(或形变)等因素决定内能和机械能两者互不包含：一个物体在某一状态下可能同时具有机械能和内能，也可能机械能为零，但内能一定不为零C.改变物体内能的两种方式一热传递和做功a.热传递只要物体间或同一物体的不同部分间存在着温度差，就会发生热传递热从高温物体传到低温物体，或从物体的高温部分传到低温部分，直到温度相等(热平衡)时为止热传递的三种方式：i传导 热从物体的高温部分沿着物体传到低温部分叫做传导它的特征是热沿着物体传递
4、，而传导热的物体本身并没有发生流动固体中的热传递以传导方式为主善于传导热的物质叫做热的良导体，如各种金属，其中最善于传导热的是银，其次是铜和铝不善于传导热的物质叫做热的不良导体，如瓷、纸、木头、玻璃、皮革、棉花、石棉等，液体(除水银外)都不善于传导热，气体比液体更不善于传导热ii对流靠液体或气体的流动来传递热的方式叫做对流它的特征是靠物质的流动来传热，因此对流是液体和气体特有的热传递方式当发生对流时，密度小的物质上升，密度大的物质下降，即只有在上部物质密度大于下部物质密度时才会产生对流因此用对流的方式对物体加热时，热源应放在被加热物体的下方，而用致冷物对物体冷却时，应将致冷物置于被冷却物体的上
5、方iii.辐射热由物体以电磁波的形式直接向外射出去叫做辐射它的特征是不需要介质，可在真空中进行太阳的热就是通过辐射的方式传给地球的物体吸收(辐射)热的本领与它的温度高低、表面积大小和表面颜色深浅有关，物体温度越低(高)、表面积越大、表面颜色越深，越有利于吸收(辐射)热利用热传递的方式改变物体内能的实质是内能的转移，内能改变的多少可用传递的热量来量度在没有做功的条件下，物体放热，其内能减少；物体吸热，其内能增加b做功利用做功的方式改变物体内能的实质是内能和其他形式能的相互转化，内能改变的多少可用做功的多少来量度在不发生热传递的条件下，物体对外做功，其内能减少；外界对物体做功，其内能增加做功和热传
6、递对改变物体的内能是等效的D内能的利用利用内能来直接加热物体和利用内能来做功3热量A.定义在物理学中，把物体在热传递过程中放出或吸收能量的多少叫做热量用字母 Q 表示热量是一个过程量离开了热传递过程，说一个物体含有多少热量是没有意义的 B.单位在国际单位制中，热量的单位与功和能的单位相同，都是焦耳(J)C.物体状态未变、温度改变过程中的吸、放热i物体温度升高时吸收的热量 tcmtcQ吸)(0ii物体温度降低时放出的热量 公式中的 t 表示物体的末温、t 0表示物体的初温、t 表示物体温度的变化值由公式变形可得： tmc，对于混合物 nnmQ 2121,D物态变化过程中的吸、放热i熔化热与凝固热
7、单位质量的某种物质(晶体)，在熔点时从固态完全熔化成同温度的液态时，所需要吸收的热量叫做这种物质的熔化热，用字母 表示定义式： mQ在国际单位制中，熔化热的单位是焦千克(Jkg)物质在凝固时要放出热量，这叫凝固热在相同的热学状态下，同一物质的凝固热与熔化热相同ii汽化热与液化热单位质量的某种液体，完全变成同温度的气体时所需要吸收的热量，叫做这种物质的汽化热，用字母 L 表示定义式：L=Q/m .在国际单位制中，汽化热的单位是焦千克(Jkg)物质在液化时要放出热量，这叫液化热在相同的热学状态下，同一物质的液化热与汽化热相同同种物质温度升高时，汽化热减小iii升华热与凝华热单位质量的固态物质升华时
8、，所需要吸收的热量叫做这种物质的升华热物质在凝华时要放出热量，这叫凝华热在相同的热学状态下，同种物质的凝华热等于升华热，且等于相同条件下，它的汽化热和熔化热之和E 热平衡方程原来温度不同的物体，经过热传递而变得温度相同，即达到了热平衡状态高、低温物体组成的系统，在系统内进行热传递的过程中，若与外界不发生热交换，则 Q 放 =Q 吸 ；若与外界发生了热交换，则 Q 放 =Q 吸 +Q 损 热平衡方程在整个热传递过程中的任一阶段都成立，并不是只有达到热平衡时才成立其实质是能量守恒4 燃料的热值A.物理意义热值是表示燃料燃烧时释放热量多少的物理量B.定义单位质量(或单位体积)的某种燃料完全燃烧时所放
9、出的热量叫做这种燃料的热值用字母 q 表示热值是燃料的一种属性，它的大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量(或体积)、是否燃烧以及燃烧的程度均无关 C.单位在国际单位制中，固体和液体燃料热值的单位是焦千克(Jkg)，气体燃料热值的单位是焦米 3(Jm 3)D质量为 m 千克(或体积为 V 米 3)的燃料完全燃烧放出的热量 Q=qm 或 Q=qV说明：温度、内能、热量及它们之间的关系从微观角度看，温度反映了在某一状态下，物体内部分子做无规则运动的剧烈程度，一个物体的温度越高，它内部分子的无规则运动就越剧烈，温度是一个状态量内能是物体内部所具有的能量，一切物体都具有内能，内能也是一个状态量对于同一个
10、物体，它的温度变化可以反映出其内能的变化：温度升高，内能增大；温度降低，内能减小但对于不同的物体，温度高的物体不一定比温度低的物体内能大，这是因为内能的大小不仅仅由温度决定热量是在热传递过程中传递的内能的多少，它是一个过程量在热传递过程中被传递的是热量而不是温度当物体吸、放热时，其内能发生变化，但温度不一定改变，如晶体的熔化和凝固、液体的沸腾等过程物体内能的改变不一定由热传递造成，因为改变物体内能的方式有两种：做功和热传递5热机A.所有热机的共同特点将燃料燃烧时获得的内能转化为机械能B内燃机i定义燃料直接在气缸内燃烧而推动活塞做功的热机叫做内燃机ii工作原理内燃机的一个工作循环由吸气、压缩、做
11、功和排气四个冲程组成活塞从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程在压缩冲程中，机械能转化为内能；在做功冲程中，内能转化为机械能在四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，其余三个冲程叫做辅助冲程，都是依靠飞轮的惯性带动曲轴完成的在内燃机的一个工作循环中，活塞共来回两次，曲轴共转动两周C.热机的效率i能量损耗的原因燃料不可能充分燃烧；热机部件散热损耗部分内能；克服机件之间的摩擦做功要损耗部分内能；废气带走部分内能ii热机的效率在热机里，用来做有用功的那部分能量跟燃料完全燃烧所获得的能量之比，叫做热机的效率 %10吸Q式中 qmQ吸iii提高热机效率的主要途径：在热机的设计和制造上不断改进和革新，以减少各
12、种能量损失；在使用时注意保养，例如加润滑剂以保证良好的润滑，以减小摩擦，合理调整运动零部件之间的间隙，以减小摩擦和防止漏气；充分利用废气带走的内能D两种内燃机的不同点机 汽油机 柴油机种项 目构 造 有火花塞，无喷油嘴 有喷油嘴，无火花塞燃 料 汽油 柴油吸气冲程中吸进的物质 汽油和空气的燃料混合 物 空气压缩冲程末气缸内的温度 250300 500700点火方式 点燃式 压燃式做功冲程开始时燃气的压强 3106510 6 Pa 510610 7 Pa效 率 2030 2840主要用途 汽车、摩托车等 拖拉机、坦克、轮船、内燃机车、载重汽 车等柴油机的效率比汽油机的效率高的主要原因是：在做功冲
13、程中，柴油机气缸内燃气的压强较大E环境保护 煤、石油、天然气等燃料的利用，使人类获得大量的内能，但同时也造成环境污染污染环境主要有以下几个方面：(1)燃烧生成有害气体；(2)燃烧排放大量烟尘、废气；(3)内燃机的噪声保护环境的途径：(1)改进燃烧设备；(2)加消尘除尘装置；(3)集中供热，提高燃烧率；(4)普及推广气体燃料【典例剖析】1. 两个相同的篮球，表面潮湿，从不同高度自由落至同一地面，留下的印迹如图所示关于初始时篮球的重力势能，下列说法正确的是 ( )A. 落在 a 处的大 B.落在 b 处的大 C. 两个一样大 D无法比较大小2. 如图所示，同一物体分别从三个不同斜面 PA、PB、P
14、C 的顶端由静止滑下，已知物体在三个斜面上下滑时受到的摩擦力均为 f(f0)当物体从斜面顶端 P 滑到底端 A 或 B 或C 时，速度分别为 1、 2、 3，则 ( )321.A.B 321.C D. 不能确定3. 学生在做模拟“蹦极”的小实验(如图所示)一根橡皮筋一端系一个小石块，另一端固定在 a 点，b 点是橡皮筋不系小石块自然下垂时下端所在的位置，c 点是小石块从 a点自由下落所能到达的最低点，在小石块从 a 点到 c 点运动的过程中，以下说法正确的是A.小石块动能一直在增加 B.小石块减少的重力势能全部转化为动能C.小石块经过 b 点时，橡皮筋具有弹性势能 D.小石块到达 c 点时，动
15、能为零4. 一个光滑圆管轨道固定在竖直平面内，AB 是圆管的一条水平直径，如图所示，从 A 点以相同大小的速度同时向上、下抛出甲、乙两个小球，那么 ( )A.甲先到 B 点 B.乙先到 B 点 C.两球同时到达 B 点 D无法确定哪个球先到达B 点5. 分析下列几种现象中温度变化的原因，其中一种与其他三种不同，它应该是( )A. 开啤酒盖瞬间，瓶口的二氧化碳气体温度会降低B. 化妆品或杀虫剂之类的自动喷剂，当喷了一会儿，罐身温度会降低C. 用打气筒打气了，过了一会儿就感到筒身发热D夏天，用嘴向手背快速吹气，会感到凉意6. 如图所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，迅速向下压活塞，可以看到硝化棉燃烧起来，放手后活塞被弹起(1)活塞压缩筒内气体做功是将 能转化 能(2)请在题目中找一现象并简述原因现象： ；原因：
