[机械能与内能的转换]机械能、内能复习指要

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机械能、内能复习指要
 
[知识精讲]
一、 能
1、 能的定义：一个物体如果能够做功，我们就说这个物体具有能。
1）“能够”做功并不一定要或一定要做了功，只要物体具有做功的“本领”它就具有能。
2）正在做功的物体一定具有能。 
2、动能：物体由于运动所具有的能。
1）不能说成是“运动物体具有的能叫动能”，因为运动物体还可能具有势能。
2）动能的大小与物质质量和运动速度有关，质量越大，速度越快时，动能越大。
3、势能：
 重力势能：物体由于被举高所具有的能。
 弹性势能：物体由于发生弹性形变所具有的能。
1） 重力势能与物体的质量和被举高的高度有关，质量越大，被举得越高时，重力势能越大。
2）弹性势能与物体弹性形变程度有关，弹性形变越大，弹性势能就越大。（物体由于受外力作用而发生且外力撤去后物体能自动恢复原状的形变称为弹性形变）
4、机械能：机械能=动能+势能（动能和势能统称为机械能）
 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。滚摆现象充分说明动能和势能可以相互转化。
二、 分子动理论
1、 物质是由分子构成的。分子很小，其直径以10-10米来量度。
2、 一切物体的分子都在不停地做无规则运动。
扩散现象指不同的物质相互接触时，彼此进入对方的现象。扩散现象可发生在不同的固体、液体、气体之间，同时扩散现象说明物质的分子间存在着间隙。
扩散现象表明了一切分子在不停地做规则运动鞋，温度越高，分子规则运动速度越快。
3、 分子间存在相互作用的引力和斥力。
分子间的引力和斥力是同时存在的，且与分子间的距离有关，当分子间的距离为某一距离r时，引力等于斥力；当分子间的距离小于r时，引力小于斥力，主要表现为斥力；当分子间的距离大于r时，引力大于斥力，主要表现为引力；当分子间的距离为远大于r（分子直径的10倍以上）时，分子作用力可以忽略。
三、 内能
1、 定义：物体内部所有分子做规则运动的动能和分子势能的总和叫做内能，内能也常叫做热能，也是能的一种形式，国际单位制单位为：焦耳。
2、 内能跟物体的温度关系：物体温度越高，分子无规则运动越激烈，物体内能就越大。
物体温度越高，扩散过程越快，这说明温度越高，分子无规则运动的速度越大，即分子无规则运动越快。
3、 热运动：物体内部所有分子的无规则运动。
4、 一切物体都有内能，温度降低，内能减小，但内能不可能为零。
5、 内能与机械能的区别：内能与机械能是不同形式的能，内能与物体内部分子的无规则热运动和分子的相互作用情况有关，而机械能则与物体的机械运动情况有关；物体的机械能可以为零，但物体内能一定不为零；物体可以同时具有内能和机械能。
6、 改变物体内能的方法：做功和热传递。
1）做功：外界对物体做功，物体内能增加；物体对外界做功，物体本身内能减少，它是机械能与内能的转化。
2）热传递：热从温度高的物体传递给温度低的物体或者从同一物体的高温部分传给低温部分的过程，在此过程中，高温物体放出热量温度降低，内能减少；低温物体吸收热量温度升高，内能增加。它是物体间内能的转移。
3）做功和热传递在改变物体内能上是等效的。1234
4）做功多少和热传递多少在改变物体内能时只能度量物体内能的变化多少，而不能度量物体物体内能的多少。功、热、内能的单位相同，均为“焦耳”。
5）物体内能改变包括两种：物体内能增加或物体内能减少。
 使物体内能增加的方法有两种：一是外界对物体做功；二是物体从外界吸收热量。
 使物体内能减少的方法有两种：一是物体对外界做功（如气体膨胀），二是物体向外界放出热量。
改变物体内能的方法有两种：一是做功，二是热传递。
6）热传递发生的唯一条件：物体间或物体的不同部分间存在温度差。当温度相同时，热传递终止。热传递过程传递的是内能，热传递方向总是从高温物体向低温物体或物体温度高的部分向温度低的部分传递，不可逆向，热传递的方向只与物体的温度高低有关。
四、 热量的计算
1、热量的初步概念
 热传递过程中，传递能量的多少叫热量，物理量符号为：q
 放热（q放）：热传递过程中，高温物体内能减少；吸热（q吸）：热传递过程中，低温物体内能增加。
 物体吸收或放出的热量越多，内能改变越大，用热传递改变物体内能，内能改变多少用热量来量度。
 热量是热传递过程中才存在量，单独一个物体不能说具有多少热量。
2、 热值
1） 物理意义：表示质量相同的不同燃料完全燃烧放出的热量不同的特性。
2） 定义：1千克的某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值。物理符号为：q，国际单位制中单位：焦/千克。
同种燃料的热传递值相同，不同燃料的热值一般不同（特例：焦炭与酒精、煤油与汽油的热值相同），热值是燃料的特性，某一燃料的热值与燃料质量大小、是否完全燃烧、放出热量大小无关，只在数值上等于q与m的比值。
3） 燃料完全燃烧放出的热量=燃料的热值x燃料的质量。即：q=qm。
4） 燃料燃烧过程实质是燃料的化学能转化为内能的过程。
3、 比热容（简称：比热）
1） 物理意义：表示质量相等、温度升高（或降低）相等时，不同的物质吸收（或放出）的热量不相等的特性。
2） 定义：单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃，吸收（或放出）的热量叫做这
种物质的比热容，物理符号：c，常用单位：焦/（千克?℃）。
3） 公式：c=q/(mδt)=q/m(t-t0)
4） 比热容是物质的一种特性，每种物质都有自己的比热，同种物质的比热相同，不同的物质比热不同，同种物质的状态不变，比热不变。比热与q、m、δt、t、t0等无关，只在数值上等于q与mδt的比值。
5） 水的比热比较大，为4.2x103焦/（千克?℃）。
4、 热量的计算
设物体质量为m、初温为t0、末温为t，则：
1）t >t0，物体吸热，温度变化量为δt= t-t0；q吸=cm(t-t0)=cmδt；
2）t0> t，物体放热，温度变化量为δt= t0-t；q放=cm(t0-t)=cmδt；
3）t0 = t，物体不吸热，不放热，即热平衡状态。
4）燃料燃烧放热公式：q放=q m。
上列公式中各物理量单位：m为千克，δt、t、t0、为℃，q为焦，，
　c为焦/（千克?℃），单位应先统一。
五 、能量守恒定律
　　能量既不会消灭，也不会创生，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律。1234
　　1、在热现象中，做功的过程是内能和其它形式能量的转化过程，且做了多少功，就有多少内能转化为其它形式的能量或就有多少其它形式的能量转化为内能。能量是守恒的。
　　2、在热传递过程中是内能的转移过程。如甲、乙物体间发生热传递，甲物体减少了多少内能，乙物体就会增加等量的内能，能量是守恒的。
　　3、不仅内能可以同其它形式的能量发生转化或转移，各种形式的能量都可以发生相互转化，且能量是守恒的。
六、内能的利用
 1、利用内能加热。它实质上是应用热传递方式，把燃料燃烧时由化学能转化的内能转移给被加热的物体，同时应注意节约燃料，减少环境污染。
2、 利用内能做功，它是通过做功方式把内能转化为人类可以直接利用的机械能。如：热机、火力发电站等，其中就需要把内能转化为机械能。

                    炉子有效利用的热量
    3、炉子的效率=------------<1
        燃料完全燃烧放出的热量
      热量散失的原因：燃料难以完全燃烧，炉子等吸热和向外界散热，烟气带走热量等。
   提高燃料利用率的方法： 一是证燃料充分燃烧，二是加大受热面。
   现代社会，人类使用的能量绝大部从燃料的燃烧中获得内能，提高燃料利用率能节约能源和保护环境。
七、热机和热机效率
1、 热机是利用燃料的燃烧来做功的装置。将化学能转化为内能，内能再转化为机械能，应用广泛的热机是内燃机，内燃机有汽油机和柴油机。
2、 热机效率

                     做有用功的能量（w有）
         热机效率=------------<1
        燃料完全燃烧放出的能量

3、 提高热机效率的方法：一是养活各种能量的损失；二是要注意保养等。
4、 提高燃料利用率的重要措施是设法利用废气的能量。热电站就是利用废气来供热的。
[导学指要]
1、 关于对“功和能”的理解应注意
　具有能量的物体能够做功，但并不表示它已经做了功。例如，处于高楼上的物体，虽然具有重力势能，如果它留在原处，高度没有变化，就没有做功，只有它从高处下落下时，才会对外做功。因此，一个具有能量的物体未必做功；一个物体不做功，也不能说它不具有能量。
2、 在说明动能和势能转化问题时，应抓住：
1） 在说明动能变化时，注意物体质量和速度的变化。（特别是速度）
2） 在说明势能变化时，注意物体质量和物体高度的变化，以及形变的情况。（特别是高度）
3） 对“同一物体”（即隐含了“质量一定”），则注意它的速度、高度或形变等的变化情况。
3、 物体能量转化过程，也是一个做功过程
　　例如物体从高处下落，是重力势能转化为动能的过程，也是重力势能对物体做功的过程；又如射箭过程，是弹性势能转化为动能的过程，也是弓的弹力对箭做功的过程。1234
4、 关于温度、热量和内能的区别与联系
1） 内能是物体内部所有分子的规则运动所具有的总能量，热量是在热传递中，表示物体吸收或放出的内能多少的物理量，温度是表示物体冷热程度的物理量，反映物体内大量分子无规则运动的剧烈程度，因此，三者在物理概念上是不同的。
2） 只有在热传递时，物体的内能发生了改变，谈热量才有意义。因此，可以说“物体的温度高或低”，“物体的内能大或小”，但不能说“物体含有热量多或少”，也不能说“温度越高热量越大”。因为这两句话没有涉及热传递。
3） 由q=cmδt可知，在c和m都一定时，物体吸收或放出的热量和它的温度变化量δt成正比关系；
4） 热传递的过程实质是内能传递过程，在热传递时，物体内能的改变量等于它传递的热量，所以不能说“吸收热量多的物体内能大”，只能说“在热传递时，吸收热量多的物体内能增加大”，同样也不能说“内能大的物体，放出的热量一定多。”
5） 物体的内能大小不仅与其温度高低有关，还跟物体的质量（或分子数）有，因此，不能说“温度越高的物体，其内能一定越大”。
在物态转化时，物体内能改变了，但温度可以不发生改变，如晶体在熔化时，吸热使内能增加，但温度却不变。
5、 物体的内能和物体的机械能的区别
     机械能是整个物体由于运动和物体之间相互作用而具有的能量；而内能是组成物体的所有分子运动和分子之间相互作用而具有的能量，物体的动能跟物体的整体运动速
度有关，物体内分子的动能则跟物体的温度有关；物体的势能跟物体的整体位置或形变情况有关，物体内分子的势能则跟分子间的距离有关。在一定条件下（如以地面为参照物，静止的物体），物体的机械能可以为零；但在任何条件下物体都具有一定的内能。
6、从一些宏观现象去了解分子运动：
　　从宏观的扩散现象，我们可以知道，在微观世界上的分子是不停地做无规则运动的，同时也说明分子存在间隙，否则物质间接触时，就不会彼此进入对方。对物体压缩和拉伸需要
力，说明了分子间存在吸引力和推斥力；固体内的分子也在不停地运动，但固体能保持有一定的形状，就说明了团体内分子存在相互作用力。
7、 比热是反映物质热学特性的物理量
　　比热是一个重要物理量，每种物质都有自己的比热，由于各种物质的比热不同，所以质量相同的各种物质，升高相同的温度，所需要的热量不同；或者质量相同的不同物质，吸收了相同的热量后，升高的温度各不相同。
　　从热量计算公式的变形可得物质比热的定义式：
c=q/(mδt)=q/m(t-t0)
   此式不可以理解为：吸收的热量越多，物质的比热就越大；物体的质量越小，它的比热就越大；物体的温度变化量越大，它的比热就越小。从定义式可知，比热是反映物质热学特性的物理量，它描述的是某种物质每单位质量温度升高1℃所需吸收的热量，不同的物质比热是不同的；同一种物质的比热是一定的，它跟q、m和δt的变化无关。
8、 热量计算公式的应用
    使用物理公式时应了解公式的适用范围，对q=cm(t-t0)=cmδt这一热量计算公式，主要是用来计算物体温度变化时，物体吸收或放出热量的多少，如果物体在吸热和放热过程中温度是保持不变的，就不能使用该公式，例如晶体熔化或凝固过程，就不可用此公式计算。使用公式时应清楚公式中各符号所表示的物理量的含义，以及各物理量应当采用的单位。

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