第1讲机械能与内能学生版A级.docx
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第1讲机械能与内能学生版A级
机械能与内能
考试内容
知识点
分项细目
考试目标
了解
理解
功和能
机械能
1.动能、重力势能、弹性势能
√
2.动能、势能的相互转化
√
内能和热量
分子动理论
分子动理论的基本观点
√
内能
1.物理的内能
√
2.改变内能的两种方法
√
这是雄伟壮观的三峡大坝!
是世界上最大的水利发电站.那水电站是怎样实现发电呢?
发电站是通过上下水面的高度差所产生的势能,冲击发电机组,产生电能,是这样发电的,我们也明白这是水的机械能转化了电能.这节课,我们就说说能量之间的转化.
知识点1.能
1.能量的概念
一个物体能够做功,我们就说它具有能量.从定义中我们可以看出能量实际上描述的是物体做功的能力和本领.做功必然有能,但有能不一定正在做功,必须创造条件(如让被举高的重锤落下或让空中飞行的子弹碰到木板),让物体具有的能量释放出来,才会有对外做功的表现.因此,对物体是否具有能量应从能否做功去考虑,而不是看物体是否已经或正在做功.
一个物体能够做的功越多,它具有的能量就越大.比如:
同一个重锤被举得越高,落下来就能把木桩打入更深的地里,可见被举得越高的重锤能够做更多的功,所以说它具有的能量就越大.正因为如此,可以用物体能够做功的多少来衡量物体具有的能量的大小.
2.能量的单位
能量的单位是焦耳(J),常用的单位还有千焦(kJ),1kJ=1000J
知识点2.机械能
1.动能
(1)动能的概念
请看下面几个例子:
a.风吹着帆船航行,风对帆船做了功.
b.急流的河水把石头冲走,水对石头做了功.
c.运动着的钢球打在木块上,把木块推走,钢球对木块做了功,类似例子你还能说出几个吗?
从上面的例子可以看出,运动的物体可以对外做功,我们说它具有能量.物体由于运动而能够做功,它具有的能量叫做动能.
注意:
a.一切运动的物体都具有动能.例如,运动的钢球具有动能,如果在钢球前进方向上放置一个木块,钢球就会把木块推走.风是流动的空气,它可以推动帆船克服阻力在河流中航行,风也具有动能.因此,具有动能的物体一定在运动.
b.动能与惯性是物理意义截然不同的两个概念.惯性是物体的一种固有属性,它决定于物体的质量,与物体是否运动没有关系.动能则是指物体的运动状态,它由质量、速度共同决定.当物体的运动状态变化时,它的动能也随之改变.
c.物体的动能与参照物的选取有关.物体速度的大小与所取的参照物有关,即速度具有相对性,同一运动物体相对于不同的参照物,其动能可以取不同的值.例如,取地面为参照物,坐在运动火车中的人具有一定的动能;若取火车为参照物,因为人相对火车的速度为零,则人的动能就为零.
在以后的问题中,如无特别指明,物体的动能都是相对于地面(地球)而言的.
(2)决定动能大小的两个因素
决定动能大小的两个因素是物体的质量和运动速度.运动物体的质量越大、速度越大,这个物体的动能就越大.在比较两个物体具有动能大小时,不能不考虑质量的大小仅凭速度大小,也不能不考虑速度大小单依据质量大小进行比较.一个物体的质量一定,运动速度越大时它的动能越大;具有相同运动速度的物体,质量大的物体动能就大.例如慢跑的人动能小,当他快速奔跑时动能较大.以同样速度飞行的铅球和乒乓球,铅球的质量大,动能也大.
2.重力势能
(1)重力势能的概念
请看下面的例子:
a.人们在打桩时,先把重锤高高举起,重锤落下就能把桩打入地里.
b.在高空中的铅球落到地上,能在地上打出一个小坑.
从上面的例子可以看出,被举高了的物体也可以对外做功,所以也具有能量.物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能.
注意:
a.重力势能是由于物体受到重力,或者说地球对物体吸引而产生的.物体处于不同位置时的做功本领不同,其重力势能的大小也不同.
b.因为物体所处的高度具有相对性,所以物体具有的重力势能大小也具有相对性.如无特别指明,今后提到的重力势能都是相对于地面而言的.
(2)决定重力势能大小的因素
决定重力势能大小的因素是物体的质量和被举的高度.在比较两个物体的重力势能大小时,要同时考虑物体质量和离开地面的高度.放在同样高度上的两个物体,质量大的重力势能大;同一个物体或质量相同的物体,被举得越高它的重力势能越大.在这里我们认为地面上的物体没有被举高,重力势能为零.但是,物体只要离开地面,在高处,就具有重力势能.
3.弹性和弹性势能
(1)弹性势能的概念
物体在外力的作用下,它的形状会发生变化,称为形变.如果将对物体施加的外力撤消,物体的形变能够完全消失,恢复原状,这种形变称为弹性形变,这种性质叫做弹性.
请看下面的例子:
a.射箭运动员把弓拉弯,放手后被拉弯的弓能把箭射出去.
b.压缩的弹簧能将压在它上面的物体弹出去.
从上面的例子可以看出,发生弹性形变的物体能够对外做功,所以也具有能量.我们把发生弹性形变的物体具有的能量叫做弹性势能.
(2)决定弹性势能大小的因素
决定弹性势能大小的因素是物体弹性形变的大小和它本身的性质,对同一个弹性物体,它发生的弹性形变越大,具有的弹性势能也越大;但对不同的弹性物体,其弹性势能的大小除与它的弹性形变的大小有关外,还与它本身的性质有关.如用不同种类的弹簧枪射击,在弹簧被压缩的程度相同时,子弹被射出的距离却不同.
4.机械能
动能和势能统称为机械能.一个物体可以具有动能,又可以具有势能,动能和势能之和称为机械能.
5.动能和势能的相互转化
动能和势能统称为机械能,动能和势能可以相互转化,若没有除重力和弹簧弹力以外的力做功,那么机械能的总量保持不变.在转化过程中,若重力对物体做功则重力势能减小,重力对物体做负功(物体克服重力做功)则重力势能增加,且重力做的功就等于重力势能的变化量.
动能和重力势能之间可以相互转化,该知识点主要有三个常见例子,考查时也常以这三个例子的形式见于试卷.
如下图所示滚摆,在下降过程中,越转越快,它的重力势能越来越小,动能越来越大,重力势能转化为动能;滚摆上升过程中,越转越慢,重力势能越来越大,动能越来越小,动能转化为重力势能.
如上图所示的单摆,小球从A点摆向最低点B时,位置越来越低,重力势能减小,动能增大,重力势能转化为动能;从B点摆向C点时,小球上升,位置升高,动能减小,重力势能增大,动能转化为重力势能.
再如:
木球与弹簧片碰撞过程,(上图甲→乙),木球速度从大逐渐减小至零,弹簧片形变从零逐渐增大,弹性势能增大,木球的动能转化成弹簧片的弹性势能.在弹簧片恢复原状的过程中(上图乙→丙)木球的速度又从零逐渐增大,动能增大,而弹簧片弹性形变从大逐渐减小到零,弹性势能减小,弹簧片的弹性势能转化为木球的动能.
注意理解功与能的区别和联系:
(1)功和能是既有联系又有区别的两个物理量.功是描述运动过程的物理量,能是描述运动状态的物理量,当物体由某种状态变为另一种状态时,作用力可以做功,可以有能的变化.当物体处于某种状态时,它具有一定的能.例如,重G的物体在H高处有重力势能;这个物体下落过程中重力做功,重力势能减小、动能增加;物体达到地面时,重力势能最小,动能最大.又如,用手将弓拉弯的过程中,人用力克服弹力做功,弓的弹性势能增加;弓将箭射出去的过程中弹力做功,弓的弹性势能减小,箭的动能增加.
(2)能是物体所具有的做功本领,反映物体能够做多少功.功是能量转化的量度,反映在这个过程中有多少能量从一个物体转移到另一个物体,或者由一种形式变为另一种形式的能(如由动能变为势能).我们可以用物体能够做多少功来衡量这个物体能的大小,但不能用物体做了多少功来衡量这个物体能的大小.功和能的单位相同,都是J.
知识点3.功和能的关系
做功的过程,一定伴随着能量的转移或转化.如:
打桩机被举高的重锤落下砸在石桩上,重锤下落时势能转化为动能;摩擦做功时,将机械能转化为内能;电流通过电炉丝,电能转化为内能,电流做了功.做了多少功,就有多少能量的改变,功是能量转化的量度.
【例1】下列说法正确的是()
A.具有能的物体一定做功
B.有的能越大,它做的功越多
C.物体做的功越多,它具有的能就越大
D.物体能够做的功越多,它具有的能就越大
【例2】关于能的概念,下列说法正确的是()
A.一个物体能够做功,就说这个物体具有能
B.用线悬挂着的小球,没有做功所以没有能
C.一个物体已做的功越多,说明这个物体具有的能越多
D.一个物体做了功,说明这个物体具有能
【例3】(多选)下列关于动能的说法正确的是()
A.动能是普遍存在的机械能的一种基本形式,凡是运动的物体都有动能
B.动能对于不同的参照系,同一物体的动能大小是不同的
C.一定质量的物体,动能变化时,速度一定变化,但速度变化时,动能不一定变化
D.动能不变的物体,一定处于平衡状态
【例4】
如图所示,为我国某地的等高线图,若把同一个物体分别放在a点和b点,则物体的重力势能()
A.在a点时大B.在b点时大
C.在两点一样大D.条件不足,无法判断
【例5】下列现象属于重力势能转化为动能的是()
A.爆竹腾空而飞B.水从高处落下
C.从地面上弹起的皮球D.在水平地面上匀速行驶的汽车
【例6】水电站修建拦河大坝,提高了上游水位.水从上游流下来冲击水轮机,水轮机带动发电机发电.这一过程中,水的能最终转化为____能.
【例7】跳伞运动员在空中匀速下落的过程中()
A.动能一定增大B.机械能一定不变
C.重力势能一定减小D.机械能一定增加
【例8】跳伞员在空中匀速下落的过程中,他的()
A.动能减小,重力势能增加,总机械能不变
B.动能不变,重力势能减小,总机械能减小
C.动能增大,重力势能减小,总机械能不变
D.动能不变,重力势能不变,总机械能不变
【例9】在水平街道上匀速行驶的洒水车,一边行驶一边向道路上洒水.下列关于其机械能变化的说法中正确的是()
A.动能不变,机械能减小B.动能减小,机械能减小
C.动能不变,机械能不变D.动能减小,机械能增大
【课1】跳伞运动员在跣离飞机但降落伞尚未打开的一段时间内,下列说法中正确的是()
A.空气阻力不做功B.重力势能增加C.动能减少D.机械能减少
【课2】某块砖在一对平衡力的作用下运动,则该块砖()
A.机械能一定不变,动能一定不变B.机械能可能改变,动能一定不变
C.机械能可能改变,动能可能改变D.机械能一定不变,动能可能改变
【课3】
如图所示,用一根细线拴一块橡皮,甩起来,使橡皮在水平面上作匀速圆周运动,则橡皮在做匀速圆周运动过程中()
A.橡皮受平衡力作用
B.橡皮的运动状态没有发生改变
C.橡皮的机械能保持不变
D.橡皮能保持匀速圆周运动是因为它具有惯性
【课4】(多选)起重机将物体由静止举高h时,物体的速度为v,下列各种说法中正确的是()(不计空气阻力)
A.拉力对物体做的功,等于物体动能和势能的增量
B.拉力对物体做的功,等于物体势能的增量
C.物体克服重力做的功,等于物体势能的增量
D.物体克服重力做的功,等于物体动能的增量
知识点4:
分子动理论
分子动理论的基本内容:
(1)物质由大量分子构成.
(2)分子做永不停息的无规则运动.温度越高的物体,其内部分子无规则运动越剧烈.
(3)分子之间有引力和斥力.
对于分子动理论,可从以下三个问题依次理解记忆:
1.物质是由什么组成的?
答:
物质由大量分子构成.分子的体积极小,直径只有
左右,一滴水内含有约
个水分子.分子之间有间隙.气体分子的间隙最大,液体次之,固体的分子间隙最小.
2.分子在物体内部处于什么状态?
答:
分子做永不停息的无规则运动.温度越高的物体,其内部分子无规则运动越剧烈.人们常把分子的这种无规则运动称为热运动.
3.既然分子永不停息地做无规则运动,为什么物体能保持原有的状态?
答:
(借助模型讲解----可以用两个乒乓球中间连一弹簧解释分子间的力的作用)分子之间有引力和斥力.由于分子间的引力,使固体能保持一定的形状和体积;由于分子间有斥力,使分子间保持一定的空隙,也使得压缩固体、液体需要施加较大的力.
【例1】当物质处于固态时,分子排列,分子之间空隙,每个分子只能在原位置附近振动,所以固态物质具有.
【例2】物质的三种状态中.分子间的距离由小到大的排列次序是()
A.气体、液体、固体B.固体、液体、气体
C.液体、固体、气体D.固体、气体、液体
【例3】铁块很难被压缩,是因为()
A.分子间没有空隙B.分子不停地做无规则运动
C.分子间有引力D.分子间有斥力
【例4】如图所示的四个实验现象中,能够说明分子在不停地运动的是()
【例5】如图所示,将两个底面干净、平整的铅块紧压在一起,两个铅块就会结合在一起,既使在下面吊一个较重的物体也不会将它们拉开,这一现象表明.
【例6】如下图所示,根据分子动理论:
①说明分子;②说明分子间;③说明分子间.
【例7】
甲、乙两个相同的透明玻璃水杯,盛有质量相等、温度不同的纯净水,其中一杯是80℃的热水,另一杯是5℃的冷水,它们都静静地放置在水平桌面上.同时向两个水杯中滴入一滴碳素墨水,过几分钟后观察到如图所示的现象.
(1)甲、乙两个水杯中,盛有热水的是;
(2)该实验说明分子热运动的剧烈程度与有关.
【课1】小明闻到烟味,对爸爸说:
“你一吸烟,我和妈妈都跟着被动吸烟。
”小明这样说的科学依据是()
A.一切物体都是由分子组成的
B.分子在不停地做无规则的运动
C.分子之间存在相互作用力
D.有的分子之间只有引力,有的分子之间只有斥力
【课2】“生活处处有物理”。
下列生活中出现的现象与物理知识对应正确的是()
A.打开醋瓶能闻到酸味——分子间存在斥力
B.用高压锅煮饭——利用降低气压,提高水的沸点
C.打开锅盖看到“白气”——汽化现象
D.用煤气灶烧开水——利用热传递改变物体内能
【课3】在下列现象中,利用热传递的方式使物体内能增加的是()
A、用锯锯木头,锯条发热;
B、烧水时,水逐渐变热;
C、流星在大气层中高速下落,发出光和热;
D、小孩从滑梯上滑下,臀部有灼热感。
【课4】下列说法中正确的是()
A.用做功的方法一定使物体的内能增加
B.温度升高越多的物体,吸收的热量越多
C.长时间压在一起的铅板和金板互相渗入,这种现象是扩散现象
D.打扫卫生时房间内尘土飞扬,这种现象说明分子在不停地做无规则运动
【课5】下列现象中,能表明分子在不停地做无规则运动的是()
A.濛濛细雨从空中下落B.擦黑板时,粉笔灰在空中飞舞
C.水和酒精混合后体积变小D.炒菜时,满屋飘香
【课6】关于热现象,以下说法中正确的是()
A.物体的机械能和物体的内能都与物体的机械运动和分子热运动以及分子间的相互作用情况有关
B.铁丝很难被拉断,说明分子之间只存在引力
C.分子之间存在着相互作用的引力和斥力
D.扩散现象只能说明分子是运动的,不能说明分子之间存在空隙
知识点5.内能
1.内能的概念
根据分子动理论,物体是由大量分子组成的,组成物体的分子在做永不停息的无规则运动,且分子之间存在着相互作用的引力和斥力.由于分子在运动,那么它一定具有动能.由于分子之间存在相互作用,那么他们还具有势能,我们定义物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能.
2.内能的特点
物体的内能有两个主要特点:
一是任何温度下的物体都具有内能;二是一个物体的温度越高,内能越大.
从内能的定义,我们可以看出:
内能的大小与分子的动能、分子间的势能的大小以及分子的数目有关.同一种物质组成的物体,在温度相同的情况下,质量越大则分子数越多,它的内能就越大.例如,温度相同的两个铁块,质量大的铁块内能比质量小的铁块内能大.同一个物体,它的温度越高,分子的平均动能越大,内能就越大.例如,一个铁块在烧红时的内能比它冷却时的内能大.
气体分子的间距较大,相互间的作用力很小,分子势能可以忽略不计.液体、固体的分子间距较小,分析固体、液体的内能时,必须考虑分子势能的变化.晶体在熔化时吸收热量,温度不变体积却发生了改变,就是因为晶体吸热后分子势能增大,内能增大,但分子运动剧烈程度没有增加,晶体温度不变.因此,同一物体(固体、液体),在温度相同、质量相同时,若体积和物态改变的条件下,其内能将发生变化.
☆☆注意:
(1)内能是指物体的内能,不是分子的内能,更不能说是个别分子和少数分子所具有的,而是物体内部所有分子共同具有的动能和势能的总和.所以,单纯考虑一个分子的动能和势能是没有现实意义的;
(2)一切物体在任何情况下都具有内能.根据分子动理论可知,一切物体中的分子都在做永不停息的无规则运动,分子间都有分子力的作用,无论物体处于何种状态,是何形状与体积、温度是高是低都是如此.因此,一切物体在任何情况下都具有内能.例如:
50℃的水具有内能,当温度降到0℃时,仍然具有内能,即使温度降到
,结成了冰,它仍然具有内能.
(3)内能具有不可测量性,即不能准确知道一个物体的内能的具体数值.
3.内能的单位
与其他的能量单位一样,内能的单位也是焦耳,符号是J.
4.改变内能的方式
一根铁丝,我们将它来回弯折,它的温度会上升,如果我们将铁丝放到火上去烤,温度也会上升.可见,物体内能是可以改变的,而且改变的方法不止一种.归纳起来,改变物体内能的方法有以下两种:
做功和热传递,在改变物体内能上,做功和热传递是等效的.
(1)热传递
只要物体之间或同一物体的不同部分之间存在着温度差,就会发生热传递,直到温度变得相同为止.热传递的实质是内能从高温物体传到低温物体,或者从物体的高温部分传递到低温部分.仍以铁丝为例,如果我们将铁丝放到火上去烤,火的温度比铁丝高,所以内能从火传递到铁丝与火的接触部分,使与火接触的部分铁丝的温度上升,而铁丝未与火接触的部分的温度相对较低,内能又将从铁丝的高温部分传递到铁丝的低温部分,所以铁丝未与火接触的部分的温度也会上升.在热传递过程中,传递内能的多少叫做热量.所以对于热传递的过程我们也可以说物体吸收热量,内能增加,物体放出热量,内能减少.
(2)做功
冬天手冷的时候我们只要两手互搓就会暖和了,反复弯折铁丝,铁丝的温度会上升,大量的例子说明做功也可以改变物体的内能.如果外界对物体做功,那么物体的内能将增大,如果物体对外界做功物体的内能将减小.做功改变物体内能的实质是其他形式的能量与内能之间相互转化的过程.常见的通过做功改变物体内能的方法主要有以下几种:
压缩体积,物体内能增加.例如:
打气筒打气.
摩擦生热,物体内能增加.例如:
钻木取火.
锻打物体,物体内能增加.例如:
铁锤敲击铁块.
弯折物体,物体内能增加.例如:
反复弯折铁丝.
气体膨胀做功,物体内能减小.例如:
蒸汽机.
5.内能与机械能的区别
内能是不同于机械能的另一种形式的能量,他们的区别和联系如下:
(1)他们的影响因素不同.内能由物体内分子无规则运动和相互作用的分子间相对位置决定,它与物体的机械运动情况无关.机械能是由物体的整体运动状态和物体间相对位置决定的能,它与物体内分子的运动情况无关.
(2)研究的角度不同.内能主要研究的是物体内部分子的运动状态,而机械能研究的是物体作为一个整体的运动状态.
(3)这两种能是相互独立的.同一个物体可以既有机械能又有内能;可以使机械能变化,同时保持内能不变;可以使内能变化,而保持机械能不变;当然也可以让两种能各自变化;一个物体的机械能可以为零但是其内能不可能为零.例如:
当物体静止(动能为零)、位于地面(其势能为零)时,物体的机械能为零,但分子的运动永远不会停止,内能不可能为零.
(4)这两种能是可以互相转化的.运动的子弹射入木块,动能减少内能增加,机械能转化为内能.炮膛内炸药爆炸产生高温气体,气体膨胀做功将弹丸推出,内能减少机械能增加.
【例1】科学研究需要进行实验,得到事实,并在此基础上进行必要的推理.因此,在学习科学过程中我们需要区分事实与推论.则关于表述:
①在气体扩散实验中,抽去玻璃板后,红棕色的NO2气体进入到空气中;②在液体扩散实验中,红墨水滴人热水,热水很快变红;③扩散现象表明,一切物质的分子都在不停地做无规则运动;④温度越高,分子的无规则运动越剧烈,正确的是()
A.①②是事实,③④是推论B.①②④是事实,③是推论
C.①是事实,②③④是推论D.③④是事实,①②是推论
【例2】自2011年1月起,中国内地将在所有室内公共及工作场所,公共交通工具和其它可能的室外工作场所,完全禁止吸烟.在一辆行驶的汽车上,一位乘客吸烟,使得整个车厢内烟雾缭绕,这属于___________现象;小明和其他乘客都成了被动吸烟者,于是小明打开了车窗,他看到一缕缕白烟往车外飘,这是由于车外空气的流速大于车内,而使车外的气压________(选填“大于”、“小于”或“等于”)车内的气压.
【例3】
用如图的装置演示气体扩散现象,其中一瓶装有密度比空气大的红棕色二氧化氮气体,另一瓶装有空气.为了有力地证明气体发生扩散,装二氧化氮气体的应是 (选填“A”或“B”)瓶.根据 现象可知气体发生了扩散.扩散现象说明气体分子 .若实验温度分别为①
,②
,③
,④
.则在 温度下(填序号)气体扩散最快.
【例4】
在装着红棕色二氧化氮气体的瓶子上面(二氧化氮的密度大于空气密度),倒扣一个空瓶子,使两个瓶口相对,两瓶口之间用一块玻璃板隔开(图甲).抽掉玻璃板后,最终发现两瓶内气体颜色基本相同(图乙).
(1)这是一种什么现象?
(2)它说明了什么?
【例5】用手反复弯折铁丝,弯折处的分子热运动_____________温度升高,这是通过__________的方式改变铁丝的内能.
【例6】2009年11月,我国部分省市突降大雪.俗话说,下雪不冷化雪冷.这是因为雪在熔化时会,使气温降低;在冰天雪地中,可以通过跺脚或搓手来取暖,这是通过的方法改变脚或手的内能.
【课1】做功和热传递在改变物体的内能上是等效的.在图中属于热传递改变物体内能的是()
【课2】在图所示的现象中,属于用热传递的方式改变物体内能的是()
【课3】如图所示,不属于用做功改变物体内能的是()
【课4】属于通过做功途径改变物体内能的是()
A.在火炉上烧水,水温升高B.感冒发烧,用冷毛巾敷额头
C.用气筒给轮胎打气,气筒壁发热D.炎热的夏天,柏油路面温度升高
【课5】多留意身边的事物,你会发现生活中很多现象都可以用物理知识加以解释.下列情形中,通过做功方法改变物体内能的是()
A.夏天很多同学喜欢把凉的湿毛巾搭在身上解暑
B.正午时分,在太阳的炙烤下,户外的运动器械通常很烫
C.人们在寒风中等车时,常用力跺脚、双手互搓
D.酷暑时,喝带冰的饮料感觉特别凉爽、舒服
【课6】下列说法正确的是()
A.人们常用水做冷却剂是因为水的温度低
B.物体的内能增大,温度一定升高
C.做功和热传递是改变物体内能的两种方式
D.扩散现象说明分子之间存在引力
【课7】下列对热学知识进行的归纳总结中,正确的是()
【课8】一杯热咖啡冷却一段时间后,咖啡的内能将,这是通过的方式改变咖啡内能的.
【课9】
如图所示实验,试管口木塞冲出过程()
A.试管口出现的白雾是水蒸气
B.试管口出现白雾说明水蒸气内能增加
C.能量转化情况与内燃机压缩冲程相同
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