第十二章機(jī)械能和內(nèi)能（知識(shí)清單）思維導(dǎo)圖第1節(jié)機(jī)械能一、能量1．能量的概念：一個(gè)物體能對(duì)另一個(gè)物體做功，那么這個(gè)物體就具有了能量。一個(gè)物體能夠做的功越多，表示這個(gè)物體具有的能量越大。2．能量的單位能的單位與功的單位相同，在國(guó)際單位制中，能的單位是焦耳，符號(hào)“J”。3．能量與做功的關(guān)系（1）一個(gè)正在做功的物體，它一定具有能量。例如：流動(dòng)的水推動(dòng)水輪機(jī)做功，則流動(dòng)的水具有能量。（2）一個(gè)具有能量的物體，它不一定正在做功。例如被壓縮的彈簧，它具備了對(duì)其他物體做功的本領(lǐng)，該彈簧具有能量，但如果彈簧一直被壓縮，就不會(huì)對(duì)其他物體做功，也就是說(shuō)，具有能量的物體具有做功的本領(lǐng)，但不一定正在做功。（3）功和能的關(guān)系：①功是能量轉(zhuǎn)化的量度；②做功的過(guò)程，一定伴隨著能量的轉(zhuǎn)移或能量的轉(zhuǎn)化。二、動(dòng)能1．動(dòng)能：物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量，一切運(yùn)動(dòng)的物體都具有動(dòng)能。2．動(dòng)能的影響因素：動(dòng)能的大小與物體的速度和質(zhì)量有關(guān)，速度越大，質(zhì)量越大，物體所具有的動(dòng)能越大。3．動(dòng)能大小的影響因素探究：（1）動(dòng)能大小與質(zhì)量、速度有關(guān)--------需要采取控制變量法①研究動(dòng)能與質(zhì)量關(guān)系時(shí)需要控制速度相同（即下落高度）。②研究動(dòng)能與速度的關(guān)系時(shí)需要控制質(zhì)量相同（2）物體具有的動(dòng)能大小不可以直接比較--------------需要采取轉(zhuǎn)換法研究（3）常見(jiàn)的幾種實(shí)驗(yàn)方案：①如圖甲所示，將木塊（或紙盒）放在水平面上，讓運(yùn)動(dòng)的物體撞擊木塊（或紙盒），由于木塊（或紙盒）與水平面間有摩擦力，運(yùn)動(dòng)時(shí)需克服摩擦力做功，所以木塊運(yùn)動(dòng)的距離越遠(yuǎn)，說(shuō)明克服摩擦力做功越多，物體具有的動(dòng)能越大。（將動(dòng)能大小轉(zhuǎn)換成物塊運(yùn)動(dòng)的距離）②如圖乙所示，讓運(yùn)動(dòng)的物體撞擊彈簧，彈簧的形變程度越大，說(shuō)明物體對(duì)彈簧做功越多，物體的動(dòng)能就越大。（將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成彈簧的形變程度）③如圖丙所示，將橡皮泥固定在擋板上，讓運(yùn)動(dòng)的物體撞擊同一塊橡皮泥，橡皮泥凹陷程度越大，說(shuō)明物體對(duì)橡皮泥做功越多，物體的動(dòng)能越大。（將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成橡皮泥的凹陷程度）三、勢(shì)能1．彈性勢(shì)能（1）彈性勢(shì)能：發(fā)生彈性形變的物體具有能量。（2）探究影響彈性勢(shì)能的因素①用彈弓彈射“子彈”時(shí)，橡皮筋的形變?cè)酱?，“子彈”被彈射得越遠(yuǎn)，說(shuō)明橡皮筋對(duì)“子彈”做的功越多，橡皮筋具有的彈性勢(shì)能越大。②弓被拉彎并松開(kāi)后將箭射出，弓的形變?cè)酱?，箭射得越遠(yuǎn)，說(shuō)明弓對(duì)箭做的功越多，弓具有的彈性勢(shì)能越大。探究歸納：發(fā)生彈性形變的物體，在一定限度內(nèi)，彈性形變?cè)酱?，物體的彈性勢(shì)能就越大。2．重力勢(shì)能：被舉高的物體具有的能量。3．重力勢(shì)能的影響因素：被舉高的高度、質(zhì)量。質(zhì)量越大、被舉高的高度越大重力勢(shì)能越大。四、機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化1．機(jī)械能在物理學(xué)中，動(dòng)能和勢(shì)能統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)械能。機(jī)械能是最常見(jiàn)的一種能量。2．動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化（1）滾擺實(shí)驗(yàn)：如圖所示的滾擺，在下降過(guò)程中，越轉(zhuǎn)越快，它的重力勢(shì)能越來(lái)越小，動(dòng)能越來(lái)越大，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；滾擺上升過(guò)程中，越轉(zhuǎn)越慢，重力勢(shì)能越來(lái)越大，動(dòng)能越來(lái)越小，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。單擺實(shí)驗(yàn)：如圖所示的單擺，擺球從A點(diǎn)擺向最低點(diǎn)B時(shí)，位置越來(lái)越低，重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增大，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；從B點(diǎn)擺向C點(diǎn)時(shí)，擺球上升，位置升高，動(dòng)能減小，重力勢(shì)能增大，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。（3）小球碰撞彈簧：如圖所示，從斜坡上滾下的小球撞上彈簧（圖甲→乙），小球速度逐漸變小，彈簧的彈性形變逐漸變大，即小球動(dòng)能減小，彈簧的彈性勢(shì)能增大，小球的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能。在彈簧恢復(fù)原狀的過(guò)程中（圖乙→丙），彈簧的彈性形變逐漸變小，小球速度逐漸變大，即彈簧的彈性勢(shì)能減小，小球的動(dòng)能增大，彈簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小球的動(dòng)能。（4）過(guò)山車(chē)：過(guò)山車(chē)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能；向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。（5）落地反彈的皮球：皮球在落地過(guò)程中，高度減小、速度增大，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；接觸地面后，皮球被壓扁，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能；接著皮球被彈起，彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；離開(kāi)地面后，皮球上升，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。（6）撐竿跳高的運(yùn)動(dòng)員：起跳時(shí)，具有動(dòng)能，起跳后，運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為撐竿的彈性勢(shì)能，上升時(shí)，撐竿的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)員的重力勢(shì)能，下落時(shí)，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。第2節(jié)內(nèi)能一、內(nèi)能1．內(nèi)能（1）內(nèi)能：物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。（2）內(nèi)能的影響因素：①溫度：同一物體，溫度越高，內(nèi)能越大②質(zhì)量：同溫的同種物質(zhì)（狀態(tài)不變），質(zhì)量大的內(nèi)能大。③體積：體積反映分子間平均間距大小，分子間距的大小變化會(huì)引起分子間作用力大小的變化，影響分子勢(shì)能的大小，也影響分子動(dòng)能的大小。④材料：質(zhì)量、溫度、狀態(tài)相同，材料不同，內(nèi)能也可能不同⑤狀態(tài)：同種物質(zhì)、質(zhì)量相同、溫度相同，它的內(nèi)能也不一定相同，同種物質(zhì)處于氣態(tài)時(shí)內(nèi)能大于液態(tài)時(shí)的內(nèi)能，處于液態(tài)時(shí)的內(nèi)能大于固態(tài)時(shí)的內(nèi)能。2．內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別：內(nèi)能機(jī)械能定義物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和勢(shì)能之和物體動(dòng)能和勢(shì)能總稱(chēng)研究對(duì)象微觀(guān)粒子宏觀(guān)物體影響因素物體質(zhì)量、狀態(tài)、溫度、體積、材料等物體的質(zhì)量、速度、高度、彈性形變程度等存在情況不能為“0”，自然界中一切物體都具有內(nèi)能在一定條件下可以為“0”二、熱傳遞1．當(dāng)物體或物體不同部分存在溫差時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱傳遞。熱傳遞時(shí)，能量從高溫處轉(zhuǎn)移到低溫處，直至溫度相同。發(fā)生熱傳遞時(shí)，高溫物體放出熱量，溫度降低，內(nèi)能減小；低溫物體吸收熱量，溫度升高，內(nèi)能增加。2．熱傳遞的方式：傳導(dǎo)對(duì)流輻射概念熱從溫度較高的部分沿著物體傳到溫度較低的部分靠液體或者氣體之間的流動(dòng)來(lái)傳遞的方式熱由物體向外輻射出去特點(diǎn)熱沿著物體傳遞，物質(zhì)不流動(dòng)，固體間傳熱的主要方式物質(zhì)流動(dòng)，液體和氣體所特有的傳熱方式不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播3．熱傳遞的實(shí)質(zhì)：能量（內(nèi)能）從高溫物體傳到低溫物體或者從同一物體的高溫部分傳遞到低溫部分的過(guò)程，也就是內(nèi)能在物體間的轉(zhuǎn)移，能的形式并未發(fā)生改變。第3節(jié)物質(zhì)的比熱容一、熱量1．熱量：物理學(xué)中，把物體在熱傳遞過(guò)程中轉(zhuǎn)移的能量，用Q表示2．單位：熱量的單位與能量單位相同，也是焦耳（J）3．溫度、熱量、內(nèi)能之間的關(guān)系：溫度熱量?jī)?nèi)能定義宏觀(guān)上：表示物體的冷熱程度；微觀(guān)上：反映物體內(nèi)大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度物體在熱傳遞過(guò)程中轉(zhuǎn)移的能量物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和分子勢(shì)能總和性質(zhì)狀態(tài)量過(guò)程量狀態(tài)量表述“是”“降低”“升高”“放出”“吸收”“傳遞”“有”“具有”“改變”單位攝氏度焦耳焦耳關(guān)系1.一般情況下，物體吸收熱量，溫度升高；物體放出熱量，溫度降低。特殊情況除外，如晶體熔化過(guò)程吸收熱量，晶體液體凝固過(guò)程中放出熱量，溫度均保持不變。2.物體溫度升高，內(nèi)能一定增大；物體溫度降低，內(nèi)能一定減小。但反過(guò)來(lái)不一定正確，如晶體熔化過(guò)程吸收熱量，內(nèi)能增加；而晶體液體凝固過(guò)程中放出熱量，內(nèi)能減小，但這兩個(gè)過(guò)程中溫度均保持不變。3.熱量是過(guò)程量，表示物體在熱傳遞過(guò)程中吸收或放出的能量，物體放出熱量，內(nèi)能一定減小。物體吸收熱量，內(nèi)能一定增大。二、探究不同物質(zhì)的吸熱能力1．觀(guān)察不同物質(zhì)吸熱升溫的現(xiàn)象【提出問(wèn)題】吸收相同的熱量，為什么海水和沙子的溫度不一樣？【猜想與假設(shè)】可能是沙子和海水吸收相同的熱量時(shí)，沙子吸熱升溫比水快?！緦?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】將質(zhì)量均為50g的沙子和水分別放在兩個(gè)瓷盤(pán)中，用溫度計(jì)測(cè)出室溫，即為此時(shí)沙子和水的溫度。用紅外燈均勻照射兩個(gè)瓷盤(pán)對(duì)沙子和水加熱4min，再用溫度計(jì)測(cè)出沙子和水的溫度，比較它們溫度上升的快慢?！緦?shí)驗(yàn)方法】控制變量法---控制沙子和水的質(zhì)量、初溫相等，加熱條件相同：轉(zhuǎn)換法--加熱時(shí)間的長(zhǎng)短代表了吸收熱量的多少?！緦?shí)驗(yàn)器材】天平（或電子秤）、紅外燈、相同的瓷盤(pán)兩個(gè)、溫度計(jì)、秒表、沙子和水?！緦?shí)驗(yàn)裝置】注意：保持沙子與水的表面積相同。【實(shí)驗(yàn)過(guò)程】A.用天平測(cè)出50g的沙子和水并分別裝入瓷盤(pán)中，用溫度計(jì)測(cè)量室溫，作為沙子和水的初溫，記錄到實(shí)驗(yàn)表格中。將瓷盤(pán)中的沙子攤開(kāi)，使沙子和水的表面積相同，用紅外燈照射，每隔1min測(cè)量一次沙子和水的溫度。一段時(shí)間后，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄到實(shí)驗(yàn)表格中?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】加熱時(shí)間/min01234溫度/℃沙子2025293438水2021222324【實(shí)驗(yàn)圖像】如圖所示?！緦?shí)驗(yàn)分析】對(duì)于質(zhì)量相等的沙子和水：加熱相同的時(shí)間，即吸收相等熱量，升溫較快的是沙子；若使兩者升高相同的溫度，水加熱時(shí)間較長(zhǎng)，即水吸收的熱量較多。【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】不同物質(zhì)在質(zhì)量相等、升高（或降低）溫度相同的情況下，吸收（或放出）的熱量不相等?！就卣寡由臁浚?）比較兩種不同物質(zhì)的吸熱能力：①讓質(zhì)量、初溫相同的不同物質(zhì)吸收相同的熱量，然后比較溫度變化量，溫度變化量小的物質(zhì)吸熱能力強(qiáng)。②讓質(zhì)量、初溫相同的不同物質(zhì)升高相同的溫度，比較加熱時(shí)間的長(zhǎng)短，即比較吸收熱量的多少，加熱時(shí)間長(zhǎng)（吸收熱量多）的物質(zhì)吸熱能力強(qiáng)。物質(zhì)吸熱本領(lǐng)的差異體現(xiàn)出物質(zhì)本身的一種特性。三、比熱容1．比熱容（1）比熱容：物理學(xué)中，將物體溫度升高時(shí)吸收的熱量與它的質(zhì)量和升高溫度的乘積之比，叫作，它在數(shù)值上等于單位質(zhì)量的某種物質(zhì)溫度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的熱量。比熱容用符號(hào)c表示。公式為（2）單位：焦／（千克·攝氏度），符號(hào)為，讀作：焦每千克攝氏度。比熱容的單位是由質(zhì)量、溫度、熱量的單位組合而成的復(fù)合單位，是初中物理較復(fù)雜的單位之一。（3）物理意義：比熱容反映了不同物質(zhì)吸、放熱本領(lǐng)的大小。水的比熱容是4.2×103J/（kg·℃），其物理意義是：質(zhì)量為1kg的水溫度每升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的熱量為4.2×103J。2．比熱容理解兩個(gè)角度物質(zhì)的吸熱本領(lǐng)物質(zhì)的溫度改變的難易程度具體說(shuō)明比熱容大表示吸熱本領(lǐng)大比熱容大表示溫度改變較難比熱容小表示吸熱本領(lǐng)小比熱容小表示溫度改變較易解釋相等質(zhì)量的不同物質(zhì)構(gòu)成的物體，升高相同的溫度，比熱容越大，吸收的熱量越多，比熱容越小，吸收的熱量越少相等質(zhì)量的不同物質(zhì)構(gòu)成的物體，吸收相等的熱量，比熱容越大，升高的溫度越小，比熱容越小，升高的溫度越高3．比熱容在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用（1）水的比熱容較大，一定質(zhì)量的水升高（或降低）一定的溫度吸收（或放出）的熱量較多，因此，我們可以用水作為冷卻劑或用來(lái)取暖。作為冷卻劑時(shí)，是讓水吸收多的熱量（汽車(chē)水箱中冷卻水）；用來(lái)取暖時(shí)，是讓水放出更多的熱量（暖氣；冬季稻田注水）。（2）由于水的比熱容較大，一定質(zhì)量的水吸收（或放出）較多的熱量而自身的溫度改變不多，這一點(diǎn)有利于調(diào)節(jié)氣溫。夏天，太陽(yáng)曬到海面上，海水吸收大量的熱但溫度升高得不多，所以人們住在海邊并不覺(jué)得特別熱；冬天，氣溫低了，海水由于溫度降低而放出大量的熱，使沿海地區(qū)氣溫不致降得太低，所以住在海邊的人不會(huì)覺(jué)得特別冷。四、熱量計(jì)算1．熱量的計(jì)算公式（1）吸熱公式：式中c表示物質(zhì)的比熱容，m表示物體的質(zhì)量，表示物體的初溫度，t表示物體的末溫度，表示升高的溫度，有時(shí)也用表示升高的溫度，此時(shí)吸熱公式可寫(xiě)成?（2）放熱公式：式中的含義不變，表示降低的溫度，有時(shí)也用降表示降低的溫度，此時(shí)放熱公式可寫(xiě)成?2．熱量計(jì)算的一般式：（1）Δt表示溫度的變化量?？梢?jiàn)，物體吸收或放出熱量的多少由物體的質(zhì)量、物質(zhì)的比熱容和物體溫度的變化量這三個(gè)量的乘積決定，跟物體溫度的高低無(wú)關(guān)。（2）熱量計(jì)算公式中各物理量的單位：比熱容c的單位是（質(zhì)量m的單位是kg，溫度t（或，或Δt）的單位是℃，熱量Q的單位是J，計(jì)算時(shí)要注意單位的統(tǒng)一。（3）熱平衡方程：。在沒(méi)有熱量損失的熱交換過(guò)程中，高溫物體放出的熱量等于低溫物體吸收的熱量。第4節(jié)機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化一、做功----改變物體內(nèi)能的另一種方式1．對(duì)物體做功實(shí)驗(yàn)探究：對(duì)物體做功（1）將一根鐵絲反復(fù)彎折后，用手指觸摸一下彎折處，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)彎折處溫度較高，這說(shuō)明我們對(duì)鐵絲做功了，鐵絲的內(nèi)能增加，溫度升高。（2）如圖所示空氣壓縮引火儀的底部放一團(tuán)干燥的棉花，用力將活塞迅速下壓，可以看到棉花燃燒，這是因?yàn)槲覀兺ㄟ^(guò)活塞對(duì)筒內(nèi)的封閉氣體做功，氣體的內(nèi)能增加，溫度升高，當(dāng)達(dá)到棉花的著火點(diǎn)時(shí)，棉花燃燒。（3）如圖所示，將金屬塊在砂石上來(lái)回迅速摩擦?xí)r，人用力克服摩擦做功，則金屬塊和砂石的溫度升高，說(shuō)明它們的內(nèi)能增加。探究分析：以上實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，我們對(duì)物體做功時(shí)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使物體的內(nèi)能增加，溫度升高。探究歸納：對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能增加。2．物體對(duì)外做功實(shí)驗(yàn)探究如圖所示，向盛有水的厚玻璃瓶?jī)?nèi)打氣，當(dāng)瓶塞從瓶口跳起時(shí)，容器中出現(xiàn)了霧，這是因?yàn)槠績(jī)?nèi)氣體推動(dòng)瓶塞做功時(shí)，氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為瓶塞的機(jī)械能，氣體內(nèi)能減少，溫度降低，使水蒸氣液化成小水滴。歸納：物體對(duì)外做功，內(nèi)能減少?？偨Y(jié)：做功是改變物體內(nèi)能的另一種方式，其實(shí)質(zhì)是內(nèi)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。3．改變內(nèi)能的方式：做功、熱傳遞二、熱機(jī)1．熱機(jī)的定義熱機(jī)是熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是將燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓燃?xì)獾膬?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。2．熱機(jī)的種類(lèi)：蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等。3．內(nèi)燃機(jī)：燃料直接在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動(dòng)力的熱機(jī)。最常見(jiàn)的內(nèi)燃機(jī)是四沖程的汽油機(jī)和四沖程的柴油機(jī)。汽油機(jī)是以汽油為燃料的內(nèi)燃機(jī)，柴油機(jī)是以柴油為燃料的內(nèi)燃機(jī)。4．汽油機(jī)（1）構(gòu)造：如圖所示。（2）工作過(guò)程沖程名稱(chēng)吸氣沖程壓縮沖程做功沖程排氣沖程圖示進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)關(guān)閉關(guān)閉關(guān)閉排氣門(mén)關(guān)閉關(guān)閉關(guān)閉打開(kāi)活塞運(yùn)動(dòng)方向向下向上向下向上沖程作用吸入燃料和空氣的混合氣體壓縮燃料和空氣混合氣體做功，使壓強(qiáng)增大，溫度升高在當(dāng)活塞到達(dá)汽缸頂端時(shí)，火花塞打火，點(diǎn)燃燃料，產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)活塞做功，通過(guò)連桿、曲軸帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)排出廢氣能的轉(zhuǎn)化機(jī)械能在轉(zhuǎn)化成內(nèi)能內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能三、比較質(zhì)量相等的不同燃料燃燒時(shí)放出的熱量【提出問(wèn)題】完全燃燒相同質(zhì)量的不同燃料，它們放出的熱量相等嗎？【猜想與假設(shè)】因?yàn)槿剂喜煌运鼈兎懦龅臒崃坎幌嗟??！驹O(shè)計(jì)與進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】如圖所示，用天平分別測(cè)量出質(zhì)量均為5g的酒精和面巾紙碎片，將其分別放入兩個(gè)燃燒皿中，點(diǎn)燃它們，分別給裝有質(zhì)量和溫度均相同的水（約30g）的兩個(gè)相同試管加熱，使酒精和面巾紙碎片充分燃燒。記下兩溫度計(jì)示數(shù)的變化情況。燃料溫度加熱前的水溫/℃燃料燃盡后的水溫/℃水溫的變化/℃5g酒精2039195g面巾紙碎片2028