機(jī)械能、內(nèi)能復(fù)習(xí)指要

　　[知識精講]

　　一、能

　　1、能的定義：一個物體如果能夠做功，我們就說這個物體具有能。

　　1）“能夠”做功并不一定要或一定要做了功，只要物體具有做功的“本領(lǐng)”它就具有能。

　　2）正在做功的物體一定具有能。

　　2、動能：物體由于運(yùn)動所具有的能。

　　1）不能說成是“運(yùn)動物體具有的能叫動能”，因?yàn)檫\(yùn)動物體還可能具有勢能。

　　2）動能的大小與物質(zhì)質(zhì)量和運(yùn)動速度有關(guān)，質(zhì)量越大，速度越快時，動能越大。

　　3、勢能：

　　重力勢能：物體由于被舉高所具有的能。

　　彈性勢能：物體由于發(fā)生彈性形變所具有的能。

　　1）重力勢能與物體的質(zhì)量和被舉高的高度有關(guān)，質(zhì)量越大，被舉得越高時，重力勢能越大。

　　2）彈性勢能與物體彈性形變程度有關(guān)，彈性形變越大，彈性勢能就越大。（物體由于受外力作用而發(fā)生且外力撤去后物體能自動恢復(fù)原狀的形變稱為彈性形變）

　　4、機(jī)械能：機(jī)械能=動能+勢能（動能和勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能）

　　在一定條件下，動能可以轉(zhuǎn)化為勢能，勢能也可以轉(zhuǎn)化為動能。滾擺現(xiàn)象充分說明動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化。

　　二、分子動理論

　　1、物質(zhì)是由分子構(gòu)成的。分子很小，其直徑以10-10米來量度。

　　2、一切物體的分子都在不停地做無規(guī)則運(yùn)動。

　　擴(kuò)散現(xiàn)象指不同的物質(zhì)相互接觸時，彼此進(jìn)入對方的現(xiàn)象。擴(kuò)散現(xiàn)象可發(fā)生在不同的固體、液體、氣體之間，同時擴(kuò)散現(xiàn)象說明物質(zhì)的分子間存在著間隙。

　　擴(kuò)散現(xiàn)象表明了一切分子在不停地做規(guī)則運(yùn)動鞋，溫度越高，分子規(guī)則運(yùn)動速度越快。

　　3、分子間存在相互作用的引力和斥力。

　　分子間的引力和斥力是同時存在的，且與分子間的距離有關(guān)，當(dāng)分子間的距離為某一距離r時，引力等于斥力；當(dāng)分子間的距離小于r時，引力小于斥力，主要表現(xiàn)為斥力；當(dāng)分子間的距離大于r時，引力大于斥力，主要表現(xiàn)為引力；當(dāng)分子間的距離為遠(yuǎn)大于r（分子直徑的10倍以上）時，分子作用力可以忽略。

　　三、內(nèi)能

　　1、定義：物體內(nèi)部所有分子做規(guī)則運(yùn)動的動能和分子勢能的總和叫做內(nèi)能，內(nèi)能也常叫做熱能，也是能的一種形式，國際單位制單位為：焦耳。

　　2、內(nèi)能跟物體的溫度關(guān)系：物體溫度越高，分子無規(guī)則運(yùn)動越激烈，物體內(nèi)能就越大。

　　物體溫度越高，擴(kuò)散過程越快，這說明溫度越高，分子無規(guī)則運(yùn)動的速度越大，即分子無規(guī)則運(yùn)動越快。

　　3、熱運(yùn)動：物體內(nèi)部所有分子的無規(guī)則運(yùn)動。

　　4、一切物體都有內(nèi)能，溫度降低，內(nèi)能減小，但內(nèi)能不可能為零。

　　5、內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別：內(nèi)能與機(jī)械能是不同形式的能，內(nèi)能與物體內(nèi)部分子的無規(guī)則熱運(yùn)動和分子的相互作用情況有關(guān)，而機(jī)械能則與物體的機(jī)械運(yùn)動情況有關(guān)；物體的機(jī)械能可以為零，但物體內(nèi)能一定不為零；物體可以同時具有內(nèi)能和機(jī)械能。

　　6、改變物體內(nèi)能的方法：做功和熱傳遞。

　　1）做功：外界對物體做功，物體內(nèi)能增加；物體對外界做功，物體本身內(nèi)能減少，它是機(jī)械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化。

　　2）熱傳遞：熱從溫度高的物體傳遞給溫度低的物體或者從同一物體的高溫部分傳給低溫部分的過程，在此過程中，高溫物體放出熱量溫度降低，內(nèi)能減少；低溫物體吸收熱量溫度升高，內(nèi)能增加。它是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。

　　3）做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的。

　　4）做功多少和熱傳遞多少在改變物體內(nèi)能時只能度量物體內(nèi)能的變化多少，而不能度量物體物體內(nèi)能的多少。功、熱、內(nèi)能的單位相同，均為“焦耳”。

　　5）物體內(nèi)能改變包括兩種：物體內(nèi)能增加或物體內(nèi)能減少。

　　使物體內(nèi)能增加的方法有兩種：一是外界對物體做功；二是物體從外界吸收熱量。

　　使物體內(nèi)能減少的方法有兩種：一是物體對外界做功（如氣體膨脹），二是物體向外界放出熱量。

　　改變物體內(nèi)能的方法有兩種：一是做功，二是熱傳遞。

　　6）熱傳遞發(fā)生的唯一條件：物體間或物體的不同部分間存在溫度差。當(dāng)溫度相同時，熱傳遞終止。熱傳遞過程傳遞的是內(nèi)能，熱傳遞方向總是從高溫物體向低溫物體或物體溫度高的部分向溫度低的部分傳遞，不可逆向，熱傳遞的方向只與物體的溫度高低有關(guān)。

　　四、熱量的計(jì)算

　　1、熱量的初步概念

　　熱傳遞過程中，傳遞能量的多少叫熱量，物理量符號為：q

　　放熱（q放）：熱傳遞過程中，高溫物體內(nèi)能減少；吸熱（q吸）：熱傳遞過程中，低溫物體內(nèi)能增加。

　　物體吸收或放出的熱量越多，內(nèi)能改變越大，用熱傳遞改變物體內(nèi)能，內(nèi)能改變多少用熱量來量度。

　　熱量是熱傳遞過程中才存在量，單獨(dú)一個物體不能說具有多少熱量。

　　2、熱值

　　1）物理意義：表示質(zhì)量相同的不同燃料完全燃燒放出的熱量不同的特性。

　　2）定義：1千克的某種燃料完全燃燒放出的熱量叫做這種燃料的熱值。物理符號為：q，國際單位制中單位：焦/千克。

　　同種燃料的熱傳遞值相同，不同燃料的熱值一般不同（特例：焦炭與酒精、煤油與汽油的熱值相同），熱值是燃料的特性，某一燃料的熱值與燃料質(zhì)量大小、是否完全燃燒、放出熱量大小無關(guān)，只在數(shù)值上等于q與m的比值。

　　3）燃料完全燃燒放出的熱量=燃料的熱值x燃料的質(zhì)量。即：q=qm。

　　4）燃料燃燒過程實(shí)質(zhì)是燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程。

　　3、比熱容（簡稱：比熱）

　　1）物理意義：表示質(zhì)量相等、溫度升高（或降低）相等時，不同的物質(zhì)吸收（或放出）的熱量不相等的特性。

　　2）定義：單位質(zhì)量的某種物質(zhì)溫度升高（或降低）1℃，吸收（或放出）的熱量叫做這

　　種物質(zhì)的比熱容，物理符號：c，常用單位：焦/（千克?℃）。

　　3）公式：c=q/(mδt)=q/m(t-t0)

　　4）比熱容是物質(zhì)的一種特性，每種物質(zhì)都有自己的比熱，同種物質(zhì)的比熱相同，不同的物質(zhì)比熱不同，同種物質(zhì)的狀態(tài)不變，比熱不變。比熱與q、m、δt、t、t0等無關(guān)，只在數(shù)值上等于q與mδt的比值。

　　5）水的比熱比較大，為4.2x103焦/（千克?℃）。

　　4、熱量的計(jì)算

　　設(shè)物體質(zhì)量為m、初溫為t0、末溫為t，則：

　　1）t >t0，物體吸熱，溫度變化量為δt= t-t0；q吸=cm(t-t0)=cmδt；

　　2）t0> t，物體放熱，溫度變化量為δt= t0-t；q放=cm(t0-t)=cmδt；

　　3）t0 = t，物體不吸熱，不放熱，即熱平衡狀態(tài)。

　　4）燃料燃燒放熱公式：q放=q m。

　　上列公式中各物理量單位：m為千克，δt、t、t0、為℃，q為焦，，

　　c為焦/（千克?℃），單位應(yīng)先統(tǒng)一。

　　五、能量守恒定律

　　能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。這就是能量守恒定律。

　　1、在熱現(xiàn)象中，做功的過程是內(nèi)能和其它形式能量的轉(zhuǎn)化過程，且做了多少功，就有多少內(nèi)能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量或就有多少其它形式的能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。能量是守恒的。

　　2、在熱傳遞過程中是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移過程。如甲、乙物體間發(fā)生熱傳遞，甲物體減少了多少內(nèi)能，乙物體就會增加等量的內(nèi)能，能量是守恒的。

　　3、不僅內(nèi)能可以同其它形式的能量發(fā)生轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，各種形式的能量都可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，且能量是守恒的。

　　六、內(nèi)能的利用

　　1、利用內(nèi)能加熱。它實(shí)質(zhì)上是應(yīng)用熱傳遞方式，把燃料燃燒時由化學(xué)能轉(zhuǎn)化的內(nèi)能轉(zhuǎn)移給被加熱的物體，同時應(yīng)注意節(jié)約燃料，減少環(huán)境污染。

　　2、利用內(nèi)能做功，它是通過做功方式把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為人類可以直接利用的機(jī)械能。如：熱機(jī)、火力發(fā)電站等，其中就需要把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

　　爐子有效利用的熱量

　　3、爐子的效率=<1

　　燃料完全燃燒放出的熱量

　　熱量散失的原因：燃料難以完全燃燒，爐子等吸熱和向外界散熱，煙氣帶走熱量等。

　　提高燃料利用率的方法：一是證燃料充分燃燒，二是加大受熱面。

　　現(xiàn)代社會，人類使用的能量絕大部從燃料的燃燒中獲得內(nèi)能，提高燃料利用率能節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境。

　　七、熱機(jī)和熱機(jī)效率

　　1、熱機(jī)是利用燃料的燃燒來做功的裝置。將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，應(yīng)用廣泛的熱機(jī)是內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)有汽油機(jī)和柴油機(jī)。

　　2、熱機(jī)效率

　　做有用功的能量（w有）

　　熱機(jī)效率=<1

　　燃料完全燃燒放出的能量

　　3、提高熱機(jī)效率的方法：一是養(yǎng)活各種能量的損失；二是要注意保養(yǎng)等。

　　4、提高燃料利用率的重要措施是設(shè)法利用廢氣的能量。熱電站就是利用廢氣來供熱的。

　　[導(dǎo)學(xué)指要]

　　1、關(guān)于對“功和能”的理解應(yīng)注意

　　具有能量的物體能夠做功，但并不表示它已經(jīng)做了功。例如，處于高樓上的物體，雖然具有重力勢能，如果它留在原處，高度沒有變化，就沒有做功，只有它從高處下落下時，才會對外做功。因此，一個具有能量的物體未必做功；一個物體不做功，也不能說它不具有能量。

　　2、在說明動能和勢能轉(zhuǎn)化問題時，應(yīng)抓住：

　　1）在說明動能變化時，注意物體質(zhì)量和速度的變化。（特別是速度）

　　2）在說明勢能變化時，注意物體質(zhì)量和物體高度的變化，以及形變的情況。（特別是高度）

　　3）對“同一物體”（即隱含了“質(zhì)量一定”），則注意它的速度、高度或形變等的變化情況。

　　3、物體能量轉(zhuǎn)化過程，也是一個做功過程

　　例如物體從高處下落，是重力勢能轉(zhuǎn)化為動能的過程，也是重力勢能對物體做功的過程；又如射箭過程，是彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能的過程，也是弓的彈力對箭做功的過程。

　　4、關(guān)于溫度、熱量和內(nèi)能的區(qū)別與聯(lián)系

　　1）內(nèi)能是物體內(nèi)部所有分子的規(guī)則運(yùn)動所具有的總能量，熱量是在熱傳遞中，表示物體吸收或放出的內(nèi)能多少的物理量，溫度是表示物體冷熱程度的物理量，反映物體內(nèi)大量分子無規(guī)則運(yùn)動的劇烈程度，因此，三者在物理概念上是不同的。

　　2）只有在熱傳遞時，物體的內(nèi)能發(fā)生了改變，談熱量才有意義。因此，可以說“物體的溫度高或低”，“物體的內(nèi)能大或小”，但不能說“物體含有熱量多或少”，也不能說“溫度越高熱量越大”。因?yàn)檫@兩句話沒有涉及熱傳遞。

　　3）由q=cmδt可知，在c和m都一定時，物體吸收或放出的熱量和它的溫度變化量δt成正比關(guān)系；

　　4）熱傳遞的過程實(shí)質(zhì)是內(nèi)能傳遞過程，在熱傳遞時，物體內(nèi)能的改變量等于它傳遞的熱量，所以不能說“吸收熱量多的物體內(nèi)能大”，只能說“在熱傳遞時，吸收熱量多的物體內(nèi)能增加大”，同樣也不能說“內(nèi)能大的物體，放出的熱量一定多。”

　　5）物體的內(nèi)能大小不僅與其溫度高低有關(guān)，還跟物體的質(zhì)量（或分子數(shù)）有，因此，不能說“溫度越高的物體，其內(nèi)能一定越大”。

　　在物態(tài)轉(zhuǎn)化時，物體內(nèi)能改變了，但溫度可以不發(fā)生改變，如晶體在熔化時，吸熱使內(nèi)能增加，但溫度卻不變。

　　5、物體的內(nèi)能和物體的機(jī)械能的區(qū)別

　　機(jī)械能是整個物體由于運(yùn)動和物體之間相互作用而具有的能量；而內(nèi)能是組成物體的所有分子運(yùn)動和分子之間相互作用而具有的能量，物體的動能跟物體的整體運(yùn)動速

　　度有關(guān)，物體內(nèi)分子的動能則跟物體的溫度有關(guān)；物體的勢能跟物體的整體位置或形變情況有關(guān)，物體內(nèi)分子的勢能則跟分子間的距離有關(guān)。在一定條件下（如以地面為參照物，靜止的物體），物體的機(jī)械能可以為零；但在任何條件下物體都具有一定的內(nèi)能。

　　6、從一些宏觀現(xiàn)象去了解分子運(yùn)動：

　　從宏觀的擴(kuò)散現(xiàn)象，我們可以知道，在微觀世界上的分子是不停地做無規(guī)則運(yùn)動的，同時也說明分子存在間隙，否則物質(zhì)間接觸時，就不會彼此進(jìn)入對方。對物體壓縮和拉伸需要

　　力，說明了分子間存在吸引力和推斥力；固體內(nèi)的分子也在不停地運(yùn)動，但固體能保持有一定的形狀，就說明了團(tuán)體內(nèi)分子存在相互作用力。

　　7、比熱是反映物質(zhì)熱學(xué)特性的物理量

　　比熱是一個重要物理量，每種物質(zhì)都有自己的比熱，由于各種物質(zhì)的比熱不同，所以質(zhì)量相同的各種物質(zhì)，升高相同的溫度，所需要的熱量不同；或者質(zhì)量相同的不同物質(zhì)，吸收了相同的熱量后，升高的溫度各不相同。

　　從熱量計(jì)算公式的變形可得物質(zhì)比熱的定義式：

　　c=q/(mδt)=q/m(t-t0)

　　此式不可以理解為：吸收的熱量越多，物質(zhì)的比熱就越大；物體的質(zhì)量越小，它的比熱就越大；物體的溫度變化量越大，它的比熱就越小。從定義式可知，比熱是反映物質(zhì)熱學(xué)特性的物理量，它描述的是某種物質(zhì)每單位質(zhì)量溫度升高1℃所需吸收的熱量，不同的物質(zhì)比熱是不同的；同一種物質(zhì)的比熱是一定的，它跟q、m和δt的變化無關(guān)。

　　8、熱量計(jì)算公式的應(yīng)用

　　使用物理公式時應(yīng)了解公式的適用范圍，對q=cm(t-t0)=cmδt這一熱量計(jì)算公式，主要是用來計(jì)算物體溫度變化時，物體吸收或放出熱量的多少，如果物體在吸熱和放熱過程中溫度是保持不變的，就不能使用該公式，例如晶體熔化或凝固過程，就不可用此公式計(jì)算。使用公式時應(yīng)清楚公式中各符號所表示的物理量的含義，以及各物理量應(yīng)當(dāng)采用的單位。

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