物理學(xué)—能.doc

物理學(xué)能一、機(jī)械能機(jī)械能表示物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與高度的物理量，是動(dòng)能與部分勢(shì)能的總和，這里的勢(shì)能分為重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能。決定動(dòng)能的是質(zhì)量與速度；決定重力勢(shì)能的是高度和質(zhì)量；決定彈性勢(shì)能的是勁度系數(shù)與形變量。動(dòng)能與勢(shì)能可相互轉(zhuǎn)化。機(jī)械能守恒：在不計(jì)摩擦和介質(zhì)助力的情況下物體只發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化且機(jī)械能的總量保持不變，也就是動(dòng)能的增加或減少等于勢(shì)能的減少或增加。機(jī)械能與整個(gè)物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)。當(dāng)有摩擦?xí)r，一部分的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，在空氣中散失，另一部分轉(zhuǎn)化為動(dòng)能或勢(shì)能。所以在自然界中沒(méi)有機(jī)械能能守恒，那么達(dá)芬奇提出的永動(dòng)機(jī)就不可能被制造出來(lái)（不消耗能量而能永遠(yuǎn)對(duì)外做功的機(jī)器，它違反了能量守恒定律，故稱為“第一類永動(dòng)機(jī)”。在沒(méi)有溫度差的情況下，從自然界中的海水或空氣中不斷吸取熱量而使之連續(xù)地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的機(jī)器，它違反了熱力學(xué)第二定律，故稱為“第二類永動(dòng)機(jī)”）。 二、動(dòng)能物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫做動(dòng)能，一切運(yùn)動(dòng)的物體都具有動(dòng)能。動(dòng)能的單位 為J（焦耳）。決定動(dòng)能大小的因素是物體的質(zhì)量和速度。動(dòng)能計(jì)算公式E=1/2mv2（E：動(dòng)能，單位-焦耳；m：質(zhì)量；v：速度）風(fēng)吹著帆船航行，空氣對(duì)帆船做了功；急流的河水把石頭沖走，水對(duì)石頭做了功；運(yùn)動(dòng)著的鋼球打在木塊上，把木塊推走，鋼球?qū)δ緣K做了功。流動(dòng)的空氣和水，運(yùn)動(dòng)的鋼球，它們能夠做功，它們都具有能量?？諝狻⑺?、鋼球是由于運(yùn)動(dòng)而能夠做功的，它們具有的能量叫做動(dòng)能。一切運(yùn)動(dòng)的物體都具有動(dòng)能。三、勢(shì)能（位能）物體由于具有做功的形勢(shì)而具有的能叫勢(shì)能。它是儲(chǔ)存于一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的能量，也可以釋放或者轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，如動(dòng)能由于各物體間存在相互作用而具有的、由各物體間相對(duì)位置決定的能叫勢(shì)能，又稱作位能，勢(shì)能是狀態(tài)量（狀態(tài)量是描述物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，如：位置、速度、動(dòng)量、動(dòng)能、角速度、角動(dòng)量、壓強(qiáng)、溫度、體積等等都是狀態(tài)量物質(zhì)系統(tǒng)在外界作用下，它的狀態(tài)將隨時(shí)間而發(fā)生變化，描述該系統(tǒng)狀態(tài)量也隨時(shí)間而發(fā)生變化），亦稱“位能”。由相互作用的物體之間的相對(duì)位置，或由物體內(nèi)部各部分之間的相對(duì)位置所確定的能叫做“勢(shì)能”。按作用性質(zhì)的不同，可以分為引力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、分子勢(shì)能、電勢(shì)能和核勢(shì)能等。力學(xué)中勢(shì)能有引力勢(shì)能、重力勢(shì)能和彈力勢(shì)能。勢(shì)能不是屬于單獨(dú)物體所具有的，而是相互作用的物體所共有。動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，如石頭下落過(guò)程，勢(shì)能減小動(dòng)能增加。【做功：能量由一種形式轉(zhuǎn)化為另一種的形式的過(guò)程。做功的兩個(gè)必要因素：作用在物體上的力和物體在力的方向上通過(guò)的距離。經(jīng)典力學(xué)的定義：當(dāng)一個(gè)力作用在物體上，并使物體在力的方向上通過(guò)了一段距離，力學(xué)中就說(shuō)這個(gè)力對(duì)物體做了功。】人們?cè)诖驑稌r(shí)，先把重錘高高舉起，重錘落下就能把木樁打入地里。重錘是由于被舉高而能夠做功的，舉高的物體具有的能量叫重力勢(shì)能。物體的質(zhì)量越大，舉得越高，它具有的重力勢(shì)能就越大。被舉高的重錘具有重力勢(shì)能。重錘的質(zhì)量越大，被舉得越高，下落時(shí)做的功越多，表示重錘的重力勢(shì)能越大。射箭運(yùn)動(dòng)員把弓拉彎，放手后被拉彎的弓能把箭射出去被壓縮的彈簧在放松后能把壓在上面的砝碼舉起。弓和彈簧都是由于發(fā)生彈性形變而能夠做功的，發(fā)生彈性形變的物體具有的能量叫彈性勢(shì)能物體的彈性形變?cè)酱?，它具有的彈性?shì)能就越大。動(dòng)能和勢(shì)能統(tǒng)稱為機(jī)械能。一個(gè)物體可以既有動(dòng)能，又有勢(shì)能，例如，飛行中的飛機(jī)因?yàn)樗谶\(yùn)動(dòng)而具有動(dòng)能，又因?yàn)樗诟咛幎哂兄亓?shì)能，把這兩種能量加在一起，就得到它的總機(jī)械能。機(jī)械能是最常見(jiàn)的一種形式的能量。一個(gè)物體能夠做的功越多，表示這個(gè)物體的能量越大，因此，能量的大小可以用做功的多少來(lái)衡量。動(dòng)能、勢(shì)能或機(jī)械能的單位跟功的單位相同，也是焦耳。例如，在空中飛行的一個(gè)球的重力勢(shì)能是5 焦，動(dòng)能是4 焦，球的機(jī)械能則為9 焦。 物體受到外力作用而發(fā)生的形狀變化，叫做形變。如果外力撤消，物體能恢復(fù)原狀，這種形變叫做彈性形變。四、熱能熱能(thermal energy)又稱熱量、能量等，它是生命的能源。人的每天勞務(wù)活動(dòng)、體育運(yùn)動(dòng)、上課學(xué)習(xí)和從事其他一切活動(dòng)，以及人體維持正常體溫、各種生理活動(dòng)都要消耗能量。就像蒸汽機(jī)需要燒煤、內(nèi)燃機(jī)需要用汽油、電動(dòng)機(jī)需要用電一樣。人體的熱能來(lái)源于每天所吃的食物，但食物中不是所有營(yíng)養(yǎng)素都能產(chǎn)生熱能的，只有碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)這三大營(yíng)養(yǎng)素會(huì)產(chǎn)生熱能。每克碳水化合物在體內(nèi)氧化時(shí)產(chǎn)生的熱能為16.74千焦耳（4千卡），脂肪每克為37.66千焦耳（9千卡），蛋白質(zhì)每克為16.74千焦耳（4千卡）千卡：熱能的單位。 焦耳與千卡的單位換算：千卡常指能使1升水升高1攝氏度所需的熱量，就相當(dāng)于4.184千焦耳的熱能。單位換算如下：1千卡=4.184千焦耳 1千焦耳=0.239千卡（卡是卡路里的簡(jiǎn)稱，由英文Calorie音譯而來(lái)，縮寫(xiě)為cal）。熱能與內(nèi)能區(qū)別：從分子運(yùn)動(dòng)論觀點(diǎn)看，熱能的本質(zhì)是物體內(nèi)部所有分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能之和，而內(nèi)能除包括物體內(nèi)部所有分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能之外，還包括分子間勢(shì)能的總和，以及組成分子的原子內(nèi)部的能量、原子核內(nèi)部的能量、物體內(nèi)部空間的電磁輻射能等。但在一般熱現(xiàn)象中，不涉及分子結(jié)構(gòu)和原子核的變化，并且無(wú)電磁場(chǎng)相互作用，化學(xué)能、原子能以及電磁輻射能都為常數(shù)。因?yàn)槿藗兺ǔＱ芯康氖悄芰恐?，所以，這幾種內(nèi)能通常不考慮。因此，內(nèi)能通常是指物體內(nèi)部分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能與分子間勢(shì)能的總和?？梢?jiàn)，熱能只是內(nèi)能中的一部分，把熱能與內(nèi)能等同起來(lái)是錯(cuò)誤的。五、其他能及其關(guān)系電能指電以各種形式做功的能力。有直流電能、交流電能、高頻電能等，這幾種電能均可相互轉(zhuǎn)換（電能一般通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能）。光能以可見(jiàn)輻射的形式轉(zhuǎn)換而來(lái)或轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)輻射形式的能量（光能轉(zhuǎn)化成熱能或者電能是目前利用太陽(yáng)能的主要途徑）?；瘜W(xué)能是物體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)所釋放的能量，是一種很隱蔽的能量，它不能直接用來(lái)做功，只有在發(fā)生化學(xué)變化的時(shí)候才釋放出來(lái)，變成熱能或者其他形式的能量。像石油和煤的燃燒，炸藥爆炸以及人吃的食物在體內(nèi)發(fā)生化學(xué)變化時(shí)候所放出的能量，都屬于化學(xué)能?；瘜W(xué)能是指化合物的能量，根據(jù)能量恒定律，這種能量的變化與反應(yīng)中熱能的變化是大小相等、符號(hào)相反，參加反應(yīng)的化合物中各原子重新排列而產(chǎn)生新的化合物時(shí)，將導(dǎo)致化學(xué)能的變化，產(chǎn)生放熱或吸熱效應(yīng)。熱能基本上就是內(nèi)能。熱能增加，就吸收熱量；熱能減少，就放出熱量。內(nèi)能也會(huì)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。如汽油機(jī)、柴油機(jī)在工作過(guò)程中，氣缸中的燃?xì)馀蛎?，推?dòng)活塞做功，燃?xì)獾膬?nèi)能減少，活塞的動(dòng)能增加。再如，水壺中的水燒開(kāi)后，水蒸氣推動(dòng)蓋子做功，水蒸氣的內(nèi)能減少，轉(zhuǎn)化為蓋子的機(jī)械能。核能（或稱原子能）是通過(guò)轉(zhuǎn)化其質(zhì)量從原子核釋放的能量。核能通過(guò)三種核反應(yīng)方式釋放：（1）核裂變（核分裂），是指由重的原子主要是指鈾或钚，分裂成較輕的原子的一種核反應(yīng)形式。原子彈以及裂變核電站的能量來(lái)源都是核裂變。（2）核聚變，是指由質(zhì)量小的原子，主要是指氘（do）或氚（chun），在一定條件下（如超高溫和高壓），發(fā)生原子核互