初中物理九年級(jí)上冊(cè) 四、機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化

四、機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化知識(shí)網(wǎng)絡(luò)機(jī)械能和內(nèi)能機(jī)械能內(nèi)能燃料動(dòng)能勢(shì)能彈性勢(shì)能重力勢(shì)能定義影響因素改變方式做功熱傳遞熱值放熱公式拉長(zhǎng)的橡皮筋射“小鳥”高處的屋頂墜落砸地面飛行的“小鳥”撞墻壁拉長(zhǎng)的橡皮筋具有能量高處的屋頂墜具有能量飛行的“小鳥”具有能量拉長(zhǎng)的橡皮筋能對(duì)“小鳥”做功高處的屋頂能對(duì)地面做功飛行的“小鳥”能對(duì)墻壁做功

一個(gè)物體能對(duì)另一個(gè)物體做功，就表明，這個(gè)物體就具有能量.

一個(gè)物體能對(duì)其他物體做的功越多，那么，它就具有的能量就越大.

判斷是否具有能量的依據(jù)

判斷能量大小的依據(jù)問題1：如何理解功和能的關(guān)系？C例1．下列說(shuō)法正確的是（）A．物體具有的能越多，它做的功越多B．物體有了能就一定正在做功C．正在做功的物體一定具有能D．物體做功的多少與它具有的能無(wú)關(guān)D、物體做功的多少與它具有的能有關(guān)，不符合題意；

故選C．點(diǎn)評(píng)：功是能量轉(zhuǎn)化的量度：即做了多少功必然伴隨多少能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化，反之轉(zhuǎn)化了多少能量必定同時(shí)做了多少功．解答：A、物體具有的能越多，它做功的本領(lǐng)越大，不符合題意；B、物體有了能就有了做功本領(lǐng)，但不一定正在做功，不符合題意；C、做功的物體一定具有能，說(shuō)法正確，符合題意；問題2.如何探究動(dòng)能的大小與那些因素有關(guān)？（１）猜想與假設(shè):動(dòng)能的大小可能與物體的速度有關(guān)?動(dòng)能的大小可能與物體的質(zhì)量有關(guān)?（2）.制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：

物理科學(xué)方法：控制變量法轉(zhuǎn)換法第一步，先研究動(dòng)能的大小與速度的關(guān)系，要保證運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量不變．第二步，研究動(dòng)能的大小與質(zhì)量的關(guān)系，要保證速度不變．（３）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)：例2：如圖，是探究“動(dòng)能的大小與什么因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)裝置，上述甲、乙兩組實(shí)驗(yàn)中：①乙圖中讓不同質(zhì)量的兩個(gè)小球從同一高度滾下的目的是兩球到達(dá)水平面時(shí)，具有相同的__________．②選用圖甲探究的是動(dòng)能與________的關(guān)系，理由是：兩球________相等；得出的結(jié)論是：______________________________________．③選用圖乙探究的是動(dòng)能與_______的關(guān)系，得出的結(jié)論是：____________________________．速度質(zhì)量質(zhì)量速度在質(zhì)量相同時(shí)，物體的速度越大，物體的動(dòng)能越大。在速度相同時(shí)，物體的質(zhì)量越大，物體的動(dòng)能越大。問題3：判斷機(jī)械能（動(dòng)能、勢(shì)能）是否變化？方法：1、由“動(dòng)能、勢(shì)能的影響因素”判斷是否變化。2、由“機(jī)械能=動(dòng)能+勢(shì)能”判斷機(jī)械能是否變化。3、判斷“動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化過程中”機(jī)械能是否發(fā)生變化。例3：

（2015淮安）蕩秋千人從最高點(diǎn)向最低點(diǎn)擺動(dòng)過程中，速度變大，則他的（）A．重力勢(shì)能增加，動(dòng)能不變B．重力勢(shì)能不變，動(dòng)能增加C．重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加D．重力勢(shì)能減小，動(dòng)能減小分析:蕩秋千人從最高點(diǎn)向最低點(diǎn)擺動(dòng)過程中,速度變大,運(yùn)動(dòng)增加,而高度是降低的,所以重力勢(shì)能是減小的,故應(yīng)選C。Ｃ例4：（2015常州）美國(guó)正在實(shí)驗(yàn)助推火箭無(wú)損回收技術(shù)：火箭將飛船推送至一定高度；箭船分離，火箭停止噴火，落向地面；接近地面時(shí)，火箭再次消耗燃料、向下噴火，并以2m/s的速度勻速下降，如圖所示．勻速下降時(shí)，火箭的動(dòng)能____(變小/不變/變大)，重力勢(shì)能_____(變小/不變/變大)．不變變小分析：火箭勻速下降時(shí)，火箭的質(zhì)量不變、速度不變，動(dòng)能不變；質(zhì)量不變、高度減小，重力勢(shì)能變?。c(diǎn)評(píng)：旨在考查動(dòng)能和勢(shì)能的大小變化，理解影響動(dòng)能和勢(shì)能大小的因素是解決本題的關(guān)鍵。

例５：跳水運(yùn)動(dòng)是奧運(yùn)會(huì)的正式比賽項(xiàng)目，我國(guó)運(yùn)動(dòng)員在該項(xiàng)目上一直處于國(guó)際領(lǐng)先地位。比賽中，跳水運(yùn)動(dòng)員從騰空跳起向上運(yùn)動(dòng)后再向下落入水中，若不計(jì)空氣阻力，在整個(gè)空中運(yùn)動(dòng)過程中，運(yùn)動(dòng)員的（）A．動(dòng)能先減小后增大，重力勢(shì)能先增大后減小，機(jī)械能不變B．動(dòng)能先增大后減小，重力勢(shì)能減小先后增大，機(jī)械能不變C．動(dòng)能先減小后增大，重力勢(shì)能先增大后減小，機(jī)械能增大D．動(dòng)能先增大后減小，重力勢(shì)能先減小后增大，機(jī)械能減?。茫?）運(yùn)動(dòng)員沒有發(fā)生彈性形變，勢(shì)能只考慮重力勢(shì)能．機(jī)械能=動(dòng)能+勢(shì)能．機(jī)械能不變，重力勢(shì)能先增大后減小，動(dòng)能先減小后增大．故選C．點(diǎn)評(píng)：（1）掌握動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能的影響因素．

（2）能判斷動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、機(jī)械能的變化．解：（1）不計(jì)空氣阻力，機(jī)械能守恒．（2）跳水運(yùn)動(dòng)員從騰空跳起向上運(yùn)動(dòng)后再向下落入水中，整個(gè)過程質(zhì)量不變，高度先增大后減小，重力勢(shì)能先增大后減?。畣栴}４：如何理解內(nèi)能及其變化？所有1．內(nèi)能內(nèi)能物體內(nèi)________分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和分子動(dòng)能由于分子運(yùn)動(dòng)而具有的能分子勢(shì)能由于分子間存在著相互作用而具有的能[說(shuō)明]

物體在任何情況下都有內(nèi)能，無(wú)論是高溫的鐵水，還是寒冷的冰塊，內(nèi)能均不為零．因?yàn)槲矬w內(nèi)部分子永不停息地運(yùn)動(dòng)著，并且分子之間存在著相互作用的引力和斥力，所以內(nèi)能是無(wú)條件存在的．

2.內(nèi)能改變的外部表現(xiàn)物體溫度升高(降低)——物體內(nèi)能增大(減小)．物體存在狀態(tài)改變(固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài))——內(nèi)能改變．

3.改變內(nèi)能的兩種方法

(1)做功改變物體的內(nèi)能

①內(nèi)能改變：外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能會(huì)__________；對(duì)外做功，內(nèi)能會(huì)________．

②做功的實(shí)質(zhì)：內(nèi)能和其他形式能的相互轉(zhuǎn)化．

③如果僅通過做功改變內(nèi)能，可以用做功的多少度量?jī)?nèi)能改變的大小(ΔE＝W)．(2)熱傳遞改變物體的內(nèi)能

①熱量：熱傳遞過程中傳遞的________；熱量的單位是________．

②熱傳遞的條件：有溫度差．

③熱傳遞過程中傳遞的是內(nèi)能(熱量)，而不是溫度．

④熱量是過程量，不能說(shuō)“含有”或“具有”，物體具有的是能量，如內(nèi)能、機(jī)械能等．增加減少能量焦耳例６：下列關(guān)于溫度、熱量和內(nèi)能的說(shuō)法中正確的是

()A．物體溫度升高，一定吸收了熱量B．物體放出熱量時(shí)，溫度一定降低C．物體溫度升高，內(nèi)能一定增加D．物體內(nèi)能增加時(shí)，溫度一定升高C一個(gè)物體內(nèi)能增加了，它的溫度不一定升高，如0℃的冰變成0℃的水。故選Ｃ分析：一個(gè)物體溫度升高了，不一定吸收了熱量，也有可能是外界對(duì)物體做功;一個(gè)物體放出熱量時(shí)，溫度不一定降低，如晶體得凝固（0℃的水變成0℃的冰）；物體溫度升高，內(nèi)能一定增加。正確；例７：（2015揚(yáng)州）下列說(shuō)法正確的是（）A．溫度從高溫物體傳遞到低溫物體B．物體溫度越高，含有的熱量越多C．物體溫度為0℃時(shí)，其內(nèi)能為零D．晶體熔化吸熱，溫度保持不變

DD、晶體熔化過程吸熱，內(nèi)能增加，狀態(tài)發(fā)生改變，但溫度保持不變．此選項(xiàng)正確．故選D．分析：A、熱傳遞實(shí)質(zhì)是內(nèi)能從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，傳遞的不是溫度，傳遞的是熱量．此選項(xiàng)錯(cuò)誤；B、溫度越高的物體，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，熱量是熱傳遞過程中傳遞的內(nèi)能多少，不是含有熱量多．此選項(xiàng)錯(cuò)誤；C、一切物體的分子都在永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，即一切物體都有內(nèi)能．此選項(xiàng)錯(cuò)誤；問題５：如何理解比熱容及其應(yīng)用？J/(kg·℃)定義物理學(xué)中將這一比值稱為比熱容符號(hào)c單位焦耳每千克攝氏度；符號(hào)為______________物理意義表示物質(zhì)吸、放熱本領(lǐng)大小的物理量水的比熱容是

J/(kg·℃)，物理意義是：___________________________________________________4.2×103

1kg水溫度升高(或降低)1℃，所吸收(或放出)的熱量為4.2×103J

[說(shuō)明](1)比熱容是物質(zhì)的一種物理屬性，每種物質(zhì)都有自己的比熱容，不同物質(zhì)的比熱容一般不同．

(2)同種物質(zhì)在同一狀態(tài)下，比熱容相同，但同種物質(zhì)在不同狀態(tài)下，比熱容不同．如水的比熱容是4.2×103J/(kg·℃)，冰的比熱容是2.1×103J/(kg·℃)．

(3)在常見的物質(zhì)中，水的比熱容最大，常用來(lái)供暖、冷卻和調(diào)節(jié)氣候．

[點(diǎn)撥]

對(duì)于質(zhì)量相同的不同物質(zhì)，吸收或放出相同的熱量時(shí)，比熱容大的物質(zhì)溫度變化?。栽趦?nèi)陸地區(qū)，以比熱容較小的沙石居多，氣溫變化明顯；而在沿海地區(qū)，以比熱容大的水居多，氣溫變化不明顯．例８：（2015南京）如圖所示是“探究不同物質(zhì)吸熱升溫現(xiàn)象”的實(shí)驗(yàn)裝置．用同一套裝置，先后加熱并不斷攪拌質(zhì)量相等的煤油和水．

(1)要完成該探究實(shí)驗(yàn)，除了圖中所示的器材外，還需要的測(cè)量工具有天平和

．

(2)小明設(shè)計(jì)的記錄數(shù)據(jù)的表格如下，分析表格可知：他是用

相同比較

的方法來(lái)完成探究實(shí)驗(yàn)的．

(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小明查表知道水的比熱容為4.2×l03J/(kg.℃)，則500g水溫度升高20℃吸收的熱量是

J；若這些熱量由酒精完全燃燒獲得，則至少要消耗

g酒精．(酒精的熱值為3.0×107J/kg)(4)在受太陽(yáng)照射的條件相同時(shí)，內(nèi)陸地區(qū)晝夜溫差比沿海地區(qū)

，這是因?yàn)楦赡嗤梁退啾龋?/p>

較小。分析：（3）

由Q=cm△t=4.2×103J/（kg?℃）×0.5kg×20℃=4.2×104J；

由Q=q×m得：m=Q/q=4.2×104J/3.0×107J/kg=1.4×10-3kg=1.4g；秒表加熱時(shí)間升高的溫度4.2×1041.4大比熱容例９：（2015蘇州）某學(xué)習(xí)小組同學(xué)想研究酒精燈燒水時(shí)的熱效率．他們用酒精燈給100g的水加熱，經(jīng)過一段時(shí)間測(cè)得水溫升高了60℃、消耗了4.2g酒精．已知：水的比熱容為4.2×103J/（kg?℃），酒精的熱值為3×107J/kg．求：（1）此過程中水吸收的熱量；（2）4.2g酒精完全燃燒放出的熱量；（3）酒精燈燒水時(shí)的熱效率．（2）酒精完全燃燒產(chǎn)生的熱量：

Q放=mq=0.0042kg×3×107J/kg=1.26×105J；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了學(xué)生對(duì)吸熱公式、燃料完全燃燒放熱公式的掌握和運(yùn)用，熟記相關(guān)的計(jì)算公式是本題的關(guān)鍵．解：（1）100g=0.1kg，水吸收的熱量：

Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg?℃）×0.1kg×60℃=2.52×104J；

（3）酒精燈燒水時(shí)的熱效率：

η=Q吸/Q放×100%=2.52×104J/1.26×105J×100%=20%．問題６熱機(jī)的理解及應(yīng)用內(nèi)機(jī)械1.工作原理熱機(jī)工作時(shí)將________能轉(zhuǎn)化為________能．2．四沖程汽油機(jī)的工作循環(huán)

吸氣沖程壓縮沖程做功沖程排氣沖程沖程示意圖氣門開關(guān)情況進(jìn)氣門打開關(guān)閉關(guān)閉關(guān)閉排氣門關(guān)閉關(guān)閉關(guān)閉打開機(jī)械內(nèi)內(nèi)機(jī)械活塞的運(yùn)動(dòng)向下向上向下向上曲軸的運(yùn)動(dòng)半周半周半周半周作用吸入汽油和空氣的混合氣體壓縮混合氣體，使其內(nèi)能增加高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞做功

排出廢氣能量的轉(zhuǎn)化

能→

能

能→

能聯(lián)系①每個(gè)工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩圈，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩次；②在一個(gè)工作循環(huán)中，只有做功沖程燃?xì)鈱?duì)外做功，其他三個(gè)輔助沖程不但不做功，還要消耗機(jī)械能；③吸氣、壓縮、排氣三個(gè)沖程是輔助沖程，要依靠安裝在曲軸上的飛輪的慣性來(lái)完成，必須靠外力來(lái)啟動(dòng)

例

１０如圖是內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程，其中屬于壓縮沖程的是(

)

A分析：本題考查內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程的識(shí)別．根據(jù)進(jìn)氣門、排氣門的開關(guān)情況和活塞的運(yùn)動(dòng)方向來(lái)判斷．壓縮沖程的特點(diǎn)是進(jìn)氣門、排氣門關(guān)閉，活塞向上運(yùn)動(dòng)．A項(xiàng)是壓縮沖程，B項(xiàng)是排氣沖程，C項(xiàng)是做功沖程，D項(xiàng)是吸氣沖程．故選A.點(diǎn)評(píng)：該題考查了內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程，要求對(duì)每個(gè)沖程的特點(diǎn)、能量轉(zhuǎn)化等情況十分熟悉才能順利解答．

例１１.（2015泰州）如圖所示，在空氣壓縮引火儀的玻璃筒底部放一小團(tuán)干燥的棉花，快速壓下活塞，可觀察到棉花著火

燃燒．此過程中活塞對(duì)筒內(nèi)氣體做功，氣體的內(nèi)能

，

這與四沖程汽油機(jī)的

沖程的能量轉(zhuǎn)化相同．某臺(tái)汽油

機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速為2400r/min，在1S內(nèi)，汽油機(jī)完成

個(gè)

工作循環(huán).第39題圖解：（1）在空氣壓縮引火儀玻璃筒的底部放一小撮干燥的棉絮，用力將活塞迅速向下壓，棉絮燃燒起來(lái)；說(shuō)明壓縮筒內(nèi)空氣做功，使空氣的內(nèi)能增加；壓火儀實(shí)驗(yàn)中，活塞的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能，與內(nèi)燃機(jī)的壓縮沖程相似；

增加壓縮20（2）四沖程汽油機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)速為2400r/min，則該飛輪每秒鐘轉(zhuǎn)40圈．因?yàn)橐粋€(gè)工作循環(huán)飛輪轉(zhuǎn)2圈，完成四個(gè)工作沖程，做功1次，所以飛輪轉(zhuǎn)40圈，共20個(gè)工作循環(huán)，共80個(gè)沖程，共做功20次．

自主練習(xí)：1．（2015宿遷）關(guān)于功和能，下列說(shuō)法正確的是（）

A．0℃的物體沒有