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2019-2020年九年級物理上冊《第十二章 機械能和內能》期中復習學案 蘇科版 【知識梳理】 1．機械能 A.能 a.定義 在物理學中，把物體做功的本領叫做能． 物體能做多少功，它就具有多少能．具有能的物體不一定做功．能是一個狀態(tài)量． b．單位 在國際單位制中，能的單位與功的單位一樣是焦耳． B.機械能 a.動能 i．定義 物體由于運動而具有的能叫做動能． ii．決定因素 質量和速度．運動的物體速度越大，質量越大，它具有的動能就越多． 式中的υ是相對速度，一般以地面為參照物． b．重力勢能 i．定義 物體由于被舉高而具有的能叫做重力勢能． ii．決定因素 質量和高度．物體被舉得越高，質量越大，它具有的重力勢能就越多． Ep=mgh． 式中的h是相對高度，一般從地面豎直向上量． c.彈性勢能 i．定義 物體由于發(fā)生彈性形變(外力撤消后完全恢復原來形狀的形變)而具有的能叫做彈性勢能． ii．決定因素 彈性強弱和形變大?。畯椥晕矬w的彈性越強，形變越大，它具有的彈性勢能就越多． d．機械能 動能和勢能統(tǒng)稱為機械能． 某物體在某狀態(tài)下所具有的機械能，等于該狀態(tài)下該物體所具有的動能和勢能之和． e.機械能的轉化和守恒 物體的動能和勢能可以相互轉化，在轉化的過程中，若沒有摩擦等阻力，機械能的總量保持不變；若有摩擦等阻力，機械能的總量減少． 2．內能 A.定義 物體內部大量分子的無規(guī)則運動叫做熱運動． 物體內部所有分子做無規(guī)則運動的動能和分子勢能的總和，叫做物體的內能． 嚴格地說，內能還應包括分子內部所具有的能，比如核能． B.決定因素 物體的質量、溫度、體積、物態(tài)、物質種類等． 說明：內能與機械能的區(qū)別． 內能與機械能是兩種不同形式的能，它們的決定因素不同：內能的決定因素如上所述，機械能是指整個物體所具有的動能和勢能的總和，它由物體的質量、速度、高度(或形變)等因素決定．內能和機械能兩者互不包含：一個物體在某一狀態(tài)下可能同時具有機械能和內能，也可能機械能為零，但內能一定不為零． C.改變物體內能的兩種方式一熱傳遞和做功 a.熱傳遞 只要物體間或同一物體的不同部分間存在著溫度差，就會發(fā)生熱傳遞．熱從高溫物體傳到低溫物體，或從物體的高溫部分傳到低溫部分，直到溫度相等(熱平衡)時為止． 熱傳遞的三種方式： i．傳導 熱從物體的高溫部分沿著物體傳到低溫部分叫做傳導．它的特征是熱沿著物體傳遞，而傳導熱的物體本身并沒有發(fā)生流動．固體中的熱傳遞以傳導方式為主． 善于傳導熱的物質叫做熱的良導體，如各種金屬，其中最善于傳導熱的是銀，其次是銅和鋁．不善于傳導熱的物質叫做熱的不良導體，如瓷、紙、木頭、玻璃、皮革、棉花、石棉等，液體(除水銀外)都不善于傳導熱，氣體比液體更不善于傳導熱． ii．對流 靠液體或氣體的流動來傳遞熱的方式叫做對流．它的特征是靠物質的流動來傳熱，因此對流是液體和氣體特有的熱傳遞方式． 當發(fā)生對流時，密度小的物質上升，密度大的物質下降，即只有在上部物質密度大于下部物質密度時才會產生對流．因此用對流的方式對物體加熱時，熱源應放在被加熱物體的下方，而用致冷物對物體冷卻時，應將致冷物置于被冷卻物體的上方． iii.輻射 熱由物體以電磁波的形式直接向外射出去叫做輻射．它的特征是不需要介質，可在真空中進行．太陽的熱就是通過輻射的方式傳給地球的． 物體吸收(輻射)熱的本領與它的溫度高低、表面積大小和表面顏色深淺有關，物體溫度越低(高)、表面積越大、表面顏色越深，越有利于吸收(輻射)熱． 利用熱傳遞的方式改變物體內能的實質是內能的轉移，內能改變的多少可用傳遞的熱量來量度． 在沒有做功的條件下，物體放熱，其內能減少；物體吸熱，其內能增加． b．做功 利用做功的方式改變物體內能的實質是內能和其他形式能的相互轉化，內能改變的多少可用做功的多少來量度． 在不發(fā)生熱傳遞的條件下，物體對外做功，其內能減少；外界對物體做功，其內能增加． 做功和熱傳遞對改變物體的內能是等效的． D．內能的利用 利用內能來直接加熱物體和利用內能來做功． 3．熱量 A.定義 在物理學中，把物體在熱傳遞過程中放出或吸收能量的多少叫做熱量．用字母Q表示． 熱量是一個過程量．離開了熱傳遞過程，說一個物體含有多少熱量是沒有意義的． B.單位 在國際單位制中，熱量的單位與功和能的單位相同，都是焦耳(J)． C.物體狀態(tài)未變、溫度改變過程中的吸、放熱 i．物體溫度升高時吸收的熱量 ii．物體溫度降低時放出的熱量 公式中的t表示物體的末溫、t0表示物體的初溫、△t表示物體溫度的變化值． 由公式變形可得：，對于混合物 D．物態(tài)變化過程中的吸、放熱 i．熔化熱與凝固熱 單位質量的某種物質(晶體)，在熔點時從固態(tài)完全熔化成同溫度的液態(tài)時，所需要吸收的熱量叫做這種物質的熔化熱，用字母λ表示． 定義式： 在國際單位制中，熔化熱的單位是焦／千克(J／kg)． 物質在凝固時要放出熱量，這叫凝固熱．在相同的熱學狀態(tài)下，同一物質的凝固熱與熔化熱相同． ii．汽化熱與液化熱 單位質量的某種液體，完全變成同溫度的氣體時所需要吸收的熱量，叫做這種物質的汽化熱，用字母L表示． 定義式：L=Q/m . 在國際單位制中，汽化熱的單位是焦／千克(J／kg)． 物質在液化時要放出熱量，這叫液化熱．在相同的熱學狀態(tài)下，同一物質的液化熱與汽化熱相同．同種物質溫度升高時，汽化熱減?。? iii．升華熱與凝華熱 單位質量的固態(tài)物質升華時，所需要吸收的熱量叫做這種物質的升華熱．物質在凝華時要放出熱量，這叫凝華熱．在相同的熱學狀態(tài)下，同種物質的凝華熱等于升華熱，且等于相同條件下，它的汽化熱和熔化熱之和． E熱平衡方程 原來溫度不同的物體，經過熱傳遞而變得溫度相同，即達到了熱平衡狀態(tài)． 高、低溫物體組成的系統(tǒng)，在系統(tǒng)內進行熱傳遞的過程中，若與外界不發(fā)生熱交換，則Q放=Q吸；若與外界發(fā)生了熱交換，則Q放=Q吸+Q損． 熱平衡方程在整個熱傳遞過程中的任一階段都成立，并不是只有達到熱平衡時才成立．其實質是能量守恒． 4．．燃料的熱值 A.物理意義 熱值是表示燃料燃燒時釋放熱量多少的物理量． B.定義 單位質量(或單位體積)的某種燃料完全燃燒時所放出的熱量叫做這種燃料的熱值．用字母q表示． 熱值是燃料的一種屬性，它的大小只與燃料的種類有關，與燃料的質量(或體積)、是否燃燒以及燃燒的程度均無關． C.單位 在國際單位制中，固體和液體燃料熱值的單位是焦／千克(J／kg)，氣體燃料熱值的單位是焦／米3(J／m3)． D．質量為m千克(或體積為V米3)的燃料完全燃燒放出的熱量Q=qm或Q=qV 說明：溫度、內能、熱量及它們之間的關系． 從微觀角度看，溫度反映了在某一狀態(tài)下，物體內部分子做無規(guī)則運動的劇烈程度，一個物體的溫度越高，它內部分子的無規(guī)則運動就越劇烈，溫度是一個狀態(tài)量．內能是物體內部所具有的能量，一切物體都具有內能，內能也是一個狀態(tài)量．對于同一個物體，它的溫度變化可以反映出其內能的變化：溫度升高，內能增大；溫度降低，內能減?。珜τ诓煌奈矬w，溫度高的物體不一定比溫度低的物體內能大，這是因為內能的大小不僅僅由溫度決定．熱量是在熱傳遞過程中傳遞的內能的多少，它是一個過程量．在熱傳遞過程中被傳遞的是熱量而不是溫度．當物體吸、放熱時，其內能發(fā)生變化，但溫度不一定改變，如晶體的熔化和凝固、液體的沸騰等過程．物體內能的改變不一定由熱傳遞造成，因為改變物體內能的方式有兩種：做功和熱傳遞． 5．熱機 A.所有熱機的共同特點 將燃料燃燒時獲得的內能轉化為機械能． B．內燃機 i．定義 燃料直接在氣缸內燃燒而推動活塞做功的熱機叫做內燃機． ii．工作原理 內燃機的一個工作循環(huán)由吸氣、壓縮、做功和排氣四個沖程組成．活塞從氣缸一端運動到另一端叫做一個沖程．在壓縮沖程中，機械能轉化為內能；在做功沖程中，內能轉化為機械能．在四個沖程中，只有做功沖程是燃氣對外做功，其余三個沖程叫做輔助沖程，都是依靠飛輪的慣性帶動曲軸完成的． 在內燃機的一個工作循環(huán)中，活塞共來回兩次，曲軸共轉動兩周． C.熱機的效率 i．能量損耗的原因 燃料不可能充分燃燒；熱機部件散熱損耗部分內能；克服機件之間的摩擦做功要損耗部分內能；廢氣帶走部分內能． ii．熱機的效率 在熱機里，用來做有用功的那部分能量跟燃料完全燃燒所獲得的能量之比，叫做熱機的效率． 式中 iii．提高熱機效率的主要途徑：在熱機的設計和制造上不斷改進和革新，以減少各種能量損失；在使用時注意保養(yǎng)，例如加潤滑劑以保證良好的潤滑，以減小摩擦，合理調整運動零部件之間的間隙，以減小摩擦和防止漏氣；充分利用廢氣帶走的內能． D．兩種內燃機的不同點 機 種 項 目 汽油機 柴油機 構 造 有火花塞，無噴油嘴 有噴油嘴，無火花塞 燃 料 汽油 柴油 吸氣沖程中吸進的物質 汽油和空氣的燃料混合物 空氣 壓縮沖程末氣缸內的溫度 250～300℃ 500～700℃ 點火方式 點燃式 壓燃式 做功沖程開始時燃氣的壓強 3106～5106 Pa 5106～107 Pa 效 率 20％～30％ 28％～40％ 主要用途 汽車、摩托車等 拖拉機、坦克、輪船、內燃機車、載重汽車等 柴油機的效率比汽油機的效率高的主要原因是：在做功沖程中，柴油機氣缸內燃氣的壓強較大． E．環(huán)境保護 煤、石油、天然氣等燃料的利用，使人類獲得大量的內能，但同時也造成環(huán)境污染．污染環(huán)境主要有以下幾個方面：(1)燃燒生成有害氣體；(2)燃燒排放大量煙塵、廢氣；(3)內燃機的噪聲． 保護環(huán)境的途徑：(1)改進燃燒設備；(2)加消塵除塵裝置；(3)集中供熱，提高燃燒率；(4)普及推廣氣體燃料． 【典例剖析】 1. 兩個相同的籃球，表面潮濕，從不同高度自由落至同一地面，留下的印跡如圖所示．關于初始時籃球的重力勢能，下列說法正確的是 ( ) A. 落在a處的大 B.落在b處的大 C. 兩個一樣大 D．無法比較大小 2. 如圖所示，同一物體分別從三個不同斜面PA、PB、PC的頂端由靜止滑下，已知物體在三個斜面上下滑時受到的摩擦力均為f(f>0)．當物體從斜面頂端P滑到底端A或B或C時，速度分別為υ1、υ2、υ3，則 ( ) D. 不能確定 3. 學生在做模擬“蹦極”的小實驗(如圖所示)．一根橡皮筋一端系一個小石塊，另一端固定在a點，b點是橡皮筋不系小石塊自然下垂時下端所在的位置，c點是小石塊從a點自由下落所能到達的最低點，在小石塊從a點到c點運動的過程中，以下說法正確的是 A.小石塊動能一直在增加 B.小石塊減少的重力勢能全部轉化為動能 C.小石塊經過b點時，橡皮筋具有彈性勢能 D.小石塊到達c點時，動能為零 4. 一個光滑圓管軌道固定在豎直平面內，AB是圓管的一條水平直徑，如圖所示，從A點以相同大小的速度同時向上、下拋出甲、乙兩個小球，那么 ( ) A.甲先到B點 B.乙先到B點 C.兩球同時到達B點 D．無法確定哪個球先到達B點 5. 分析下列幾種現(xiàn)象中溫度變化的原因，其中一種與其他三種不同，它應該是( ) A. 開啤酒蓋瞬間，瓶口的二氧化碳氣體溫度會降低 B. 化妝品或殺蟲劑之類的自動噴劑，當噴了一會兒，罐身溫度會降低 C. 用打氣筒打氣了，過了一會兒就感到筒身發(fā)熱 D．夏天，用嘴向手背快速吹氣，會感到涼意 6. 如圖所示，在一個配有活塞的厚玻璃筒里放一小團硝化棉，迅速向下壓活塞， 可以看到硝化棉燃燒起來，放手后活塞被彈起． (1)活塞壓縮筒內氣體做功是將 能轉化 能． (2)請在題目中找一現(xiàn)象并簡述原因． 現(xiàn)象： ； 原因： ． 7. 有一堆從河中撈出的濕砂子，測得其比熱為l.2103J／(kg℃)．已知干砂子的比熱為0.9103J／(kg℃)，則按質量說，這堆砂子含水的百分比是多少? 8. 質量和初溫都相同的甲、乙兩個物體，先把甲放在一杯冷水中，熱平衡后水的溫度升高了△t℃；把甲取出后再立即把乙放入此杯水中，熱平衡后水溫又升高了t℃．若忽略熱損失，甲、乙兩種物質的比熱哪個大?請加以論證說明． 車 型 某品牌轎車 測試道路 標準水平國道 測試距離 100 km 測試速度 80 km／h勻速行駛 整車質量 900 kg 消耗汽油 9 L 受到阻力 整車重的0.08倍 型 號 8813 流 量 330 m3／h 揚 程 12 m 質 量 111 kg 效 率 80％ 9. 近年來，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛，各種新型汽車不斷投放市場．以下是我國某品牌轎車的測試報告． (1)汽油的熱值q=3.3107J／L，燃料完全燃燒放出熱量的公式是Q=qV，式中V表示燃料的體積．請計算該品牌轎車在測試過程中，汽油完全燃燒產生的內能轉化為發(fā)動機牽引轎車前進的能量的效率．(g取10 N／kg) (2)近年來，我國部分省份開始推廣使用乙醇汽油，乙醇汽油是由l0％體積的乙醇與90％體積的汽油混合而成，已知乙醇的熱值q=2.4107J／L，設混合后總體積不變，請計算乙醇汽油的熱值為多少焦每升． (3)乙醇，俗稱酒精．推廣使用乙醇汽油，有何積極意義?(請寫出一點) 10. 有一臺水泵的銘牌如附表所示： (1)水泵連續(xù)正常工作5 h，所做的有用功為多少焦？ (2)此水泵總功率是多少千瓦? (3)如果該水泵的動力由一臺柴油機提供，并假設柴油完全燃燒所釋放的內能有40％轉化為水泵軸的機械能，則每小時要消耗多少柴油?(柴油熱值3107J／kg，g取10 N／kg) 型 號 CWNG 0.7-80／60-AⅡ CWNG1.O5-80／60-AⅡ CWNG1.4-80／60-AⅡ 功率／MW ( ) 1.05 1.4 容水量／t 3 3.5 4 耗煤量／(kgh－1) 145 ( ) 290 外型尺寸／m3 2.71.52 3．O1.52.9 3.O1.92.9 煙囪尺寸 φ30015000 φ35015000 φ40015 000 熱效率／％ 75 75 75 出水溫度 80 80 80 回水溫度 60 60 60 總重量／t 5 7.5 9 運行壓力 常壓 常壓 常壓 供暖面積／m2 6 000 ( ) 12 000 循環(huán)水量／(m3h－1) ( ) 45 60 11. 下表是某鍋爐廠生產的CWNG系列三種鍋爐的主要技術參數(shù)表． CWNG系列三種鍋爐主要技術參數(shù) ` 已知水的比熱容為4.2103J／(kg℃)，假設三種鍋爐的燃煤效率相同，且煤均可達到完全燃燒 請根據(jù)上表回答以下問題： (1)根據(jù)表格中的已知數(shù)據(jù)，請在表格中的四個( )內填上合適的數(shù)據(jù)． (2)按表格中的出水溫度和回水溫度，計算CWNGl．05-80／60-AⅡ型鍋爐每小時向住宅內釋放的熱量是多少． (3)根據(jù)表格中已知數(shù)據(jù)計算燃煤的熱值為多少．