机械能和能源2
物理必修二机械能和能源知识点
物理必修二机械能和能源知识点以下是物理必修二中与机械能和能源相关的重要知识点：1. 机械能：机械能是指物体由于运动或位置改变而具有的能量。
机械能可分为动能和势能两部分。
动能是物体由于运动而具有的能量，与物体的质量和速度平方成正比。
势能是物体由于位置的不同而具有的能量，与物体的重量和高度成正比。
2. 功和功率：功是用力作用在物体上的能量转化，是力对物体做功的量度。
功等于力乘以物体的位移。
功率是指单位时间内做功的速率，等于功除以时间。
3. 机械能守恒定律：在没有外力做功和能量损失的理想条件下，一个封闭系统中的机械能总量保持不变。
即初始机械能等于末端机械能。
4. 机械能转化和转移：机械能可以在不同形式之间进行转化和转移。
例如，一个从高处落下的物体，其势能逐渐减小，而动能逐渐增加，当物体抵达地面时，势能转化为动能。
5. 功率和能量消耗：功率是能量消耗的速率，单位为瓦特（W）。
在物体做功时，消耗的能量随着功率和时间的增加而增加。
6. 能源和能量转换：能源是指能量的源泉，可以用来做功或供给热量。
常见的能源包括化石能源（煤炭、石油、天然气）、核能和可再生能源（太阳能、风能、水能等）。
能源可以通过各种方式转换为其他形式的能量，例如燃烧煤炭产生的化学能转化为热能和机械能。
7. 摩擦力和效率：摩擦力是两个物体接触时由表面不规则性引起的阻碍运动的力。
机械装置中常常出现能量损失，主要原因是摩擦力的存在。
效率是指机械装置将输入的能量转化为有用的功的比率，等于输出功与输入功的比值。
8. 单纯机械结构：单纯机械结构是指由一个或多个简单机械组合而成的装置，如杠杆、滑轮、斜面等。
简单机械结构可以改变力的大小、方向和作用点，实现力的传递和转换。
以上是机械能和能源相关的一些重要知识点，希望能对你的学习有所帮助。
机械能和内能的相互转化
热力学研究
机械能和内能的转化是热力学研 究的基础，有助于深入探究热力 学定律。
机械能和内能转化过程中的能量守恒
1 法则
根据能量守恒定律，能量在转化过程中不会消失或增加，只会从一种形式转化为另一种 形式。
2 公式
机械能转化为内能的公式为Q＝W＋ΔE，其中Q为热量，W为功，ΔE为内能增量。
机械能和内能转化在实际应用中的意义
工业生产
汽轮机、热机等利用能量转化实 现工业生产。
能源开发
形式
机械能一般以动能和势能的形式存在，而内能则以热能、化学能等形式存在。
转化关系
机械能和内能之间可以相互转化，但转化过程中并不完全，会有部分损失。
机械能和内能的转化关系
1
转化式
机械能可以通过摩擦、弹性碰撞等方式转化
转化比例
2
为内能。
转化过程中会有能量损失，机械能转化为内
能的比例会小于1。
3
内能转机械能
内能可以通过膨胀、变形等方式转化为机械 能，但同样会有部分能量损失。
机械能转化为内能的例子
车辆刹车
刹车过程中，机械能转化为内能，即摩擦热。
瀑布
水从高处落下时，机械能转化为内能和声能。
内能转化为机械能的例子
汽轮机
燃烧后的燃料，将水加热生成蒸汽驱动汽轮机转动，内 能转化为机械能。
弹簧
弹簧被挤压后，内能转化为机械能。
机械能和内能的相互转化
机械能和内能是物理学中非常重要的概念。本次演示将探讨这两种能量如何 相互转化，并展示转化过程中能量守恒的原理。
机械能和内能的定义
机械能
物体的机械能等于其动能和势能之和。
机械能与内能的相互转化
机械能与内能的相互转化机械能与内能的相互转化主要涉及热机和热泵的工作原理。
1. 热机：机械能可以通过燃料的燃烧或其他能源形式的消耗转化为热能，然后通过热能的流动将部分热能转化为机械能。
例如，内燃机中，燃料燃烧产生高温高压的气体，气体膨胀驱动活塞运动，进而通过连杆和曲轴将其机械能转化为机械功。
2. 热泵：热泵则是将外界低温热源的热能转化为机械能。
热泵的工作原理类似于制冷机，通过循环工质的循环流动，从低温热源吸收热能，通过压缩提高其温度，然后释放到高温热源，同时将一部分热能转化为机械能。
在这两种情况下，机械能和热能之间的转化是通过工作物质（例如气体）的热力学循环进行的。
多数热力循环都违背了热力学第二定律，无法将完全的热能转化为机械能，一部分热能会被排放或者耗散掉，因而无法实现百分之百的能量转化效率。
在机械能与内能的相互转化中，还有其他一些现象和机制需要考虑：1. 摩擦热：当两个物体之间发生摩擦时，由于摩擦力的作用，机械能转化为内能，导致物体温度升高。
这是因为摩擦形成了微观层面的不规则运动，使得物体的内部分子或原子运动增加，从而增加了其内部能量。
2. 热传导：当热量从一个物体传导到另一个物体时，会伴随着内能的转化。
例如，当一个热源与一个冷体接触时，热量会通过热传导的方式从热源传递到冷体，导致冷体温度升高。
这种过程中，一部分机械能也转化为了内能。
总之，机械能和内能的相互转化是通过能量的传递和相互作用来实现的，其中热能的传递和热力学循环是重要的机制。
不同的情况和系统会有不同的机械能和内能转化方式，例如燃烧释放热能产生机械能，或者在热泵中通过压缩工质将热能转化为机械能。
理解能量转换和效率机械和电能的转化
理解能量转换和效率机械和电能的转化能量转换和效率：机械和电能的转化能量转换和效率是物理学中两个核心的概念。
能量转换是指将一种形式的能量转换为另一种形式的能量的过程。
而效率则是指能量转换过程中能够用于有用工作的能量与总能量之比。
在现代工程应用中，机械能和电能是两种常见的形式的能量，它们之间的转换和效率是极其重要的。
一、机械能的转化机械能是物体因位置或者状态而具有的能量。
常见的机械能包括重力势能和动能。
在机械系统中，动能可以通过机械工作转化为重力势能或者反之。
例如，一个物体被抬到一定高度后，具有一定的重力势能，这时可以通过重力的作用，将其转化为动能，例如让物体落下或者滑落，从而进行某种有用的功。
因此，机械能的转化通常涉及到通过劳动力的作用来完成工作。
然而，机械能的转化通常不是完美的。
在机械系统中，能量转化的损耗是不可避免的。
例如，摩擦和空气阻力将会消耗掉机械能的一部分，不可避免地导致机械能转化效率的下降。
因此，为了为工业、经济和环境提供可持续的解决方案，我们需要进行能量转化和效率的监测和改进以减少能量的浪费。
二、电能的转换电能是由电势差或电荷所具有的能量。
在现代化的社会和技术应用中，电力已经变得极其重要。
电能转化通常是通过发电站和输电系统实现，可以将机械能转化为电能，反之亦然。
例如，在火力发电厂中，机械能驱动轮机，使其旋转。
这个旋转的运动通过一个电动机转换为电能，并通过输电系统供应给家庭和工厂。
电能的转换效率通常比机械能高得多。
因此，电能通常作为工业、交通和家庭供电的主要能源。
然而，电能的转换和输送也需要关注能量转换效率和损耗。
例如，输电系统中的电能输送通常需要经过变压器和导线。
在这些设备中，电能转化时通常伴随着能量损耗和浪费，因此这些系统必须考虑如何更好地设计以提高能量转化效率。
三、能量转化和效率的相关性从一个机械或电能形式转换为另一个通常涉及到能量的损失。
能量转化损耗的量取决于多个因素，包括机械或电器元件的设计、使用条件和环境条件等。
能量转换机械能和电能的相互转换
能量转换机械能和电能的相互转换能量转换：机械能和电能的相互转换能量转换是物理学中一个重要的概念，指的是能量从一种形式转变为另一种形式的过程。
在自然界中，能量的转换无处不在，我们可以观察到很多不同形式的能量转化。
本文将重点讨论机械能和电能之间的相互转换。
一、机械能的基本概念和转换机械能是指物体由于位置和运动而具有的能量，包括势能和动能两个方面。
势能是指物体由于处于某一位置而具有的能量，如弹性势能、重力势能等。
而动能是指物体由于运动而具有的能量，它与物体的质量和速度有关。
机械能的转换是指机械能从一种形式转变为另一种形式的过程。
例如，当一个物体从较高位置下落时，它的势能逐渐转变为动能。
同样地，当一个物体受到外力作用而加速时，动能的增加可以转化为物体的动能。
机械能转换可以通过各种装置和机械设备实现。
例如，水力发电站利用水的下落势能转换为机械能，再通过发电机将机械能转换为电能。
汽车的发动机将燃料的化学能转化为机械能，再经由发电机将机械能转换为电能供电器件使用。
二、电能的基本概念和转换电能是指电荷在电场中具有的能量，是一种由电子运动产生的能量形式。
电能广泛应用于生活和工业中，是人们生活和工作的重要能源。
电能的转换是指电能从一种形式转变为另一种形式的过程。
例如，电池通过化学反应将化学能转换为电能，蓄电池则将电能以化学能的形式储存。
发电厂则将机械能或化学能转换为电能，供电给家庭、工厂等使用。
电能的转换过程中离不开能转换设备。
变压器是一种重要的设备，它可以将交流电的电压转换为不同的电压，以满足不同电器设备的使用要求。
电动机是将电能转化为机械能的重要设备，它广泛应用于工业生产中。
三、机械能和电能的相互转换机械能和电能之间的相互转换是现代科技的重要应用之一。
通过将机械设备和电器设备相结合，实现能量形式的转换，可以满足人们对能源的不同需求。
1. 机械能转换为电能将机械能转换为电能的典型例子是水力发电。
水流下落时具有较大的势能，水力发电站利用大坝筑造水库，当水流通过水轮机时，水的势能转变为机械能，激励涡轮旋转，再由发电机将机械能转化为电能。
机械能和内能相互转换的物理实质
机械能和内能相互转换的物理实质机械能和内能是物质的两种基本能量形式，它们之间存在着相互转换的物理实质。
本文将从机械能和内能的基本概念入手，探讨它们相互转换的物理实质。
首先介绍机械能和内能的概念，然后探讨它们之间的相互转换。
最后通过具体的例子，展示机械能和内能相互转换的物理实质。
一、机械能和内能的基本概念机械能是物体由于运动或者位置而具有的能量。
它由动能和势能两部分组成。
动能是物体由于运动而具有的能量，与物体的质量和速度有关。
动能的公式为：K=1/2mv^2，其中K为动能，m为物体的质量，v为物体的速度。
势能是物体由于位置而具有的能量，与物体的位置和外力有关。
势能的公式为：U=mgh，其中U为势能，m为物体的质量，g 为重力加速度，h为物体的高度。
内能是物体分子和原子内部的能量。
它包括了物体的热能、化学能和核能。
热能是物体由于分子和原子的热运动而具有的能量。
化学能是物体由于分子和原子之间的化学结合而具有的能量。
核能是物体由于核反应而具有的能量。
二、机械能和内能的相互转换机械能和内能之间存在着相互转换的物理实质。
这种相互转换可以通过以下几种方式实现。
1.机械能转化为内能当物体受到外力作用，发生形变或运动时，它的机械能会发生相应的变化。
这时，机械能会转化为内能。
例如，当一个物体受到外力挤压时，它的形变会使得其中的分子和原子发生热运动，从而产生热能。
这样，物体的机械能就转化为了内能。
2.内能转化为机械能反过来，内能也可以转化为机械能。
当一个物体内部的分子和原子发生热运动时，它的内能会发生相应的变化。
这时，内能会转化为机械能。
例如，蒸汽机利用水的内能产生蒸汽，蒸汽推动活塞做功，最终将内能转化为了机械能。
3.机械能和内能的相互转化在一些情况下，机械能和内能可以相互转化。
例如，在机械摩擦中，机械能会转化为内能，使得物体的温度升高；而在热机中，热能会转化为机械能，实现功的输出。
三、机械能和内能相互转换的物理实质机械能和内能相互转换的物理实质可以通过能量守恒定律来解释。
2013高考一轮复习优秀课件：第六章机械能和能源第二单元 第3课时
2．应用动能定理时要注意的几个问题
(1)在分析物体受力时，要考虑物体受到的所 有力，包括重力．
(2)动能定理中的位移、速度各物理量都选地 面为参考系．
(3)计算时应把各已知功的正、负号代入动能 定理表达式，如果有的力是变力，则设一个功的 符号代替进行列式，求出其值(正值表示正功，负 值表示负功)．
要点深化 可以从以下几个方面理解动能的概念． (1)动能是标量，动能的取值可以为正值或零，但不会 为负值.
(2)动能是状态量，描述的是物体在某一时刻的运动状 态．一定质量的物体在运动状态(瞬时速度)确定时，Ek有惟 一确定的值，速度变化时，动能不一定变化，但动能变化 时，速度一定变化．
(3)动能具有相对性，由于瞬时速度与参考系有关， 所以Ek也与参考系有关，在高中，动能公式中速度都 要以地面作参考系．
警示 乱套功的公式 如图所示，一质量为m的小球用长为L的轻绳悬 挂于O点，小球在水平力F作用下，从平衡位置P点很 缓慢地移到Q点．则F做的功为( ) A．mgLcos θ B．mgL(1－cos θ)
C．FLcos θ
D．FLsin θ
错解：在力F的方向上小球运 动的位移为Lsin θ，所以F做的 功为FLsiபைடு நூலகம் θ.选择D.
点评：小球在沿槽壁运动过程中摩擦力方向尽管不断变 化，但摩擦力方向与运动方向始终在同一直线上，摩擦力做 功为力与路程的乘积．该题小球的运动具有往复性，用动能 定理研究整个过程可直接求出问题的答案．本题中作了摩擦 力不变的假设，学生应认真审题．
题型训练 3．如右图所示， BC是一条平直轨道，C点距 B点的距离为s＝3.0 m；AB是一 条竖直平面内的圆形轨道，轨道 长为1/4圆周，其中A比B高h＝80 cm.有一个质量为m＝1 kg的物体 从静止开始沿AB轨道滑下，测得 它经过B点的速度为vB＝2.0 m/s ， 当滑行到C点处停止．求： (1)物体在AB轨道上受到的平均阻力f1； (2)物体在BC轨道上的动摩擦因数μ.
高中物理机械能和能源公式(不看后悔!)
v↑⇒F＝Pv↓⇒a F·v↑，直到 P＝P 额＝F·vm′
＝F－mF阻↓ 阶段二：F＝F 阻
阶段二：
阶段三：
F·vm＝F 阻·vm
F＝F 阻时⇒a＝0⇒v 达最大值 vm＝FP额阻
5
方式 过程
恒定功率启动
恒定加速度启动
运动规律
加速度逐渐减小的变 以加速度a做匀加速直线运
加速直线运动(对应 动(对应下图中的OA段)⇒
下图的OA段)⇒以vm 匀加速运动能维持的时间t0 匀速直线运动(对应 ＝vma′⇒以vm匀速直线运
下图中的AB段)
动，对应下图中的BC段
v-t图象
6
机械能与能源
1
2
3
机车启动问题
p =Fv(瞬 时 对 应 且 F、 v夹 角 为0) 牛顿第二定律：F -f =ma(瞬时对应）
p -f 则必有：a= v
m 无论何种启动方式，均有本式成立。
4
方式 恒定功率 P 启动
过程
恒定加速度（恒力）启动
过程分 析
设牵引力为 F 阶段一：
阶段一： a＝F－mF阻不变⇒F 不变⇒v↑⇒P＝
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高度为 h2，球的质量为 m，空气阻力不计，则篮球进筐时的动能
为
(A )
A．W＋mgh1－mgh2
B．W＋mgh2－mgh1
C．mgh2＋mgh1－W
D．mgh2－mgh1－W
2．如图所示，光滑轨道 MO 和 ON 底端对接且 ON ＝2 MO ，M、N
两点高度相同．小球自 M 点由静止自由滚下，忽略小球经过 O 点
答案 AC
5．如图甲所示，一质量为 m＝1 kg 的物块静止在粗糙水平面上的 A 点，从 t＝0 时刻开始，物块在受按如图乙所示规律变化的水平力 F 作用下向右运动，第 3 s 末物块运动到 B 点时速度刚好为 0，第 5 s 末物块刚好回到 A 点，已知物块与粗糙水平面之间的动摩擦因 数 μ＝0.2，(g 取 10 m/s2)求： (1)AB 间的距离． (2)水平力 F 在 5 s 时间内对物块所做的功．
动能为
(C )
A．0
1 B. 2Fmx0
π C. 4Fmx0
D. π4x20
4．一个物块从底端冲上足够长的斜面后，又返回斜面底端．已知小 物块的初动能为 E，它返回斜面底端的速度大小为 v，克服摩擦 阻力做功为 E/2.若小物块冲上斜面的动能为 2E，则物块 ( AC ) A．返回斜面底端时的动能为 E B．返回斜面底端时的动能为 3E/2 C．返回斜面底端时的速度大小为 2v D．返回斜面底端时的速度大小为 v
时的机械能损失，以 v、s、a、Ek 分别表示小球的速度、位移、加
速度和动能四个物理量的大小．下列图象中能正确反映小球自 M
点到 N 点运静置于光滑水平面上坐标原点处的小物块，在水平
拉力 F 作用下，沿 x 轴方向运动，拉力 F 随物块所在位置坐标 x
的变化关系如图乙所示，图线为半圆．则小物块运动到 x0 处时的
（1）受哪些力? （2）每个力是否做功? （3）在哪段位移哪段过程中做功? （4）做正功还是负功?
(5)做多少功? 求出代数和. 3.明确过程始末状态的动能Ek1及Ek2. 4.列方程W总=Ek2-Ek1,必要时注意分析题目潜在的条件,补充方 程进行求解.
1.运动员投篮过程中对篮球做功为 W，出手高度为 h1，篮筐距地面
6．一质量为M ＝ 2.0 kg的小物块随足够长的水平传送带一起向右 匀速运动，被一水平向左飞来的子弹击中，且子弹从小物块中穿 过，子弹和小物块的作用时间极短，如图甲所示．地面观察者记 录的小物块被击中后的速度随时间变化关系如图乙所示（图中取 向右运动的方向为正方向） ．已知传送带的速度保持不变， g取 10 m/s2.求： (1)传送带的速度 v 的大小． (1)2.0 m/s (2)0.2 (3)－12 J (2)小物块与传送带之间的动摩擦因数 μ. (3)传送带对小物块所做的功．
① 如果物体受到几个力的共同作用，则（1）式中的W表示各 个力做功的代数和，即合外力所做的功.
W合=W1+W2+W3+…… ② 应用动能定理解题的特点：跟过程的细节无关.
即不追究全过程中的运动性质和状态变化细节．
③ 动能定理的研究对象是质点．
④动能定理对变力做功情况也适用．动能定理尽管是在恒力作 用下利用牛顿第二定律和运动学公式推导的,但对变力做功情况 亦适用. 动能定理可用于求变力的功、曲线运动中的功以及复杂 过程中的功能转换问题.
解： (1)小物块最后与传送带的运动速度相同，从图像上可读出 传送带的速度 v 的大小为 2.0 m/s. (2)由速度图像可得，小物块在滑动摩擦力的作用下做匀变速运动 的加速度为 a＝ΔΔvt ＝2.0 m/s2 由牛顿第二定律得 f＝μMg＝Ma 得到小物块与传送带之间的动摩擦因数 μ＝MMag＝0.2 (3)从子弹离开小物块到小物块与传送带一起匀速运动的过程中， 设传送带对小物块所做的功为 W，由动能定理得 W＝ΔEk＝M2v22－M2v12 从速度图像可知：v1＝4.0 m/s，v2＝v＝2.0 m/s 解得 W＝－12 J
解析 设初动能为 E 时，小物块沿斜面上升的最大位移为 s1，初 动能为 2E 时，小物块沿斜面上升的最大位移为 s2，斜面的倾角为 θ，由动能定理得：－mgs1sin θ－fs1＝0－E,2fs1＝E2，E－E2＝12mv2； 而－mgs2sin θ－fs2＝0－2E，可得：s2＝2s1，所以返回斜面底端时 的动能为 2E－2fs2＝E，A 正确，B 错误；由 E＝12mv′2 可得 v′ ＝ 2v，C 对，D 错误．
答案 (1)4 m (2)24 J
解： (1)在 3 s～5 s 内物块在水平恒力 F 作用下由 B 点匀加速直线
运动到 A 点，设加速度为 a，AB 间的距离为 s，则
F－μmg＝ma a＝F－mμmg＝4－0.2×1 1×10 m/s2 ＝2 m/s2 s＝12at2＝4 m (2)设整个过程中 F 做的功为 WF，物块回到 A 点时的速度为 vA，由 动能定理得 WF－2μmgs＝12mvA2 而 vA2＝2as WF＝2μmgs＋mas＝24 J
⑤应用动能定理解题的注意事项： ⑴要明确物体在全过程初、末两个状态时的动能； ⑵要正确分析全过程中各段受力情况和相应位移，并正确求 出各力的功；
⑶动能定理表达式是标量式，不能在某方向用速度分量来列 动能定理方程式：
⑷动能定理中的位移及速度，一般都是相对地球而言的．
四、应用动能定理的一般步骤 1.选取研究对象,明确并分析运动过程. 2.分析受力及各力做功的情况
一、动能
物体由于运动而具有的能叫动能,其表达式为:
Ek
1 2
m v2
动能是用以描述机械运动的状态量。
第2课时
二、动能定理
合外力所做的总功等于物体动能的变化量.
W合
1 2
m v22
1 2
m v12
E K
（1）
式中W合是各个外力对物体做功的总和，ΔEK是做功过程中始 末两个状态动能的增量.
三、对动能定理的理解