机械能、内能及其转化 (2)

第十章 机械能和内能
一、机械能
1.能量：定义：物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。

单位：焦耳（J ）。

能量是表示物体对外做功本领大小的物理量，所以能量 与功的单位相同。

理解：一个物体“能够做功”并不一定“要做功”，也不是“正在做功”或者“已经做功”。

2.动能：定义：物体由于运动而具有的能量。

影响因素：物体的速度与质量（22
1mv E k =
） 探究方法：控制变量法和转换法。

结论：物体的速度越大、质量越大，动能就越大。

3.势能：分类：重力势能和弹性势能
（1）重力势能：定义：物体由于被举高所具有的能量。

影响因素：物体的相对高度和质量（mgh E p =）。

探究方法：控制变量法和转换法。

结论：物体的质量越大位置越高，重力势能越大。

注意：一个物体重力势能的多少取决于零势能面的选取，物体的位置高度是指物体相对于零势能
面的高度。

（2）弹性势能：定义：物体由于发生弹性形变而具有的能量。

影响因素：物体的弹性形变程度与材料（材料的弹性）。

探究方法：控制变量法和转换法。

结论：物体的弹性越好、弹性形变越大，弹性势能越大。

4.机械能：定义：动能与势能的总和称为机械能。

机械能守恒定律：内容：一个物体只有重力或弹力做功时，只会发生动能与势能之间的转化，机
械能的总量保持不变，我们就说机械能守恒。

例：质量一定的物体，如果从高处加速下落时，只受重力作用，不受空气阻力，则动能越来越大，
重力势能减小，整个过程中，重力势能逐渐转化为动能，机械能守恒；若下落过程中有空气阻力，则除了重力做功外还有其它力做功，部分重力势能转化为动能，但还有部分重力势能转化为物体的内能（摩擦生热），机械能不守恒。

二、内能
1.分子动理论：（1）物质组成：一切物体都是由分子和原子组成；
（2）分子热运动：分子在不停的做无规则运动；
（3）相互作用力：分子间存在着相互作用的引力和斥力。

2.扩散现象：不同的物质接触时，彼此进入对方的现象。

3.扩散现象表明分子在运动和分子间存在间隙。

4.温度反映了构成物质的大量分子做无规则运动的剧烈程度，即温度越高，分子的无规则运动越剧烈；大量分子的无规则运动叫热运动。

5.分子动能：定义：分子由于无规则运动而具有的能量。

影响因素：物体温度和分子质量。

结论：物体温度越高、构成物体的分子质量越大，分子动能越大。

6.分子势能：定义：由于分子间的相互作用力而具有的能量。

影响因素：分子质量与分子间距（物体的状态）。

7.内能：物体内部所有的分子具有的分子动能和分子势能的总和称之为内能。

影响因素：物体的质量（分子个数）、温度和状态。

结论：同种物质质量越大，温度越高，内能越大。

8.改变内能的方式：（1）做功（摩擦、撞击、压缩、膨胀等）；外界对物体做功，物体内能增大；物体对
外界做功，物体内能减少；做功的本质是不同种类的能量的转化。

（2）热传递（热辐射、热传导、对流等）；本质是同种能量的转移，总是从高温物
体传递到低温物体，当温度相同时（热平衡），热传递结束。

9.温度、内能、热量的区别与联系
（1）区别
（2）联系：温度的变化，可以改变一个物体的内能。

传递热量的多少可以量度内能转移的多少。

物体只吸收或放出热量，他的内能发生改变，但温度不一定改变。

如晶体在融化（或凝固）时要不断地吸收（或放出）热量，内能要增加（或减少），但温度不变。

三、物质的比热容
1.比热容：定义：某种物质温度升高（或降低）所吸收（或放出）的热量与其质量和温度变化量乘积的
比，叫做这种物质的比热容（t
m Q c Δ=）。

单位：焦耳每千克摄氏度 )℃/(•kg J
物理意义：表示物质吸热（或放热）能力的物理量。

探究方法：控制变量法（控制质量和温度变化量一样）和转换法（以加热时间的多少表示吸
收热量的多少）。

当不计热量损失时，放吸Q Q =
注意：比热容是物质的一种特性。

它的大小与物质的种类与状态有关，与质量、体积、温度、
密度、形状等无关。

)/(J 102.43C kg c °•×=水，因水的比热容较大，所以水可以用来调节气温、
取暖、作冷却剂等。

2.导出公式：Q =cm?t
3.热平衡方程：Q 吸=Q 放（不计热量损失）、Q 放=Q 吸+Q 损（计热量损失）；在一般题型中，若不计热
量损失，则在热传递过程中，吸收的热量等于放出的热量。

若有热量损失，则放出的热量等于吸收的热量与损失的热量之和。

四、机械能与内能的转化
1.热值：定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫做这种燃料的热值。

q =
Q 放m （或q =Q 放V ）
单位：焦耳每千克（J/kg ）或焦耳每立方米（J/m 3） 2.热机：定义：把内能转化为机械能的机械叫热机。

3.内燃机：分类：汽油机和柴油机。

工作过程：（1）吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞由汽缸最上端向下运动；
（2）压缩冲程：进气门和排气门关闭，活塞由汽缸最下端向上运动，汽缸内温度
升高，气压增大，机械能转化为内能；
（3）做功冲程：进气门和排气门关闭，活塞由汽缸最上端向下运动，汽缸内温度
降低，气压减少，内能转化为机械能；
（4）排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞由汽缸最下端向上运动。

汽油机与柴油机的区别：（1）构造：在汽缸顶部汽油机是火花塞，柴油机是喷油嘴；
（2）吸气冲程：汽油机吸入的是汽油与空气的混合物，柴油机吸入
的是空气；
（3）点火方式：汽油机是点燃式，柴油机是压燃式（柴油机将空气
吸入汽缸后，在压缩冲程将空气压缩成高温（温度超过柴油的可燃
点）高压的气体，再将柴油通过喷油嘴喷入汽缸，柴油遇到高温气
体发生自燃）。

（4）柴油机比汽油机笨重、效率高、功率大；柴油机一般应用于需要
较大动力的机器中，如拖拉机、坦克、轮船、载重汽车等；汽油机
一般应用于小型轿车、摩托车等。

数量关系：冲程数=2倍曲轴转数=2倍飞轮转数=4倍工作循环=4倍做功次数
4.火箭：结构：火箭主要由燃料箱、氧化剂箱、输送装置、燃烧室和尾部喷口。

原理：火箭使用的是喷气式发动机，喷气式发动机的燃料在燃烧室内燃烧产生高温、高压的气体，这种气体从发动机尾部以极高的速度喷出，同时产生很大的反冲推力，推动机身向前
运动。

喷气式发动机种类：（1）空气喷气发动机：只携带燃料，利用外界空气助燃；
（2）火箭喷气发动机：本身携带燃料和氧化剂，不需外界空气助燃。

5.效率：用来做有用功的那部分能量Q有用与燃料完全燃烧所放出的热量Q放之比叫做热机的效率η=
Q
有用
×100%
Q
放
6.燃料缺点：煤、石油、天然气等燃料燃烧后会产生二氧化碳、二氧化硫等废气，大气中的二氧化碳含量增加，会加剧温室效应，使地球变暖，二氧化硫是产生酸雨的主要原因。