第十二章 机械能和内能（单元知识清单）-【上好课】九年级物理上册同步高效课堂（苏科版）

第十二章 机械能和内能（知识清单） 思维导图 第一节 动能 势能 机械能 一、动能和势能 动能 势能 重力势能 弹性势能 定义 物体由于 而具有的能量 物体由于被 而具有的能量 物体由于发生 而具有的能量 影响因素 质量和速度 质量和高度 弹性形变程度 相同点 都是能量的一种具体形式，都具有做功的本领 二、机械能 1. 机械能：动能和势能统称为机械能，一个物体 （选填“可以”或“不可以”）同时具有动能和势能。 2. 动能和势能的相互转化：动能和势能 （选填“可以”或“不可以”）相互转化。 3. 机械能守恒 如果只有动能和势能的相互转化（即不考虑能量损失），尽管动能、势能的大小会变化，但是机械能的 不变。 三、探究影响动能大小的因素 1. 研究方法 ①转换法：通过被撞物体 来反映动能的大小。 ②控制变量法：在探究动能大小与运动速度、质量有关时，每次实验这两个变量控制一个不变。 如图所示，钢球A从斜槽上滚下，碰到木块B后，将B撞出一段距离s。B被撞得越远，A对B做的功就越多，A的动能越大。 2. 探究动能大小与速度的关系 （1）让同一钢球（质量不变）A分别从不同的高度由静止开始滚下，撞击木块B，观察并测量前后两次木块B被撞移动的距离。 （2）实验现象：第一次木块B被撞移动的距离远。 （3）分析：同一小球（质量不变）从高处滑下，高度h 越高，运动到水平面时的速度越大，做功越多，动能越大。 （4）实验结论：质量相同时，物体的速度越大，动能越 。 3. 探究动能大小与质量的关系 （1）让质量不同的钢球A、A＇分别从同一高度由静止开始滚下（控制与木块碰撞前的速度相等），观察并测量前后两次木块B被撞移动的距离。 （2）实验现象：第一次木块B被撞移动的距离远。 （3）实验分析：质量不同的小球从从同一高度滑下，运动到水平面时的 相等，质量越大的球做功越多，动能越大。 （4）实验结论：速度相同时，物体的质量越大，动能越 。 4. 结论 物体动能的大小跟 、 有关，质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。 四、探究影响重力势能大小的因素 1. 实验方法 （1）转换法：通过桌腿下陷的 来反映重力势能的大小。让物体由某一高度从静止下落到小桌面上，观察桌腿在沙坑下陷的深度。深度越大，物体做功越多，重力势能就越大。 （2）控制变量法：探究重力势能的大小与高度、质量的关系时，每次实验要控制一个量不变。 2. 探究重力势能的大小与物体高度的关系 （1）如图甲、乙所示，让同一物体分别从不同的高度由静止开始下落到小桌上，观察桌腿在沙坑下陷的深度。 （2）实验现象与分析 同一物体（质量相等）从比较高的位置下落时，桌腿在沙坑下陷的深度越大，表明物体所具有的重力势能越大。 （3）结论：质量相等的物体，高度越高，重力势能越 。 3. 探究重力势能大小与质量的关系 （1）如图甲、丙所示，让质量不同的物体（mA<mB）从同一高度由静止开始下落到小桌上，观察桌腿在沙坑下陷的深度。 （2）实验现象与分析： 质量不同的物体从同一高度下落时，质量越大，桌腿在沙坑下陷的深度越大，表明所具有的重力势能越 。 （3）结论：高度相同时，物体的质量越大，重力势能越大。 4. 结论 物体重力势能的大小跟 、 有关。质量相同的物体，高度越高，它的重力势能越大；高度相同的物体，质量越大，它的重力势能也越大。 第二节 内能 热传递 一、内能 1. 内能 （1）内能的概念：物体内部所有分子做无规则运动的 能和 能的总和叫内能。单位是J。 （2）内能的大小与 有关：物体的温度越高，分子运动速度越快，内能就越大。 2．改变物体的内能两种方法 （1）改变物体的内能两种方法是： 和 。这两种方法对改变物体的内能是等效的。 （2）做功改变内能实质是内能与其它能的 。外界对物体做功，物体的内能增大；物体对外做功，物体的内能减小。热传递改变内能实质是内能的 。是内能从高温物体转移到低温物体。 3. 内能与机械能的区别 内能 机械能 概念 物体内部所有分子动能 与分子势能的总和 物体所具有的动能 和势能的总和 影响因素 物体的温度、体积、 质量、状态等 物体的质量、速度、 高度（或形变程度） 研究对象 微观世界的大量分子 宏观世界的所有物体 存在条件 任何物体在任何 情况下都具有内能 运动或在高处或 发生弹性形变 二、热传递 1. 热传递概念：当物体或物体的不同部分之间存在 时，就会发生热传递。发生热传递时，内能从高温处转移到低温处，直至温度相同，实质是内能的转移。 2. 热量：在热传递过程中，转移的能量叫作 。 （注意：描述热量时，用“吸收热量”或“放出热量”，不能讲“物体含有多少热量”。） 三、温度、内能与热量的区别 物理量 定义 语言描述 单位 温度 温度表示物体的冷热程度，是个状态量，一个物体在某一时刻，对应一定的温度 描述温度时，应该说“物体的温度高或低、是多少、降低或升高了”等 ℃ 内能 物体内所有分子动能和分子势能的总和叫物体的内能 物体“具有内能、内能改变了多少、转移了内能”等 J 热量 在热传递过程中转移的能量 物体“吸收或放出”热量 J 第三节 物质的比热容 一、比热容 1. 探究不同物质吸热升温的情况 （1）研究方法：控制变量法、转换法。 ①转换法：用 替代吸收的热量。 ②控制变量法：探究物质吸的热量与质量、升高的温度及物质种类的关系时，每次实验控制两个量不变。 （2）进行实验 用酒精灯加热沙子和水 ①将质量相等的沙子和水分别装入易拉罐中，测量并记录沙子和水的初温。 ②把装有沙子的易拉罐放在石棉网上，用酒精灯加热，用玻璃棒不断进行搅拌，每隔1min测量记录一次温度，一段时间后，撤去酒精灯，将数据记入表格。 ③把装有水的易拉罐放在石棉网上，用酒精灯加热，用玻璃棒不断进行搅拌，每隔1min测量记录一次温度，一段时间后，撤去酒精灯，将数据记入表格。 加热时间/min 0 1 2 3 4 温度/℃ 沙子 20 28 36 44 52 水 20 24 28 32 36 （3）分析与结论 ①根据实验数据，在坐标系中画出沙子和水温度随时间变化的图像。 分析图像可知：在加热时间相同时， 升温快，升高的温度高。进行推理可得：质量相等的沙子和水升高相同的温度， 吸收的热量多。 换用其他的不同物质进行实验，得到的结果是类似的. ②实验结论：不同物质在质量相等，升高温度相同的条件下，吸收的热量 。 2. 比热容 （1）物理意义：用来比较物质 的物理量。 （2）定义：在物理学中，将物体温度升高时吸收的热量与它的质量和升高温度的乘积之比，叫作比热容。 （3）公式： c= （4）单位： ，读作：焦耳每千克摄氏度。 （5）比热容是物质的一种物理 。它不随物质的体积、质量、形状、位置、温度的改变而改变，只要物质相同，比热容就相同。 3. 水的比热容比较大 （1）物理意义 水的比热容比较大，在质量一定时，升高相同温度时，水吸收热量 ；降低相同温度时，水放出的热量 。（均选填“多”或“少”） （2）现象：例如沿海地区比沙漠地区的昼夜温差小；海陆风的成因。 （3）应用：用热水取暖；用冷水冷却发动机。 二、热量的计算 1. 吸热公式：Q吸= 2. 放热公式：Q放= c表示比热容，单位是J/（kg·℃）；m表示质量，单位是kg；t0、t分别表示初温、末温，单位是℃；Q表示热量，单位是J。 第四节 机械能与内能的相互转化 一、做功改变物体的内能 1. 做功改变物体的内能 （1）外界对物体做功，物体的内能 ；物体对外做功，物体的内能 。 （2）实质是内能与其它能的 。 2. 比较改变内能的两种方式 做功 热传递 对物体做功 物体对外做功 物体吸收热量 物体放出热量 内能 内能 内能 内能 实质是 能与内能发生转化 实质是内能发生 二、热机 1. 热机 热机是热力发动机的简称，它是将燃料燃烧产生的高温、高压燃气的内能转化为 能的装置。 2. 汽油机 （1）构造：由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆组成。 （2）汽油机的一个工作循环 ①冲程：汽油机在工作时，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 ②一个工作循环包括 、 、 和 四个冲程。一个工作循环中对外做功 次，活塞往复 次，曲轴转 周。做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮的惯性完成。 4. 汽油机四个冲程工作情况 冲程名称 进气门 排气门 活塞 运动 冲程的作用 能量转化 吸气冲程 开 闭 向下 吸入燃料和空气的混合物 压缩冲程 闭 闭 向上 压缩燃料混合物，使其 内能增大，温度升高 机械能转化为内能 做功冲程 闭 闭 向下 火花塞点燃燃料，高温高压的燃气推动活塞做功，通过连杆、曲轴带动飞轮转动 内能转化为机械能 排气冲程 闭 开 向上 排出废气 三、燃料的热值 1. 比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量 （1）用天平测量出10g酒精和10g碎纸片，将其分别放入两个燃烧皿中，点燃后对质量相等的水（约200g）加热，使酒精和碎纸片充分燃烧，记录加热前后两支温度计的示数. （2）数据记录表格 温度 燃料 加热前的 水温/℃ 燃料燃烧尽 后的水温/℃ 水温的 变化/℃ 10g酒精 10g碎纸片 （3）实验结论 实验表明：相同质量的酒精与碎纸片燃烧后，酒精比碎纸片放出的热量多。 更多的实验表明：质量相等的不同燃料，完全燃烧所放出的热量一般是 （相同/不相同）。 2．燃料的热值 （1）定义：燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，叫作这种燃料的热值，用q表示。 （2）公式：q=________（固、液体） q=________（气体） q表示燃料的热值； Q表示燃料完全燃烧放出的热量； m表示固体或液体燃料的质量； V表示气体燃料的体积。 （3）单位： ，符号J/kg； ，符号：J/m3。 （4）燃料完全燃烧放出的热量： Q （固、液体） Q （气体） 四、热机的效率 1. 热机的效率 （1）用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量 ，叫热机的效率。 （2）公式： 。 （3）物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。 3. 提高热机效率的主要途径 （1）尽量减少各种热量损失，设法利用 的能量。 （2）在热机的设计和制造上，采用 的技术。 （3）使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服 而额外消耗的能量。 4. 热机效率总小于1的原因 因为热机中用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的总能量的一部分，由于各种能量的损失和燃烧条件的限制，这部分能量一定 完全燃烧放出 ，所以有用功的能量与燃烧放出的总能量的比值必然小于1，即热机的效率一定小于1。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十二章 机械能和内能（知识清单） 思维导图 第一节 动能 势能 机械能 一、动能和势能 动能 势能 重力势能 弹性势能 定义 物体由于运动 而具有的能量 物体由于被举高 而具有的能量 物体由于发生弹性形变而具有的能量 影响因素 质量和速度 质量和高度 弹性形变程度 相同点 都是能量的一种具体形式，都具有做功的本领 二、机械能 1. 机械能：动能和势能统称为机械能，一个物体可以（选填“可以”或“不可以”）同时具有动能和势能。 2. 动能和势能的相互转化：动能和势能可以（选填“可以”或“不可以”）相互转化。 3. 机械能守恒 如果只有动能和势能的相互转化（即不考虑能量损失），尽管动能、势能的大小会变化，但是机械能的总量不变。 三、探究影响动能大小的因素 1. 研究方法 ①转换法：通过被撞物体运动的距离s来反映动能的大小。 ②控制变量法：在探究动能大小与运动速度、质量有关时，每次实验这两个变量控制一个不变。 如图所示，钢球A从斜槽上滚下，碰到木块B后，将B撞出一段距离s。B被撞得越远，A对B做的功就越多，A的动能越大。 2. 探究动能大小与速度的关系 （1）让同一钢球（质量不变）A分别从不同的高度由静止开始滚下，撞击木块B，观察并测量前后两次木块B被撞移动的距离。 （2）实验现象：第一次木块B被撞移动的距离远。 （3）分析：同一小球（质量不变）从高处滑下，高度h 越高，运动到水平面时的速度越大，做功越多，动能越大。 （4）实验结论：质量相同时，物体的速度越大，动能越大。 3. 探究动能大小与质量的关系 （1）让质量不同的钢球A、A＇分别从同一高度由静止开始滚下（控制与木块碰撞前的速度相等），观察并测量前后两次木块B被撞移动的距离。 （2）实验现象：第一次木块B被撞移动的距离远。 （3）实验分析：质量不同的小球从从同一高度滑下，运动到水平面时的速度相等，质量越大的球做功越多，动能越大。 （4）实验结论：速度相同时，物体的质量越大，动能越大。 4. 结论 物体动能的大小跟速度、质量有关，质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。 四、探究影响重力势能大小的因素 1. 实验方法 （1）转换法：通过桌腿下陷的深度来反映重力势能的大小。让物体由某一高度从静止下落到小桌面上，观察桌腿在沙坑下陷的深度。深度越大，物体做功越多，重力势能就越大。 （2）控制变量法：探究重力势能的大小与高度、质量的关系时，每次实验要控制一个量不变。 2. 探究重力势能的大小与物体高度的关系 （1）如图甲、乙所示，让同一物体分别从不同的高度由静止开始下落到小桌上，观察桌腿在沙坑下陷的深度。 （2）实验现象与分析 同一物体（质量相等）从比较高的位置下落时，桌腿在沙坑下陷的深度越大，表明物体所具有的重力势能越大。 （3）结论：质量相等的物体，高度越高，重力势能越大。 3. 探究重力势能大小与质量的关系 （1）如图甲、丙所示，让质量不同的物体（mA<mB）从同一高度由静止开始下落到小桌上，观察桌腿在沙坑下陷的深度。 （2）实验现象与分析： 质量不同的物体从同一高度下落时，质量越大，桌腿在沙坑下陷的深度越大，表明所具有的重力势能越大。 （3）结论：高度相同时，物体的质量越大，重力势能越大。 4. 结论 物体重力势能的大小跟高度、质量有关。质量相同的物体，高度越高，它的重力势能越大；高度相同的物体，质量越大，它的重力势能也越大。 第二节 内能 热传递 一、内能 1. 内能 （1）内能的概念：物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和叫内能。单位是J。 （2）内能的大小与温度有关：物体的温度越高，分子运动速度越快，内能就越大。 2．改变物体的内能两种方法 （1）改变物体的内能两种方法是：做功和热传递。这两种方法对改变物体的内能是等效的。 （2）做功改变内能实质是内能与其它能的转化。外界对物体做功，物体的内能增大；物体对外做功，物体的内能减小。热传递改变内能实质是内能的转移。是内能从高温物体转移到低温物体。 3. 内能与机械能的区别 内能 机械能 概念 物体内部所有分子动能 与分子势能的总和 物体所具有的动能 和势能的总和 影响因素 物体的温度、体积、 质量、状态等 物体的质量、速度、 高度（或形变程度） 研究对象 微观世界的大量分子 宏观世界的所有物体 存在条件 任何物体在任何 情况下都具有内能 运动或在高处或 发生弹性形变 二、热传递 1. 热传递概念：当物体或物体的不同部分之间存在温度差时，就会发生热传递。 发生热传递时，内能从高温处转移到低温处，直至温度相同，实质是内能的转移。 2. 热量：在热传递过程中，转移的能量叫作热量。 （注意：描述热量时，用“吸收热量”或“放出热量”，不能讲“物体含有多少热量”。） 三、温度、内能与热量的区别 物理量 定义 语言描述 单位 温度 温度表示物体的冷热程度，是个状态量，一个物体在某一时刻，对应一定的温度 描述温度时，应该说“物体的温度高或低、是多少、降低或升高了”等 ℃ 内能 物体内所有分子动能和分子势能的总和叫物体的内能 物体“具有内能、内能改变了多少、转移了内能”等 J 热量 在热传递过程中转移的能量 物体“吸收或放出”热量 J 第三节 物质的比热容 一、比热容 1. 探究不同物质吸热升温的情况 （1）研究方法：控制变量法、转换法。 ①转换法：用加热时间替代吸收的热量。 ②控制变量法：探究物质吸的热量与质量、升高的温度及物质种类的关系时，每次实验控制两个量不变。 （2）进行实验 用酒精灯加热沙子和水 ①将质量相等的沙子和水分别装入易拉罐中，测量并记录沙子和水的初温。 ②把装有沙子的易拉罐放在石棉网上，用酒精灯加热，用玻璃棒不断进行搅拌，每隔1min测量记录一次温度，一段时间后，撤去酒精灯，将数据记入表格。 ③把装有水的易拉罐放在石棉网上，用酒精灯加热，用玻璃棒不断进行搅拌，每隔1min测量记录一次温度，一段时间后，撤去酒精灯，将数据记入表格。 加热时间/min 0 1 2 3 4 温度/℃ 沙子 20 28 36 44 52 水 20 24 28 32 36 （3）分析与结论 ①根据实验数据，在坐标系中画出沙子和水温度随时间变化的图像。 分析图像可知：在加热时间相同时，沙子升温快，升高的温度高。进行推理可得：质量相等的沙子和水升高相同的温度，水吸收的热量多。 换用其他的不同物质进行实验，得到的结果是类似的. ②实验结论：不同物质在质量相等，升高温度相同的条件下，吸收的热量不相等。 2. 比热容 （1）物理意义：用来比较物质吸热能力的物理量。 （2）定义：在物理学中，将物体温度升高时吸收的热量与它的质量和升高温度的乘积之比，叫作比热容。 （3）公式： c= （4）单位：J/（kg·℃），读作：焦耳每千克摄氏度。 （5）比热容是物质的一种物理属性。它不随物质的体积、质量、形状、位置、温度的改变而改变，只要物质相同，比热容就相同。 3. 水的比热容比较大 （1）物理意义 水的比热容比较大，在质量一定时，升高相同温度时，水吸收热量多；降低相同温度时，水放出的热量多。 （2）现象：例如沿海地区比沙漠地区的昼夜温差小；海陆风的成因。 （3）应用：用热水取暖；用冷水冷却发动机。 二、热量的计算 1. 吸热公式：Q吸=cm (t-t0) ＝cmΔt 2. 放热公式：Q放=cm (t0-t) ＝cmΔt c表示比热容，单位是J/（kg·℃）；m表示质量，单位是kg；t0、t分别表示初温、末温，单位是℃；Q表示热量，单位是J。 第四节 机械能与内能的相互转化 一、做功改变物体的内能 1. 做功改变物体的内能 （1）外界对物体做功，物体的内能增大；物体对外做功，物体的内能减小。 （2）实质是内能与其它能的转化。 2. 比较改变内能的两种方式 做功 热传递 对物体做功 物体对外做功 物体吸收热量 物体放出热量 内能增大 内能减小 内能增大 内能减小 实质是机械能与内能发生转化 实质是内能发生转移 二、热机 1. 热机 热机是热力发动机的简称，它是将燃料燃烧产生的高温、高压燃气的内能转化为机械能的装置。 2. 汽油机 （1）构造：由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆组成。 （2）汽油机的一个工作循环 ①冲程：汽油机在工作时，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 ②一个工作循环包括吸气、压缩、做功和排气四个冲程。一个工作循环中对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转2周。做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮的惯性完成。 4. 汽油机四个冲程工作情况 冲程名称 进气门 排气门 活塞 运动 冲程的作用 能量转化 吸气冲程 开 闭 向下 吸入燃料和空气的混合物 压缩冲程 闭 闭 向上 压缩燃料混合物，使其 内能增大，温度升高 机械能转化为内能 做功冲程 闭 闭 向下 火花塞点燃燃料，高温高压的燃气推动活塞做功，通过连杆、曲轴带动飞轮转动 内能转化为机械能 排气冲程 闭 开 向上 排出废气 三、燃料的热值 1. 比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量 （1）用天平测量出10g酒精和10g碎纸片，将其分别放入两个燃烧皿中，点燃后对质量相等的水（约200g）加热，使酒精和碎纸片充分燃烧，记录加热前后两支温度计的示数. （2）数据记录表格 温度 燃料 加热前的 水温/℃ 燃料燃烧尽 后的水温/℃ 水温的 变化/℃ 10g酒精 10g碎纸片 （3）实验结论 实验表明：相同质量的酒精与碎纸片燃烧后，酒精比碎纸片放出的热量多。 更多的实验表明：质量相等的不同燃料，完全燃烧所放出的热量一般是不相同（相同/不相同）。 2．燃料的热值 （1）定义：燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，叫作这种燃料的热值，用q表示。 （2）公式：q=（固、液体） q=（气体） q表示燃料的热值； Q表示燃料完全燃烧放出的热量； m表示固体或液体燃料的质量； V表示气体燃料的体积。 （3）单位：焦/千克，符号J/kg；焦/米3，符号：J/m3。 （4）燃料完全燃烧放出的热量： Q （固、液体） Q （气体） 四、热机的效率 1. 热机的效率 （1）用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。 （2）公式：。 （3）物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。 3. 提高热机效率的主要途径 （1）尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量。 （2）在热机的设计和制造上，采用先进的技术。 （3）使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。 4. 热机效率总小于1的原因 因为热机中用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的总能量的一部分，由于各种能量的损失和燃烧条件的限制，这部分能量一定小于完全燃烧放出总能量，所以有用功的能量与燃烧放出的总能量的比值必然小于1，即热机的效率一定小于1。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$