板块1 第12讲 机械能、内能及其转化（word教参）-【中考复习指南】2025年湖北新中考物理(北师大版)

第十二讲　机械能、内能及其转化 课标要求：1.力学中的动能、势能、机械能及其转化、物质的构成、分子热运动、分子间的作用力、内能、热机、汽油机、柴油机、能量的转化。(了解知道)2.物体内能的改变、比热容、热量的计算、燃料的热值、热机的效率计算。(理解应用) 考情分析：2024湖北省中考第12 题考查实验：比较不同物质的吸热能力，第16 题考查改变内能的方式、内能与其他形式的能的转化，第23题第(1)问考查不同形式的能量之间转化，第(3)问考查热值相关计算；2024武汉市中考第2题考查对水的比热容特性的理解及其在实际生活中的应用，第6题考查动能和势能的相互转化，第13题第(2)问考查热值相关计算。 　　　　　 知识点一　机械能 1．能量 定义：物体能够做功，这个物体就有能量。 单位：焦耳，符号：J。 功与能量：一个物体能够做的功越多，它具有的能量越大。 2．动能 定义：物体由于运动而具有的能叫动能。 实验探究方法：控制变量法法和转换法法。 影响因素：物体的质量越大，速度越快，动能越大。 3．重力势能 定义：物体由于受到重力并处于一定高度而具有的能叫重力势能。 影响因素：物体的质量越大，高度越高，重力势能越大。 4．弹性势能 定义：物体由于发生弹性形变而具有的能叫弹性势能。 相关因素：物体的弹性形变越大，弹性势能越大。 5．机械能 定义：动能和势能的总和。 6．机械能转化 动能、重力势能相互转化：物体自由下落重力势能转化成动能，滚摆上升时动能转化成重力势能。 动能、弹性势能相互转化：弓箭射出是弹性势能转化成动能，羽毛球把球拍击弯是动转化成弹性势能。 7．机械能守恒：人造地球卫星运行从远地点向近地点运动时重力势能转化成动能。 知识点二　分子动理论 1．分子动理论：物质由分子组成；一切物质的分子都在不停做无规则运动；分子间存在相互作用的引力和斥力。 2．分子热运动：温度越高，分子运动越剧烈。 3．扩散 (1)定义：不同物质在相互接触时彼此进入对方的现象。 (2)影响因素：温度越高，扩散越快。 (3)实例：闻气味，堆放煤的墙角变黑。 知识点三　内能及其改变方式 1．内能 (1)定义：构成物体所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。 (2)影响因素：内能大小与温度有关，还与物质种类、质量、体积有关。 2．改变内能的方式 (1)热传递： ①实质是内能的转移。 ②产生的条件是存在温度差。高温物体放热，内能会减小；低温物体吸热，内能会增大。 ③热传递过程传递内能的多少叫热量。 (2)做功： ①实质是内能的转化。 ②对物体做功，物体内能会增大，例如摩擦生热、压缩气体做功、弯折金属、锻打金属。物体对外做功，物体内能会减小，例如气体膨胀对外做功。 (3)两种方式的联系：做功和热传递对内能的改变是等效的。 知识点四　比热容 1．定义：某种物质在温度升高时吸收热量与它的质量和升高温度的乘积的比值，用符号c表示。 2．单位：焦耳每千克摄氏度，符号J/(kg·℃)。 3．物理意义：描述物质的吸(放)热能力。c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，物理意义是1kg水温度升高(或降低)1℃吸热(或放热)4.2×103J。 4．性质：比热容是物质的一种性质，只与物质种类、状态有关，与吸(放)热、质量、升温(降温)多少无关。 5．计算：Q吸＝cm(t－t0)，Q放＝cm(t0－t)。比热容c＝，温度变化Δt＝，质量m＝。 知识点五　热值 1．定义：燃料完全燃烧放出热量与质量的比值，符号q。 2．单位：焦耳每千克，符号J/kg。气体热值单位J/m3。 3．物理意义：酒精热值3.0×107 J/kg，物理意义是1kg酒精完全燃烧放出热量是3.0×107J。 4．性质：热值是燃料的一种性质，大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量、放热多少、是否完全燃烧无关。 5．计算：固体、液体燃料：Q＝mq，气体燃料：Q＝Vq。 知识点六　热机 1．定义：将内能转化成机械能的机器。 2．种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机、火箭发动机等。 3．内燃机：每个工作循环分为甲吸气冲程、乙压缩冲程、丙做功冲程、丁排气冲程，一个工作循环曲轴转2圈，有4个冲程，做功1次。压缩冲程中机械能转化成内能，做功冲程中内能转化成机械能。只有做功冲程对外做功，其他依靠飞轮的惯性完成。 　　　 4．热机效率 (1)定义：热机用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比。 (2)公式：η＝×100%。 (3)提高办法：让燃料尽可能充分燃烧；利用废气能量；保持良好的润滑等。 北师大版九年级 P5图10—6 ◄课本插图(一) 主旨解说：如图所示，运动员在射箭比赛时总要把弓拉得很弯，其主要目的是为了增大弓的弹性势能。 北师大版九年级P5图10—7) ◄课本插图(二) 主旨解说：如图是老师在课堂上进行的单摆的演示实验，单摆向下运动时， 重力势能转化为动能；向上运动时， 动能转化为重力势能。 北师大版九年级P9 图10—12 ◄课本插图(三) 主旨解说：如图所示，抽掉玻璃板，二氧化氮气体进入上面的空气瓶中，这现象说明分子在不停地做无规则运动。 北师大版九年级P10图10—16) ◄课本插图(四) 主旨解说：如图所示，两铅柱被挤压在一起后，不易分开，这现象说明分子间存在引力。 考点一　机械能及其转化 [例1] (2024·无锡模拟)2023年5月30日，景海鹏、朱杨柱、桂海潮三名航天员乘坐神舟十六号载人飞船，成功进入中国空间站，与神舟十五号航天员乘组会师天宫，如图所示。下列说法正确的是(C) A．飞船在升空过程中，只存在动能和势能的相互转化 B．漂浮在空间站中的航天员重力势能为零 C．空间站组合体在轨稳定运行过程中机械能守恒 D．空间站组合体在太空中沿椭圆轨道绕地球运行，在近地点时动能最小 方法技巧　　　动能的变化必须同时考虑质量和速度的变化，重力势能的变化必须同时考虑质量和高度的变化。判断机械能是否守恒可以用下面两种方法： (1)只有重力做功时，机械能守恒；若在动能和势能转化过程中，因受到摩擦力或各种阻力而使机械能转化为其他形式的能，则机械能减少，或其他形式的能转化为机械能，则机械能增大。 (2)在动能和势能转化过程中，通过机械能是否等于动能和势能的总和来判断机械能是否守恒。 考点二　分子动理论 [例2] (2024·广水模拟)如图，武汉东湖公园为城市提供了更充足的“绿肺”空间，是市民休闲健身的好去处。下列说法正确的是(A) A．闻到湖边青草芳香是分子不停做无规则运动的结果 B．阳光下湖水温度升高，内能增加，是通过做功方式 C．烈日下，湖水比岸上石头凉，是因为水的比热容小 D．气温降低时，湖水分子运动变慢，含有的热量减少 [变式] (2024·广元)“女皇蒸凉面”是广元地方特色美食，凉面的口感、香气深受人们喜欢，下列说法正确的是(B) A．油辣子附着在凉面上，说明分子间只存在引力 B．香气四溢，表明分子在不停地做热运动 C．凉面条之间有空隙，说明分子间有间隙 D．吃一口凉面，只有几个分子进入口中 考点三　内能 [例3] 下列说法正确的是(A) A．腌制鸭蛋就是通过扩散使盐进入蛋中 B．“炙手可热”和“钻木取火”是用相同的方法改变物体的内能 C．云中形成的冰粒在下落过程中温度渐渐升高变成雨滴，机械能增大，内能减小 D．热量总是由内能大的物体传递给内能小的物体 [变式] (2024·眉山)端午节期间，小龙在家里学习时，闻到粽子的香味，这是扩散现象；煮粽子时，是通过热传递方式改变它的内能。 考点四　比热容 [例4] (2024·武汉一模)下列现象中，没有利用“水的比热容较大”这个特点的是(A) A．夏天在地面上洒水，人感到凉快 B．用热水袋捂手，可以保暖较长时间 C．生物体内水的比例很高，有助于调节生物体自身的温度 D．楼房中的“暖气”用水作介质，把燃料燃烧时产生的热量带到房屋中取暖 方法技巧　　　比热容与物质种类、状态等有关，但是有些不同物质比热容相同。水的比热容较大，质量相同不同物质吸收相同热量，比热容大的升温较小。如果水发生物态变化，此时需要考虑物态变化的吸热或放热。 [例5] (2024·天津)使用厨房中的电热水器将质量为5kg的水从20℃加热到50℃，该热水器消耗了0.2kW·h的电能。已知c水＝4.2×103J/(kg·℃)，求： (1)水吸收的热量； (2)该热水器的热效率。 解：(1)水吸收的热量为 Q吸＝c水m(t－t0)＝4.2×103J(kg·℃)×5kg×(50℃－20℃)＝6.3×105J (2)该热水器的热效率为 η＝×100%＝×100%＝87.5% [例6] (2024·宜宾)电热水壶内装有质量为2kg，温度为20℃的水，加热至沸腾时，水吸收的热量为6.72×105J；电热水壶额定功率为2000W，正常工作时80%的热量被壶内的水吸收，将这壶水烧开需要的时间是7分钟。已知水的比热容c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，当地气压为标准大气压。 考点五　热值 [例7] 人类在原始社会就知道燃烧柴薪来取暖、烧饭。在现代社会，人类所用的能量一部分是从燃烧天然气这种燃料获得的。 (1)与柴薪燃料相比，天然气具有更高的热值。 (2)完全燃烧0.2m3的天然气可放出7.2×106J的热量，这些热量相当于0.6kg的柴薪完全燃烧所释放的热量。(q天然气＝3.6×107J/m3，q柴薪＝1.2×107J/kg) [例8] 2024年5月，我国首款百公斤级车载液氢系统“赛道1000”研制成功，可助力氢能重卡突破1000公里续驶里程，这是我国将液氢应用于交通运输领域的重大技术突破(q氢＝1.4×108J/kg)。下列说法正确的是(C) A．氢能不属于清洁能源 B．用液氢作燃料是因为液氢含有的热量多 C．完全燃烧100kg的液氢能释放1.4×1010J的热量 D．氢能重卡的热机效率可高达100% 考点六　热机 [例9] (2024·扬州)家用燃油汽车的发动机主要是汽油机，下列说法正确的是(B) A．汽油机的效率能达到100% B．汽油机燃烧汽油会造成环境污染 C．汽油机的一个工作循环中，对外做功4次 D．汽油机在吸气冲程中只吸入汽油 [变式] (2024·广元)1883年人类发明了汽油机。一台四冲程汽油机某一个冲程中，火花塞点火，燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体推动活塞对外做功，则该冲程(B) A．是压缩冲程 B．气体对外做功，内能转化为机械能 C．活塞依靠飞轮的惯性而运动 D．气体对外做功，气体的内能增加 [例10] 某矿场工地中，使用了如下图所示的一款履带运输车运送矿产。已知空载时，履带运输车的质量为2.5t，履带与地面总接触面积为1m2，某次运送矿产过程中，履带运输车在10min内沿水平路面匀速直线行驶1.5km，行驶中受到的阻力为1×104N，g取10N/kg，求： (1)空载履带运输车静止时对水平路面的压强； (2)这次运送中，运输车发动机的输出功率； (3)若行驶中受到的阻力不变，发动机的效率是60%,10kg的燃料可供该车沿水平路面匀速直线行驶的距离。(燃料热值q取3.5×107 J/kg) 解：(1)由于空载运输车静止时对水平路面的压力为F＝G＝mg＝2500kg×10N/kg＝2.5×104N 根据p＝可得，空载运输车静止时对水平路面的压强为p＝＝＝2.5×104Pa (2)因为运输车是做匀速直线运动，处于平衡状态，受到的是平衡力作用，因此运输车发动机的牵引力为F1＝f＝104N 根据W＝Fs可得，发动机所做的功为 W＝F1s＝104N×1500m＝1.5×107J 根据p＝可得，运输车发动机的功率为 p＝＝＝2.5×104W (3)10kg的燃料完全燃烧放出的热量为 Q＝qm＝3.5×107J/kg×10kg＝3.5×108J 发动机所做的功为 W1＝Qη＝3.5×108×60%＝2.1×108J 由于受到的阻力不变，且运输车做匀速直线运动，受到的是平衡力作用，则此时的牵引力为F1＝f＝104N 根据W＝Fs可得，10kg的燃料可供该车沿水平路面匀速直线行驶的距离为 s1＝＝＝2.1×104m [例11] (2024·兰州模拟)某款无人驾驶汽车以某速度在一段平直的公路上匀速行驶了一段距离，消耗汽油4kg。汽油机的效率为30%，已知汽油的热值为4.5×107 J/kg，水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，那么，在这段运动过程中，求： (1)汽油完全燃烧放出的热量； (2)假设该汽车在这次行驶过程中，发动机排出的废气带走的能量占汽油完全燃烧放出热量的42%，标准大气压下，这些废气的能量全部被初温20 ℃，质量200kg的水吸收，水升高的温度； (3)如果汽油机的效率不变，汽车匀速行驶时受到的阻力为900N，消耗4kg汽油汽车通过的路程。 解：(1)4 kg汽油完全燃烧放出的热量 Q放＝qm＝4.5×107 J/kg×4 kg＝1.8×108 J (2)由题可知废气带走的能量 Q＝Q放η＝1.8×108 J×42%＝7.56×107 J 即水吸收的热量Q吸＝Q＝7.56×107 J 由Q吸＝cmΔt可知水升高的温度 Δt＝＝＝90 ℃ 标准大气压下水的沸点为100 ℃ 而90 ℃＋20 ℃＞100 ℃ 因此水实际升高的温度 Δt′＝100 ℃－20 ℃＝80 ℃ (3)由η＝可知，汽车做的有用功 W＝Q放η′＝1.8×108 J×30%＝5.4×107 J 汽车匀速行驶时受到的阻力与汽车的牵引力是一对平衡力，由二力平衡的条件可知，汽车的牵引力F＝f＝900N 根据W＝Fs可知汽车通过的路程 s＝＝＝6×104m＝60km 实验一　探究物体的动能跟哪些因素有关 【实验方案与证据】 1．实验装置图 2．实验器材：斜面、长木板、质量不同的钢球、木块、记号笔、刻度尺等。 3．实验操作要点 (1)转换法：将钢球动能的大小转换为钢球推动木块运动距离的大小，木块运动得越远证明小球的动能越大(选填“大”或“小”)。 (2)控制变量法： ①探究动能的大小与质量的关系时，改变钢球质量的大小，让质量不同的钢球从斜面的同一高度由静止释放； ②探究动能的大小与速度的关系时，控制钢球的质量相同，使钢球从斜面的不同高度由静止开始运动。 【结论与解释】 4．实验结论 (1)质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大。 (2)运动速度相同的物体，质量越大，它的动能越大。 【交流与反思】 5．实验中的能量转化：实验中，钢球从斜面上滑下，从能量角度来看，是重力势能转化为动能；木块最终会停下来是因为受到了阻(或摩擦)力的作用。在此过程中，木块通过做功的方式把动能转化为内能。 6．木块被撞后滑出木板，为了使木块不滑出木板，可进行的操作有： (1)换质量较大的木块； (2)换质量较小的钢球； (3)换较长的木板等。 [例1] 如图为某学习小组“探究动能大小跟哪些因素有关”的实验操作(步骤甲、乙、丙中小球质量分别为m、2m、3m)。 (1)让小球从同一高度由静止开始滚下，目的是使小球到达水平面时具有相同的速度。 (2)实验中通过比较木块B被小球撞击后移动的距离s来判断小球具有动能的大小，这种方法在物理学中属于转换法(选填“控制变量法”或“转换法”)。 (3)小华认为由实验步骤乙和实验步骤丙可以判断动能大小与速度的关系，你认为该观点是错误(选填“正确”或“错误”)的，理由是小球质量不同。 (4)通过比较步骤甲和乙可以判断动能大小与物体质量的关系。 (5)若斜面下方水平面光滑，本实验不能(选填“能”或“不能”)达到实验目的。 实验二　比较不同物质的吸热能力 【实验方案与证据】 1．实验装置图 　 实验方法：实验中用加热时间来反映吸热的多少，这里用到的探究方法是转换法。 2．实验主要器材及作用 (1)测量工具：天平、温度计、停表。 (2)选取相同加热源的目的是保证相同加热时间内物质吸收热量相同。 3．实验操作要点 选取质量相同的不同物质，用相同的电加热器或酒精灯加热，加热相同时间比较温度计示数的变化量；或使不同物质升高相同温度，比较加热时间。 【结论与解释】 4．实验结论：相同质量的不同种物质，升高相同的温度，吸收的热量不同。 【交流与反思】 5．同学小刚认为用酒精灯替代电加热器也可以完成本实验，你认为选用电加热器(选填“酒精灯”和“电加热器”)的效果更好，原因是加热更稳定，便于控制。 6．冬天，小明想自制一个暖手袋，若只考虑吸热能力，应选水(选填“水”或“食用油”)作为供暖物质，其效果更佳。 [例2] (2024·齐齐哈尔)小姜利用如图1所示的装置“比较不同物质吸热的情况”(已知水的比热容c水＝4.2×103 J/(kg·℃))。 　 (1)器材：相同规格的电加热器、烧杯、温度计各两个，以及停表(填测量工具)、托盘天平(含砝码)、水和煤油。 (2)选取两个相同规格的电加热器进行实验，目的是为了通过比较加热时间来比较物质吸收热量的多少。 (3)实验中选取初温不同、质量相同的水和煤油，分别倒入烧杯中，用电加热器加热，当它们吸收相同的热量时，通过比较升高的温度来比较不同物质吸热能力的强弱。 (4)如图2所示，小姜正确使用温度计测量液体的温度，按照图中B(选填“A”“B”或“C”)方法读数是正确的；实验中某时刻温度计示数如图3所示为66℃。 (5)部分实验数据如下表所示，分析数据可得出结论：水(选填“水”或“煤油”)的吸热能力更强。 加热时间/min 0 1 2 3 4 …… 10 水的温度/℃ 30 34 38 42 46 …… 70 煤油温度/℃ 10 18 26 34 42 …… 90 [拓展] (6)根据表格中的数据，若不计热损失，可计算出煤油的比热容为2.1×103J/(kg·℃)。 1. 2024年春晚舞蹈诗剧《锦鲤》的演员们，既是一群活泼的少女，又是一群嬉戏的“锦鲤”，“灵性相通”的意象直击观众心底的柔软和纯真。如图所示，在绳子的拉力作用下，整齐划一地匀速上升的演员们(B) A．是相对运动的 B．机械能不断增大 C．所受合力竖直向上 D．所受拉力不做功 2．(2024·宜宾)如图所示，人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行，当卫星从近地点向远地点运动的过程中(B) A．速度增大 B．动能转化为重力势能 C．机械能增大 D．重力势能减小 3. 有关能量的转移、转化和利用，下列说法正确的是(C) A．电烤炉取暖，是电能转移到人体 B．钻木取火，是内能转化为机械能 C．中医提倡的热水泡脚，是通过热传递的方式增大脚部的内能 D．用嘴对着手哈气取暖，主要是通过做功的方式增大手的内能 4．(2024·湖北)如图甲，利用相同规格的加热器加热等质量的a、b两种液体，得到温度随时间变化的图像如图乙，分析可知(C) A．相同时间内a中加热器产生的热量比b中的多 B．a和b的吸热能力都随着温度的升高不断增大 C．升高相同温度a所用时间比b少，a的吸热能力比b弱 D．相同时间内a升高的温度比b多，a的吸热能力比b强 5．(2024·广西)关于分子动理论，谚语“有麝自来香，不必迎风扬”表明了分子在不停地做无规则的运动；寒冬，我们常搓手取暖，这是通过做功(选填“做功”或“热传递”)的方式增大内能。 6．(2024·荆州模拟)小勇同学购买了一款户外分体式燃气炉，准备去户外野炊，用该燃气炉烧水时，把初温为20℃的1kg水加热到100℃，燃烧了0.025m3天然气，则水吸收的热量为3.36×105J，假设天然气完全燃烧，则燃气炉烧水的效率为33.6%。(天然气的热值为4×107J/m3) 7．(2024·烟台)在探究“物质的吸热能力与哪些因素有关”的实验中，用质量是0.3kg的水和甲表中等质量的另一种物质进行对比，作出的图像如图乙所示。实验过程中，水和另一种物质在相同时间内吸收的热量相等，分析图像可以得出图线b(选填“a”或“b”)对应的物质为水，另一种物质为煤油，这种物质在0～5min内吸收的热量为2.52×104J。 物质 比热容c/[J/(kg·℃)] 水 4.2×103 酒精 2.4×103 煤油 2.1×103 蓖麻油 1.8×103 甲 学科网（北京）股份有限公司 $$