第十章 机械能、内能及其转化（知识清单）物理北师大版2024九年级全一册

第十章机械能、内能及其转化（知识清单） 目 录 第1节 机械能 2 ►知识点01 能量 2 ►知识点02 动能 2 ►知识点03 势能 2 ►知识点04 机械能及其转化 3 ►实验01 实验探究：物体的动能跟哪些因素有关 3 ►实验02 实验探究：影响重力势能大小的因素 4 第2节 内能 5 ►知识点01 物质结构的微观模型 5 ►知识点02 固体、液体和气体的特征 5 ►知识点03 物体的内能及其变化 6 ►知识点04 物体内能的改变 6 ►实验01 探究实验：物质的扩散 7 ►实验02 实验探究—影响分子热运动快慢的因素 7 ►实验03 探究实验：分子间作用力 7 第3节 比热容 8 ►知识点01 比热容 8 ►知识点02 导热性 8 ►实验01 探究不同物质的吸热能力 8 第4节 热机 9 ►知识点01 热机的种类 9 ►知识点02 汽油机 9 ►知识点03 柴油机 11 ►知识点04 火箭 12 ►实验01 实验探究——热机工作原理 12 第5节 跨学科实践：调查燃料的利用及其对环境的影响 12 ►任务一 认识常见的燃料 12 ►任务二 了解燃料的利用效率 13 ►任务三 认识燃料的利用对环境的影响 14 第6节 能量转化与守恒 15 ►知识点01 能量的转化与转移 15 ►知识点02 能量守恒定律 15 ►知识点03 能量转化的方向性 16 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 思维导图 第 1 页 共 17 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 第1节 机械能 ►知识点01 能量 1.能做功的物体具有能量 （1）物体能够对外做功，我们就说这个物体具有 ，简称 ，通常用符号 表示。 （2）能量的单位与功的单位相同，在国际单位制中，能量的单位是 （J），简称焦。 2.对能的理解 （1）能量是表示 的物理量。 （2）物体做功过程实质上是能量 的过程，物体能够做功越多，表示这个物体所具有的能量越 。 3.能与功的区别与联系 区别 功是一个 量，能是一个 量 功是描述力对物体作用过程中取得的成效的物理量，是相对于一个过程而言的；能是描述一个物体做功本领的物理量，是一个状态量 具有能量的物体不一定做功，而正在做功的物体一定具有能量 联系 功是能量变化的量度 ►知识点02 动能 1.动能：物体由于运动而具有的能叫作 。 的物体都具有动能。例如空中飞行的小鸟、行驶的汽车、流动的水等。 2.物体动能影响因素 大量实验表明，物体动能的大小与物体的 和运动 有关。物体的质量越 ，运动速度越 ，它的动能就越大。 ►知识点03 势能 1.重力势能：受到 作用的物体被 后也具有能，这种能叫作 。 2.重力势能影响因素：物体重力势能的大小与物体的 和 有关。物体质量越 ，所处位置越 ，物体的重力势能越大。 3.弹性势能：具有弹性的物体发生 能对外做功，即具有能，这种能叫作弹性势能。 4.弹性势能影响因素：物体弹性势能的大小与物体的 和物体 有关。同一弹性物体的弹性形变越大，弹性势能越大。 ★特别提醒 一个物体是否具有弹性势能，关键看该物体是否发生了弹性形变。若物体发生了弹性形变，则此物体具有弹性势能；若物体虽然发生了形变，但不是弹性形变，则没有弹性势能，如一捏就扁的面团，就不具有弹性势能。 5.弹性势能的应用：弹性势能的应用很广泛。如发条玩具，只要上紧玩具内的发条，松手后玩具就会在弹性势能的作用下动起来。 6.势能： 与 是常见的两种势能。 7.动能和势能的异同点 概念 特点 决定因素 共同特点 动能 物体由于运动而具有的能 一切运动的物体都具有动能 质量、速度 具有能的物体都能够做功，三种形式的能单位都是焦耳（J） 势能 重力势能 物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能 一切受到重力且位于高处的物体都具有重力势能 质量、高度 弹性势能 物体由于发生弹性形变而具有的能 一切发生弹性形变的物体都具有弹性势能 弹性形变程度、材料 ►知识点04 机械能及其转化 1.机械能 （1）定义：动能、重力势能、弹性势能统称为 。机械能是和物体运动紧密联系的能量。机械能的单位是焦耳（J）。 （2）对机械能的理解：一个物体可以只有动能，也可以只有势能，还可以既有动能又有势能，都称为物体具有机械能。 2.动能和势能的转化 （1）动能和势能的相互转化：在一定条件下，动能和重力势能可以互相转化。 （2）动能和弹性势能的相互转化：在一定条件下，动能和弹性势能可以互相转化。 3.机械能守恒：大量实验表明：物体的动能和势能之间是可以相互转化的。在只有 和 相互转化的过程中，机械能的总量保持 ，即机械能是 的。 ►实验01 实验探究：物体的动能跟哪些因素有关 提出问题 物体的动能跟哪些因素有关？ 猜想与假设 （1）“十次车祸九次快”，猜想动能可能与物体运动的速度有关； （2）同样速度的自行车和汽车，碰到行人后造成的伤害不同，猜想动能可能与物体的质量有关 设计实验与制订计划 用如图所示的装置探究钢球的动能与速度及质量的关系。实验中，通过换用不同质量的钢球来改变质量，让同一钢球从不同高度处滚下来改变速度。钢球动能的大小由木块被推动的距离远近来反映（转换法），木块被推动的越远，说明钢球的动能越大。 进行实验 （1）让同一钢球从斜面的不同高度处由静止开始滚下，推动木块移动，比较两次木块被推动距离的远近，如图甲、乙所示。 甲 乙 （2）换用质量不同的钢球，让它们从斜面的同一高度处由静止开始释放，滚下后推动木块移动，比较两次木块被推动距离的远近，如图丙、丁所示。 丙 丁 分析与论证 （1）同一钢球从不同高度处滚下，钢球碰撞木块时的速度不同。高度越高，钢球碰撞木块时速度越大，木块被推得越远，说明物体的动能与物体的速度有关； （2）不同钢球从同一高度处滚下，钢球碰撞木块时的速度相同。质量大的钢球将木块推得远，说明物体的动能与物体的质量有关。 实验结论 物体动能与物体的 和运动的 有关。质量相同的物体，运动速度越大，动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，动能越 。 ►实验02 实验探究：影响重力势能大小的因素 提出问题 重力势能的大小与哪些因素有关？ 猜想与假设 （1）生活中手机从几厘米高处跌落一般不会损坏，但从几米高处跌落，一般会造成较严重的损坏，由此猜想，重力势能的大小可能与高度有关； （2）下冰雹时，重冰雹比轻冰雹造成的危害大得多，由此猜想，重力势能的大小可能与物体的质量有关 设计实验与制订计划 将小方桌放置在沙箱中铺平的沙面上，让物体从某一高度自由下落撞击小方桌，小方桌下陷越深，说明下落的物体能够做的功越多（转换法），即物体具有的重力势能越大。改变同一物体下落的高度，或从同一高度释放不同质量的物体，比较物体对小方桌做功的多少。 进行实验 （1）让同一物体从不同高度处自由下落撞击小方桌，如图（b）、（c）所示。 （2）让不同物体从同一高度处自由下落撞击小方桌，如图（c）、（d）所示。 实验现象 （1）同一物体下落时的高度越高，小方桌下陷得越深。 （2）从同一高度下落时，质量大的物体比质量小的物体使小方桌下陷得更深。 分析与论证 （1）质量相等时，较高处物体使小方桌下陷的深度大，说明质量相等时，高度大的物体重力势能大； （2）高度相等时，质量大的物体使小方桌下陷的深度大，说明同一高度，质量大物体的重力势能大。 实验结论 同一高度，物体的 越大，重力势能越大；同一质量物体， 越大，物体的重力势能越大。 第2节 内能 ►知识点01 物质结构的微观模型 1.物质的构成：常见物质是由大量微小的 构成的。 2.分子的大小：一般分子的直径大约只有 ，所以一个看似很小物质中都会包含大量的分子，如1cm3的水中含有约3×1022个水分子。 3扩散现象 （1）定义：两种 可以自发地彼此 ，这种现象称为 。扩散现象的实质是 。 （2）扩散现象表明：一切物质的分子都在 ，也说明物质的分子间 。 （3）影响扩散的因素：温度越高，扩散 (即分子无规则运动跟 有关，温度越高分子运动越剧烈)。 4.分子热运动：分子热运动的快慢与 有关：温度越高，物质扩散得越 ，分子运动越 。 5.分子间的作用力：分子间存在相互作用的 和 。 6.对分子间引力和斥力的理解 邻近分子间同时存在相互作用的引力和斥力；实际表现出来的是分子引力和斥力的合力，称为分子力；分子间的引力和斥力都跟 有关系。 7.分子动理论的基本观点：①常见物质是由大量 构成的；②分子都在 ；③分子间存在着 和 。 ►知识点02 固体、液体和气体的特征 （1） 固体中，分子彼此靠得很近，有规律地形成一定的结构，因而固体既有一定的形状，又有一定的体积。 （2）液体中，分子没有固定的位置，但只能在一定限度内运动，因而液体没有确定的形状，具有流动性，但有一定的体积。 （3）气体中，分子离得较远，它们之间除了在相互碰撞时，几乎没有相互作用力，分子能自由地向各个方向运动，因而气体没有确定的形状，具有流动性，也没有确定的体积。 ►知识点03 物体的内能及其变化 1.分子动能和分子势能 (1)分子动能：分子在永不停息地做着无规则的热运动。分子由于热运动而具有的能叫作 。物体的温度越高，分子运动得越 ，它们的动能越 。 （2）分子势能：分子之间由于相互作用力而具有的能叫作 。分子间距发生变化时，物体的体积也会变，所以分子势能与物体的 有关。 2.内能 （1）内能：物体内所有分子的 与 的总和，叫作物体的 。 （2）内能的单位： ，简称焦，符号 。 3.热量 （1）热量（Q）：物体吸热或放热过程中所传递的 叫作 。用符号 表示。 （2）单位：在国际单位制中，热量单位是 ，符号是 。 ►知识点04 物体内能的改变 1.热传递改变物体的内能：温度不同的物体相互接触时，发生热传递，低温物体温度升高，内能增加，高温物体温度降低，内能减少；即能量从 物体传递给 物体，所以 可以改变物体的内能。 【对热传递的理解】 条件 不同物体或同一物体的不同部分之间存在温度差 方向 由高温物体转移到低温物体或由物体的高温部分转移到低温部分 过程 最终状态 温度相同，没有温度差 实质 是能量的转移，能量的形式并未发生变化 2.做功改变物体的内能 （1） 可以改变物体的内能； （2）外界对物体做功，物体温度升高，物体内能 ； （3）物体对外界做功，物体温度降低，物体内能 。 3.热传递和做功改变物体内能的区别与联系 区别 联系 实质 方式 举例 热传递 能量的转移 高温物体放热，低温物体吸热 生活中烧、烤、烙、炒，生产中的淬火等 做功和热传递都可以改变物体的内能，且效果相同。某物体的内能发生改变，可能是通过热传递改变的，也可能是通过做功改变的，或者两者都有。若不知道具体过程，则无法确定内能的改变方式 做功 其他形式能与内能之间的相互转化 压缩体积、摩擦生热、锻打物体、弯折物体等 打气筒打气、钻木取火、来回多次弯折铁丝等 体积膨胀等 装开水的暖水瓶内的气体将瓶塞冲开 ►实验01 探究实验：物质的扩散 气体扩散实验 液体扩散实验 固体扩散实验 实验 操作和现象 在透明的瓶中分别装入空气和二氧化氮，抽去玻璃板后，无色的空气和红棕色的二氧化氮混合在一起，最后颜色变得均匀 在装入清水的量筒底部注入蓝色的硫酸铜溶液。静待几天后，清水与硫酸铜溶液的界面变得模糊，静待几周后颜色变得均匀 把磨得很光滑铅块和金块紧紧压在一起，在室温下放置五年后再将它们切开，发现它们互相渗入约1mm深 现象分析 空气和二氧化氮气体彼此进入对方 水和硫酸铜溶液彼此进入对方 金和铅彼此进入对方 实验结论 气体、液体和固体分子都在不停地做无规则运动，能彼此进入分子的间隙中，即固体、液体和气体都会发生扩散现象 ►实验02 实验探究—影响分子热运动快慢的因素 现象 如图所示，取两个相同的烧杯，分别装入质量相等的适量冷水和热水，分别向两杯水中滴入一滴红墨水 现象分析 红墨水在热水扩散得快是因为热水中分子运动剧烈，在冷水中扩散慢是因为冷水分子运动较慢 探究归纳 分子热运动的快慢与温度有关：温度越高，物质扩散得越快，分子运动越剧烈 ►实验03 探究实验：分子间作用力 实验观察 现象分析 现象1：将两个铅块底面磨平，紧压在一起，在下面重物不能它们分开； 现象2：用胶水涂抹在两物体表面，压实后两个物体被牢牢地粘在一起 现象3：常见的固体、液体能保持一定体积，不会散开 因为物体分子之间存在引力，分子间的压力使两个铅块或涂胶水的两个物体结合在一起，分子间的压力使固体和液体的分子不会散开 现象4：用力去压一个铁块，它的体积不会发生明显的变化； 现象5：向配有活塞的厚玻璃筒内注入一些水，用力压活塞，发现水的体积没有明显变化 虽然分子间有间隙，但要压缩固体和液体却很困难，这是因为分子之间存在着斥力 结论 分子间存在相互作用的引力和斥力 第3节 比热容 ►知识点01 比热容 1.定义：一定质量的某种物质，温度升高（或降低）的过程中所吸收（或放出）的热量，与物质的质量和温度变化量 的比，叫作这种物质的 ，用符号 表示。 2.定义式： 。 3.单位： ，符号是： ，比热容单位是由质量、温度和热量组成的组合单位。 4.物理意义：水的比热容是 J/(kg·℃)，表示的物理意义是：1千克的水温度升高1℃吸收的热量是4.2×103J。 5对比热容的理解：比热容的大小与物质的 和物质的 有关。不同物质的比热容一般不同。同种物质在同一状态下，比热是一个不变的定值。如果物质的状态改变了，比热容的大小随之改变，如水变成冰。 ►知识点02 导热性 1.导热性：物质 的性能称为导热性。 2.影响因素：导热性是物质的一种属性，不同的物质具有 的导热性。 3.导热性能对比：金属的导热性一般比非金属的导热性 ；纯金属的导热性通常 合金材料。 ►实验01 探究不同物质的吸热能力 【实验目的】探究不同物体的吸热能力。 【实验器材】相同的铁台架、酒精灯、石棉网、烧杯、温度计、搅拌器两套，火柴、秒表、水和另一种液体（如煤油）。 【实验步骤】一、按图组装器材。 二、取质量相同的水和煤油（60g），常温下待温度稳定后（控制两种液体初温相同），测出两种液体的温度，并记入表格。 三、点燃酒精灯，同时给水和煤油加热，加热时间为5分钟，测量此时两种液体温度并记入表格。 四、实验表格（参考数据） 物质种类 质量/g 初温/°C 末温/°C 温升/°C 加热时间（min） 水 60 20 40 20 5 煤油 60 20 56 36 5 … 五、整理器材。 【实验结论】质量相同的水和另一种液体（如煤油），吸收相同的热量，煤油的温度升高较大。 第4节 热机 ►知识点01 热机的种类 1.热机 （1）热机：将燃料燃烧产生的高温、高压气体的 能转化为 能的机器，统称为热机。汽车、轮船和飞机等的发动机都是利用燃烧燃料释放的内能做功的装置，都是热机。 （2）热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。它们构造不同，但它们有一个共同特点，那就是利用内能做功。 （3）热机工作原理：热机工作过程：燃料燃烧， 能转化为 能，一部分内能通过热传递方式传递给工作物质—水，水内能 ，温度 ，产生大量水蒸气，水蒸气将橡皮塞冲出，水蒸气 能转化为橡皮塞 能。 （4）内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为 和 两类。 ►知识点02 汽油机 1.工作原理：利用汽缸内汽油燃烧产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为 。 2.构造 （1）主要结构：如图所示，汽油机的主体是汽缸。汽缸上部有进气门和排气门，顶部有 ，下部有活塞，活塞通过连杆与曲轴相连。 （2）冲程：活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个 。 （3）试管实验与汽油机构造比较：如图。 3.工作过程 （1）汽油机的一个工作循环： 冲程、 冲程、 冲程、 冲程。通过四个冲程的不断循环来连续工作。 （2）每完成一个工作循环，曲轴和飞轮均转动 周，活塞往返 次，对外做功 次。在四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的 带动活塞完成，周而复始，使汽油机连续转动下去。 （3）汽油机工作过程如下： 1.吸气冲程：进气门打开、排气门关闭。靠惯性运动，吸进汽油与空气的混合物 2.压缩冲程：进气门关闭、排气门关闭。外界对气体做功，机械能转化为内能，气体温度升高 3.做功冲程：进气门关闭、排气门关闭。化学能转化为内能，气体温度升高，气体对外做功，内能转化为机械能 4.排气冲程：进气门关闭、排气门打开。靠惯性运动，排出废气 ►知识点03 柴油机 1.工作原理：利用柴油在汽缸内燃烧所产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。 2.构造：柴油机构造和汽油机构造相似，所不同的是柴油机汽缸顶部没有火花塞，而有一个 。 3.工作过程：柴油机与汽油机工作过程大致相同，也是由 四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，曲轴连续转动两周，活塞往复两次，对外做功一次。见下表： 1.吸气冲程：进气门打开、排气门关闭。活塞向下运动，吸入空气 2.压缩冲程：进气门关闭、排气门关闭。活塞向上运动，压缩空气，气体温度升高，超过柴油燃点 3.做功冲程：进气门关闭、排气门关闭。喷油嘴喷出雾状柴油，遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压气体，推动活塞向下运动 4.排气冲程：进气门关闭、排气门打开。活塞向上运动，排出废气 4.汽油机与柴油机的异同 相同点： （1）基本构造和主要部件作用相似。 （2）每个工作循环都一样，有吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。 （3）四个冲程中，只有 冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮 完成。 （4）一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两圈，飞轮转两圈，做功一次。 不同点： （1）构造不同：汽油机汽缸顶部有 ，而柴油机汽缸顶部有 。 （2）燃料不同：汽油机燃烧 ，而柴油机燃烧 。 （3）吸气冲程不同：汽油机吸进 ，柴油机只吸进 。 （4）点火方式不同：汽油机属 式点火，柴油机属 式点火 ►知识点04 火箭 1.组成：我国古代最早的火箭由箭头、箭杆、箭羽和火药筒四部分组成，是现代火箭的雏形。 2.现代火箭使用的是 。 3.液体燃料火箭喷气发动机主要由燃料箱、氧化剂箱、输送装置、燃烧室和喷口组成。 4.能量转化：燃料的 能转化为 能，进而转化为火箭的 能。 5.现代火箭优点：功率巨大、可在高空飞行、可飞出大气层。多级火箭可以作为星际航运的运载工具。 6.我国航天事业发展：2016年11月3日，长征五号运载火箭首飞成功，标志着我国运载火箭实现升级换代，是我国由航天大国迈向航天强国的关键一步。 ►实验01 实验探究——热机工作原理 【实验现象】如图所示，在试管中装一些水，用橡皮塞塞住试管口，固定在铁架台上，用酒精灯给试管加热，水沸腾后，水蒸气会把橡皮塞冲出去，试管口观察到大量“白雾”出现。 【实验分析】酒精燃烧释放出热量（化学能转化为内能），通过热传递将一部分内能转移给水，水的内能增加，温度升高，产生大量水蒸气。水蒸气越来越多，对橡皮塞的压力越来越大，最后将橡皮塞冲出，这时水蒸气对橡皮塞做功。同时，水蒸气内能减小，温度降低，水蒸气液化成小水滴，在试管口可以观察到“白雾”。 【探究归纳】该实验装置就是一个简单的热机。其工作过程是：燃料燃烧，化学能转化为内能，一部分内能通过热传递方式传递给工作物质—水，水内能增大，温度升高，产生大量水蒸气，水蒸气将橡皮塞冲出，水蒸气内能转化为橡皮塞机械能。 第5节 跨学科实践：调查燃料的利用及其对环境的影响 ►任务一 认识常见的燃料 1.燃料 （1）燃料的种类：能够燃烧的物质称为燃料，根据不同标准，燃料可分为不同的种类，最常见的是按其物理状态分类。 （2）燃料燃烧时能量转化：燃料在燃烧过程中将 能转化为 能。 2.燃料的热值：由于燃料的成分不同，相同质量的不同燃料，在燃烧过程中化学能转化为内能的量是不同的，在物理学上用“热值”来表示 。 （1）热值：一定质量的某种燃料完全燃烧，化学能转化为内能的量（放出的热量）与其 的比叫作这种燃料的热值；用“q”表示。 （2）热值单位：焦每千克，符号： 。 （3）热值的物理意义：一、1kg某种燃料完全燃烧放出的热量就等于该燃料的热值；二、热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的 有关，与燃料的形态、质量、体积等均 。 （4）燃料燃烧放出的热量：热量： ；（Q放 是燃料放出的热量，单位是J；q是热值，单位是J/kg；m 是质量，单位是kg） 特别提醒：固体燃料、液体燃料的热值以“J/kg”为单位，而气体燃料的热值以“J/m3”为单位。因此Q放 ＝qm一般用于固体燃料和液体燃料放热的计算；Q放 ＝Vq一般用于气体燃料放出热量的计算，其中V为气体燃料的体积。 ►任务二 了解燃料的利用效率 1.燃料的有效利用：用煤气灶、锅炉、煤炉等烧水时，燃料不能完全燃烧利用，具体原因是多样的。例如，燃料不能完全燃烧而损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量、灶体本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，水吸收的热量只占燃料燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的部分。如图所示： 2.锅炉的效率 （1）锅炉是利用燃料或其他能源把水加热成热水或蒸汽的设备。锅炉包括锅和炉两部分，锅是指盛水的容器，炉是燃料燃烧的装置。 （2）提高锅炉燃料利用率的途径：一、让燃料尽可能 ，如将煤研磨成粉状，加大进风量等；二、减少热量 ，如加大有效受热面积等。 3.内燃机中燃料燃烧的能量流向图 4.热机效率 （1）定义：用来做 的那部分能量，与燃料完全燃烧 之比，叫作热机的效率。 （2）计算公式： 对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可写成：。 （3）物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。 特别提醒：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。 5.提高热机效率的主要途径 ①改善燃烧的条件，使燃料尽可能 （将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧）； ②减少各种 （I. 加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；Ⅱ. 使用较好的保温材料，减少热损失）； ③在热机设计和制造上，采用先进的技术； ④保障良好的润滑，减少机械 。 ►任务三 认识燃料的利用对环境的影响 1.燃料利用的优点 燃料的利用改善了人类的生活，促进了社会的发展。 2.燃料利用的危害 煤、石油等燃料往往含有杂质，在燃烧时会产生 等有害气体，在燃烧不充分时，还会产生烟尘和一氧化碳。这些 、 是大气污染的主要来源。 3.大气污染的危害：危害人体健康，影响植物的正常生长。 4.温室效应 煤炭、石油和天然气等化石燃料过多燃烧排放出大量的 ，会导致温室效应加剧。温室效应会导致全球气候变暖，冰川加速熔化，海平面上升，气候异常等。 5.能源利用措施：我们既要有效地利用能源，又要很好地控制和减弱能源的利用对环境的不利影响。 6.我国基本国策： 和 是我国的基本国策。 第6节 能量转化与守恒 ►知识点01 能量的转化与转移 1.能量的存在形式 2.能量的转化：在一定条件下，能量可以从一种形式的能量 为另一种形式的能量，这种现象叫能量的转化。自然界转化各种形式的能，在一定条件下都可以相互转化。如图为能量转化示意图。 3.能量的转移：能量可以从一个物体 到另一个物体，也可以从物体的一部分转移到另一部分。例如，在热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体，或从物体的高温部分转移到低温部分，这属于能量的转移。 ►知识点02 能量守恒定律 1.能量守恒定律 （1）能量守恒定律内容：能量既不会凭空 ，也不会凭空 ，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，在转化和转移过程中，能量的总和 。 （2）对能量守恒定律的理解 ①能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律之一。大到宇宙空间，小到原子世界，都 能量守恒定律。 ②能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”两个方面。 特别提醒：机械能守恒和能量守恒的区别与联系 （1）机械能守恒需要满足一定的条件，能量守恒 条件。 （2）机械能守恒是能量守恒的特殊情况。 2.永动机 （1）不少人曾设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫作永动机。然而，从没有一种永动机成功过。 （2）能量守恒定律使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能“无中生有”地创造能量。因此，“永动机”是 制成的。 ►知识点03 能量转化的方向性 热量可以自发地从 温物体传到 温物体，但不会自发地从 温物体传到 温物体。 大量事实表明，自发的能量转化和转移过程具有一定的 性，即自然进行的能量转化和转移过程是 的，所以需要节约能源。 第 1 页 共 16 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$第十章机械能、内能及其转化（知识清单） 目 录 第1节 机械能 2 ►知识点01 能量 2 ►知识点02 动能 2 ►知识点03 势能 2 ►知识点04 机械能及其转化 3 ►实验01 实验探究：物体的动能跟哪些因素有关 3 ►实验02 实验探究：影响重力势能大小的因素 4 第2节 内能 5 ►知识点01 物质结构的微观模型 5 ►知识点02 固体、液体和气体的特征 5 ►知识点03 物体的内能及其变化 6 ►知识点04 物体内能的改变 6 ►实验01 探究实验：物质的扩散 7 ►实验02 实验探究—影响分子热运动快慢的因素 7 ►实验03 探究实验：分子间作用力 7 第3节 比热容 8 ►知识点01 比热容 8 ►知识点02 导热性 8 ►实验01 探究不同物质的吸热能力 8 第4节 热机 9 ►知识点01 热机的种类 9 ►知识点02 汽油机 9 ►知识点03 柴油机 10 ►知识点04 火箭 12 ►实验01 实验探究——热机工作原理 12 第5节 跨学科实践：调查燃料的利用及其对环境的影响 12 ►任务一 认识常见的燃料 12 ►任务二 了解燃料的利用效率 13 ►任务三 认识燃料的利用对环境的影响 14 第6节 能量转化与守恒 15 ►知识点01 能量的转化与转移 15 ►知识点02 能量守恒定律 15 ►知识点03 能量转化的方向性 16 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 思维导图 第 1 页 共 17 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 第1节 机械能 ►知识点01 能量 1.能做功的物体具有能量 （1）物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能，通常用符号E表示。 （2）能量的单位与功的单位相同，在国际单位制中，能量的单位是焦耳（J），简称焦。 2.对能的理解 （1）能量是表示物体做功本领的物理量。 （2）物体做功过程实质上是能量转化或转移的过程，物体能够做功越多，表示这个物体所具有的能量越大。 3.能与功的区别与联系 区别 功是一个过程量，能是一个状态量 功是描述力对物体作用过程中取得的成效的物理量，是相对于一个过程而言的；能是描述一个物体做功本领的物理量，是一个状态量 具有能量的物体不一定做功，而正在做功的物体一定具有能量 联系 功是能量变化的量度 ►知识点02 动能 1.动能：物体由于运动而具有的能叫作动能。一切运动的物体都具有动能。例如空中飞行的小鸟、行驶的汽车、流动的水等。 2.物体动能影响因素 大量实验表明，物体动能的大小与物体的质量和运动速度大小有关。物体的质量越大，运动速度越大，它的动能就越大。 ►知识点03 势能 1.重力势能：受到重力作用的物体被举高后也具有能，这种能叫作重力势能。 2.重力势能影响因素：物体重力势能的大小与物体的质量和所处位置的高度有关。物体质量越大，所处位置越高，物体的重力势能越大。 3.弹性势能：具有弹性的物体发生弹性形变能对外做功，即具有能，这种能叫作弹性势能。 4.弹性势能影响因素：物体弹性势能的大小与物体的弹性形变程度和物体本身的材料有关。同一弹性物体的弹性形变越大，弹性势能越大。 ★特别提醒 一个物体是否具有弹性势能，关键看该物体是否发生了弹性形变。若物体发生了弹性形变，则此物体具有弹性势能；若物体虽然发生了形变，但不是弹性形变，则没有弹性势能，如一捏就扁的面团，就不具有弹性势能。 5.弹性势能的应用：弹性势能的应用很广泛。如发条玩具，只要上紧玩具内的发条，松手后玩具就会在弹性势能的作用下动起来。 6.势能：重力势能与弹性势能是常见的两种势能。 7.动能和势能的异同点 概念 特点 决定因素 共同特点 动能 物体由于运动而具有的能 一切运动的物体都具有动能 质量、速度 具有能的物体都能够做功，三种形式的能单位都是焦耳（J） 势能 重力势能 物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能 一切受到重力且位于高处的物体都具有重力势能 质量、高度 弹性势能 物体由于发生弹性形变而具有的能 一切发生弹性形变的物体都具有弹性势能 弹性形变程度、材料 ►知识点04 机械能及其转化 1.机械能 （1）定义：动能、重力势能、弹性势能统称为机械能。机械能是和物体运动紧密联系的能量。机械能的单位是焦耳（J）。 （2）对机械能的理解：一个物体可以只有动能，也可以只有势能，还可以既有动能又有势能，都称为物体具有机械能。 2.动能和势能的转化 （1）动能和势能的相互转化：在一定条件下，动能和重力势能可以互相转化。 （2）动能和弹性势能的相互转化：在一定条件下，动能和弹性势能可以互相转化。 3.机械能守恒：大量实验表明：物体的动能和势能之间是可以相互转化的。在只有动能和势能相互转化的过程中，机械能的总量保持不变，即机械能是守恒的。 ►实验01 实验探究：物体的动能跟哪些因素有关 提出问题 物体的动能跟哪些因素有关？ 猜想与假设 （1）“十次车祸九次快”，猜想动能可能与物体运动的速度有关； （2）同样速度的自行车和汽车，碰到行人后造成的伤害不同，猜想动能可能与物体的质量有关 设计实验与制订计划 用如图所示的装置探究钢球的动能与速度及质量的关系。实验中，通过换用不同质量的钢球来改变质量，让同一钢球从不同高度处滚下来改变速度。钢球动能的大小由木块被推动的距离远近来反映（转换法），木块被推动的越远，说明钢球的动能越大。 进行实验 （1）让同一钢球从斜面的不同高度处由静止开始滚下，推动木块移动，比较两次木块被推动距离的远近，如图甲、乙所示。 甲 乙 （2）换用质量不同的钢球，让它们从斜面的同一高度处由静止开始释放，滚下后推动木块移动，比较两次木块被推动距离的远近，如图丙、丁所示。 丙 丁 分析与论证 （1）同一钢球从不同高度处滚下，钢球碰撞木块时的速度不同。高度越高，钢球碰撞木块时速度越大，木块被推得越远，说明物体的动能与物体的速度有关； （2）不同钢球从同一高度处滚下，钢球碰撞木块时的速度相同。质量大的钢球将木块推得远，说明物体的动能与物体的质量有关。 实验结论 物体动能与物体的质量和运动的速度有关。质量相同的物体，运动速度越大，动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，动能越大。 ►实验02 实验探究：影响重力势能大小的因素 提出问题 重力势能的大小与哪些因素有关？ 猜想与假设 （1）生活中手机从几厘米高处跌落一般不会损坏，但从几米高处跌落，一般会造成较严重的损坏，由此猜想，重力势能的大小可能与高度有关； （2）下冰雹时，重冰雹比轻冰雹造成的危害大得多，由此猜想，重力势能的大小可能与物体的质量有关 设计实验与制订计划 将小方桌放置在沙箱中铺平的沙面上，让物体从某一高度自由下落撞击小方桌，小方桌下陷越深，说明下落的物体能够做的功越多（转换法），即物体具有的重力势能越大。改变同一物体下落的高度，或从同一高度释放不同质量的物体，比较物体对小方桌做功的多少。 进行实验 （1）让同一物体从不同高度处自由下落撞击小方桌，如图（b）、（c）所示。 （2）让不同物体从同一高度处自由下落撞击小方桌，如图（c）、（d）所示。 实验现象 （1）同一物体下落时的高度越高，小方桌下陷得越深。 （2）从同一高度下落时，质量大的物体比质量小的物体使小方桌下陷得更深。 分析与论证 （1）质量相等时，较高处物体使小方桌下陷的深度大，说明质量相等时，高度大的物体重力势能大； （2）高度相等时，质量大的物体使小方桌下陷的深度大，说明同一高度，质量大物体的重力势能大。 实验结论 同一高度，物体的质量越大，重力势能越大；同一质量物体，高度越大，物体的重力势能越大。 第2节 内能 ►知识点01 物质结构的微观模型 1.物质的构成：常见物质是由大量微小的分子构成的。 2.分子的大小：一般分子的直径大约只有10-10m，所以一个看似很小物质中都会包含大量的分子，如1cm3的水中含有约3×1022个水分子。 3扩散现象 （1）定义：两种不同的物质可以自发地彼此进入对方，这种现象称为扩散。扩散现象的实质是分子(原子)的相互渗入。 （2）扩散现象表明：一切物质的分子都在永不停息地做无规则运动，也说明物质的分子间存在间隙。 （3）影响扩散的因素：温度越高，扩散越快(即分子无规则运动跟温度有关，温度越高分子运动越剧烈)。 4.分子热运动：分子热运动的快慢与温度有关：温度越高，物质扩散得越快，分子运动越剧烈。 5.分子间的作用力：分子间存在相互作用的引力和斥力。 6.对分子间引力和斥力的理解 邻近分子间同时存在相互作用的引力和斥力；实际表现出来的是分子引力和斥力的合力，称为分子力；分子间的引力和斥力都跟分子间距离有关系。 7.分子动理论的基本观点：①常见物质是由大量分子构成的；②分子都在永不停息地做无规则运动；③分子间存在着引力和斥力。 ►知识点02 固体、液体和气体的特征 （1）固体中，分子彼此靠得很近，有规律地形成一定的结构，因而固体既有一定的形状，又有一定的体积。 （2）液体中，分子没有固定的位置，但只能在一定限度内运动，因而液体没有确定的形状，具有流动性，但有一定的体积。 （3）气体中，分子离得较远，它们之间除了在相互碰撞时，几乎没有相互作用力，分子能自由地向各个方向运动，因而气体没有确定的形状，具有流动性，也没有确定的体积。 ►知识点03 物体的内能及其变化 1.分子动能和分子势能 （1）分子动能：分子在永不停息地做着无规则的热运动。分子由于热运动而具有的能叫作分子动能。物体的温度越高，分子运动得越快，它们的动能越大。 （2）分子势能：分子之间由于相互作用力而具有的能叫作分子势能。分子间距发生变化时，物体的体积也会变，所以分子势能与物体的体积有关。 2.内能 （1）内能：物体内所有分子的分子动能与分子势能的总和，叫作物体的内能。 （2）内能的单位：焦耳，简称焦，符号J。 3.热量 （1）热量（Q）：物体吸热或放热过程中所传递的能量叫作热量。用符号Q表示。 （2）单位：在国际单位制中，热量单位是焦耳，符号是J。 ►知识点04 物体内能的改变 1.热传递改变物体的内能：温度不同的物体相互接触时，发生热传递，低温物体温度升高，内能增加，高温物体温度降低，内能减少；即能量从高温物体传递给低温物体，所以热传递可以改变物体的内能。 【对热传递的理解】 条件 不同物体或同一物体的不同部分之间存在温度差 方向 由高温物体转移到低温物体或由物体的高温部分转移到低温部分 过程 最终状态 温度相同，没有温度差 实质 是能量的转移，能量的形式并未发生变化 2.做功改变物体的内能 （1）做功可以改变物体的内能； （2）外界对物体做功，物体温度升高，物体内能增加； （3）物体对外界做功，物体温度降低，物体内能减少。 3.热传递和做功改变物体内能的区别与联系 区别 联系 实质 方式 举例 热传递 能量的转移 高温物体放热，低温物体吸热 生活中烧、烤、烙、炒，生产中的淬火等 做功和热传递都可以改变物体的内能，且效果相同。某物体的内能发生改变，可能是通过热传递改变的，也可能是通过做功改变的，或者两者都有。若不知道具体过程，则无法确定内能的改变方式 做功 其他形式能与内能之间的相互转化 压缩体积、摩擦生热、锻打物体、弯折物体等 打气筒打气、钻木取火、来回多次弯折铁丝等 体积膨胀等 装开水的暖水瓶内的气体将瓶塞冲开 ►实验01 探究实验：物质的扩散 气体扩散实验 液体扩散实验 固体扩散实验 实验 操作和现象 在透明的瓶中分别装入空气和二氧化氮，抽去玻璃板后，无色的空气和红棕色的二氧化氮混合在一起，最后颜色变得均匀 在装入清水的量筒底部注入蓝色的硫酸铜溶液。静待几天后，清水与硫酸铜溶液的界面变得模糊，静待几周后颜色变得均匀 把磨得很光滑铅块和金块紧紧压在一起，在室温下放置五年后再将它们切开，发现它们互相渗入约1mm深 现象分析 空气和二氧化氮气体彼此进入对方 水和硫酸铜溶液彼此进入对方 金和铅彼此进入对方 实验结论 气体、液体和固体分子都在不停地做无规则运动，能彼此进入分子的间隙中，即固体、液体和气体都会发生扩散现象 ►实验02 实验探究—影响分子热运动快慢的因素 现象 如图所示，取两个相同的烧杯，分别装入质量相等的适量冷水和热水，分别向两杯水中滴入一滴红墨水 现象分析 红墨水在热水扩散得快是因为热水中分子运动剧烈，在冷水中扩散慢是因为冷水分子运动较慢 探究归纳 分子热运动的快慢与温度有关：温度越高，物质扩散得越快，分子运动越剧烈 ►实验03 探究实验：分子间作用力 实验观察 现象分析 现象1：将两个铅块底面磨平，紧压在一起，在下面重物不能它们分开； 现象2：用胶水涂抹在两物体表面，压实后两个物体被牢牢地粘在一起 现象3：常见的固体、液体能保持一定体积，不会散开 因为物体分子之间存在引力，分子间的压力使两个铅块或涂胶水的两个物体结合在一起，分子间的压力使固体和液体的分子不会散开 现象4：用力去压一个铁块，它的体积不会发生明显的变化； 现象5：向配有活塞的厚玻璃筒内注入一些水，用力压活塞，发现水的体积没有明显变化 虽然分子间有间隙，但要压缩固体和液体却很困难，这是因为分子之间存在着斥力 结论 分子间存在相互作用的引力和斥力 第3节 比热容 ►知识点01 比热容 1.定义：一定质量的某种物质，温度升高（或降低）的过程中所吸收（或放出）的热量，与物质的质量和温度变化量乘积的比，叫作这种物质的比热容，用符号c表示。 2.定义式：。 3.单位：焦耳每千克摄氏度，符号是：J/（kg·℃），比热容单位是由质量、温度和热量组成的组合单位。 4.物理意义：水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，表示的物理意义是：1千克的水温度升高1℃吸收的热量是4.2×103J。 5对比热容的理解：比热容的大小与物质的种类和物质的状态有关。不同物质的比热容一般不同。同种物质在同一状态下，比热是一个不变的定值。如果物质的状态改变了，比热容的大小随之改变，如水变成冰。 ►知识点02 导热性 1.导热性：物质传导热量的性能称为导热性。 2.影响因素：导热性是物质的一种属性，不同的物质具有不同的导热性。 3.导热性能对比：金属的导热性一般比非金属的导热性好；纯金属的导热性通常优于合金材料。 ►实验01 探究不同物质的吸热能力 【实验目的】探究不同物体的吸热能力。 【实验器材】相同的铁台架、酒精灯、石棉网、烧杯、温度计、搅拌器两套，火柴、秒表、水和另一种液体（如煤油）。 【实验步骤】一、按图组装器材。 二、取质量相同的水和煤油（60g），常温下待温度稳定后（控制两种液体初温相同），测出两种液体的温度，并记入表格。 三、点燃酒精灯，同时给水和煤油加热，加热时间为5分钟，测量此时两种液体温度并记入表格。 四、实验表格（参考数据） 物质种类 质量/g 初温/°C 末温/°C 温升/°C 加热时间（min） 水 60 20 40 20 5 煤油 60 20 56 36 5 … 五、整理器材。 【实验结论】质量相同的水和另一种液体（如煤油），吸收相同的热量，煤油的温度升高较大。 第4节 热机 ►知识点01 热机的种类 1.热机 （1）热机：将燃料燃烧产生的高温、高压气体的内能转化为机械能的机器，统称为热机。汽车、轮船和飞机等的发动机都是利用燃烧燃料释放的内能做功的装置，都是热机。 （2）热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。它们构造不同，但它们有一个共同特点，那就是利用内能做功。 （3）热机工作原理：热机工作过程：燃料燃烧，化学能转化为内能，一部分内能通过热传递方式传递给工作物质—水，水内能增大，温度升高，产生大量水蒸气，水蒸气将橡皮塞冲出，水蒸气内能转化为橡皮塞机械能。 （4）内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。 ►知识点02 汽油机 1.工作原理：利用汽缸内汽油燃烧产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。 2.构造 （1）主要结构：如图所示，汽油机的主体是汽缸。汽缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞，下部有活塞，活塞通过连杆与曲轴相连。 （2）冲程：活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。 （3）试管实验与汽油机构造比较：如图。 3.工作过程 （1）汽油机的一个工作循环：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。通过四个冲程的不断循环来连续工作。 （2）每完成一个工作循环，曲轴和飞轮均转动两周，活塞往返两次，对外做功一次。在四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性带动活塞完成，周而复始，使汽油机连续转动下去。 （3）汽油机工作过程如下： 1.吸气冲程：进气门打开、排气门关闭。靠惯性运动，吸进汽油与空气的混合物 2.压缩冲程：进气门关闭、排气门关闭。外界对气体做功，机械能转化为内能，气体温度升高 3.做功冲程：进气门关闭、排气门关闭。化学能转化为内能，气体温度升高，气体对外做功，内能转化为机械能 4.排气冲程：进气门关闭、排气门打开。靠惯性运动，排出废气 ►知识点03 柴油机 1.工作原理：利用柴油在汽缸内燃烧所产生的高温高压燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。 2.构造：柴油机构造和汽油机构造相似，所不同的是柴油机汽缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。 3.工作过程：柴油机与汽油机工作过程大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，曲轴连续转动两周，活塞往复两次，对外做功一次。见下表： 1.吸气冲程：进气门打开、排气门关闭。活塞向下运动，吸入空气 2.压缩冲程：进气门关闭、排气门关闭。活塞向上运动，压缩空气，气体温度升高，超过柴油燃点 3.做功冲程：进气门关闭、排气门关闭。喷油嘴喷出雾状柴油，遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压气体，推动活塞向下运动 4.排气冲程：进气门关闭、排气门打开。活塞向上运动，排出废气 4.汽油机与柴油机的异同 相同点： （1）基本构造和主要部件作用相似。 （2）每个工作循环都一样，有吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。 （3）四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。 （4）一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两圈，飞轮转两圈，做功一次。 不同点： （1）构造不同：汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机汽缸顶部有喷油嘴。 （2）燃料不同：汽油机燃烧汽油，而柴油机燃烧柴油。 （3）吸气冲程不同：汽油机吸进汽油和空气混合物，柴油机只吸进空气。 （4）点火方式不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火 ►知识点04 火箭 1.组成：我国古代最早的火箭由箭头、箭杆、箭羽和火药筒四部分组成，是现代火箭的雏形。 2.现代火箭使用的是喷气发动机。 3.液体燃料火箭喷气发动机主要由燃料箱、氧化剂箱、输送装置、燃烧室和喷口组成。 4.能量转化：燃料的化学能转化为内能，进而转化为火箭的机械能。 5.现代火箭优点：功率巨大、可在高空飞行、可飞出大气层。多级火箭可以作为星际航运的运载工具。 6.我国航天事业发展：2016年11月3日，长征五号运载火箭首飞成功，标志着我国运载火箭实现升级换代，是我国由航天大国迈向航天强国的关键一步。 ►实验01 实验探究——热机工作原理 【实验现象】如图所示，在试管中装一些水，用橡皮塞塞住试管口，固定在铁架台上，用酒精灯给试管加热，水沸腾后，水蒸气会把橡皮塞冲出去，试管口观察到大量“白雾”出现。 【实验分析】酒精燃烧释放出热量（化学能转化为内能），通过热传递将一部分内能转移给水，水的内能增加，温度升高，产生大量水蒸气。水蒸气越来越多，对橡皮塞的压力越来越大，最后将橡皮塞冲出，这时水蒸气对橡皮塞做功。同时，水蒸气内能减小，温度降低，水蒸气液化成小水滴，在试管口可以观察到“白雾”。 【探究归纳】该实验装置就是一个简单的热机。其工作过程是：燃料燃烧，化学能转化为内能，一部分内能通过热传递方式传递给工作物质—水，水内能增大，温度升高，产生大量水蒸气，水蒸气将橡皮塞冲出，水蒸气内能转化为橡皮塞机械能。 第5节 跨学科实践：调查燃料的利用及其对环境的影响 ►任务一 认识常见的燃料 1.燃料 （1）燃料的种类：能够燃烧的物质称为燃料，根据不同标准，燃料可分为不同的种类，最常见的是按其物理状态分类。 （2）燃料燃烧时能量转化：燃料在燃烧过程中将化学能转化为内能。 2.燃料的热值：由于燃料的成分不同，相同质量的不同燃料，在燃烧过程中化学能转化为内能的量是不同的，在物理学上用“热值”来表示燃料燃烧的放热本领。 （1）热值：一定质量的某种燃料完全燃烧，化学能转化为内能的量（放出的热量）与其质量的比叫作这种燃料的热值；用“q”表示。 （2）热值单位：焦每千克，符号：J/kg。 （3）热值的物理意义：一、1kg某种燃料完全燃烧放出的热量就等于该燃料的热值；二、热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。 （4）燃料燃烧放出的热量：热量：Q放 ＝qm；（Q放 是燃料放出的热量，单位是J；q是热值，单位是J/kg；m 是质量，单位是kg） 特别提醒：固体燃料、液体燃料的热值以“J/kg”为单位，而气体燃料的热值以“J/m3”为单位。因此Q放 ＝qm一般用于固体燃料和液体燃料放热的计算；Q放 ＝Vq一般用于气体燃料放出热量的计算，其中V为气体燃料的体积。 ►任务二 了解燃料的利用效率 1.燃料的有效利用：用煤气灶、锅炉、煤炉等烧水时，燃料不能完全燃烧利用，具体原因是多样的。例如，燃料不能完全燃烧而损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量、灶体本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，水吸收的热量只占燃料燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的部分。如图所示： 2.锅炉的效率 （1）锅炉是利用燃料或其他能源把水加热成热水或蒸汽的设备。锅炉包括锅和炉两部分，锅是指盛水的容器，炉是燃料燃烧的装置。 （2）提高锅炉燃料利用率的途径：一、让燃料尽可能充分燃烧，如将煤研磨成粉状，加大进风量等；二、减少热量损失，如加大有效受热面积等。 3.内燃机中燃料燃烧的能量流向图 4.热机效率 （1）定义：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧释放的能量之比，叫作热机的效率。 （2）计算公式： 对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可写成：。 （3）物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。 特别提醒：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。 5.提高热机效率的主要途径 ①改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧（将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧）； ②减少各种热量损失（I. 加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；Ⅱ. 使用较好的保温材料，减少热损失）； ③在热机设计和制造上，采用先进的技术； ④保障良好的润滑，减少机械摩擦。 ►任务三 认识燃料的利用对环境的影响 1.燃料利用的优点 燃料的利用改善了人类的生活，促进了社会的发展。 2.燃料利用的危害 煤、石油等燃料往往含有杂质，在燃烧时会产生二氧化硫等有害气体，在燃烧不充分时，还会产生烟尘和一氧化碳。这些烟尘、废气是大气污染的主要来源。 3.大气污染的危害：危害人体健康，影响植物的正常生长。 4.温室效应 煤炭、石油和天然气等化石燃料过多燃烧排放出大量的二氧化碳，会导致温室效应加剧。温室效应会导致全球气候变暖，冰川加速熔化，海平面上升，气候异常等。 5.能源利用措施：我们既要有效地利用能源，又要很好地控制和减弱能源的利用对环境的不利影响。 6.我国基本国策：节约资源和保护环境是我国的基本国策。 第6节 能量转化与守恒 ►知识点01 能量的转化与转移 1.能量的存在形式 2.能量的转化：在一定条件下，能量可以从一种形式的能量转化为另一种形式的能量，这种现象叫能量的转化。自然界转化各种形式的能，在一定条件下都可以相互转化。如图为能量转化示意图。 3.能量的转移：能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从物体的一部分转移到另一部分。例如，在热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体，或从物体的高温部分转移到低温部分，这属于能量的转移。 ►知识点02 能量守恒定律 1.能量守恒定律 （1）能量守恒定律内容：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，在转化和转移过程中，能量的总和保持不变。 （2）对能量守恒定律的理解 ①能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律之一。大到宇宙空间，小到原子世界，都遵循能量守恒定律。 ②能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”两个方面。 特别提醒：机械能守恒和能量守恒的区别与联系 （1）机械能守恒需要满足一定的条件，能量守恒不需要条件。 （2）机械能守恒是能量守恒的特殊情况。 2.永动机 （1）不少人曾设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫作永动机。然而，从没有一种永动机成功过。 （2）能量守恒定律使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能“无中生有”地创造能量。因此，“永动机”是不可能制成的。 ►知识点03 能量转化的方向性 热量可以自发地从高温物体传到低温物体，但不会自发地从低温物体传到高温物体。 大量事实表明，自发的能量转化和转移过程具有一定的方向性，即自然进行的能量转化和转移过程是不可逆的，所以需要节约能源。 第 1 页 共 16 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$