機械能、內能複習指要
[知識精講]
一、能
1、能的定義：一個物體如果能夠做功，我們就說這個物體具有能。
1）“能夠”做功並不一定要或一定要做了功，只要物體具有做功的“本領”它就具有能。
2）正在做功的物體一定具有能。
2、動能：物體由於運動所具有的能。
1）不能說成是“運動物體具有的能叫動能”，因為運動物體還可能具有勢能。
2）動能的大小與物質質量和運動速度有關，質量越大，速度越快時，動能越大。
3、勢能：
重力勢能：物體由於被舉高所具有的能。
彈性勢能：物體由於發生彈性形變所具有的能。
1）重力勢能與物體的質量和被舉高的高度有關，質量越大，被舉得越高時，重力勢能越大。
2）彈性勢能與物體彈性形變程度有關，彈性形變越大，彈性勢能就越大。（物體由於受外力作用而發生且外力撤去後物體能自動恢復原狀的形變稱為彈性形變）
4、機械能：機械能=動能+勢能（動能和勢能統稱為機械能）
在一定條件下，動能可以轉化為勢能，勢能也可以轉化為動能。滾擺現象充分說明動能和勢能可以相互轉化。
二、分子動理論
1、物質是由分子構成的。分子很小，其直徑以10-10米來量度。
2、一切物體的分子都在不停地做無規則運動。
擴散現象指不同的物質相互接觸時，彼此進入對方的現象。擴散現象可發生在不同的固體、液體、氣體之間，同時擴散現象說明物質的分子間存在著間隙。
擴散現象表明了一切分子在不停地做規則運動鞋，溫度越高，分子規則運動速度越快。
3、分子間存在相互作用的引力和斥力。
分子間的引力和斥力是同時存在的，且與分子間的距離有關，當分子間的距離為某一距離r時，引力等於斥力；當分子間的距離小於r時，引力小於斥力，主要表現為斥力；當分子間的距離大於r時，引力大於斥力，主要表現為引力；當分子間的距離為遠大於r（分子直徑的10倍以上）時，分子作用力可以忽略。
三、內能
1、定義：物體內部所有分子做規則運動的動能和分子勢能的總和叫做內能，內能也常叫做熱能，也是能的一種形式，國際單位制單位為：焦耳。
2、內能跟物體的溫度關係：物體溫度越高，分子無規則運動越激烈，物體內能就越大。
物體溫度越高，擴散過程越快，這說明溫度越高，分子無規則運動的速度越大，即分子無規則運動越快。
3、熱運動：物體內部所有分子的無規則運動。
4、一切物體都有內能，溫度降低，內能減小，但內能不可能為零。
5、內能與機械能的區別：內能與機械能是不同形式的能，內能與物體內部分子的無規則熱運動和分子的相互作用情況有關，而機械能則與物體的機械運動情況有關；物體的機械能可以為零，但物體內能一定不為零；物體可以同時具有內能和機械能。
6、改變物體內能的方法：做功和熱傳遞。
1）做功：外界對物體做功，物體內能增加；物體對外界做功，物體本身內能減少，它是機械能與內能的轉化。
2）熱傳遞：熱從溫度高的物體傳遞給溫度低的物體或者從同一物體的高溫部分傳給低溫部分的過程，在此過程中，高溫物體放出熱量溫度降低，內能減少；低溫物體吸收熱量溫度升高，內能增加。它是物體間內能的轉移。
3）做功和熱傳遞在改變物體內能上是等效的。
4）做功多少和熱傳遞多少在改變物體內能時只能度量物體內能的變化多少，而不能度量物體物體內能的多少。功、熱、內能的單位相同，均為“焦耳”。
5）物體內能改變包括兩種：物體內能增加或物體內能減少。
使物體內能增加的方法有兩種：一是外界對物體做功；二是物體從外界吸收熱量。
使物體內能減少的方法有兩種：一是物體對外界做功（如氣體膨脹），二是物體向外界放出熱量。
改變物體內能的方法有兩種：一是做功，二是熱傳遞。
6）熱傳遞發生的唯一條件：物體間或物體的不同部分間存在溫度差。當溫度相同時，熱傳遞終止。熱傳遞過程傳遞的是內能，熱傳遞方向總是從高溫物體向低溫物體或物體溫度高的部分向溫度低的部分傳遞，不可逆向，熱傳遞的方向只與物體的溫度高低有關。
四、熱量的計算
1、熱量的初步概念
熱傳遞過程中，傳遞能量的多少叫熱量，物理量符號為：q
放熱（q放）：熱傳遞過程中，高溫物體內能減少；吸熱（q吸）：熱傳遞過程中，低溫物體內能增加。
物體吸收或放出的熱量越多，內能改變越大，用熱傳遞改變物體內能，內能改變多少用熱量來量度。
熱量是熱傳遞過程中才存在量，單獨一個物體不能說具有多少熱量。
2、熱值
1）物理意義：表示質量相同的不同燃料完全燃燒放出的熱量不同的特性。
2）定義：1千克的某種燃料完全燃燒放出的熱量叫做這種燃料的熱值。物理符號為：q，國際單位制中單位：焦/千克。
同種燃料的熱傳遞值相同，不同燃料的熱值一般不同（特例：焦炭與酒精、煤油與汽油的熱值相同），熱值是燃料的特性，某一燃料的熱值與燃料質量大小、是否完全燃燒、放出熱量大小無關，只在數值上等於q與m的比值。
3）燃料完全燃燒放出的熱量=燃料的熱值x燃料的質量。即：q=qm。
4）燃料燃燒過程實質是燃料的化學能轉化為內能的過程。
3、比熱容（簡稱：比熱）
1）物理意義：表示質量相等、溫度升高（或降低）相等時，不同的物質吸收（或放出）的熱量不相等的特性。
2）定義：單位質量的某種物質溫度升高（或降低）1℃，吸收（或放出）的熱量叫做這
種物質的比熱容，物理符號：c，常用單位：焦/（千克?℃）。
3）公式：c=q/(mδt)=q/m(t-t0)
4）比熱容是物質的一種特性，每種物質都有自己的比熱，同種物質的比熱相同，不同的物質比熱不同，同種物質的狀態不變，比熱不變。比熱與q、m、δt、t、t0等無關，只在數值上等於q與mδt的比值。
5）水的比熱比較大，為4.2x103焦/（千克?℃）。
4、熱量的計算
設物體質量為m、初溫為t0、末溫為t，則：
1）t >t0，物體吸熱，溫度變化量為δt= t-t0；q吸=cm(t-t0)=cmδt；
2）t0> t，物體放熱，溫度變化量為δt= t0-t；q放=cm(t0-t)=cmδt；
3）t0 = t，物體不吸熱，不放熱，即熱平衡狀態。
4）燃料燃燒放熱公式：q放=q m。
上列公式中各物理量單位：m為千克，δt、t、t0、為℃，q為焦，，
c為焦/（千克?℃），單位應先統一。
五、能量守恆定律
能量既不會消滅，也不會創生，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，而在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變。這就是能量守恆定律。
1、在熱現象中，做功的過程是內能和其它形式能量的轉化過程，且做了多少功，就有多少內能轉化為其它形式的能量或就有多少其它形式的能量轉化為內能。能量是守恆的。
2、在熱傳遞過程中是內能的轉移過程。如甲、乙物體間發生熱傳遞，甲物體減少了多少內能，乙物體就會增加等量的內能，能量是守恆的。
3、不僅內能可以同其它形式的能量發生轉化或轉移，各種形式的能量都可以發生相互轉化，且能量是守恆的。
六、內能的利用
1、利用內能加熱。它實質上是應用熱傳遞方式，把燃料燃燒時由化學能轉化的內能轉移給被加熱的物體，同時應注意節約燃料，減少環境汙染。
2、利用內能做功，它是透過做功方式把內能轉化為人類可以直接利用的機械能。如：熱機、火力發電站等，其中就需要把內能轉化為機械能。
爐子有效利用的熱量
3、爐子的效率=<1
燃料完全燃燒放出的熱量
熱量散失的原因：燃料難以完全燃燒，爐子等吸熱和向外界散熱，煙氣帶走熱量等。
提高燃料利用率的方法：一是證燃料充分燃燒，二是加大受熱面。
現代社會，人類使用的能量絕大部從燃料的燃燒中獲得內能，提高燃料利用率能節約能源和保護環境。
七、熱機和熱機效率
1、熱機是利用燃料的燃燒來做功的裝置。將化學能轉化為內能，內能再轉化為機械能，應用廣泛的熱機是內燃機，內燃機有汽油機和柴油機。
2、熱機效率
做有用功的能量（w有）
熱機效率=<1
燃料完全燃燒放出的能量
3、提高熱機效率的方法：一是養活各種能量的損失；二是要注意保養等。
4、提高燃料利用率的重要措施是設法利用廢氣的能量。熱電站就是利用廢氣來供熱的。
[導學指要]
1、關於對“功和能”的理解應注意
具有能量的物體能夠做功，但並不表示它已經做了功。例如，處於高樓上的物體，雖然具有重力勢能，如果它留在原處，高度沒有變化，就沒有做功，只有它從高處下落下時，才會對外做功。因此，一個具有能量的物體未必做功；一個物體不做功，也不能說它不具有能量。
2、在說明動能和勢能轉化問題時，應抓住：
1）在說明動能變化時，注意物體質量和速度的變化。（特別是速度）
2）在說明勢能變化時，注意物體質量和物體高度的變化，以及形變的情況。（特別是高度）
3）對“同一物體”（即隱含了“質量一定”），則注意它的速度、高度或形變等的變化情況。
3、物體能量轉化過程，也是一個做功過程
例如物體從高處下落，是重力勢能轉化為動能的過程，也是重力勢能對物體做功的過程；又如射箭過程，是彈性勢能轉化為動能的過程，也是弓的彈力對箭做功的過程。
4、關於溫度、熱量和內能的區別與聯絡
1）內能是物體內部所有分子的規則運動所具有的總能量，熱量是在熱傳遞中，表示物體吸收或放出的內能多少的物理量，溫度是表示物體冷熱程度的物理量，反映物體內大量分子無規則運動的劇烈程度，因此，三者在物理概念上是不同的。
2）只有在熱傳遞時，物體的內能發生了改變，談熱量才有意義。因此，可以說“物體的溫度高或低”，“物體的內能大或小”，但不能說“物體含有熱量多或少”，也不能說“溫度越高熱量越大”。因為這兩句話沒有涉及熱傳遞。
3）由q=cmδt可知，在c和m都一定時，物體吸收或放出的熱量和它的溫度變化量δt成正比關係；
4）熱傳遞的過程實質是內能傳遞過程，在熱傳遞時，物體內能的改變數等於它傳遞的熱量，所以不能說“吸收熱量多的物體內能大”，只能說“在熱傳遞時，吸收熱量多的物體內能增加大”，同樣也不能說“內能大的物體，放出的熱量一定多。”
5）物體的內能大小不僅與其溫度高低有關，還跟物體的`質量（或分子數）有，因此，不能說“溫度越高的物體，其內能一定越大”。
在物態轉化時，物體內能改變了，但溫度可以不發生改變，如晶體在熔化時，吸熱使內能增加，但溫度卻不變。
5、物體的內能和物體的機械能的區別
機械能是整個物體由於運動和物體之間相互作用而具有的能量；而內能是組成物體的所有分子運動和分子之間相互作用而具有的能量，物體的動能跟物體的整體運動速
度有關，物體內分子的動能則跟物體的溫度有關；物體的勢能跟物體的整體位置或形變情況有關，物體內分子的勢能則跟分子間的距離有關。在一定條件下（如以地面為參照物，靜止的物體），物體的機械能可以為零；但在任何條件下物體都具有一定的內能。
6、從一些宏觀現象去了解分子運動：
從宏觀的擴散現象，我們可以知道，在微觀世界上的分子是不停地做無規則運動的，同時也說明分子存在間隙，否則物質間接觸時，就不會彼此進入對方。對物體壓縮和拉伸需要
力，說明了分子間存在吸引力和推斥力；固體內的分子也在不停地運動，但固體能保持有一定的形狀，就說明了團體內分子存在相互作用力。
7、比熱是反映物質熱學特性的物理量
比熱是一個重要物理量，每種物質都有自己的比熱，由於各種物質的比熱不同，所以質量相同的各種物質，升高相同的溫度，所需要的熱量不同；或者質量相同的不同物質，吸收了相同的熱量後，升高的溫度各不相同。
從熱量計算公式的變形可得物質比熱的定義式：
c=q/(mδt)=q/m(t-t0)
此式不可以理解為：吸收的熱量越多，物質的比熱就越大；物體的質量越小，它的比熱就越大；物體的溫度變化量越大，它的比熱就越小。從定義式可知，比熱是反映物質熱學特性的物理量，它描述的是某種物質每單位質量溫度升高1℃所需吸收的熱量，不同的物質比熱是不同的；同一種物質的比熱是一定的，它跟q、m和δt的變化無關。
8、熱量計算公式的應用
使用物理公式時應瞭解公式的適用範圍，對q=cm(t-t0)=cmδt這一熱量計算公式，主要是用來計算物體溫度變化時，物體吸收或放出熱量的多少，如果物體在吸熱和放熱過程中溫度是保持不變的，就不能使用該公式，例如晶體熔化或凝固過程，就不可用此公式計算。使用公式時應清楚公式中各符號所表示的物理量的含義，以及各物理量應當採用的單位。
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