能量转化与守恒.docx

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能量转化与守恒

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能量转化与守恒

1，能的形式

能的形式有：

机械能、光能、电能、热能、化学能、生物质能等。

2．机械能

（1）动能

动能是物体由于运动而具有的能。

动能的大小与物体的质量及物体运动的速度有关。

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。

（2）势能

①重力势能

物体由于被举高而具有的能叫做重力势能。

势能的大小与物体的质量及物体所处的高度有关。

质量相同的物体，所处的高度越高，它的重力势能越大；所处高度相同的物体，质量越大，它的重力势能也越大。

②弹性势能

物体由于弹性形变而具有的能叫做弹性势能。

弹性势能的大小跟物体的材料以及弹性形变的大小有关，弹性形变越大，物体的弹性势能就越大。

（3）动能、势能之间的相互转化

在一定条件下，动能可以转化为势能，势能也可以转化为动能。

单摆的运动充分表明动能和势能可以相互转化。

机械能＝动能＋势能。

（4）机械能守恒定律

物体具有的势能和动能是可以互相转化的，如果没有摩擦等阻力，那么在势能和动能的相互转化中，机械能的总量保持不变。

机械能守恒定律反映了物体的动能和势能之间可以相互转化，在不存在阻力的条件下，物体动能和势能在相互转化过程中，能的总量保持不变。

即动能的减少量恰好等于势能的增加量；反之，势能的减少量恰好等于动能的增加量。

利用机械能守恒定律解题的优点是：

不需要考虑过程的细节，只要满足守恒条件，则初态的动能和势能之和一定等于末态的动能和势能之和。

3．机械功

（l）功的概念

功是作用于物体的力和物体在力的方向上移动的距离的乘积。

（2）功的单位

焦耳，简称焦，符号是J。

（3）公式：

功＝力×距离，即W＝FS。

（4）力没有做功的三种情况

①物体受到力的作用，但没有移动距离，这个力对物体没有做功。

例如人用力推一个笨重的物体而没有推动。

一个人举着一个物体不动，力都没有对物体做功。

②物体不受外力，由于惯性做匀速直线运动。

物体虽然通过了一段距离，但物体没有受到力的作用，这种情况也没有做功。

③物体通过的距离跟它受到的力的方向垂直，这种情况中虽然有力的作用，物体也通过了一段距离，但这个距离不是在力的方向上的距离，这个力也没有做功。

例如人在水平面上推车前进，重力的方向竖直向下，车虽然通过了距离，但在重力方向上没有通过距离，因而重力没有对车做功。

（5）功与能的关系

如果一个物体能够做功，则这个物体就具有能。

正在做功的物体一定具有能。

4．杠杆

（1）杠杆的定义

在力的作用下，能绕固定点转动的硬棒叫做杠杆。

（2）支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂

①杠杆能绕着转动的固定点叫做支点。

②使杠杆转动的力叫做动力，阻碍杠杆转动的力叫做阻力。

③力臂是支点到力的作用线之间的距离，而不是支点与力的作用点之间的距离。

（3）求力臂的步骤

辨认杠杆，确定支点，作出动力、阻力的图示，将动力和阻力的图示延长，得动力作用线和阻力作用线，再从支点出发分别向二力的作用线作垂线，便得这两个力的力臂。

（4）杠杆平衡的条件

动力×动力臂＝阻力×阻力臂，即F1L1＝F2L2。

（5）杠杆的分类

杠杆种类特点应用实例

省力杠杆动力臂大于阻力臂，l1＞l2动力小于阻力，Fl＜F2开瓶器

费力杠杆动力臂小于阻力臂，l1＜l2动力大于阻力，F1＞F2钓鱼杆

等臂杠杆动力臂等于阻力臂，l1＝l2动力等于阻力，Fl＝F2天平

5．滑轮

（1）定滑轮的结构和作用

工作时轴固定不动的滑轮叫定滑轮，定滑轮的实质是等臂杠杆，不能省力但能改变力的方向。

（2）动滑轮的结构和作用

动滑轮的实质是L1＝2L2的省力杠杆，能省一半的力但不能改变力的方向。

（3）滑轮组的作用

滑轮组既可省力也可改变力的方向。

使用滑轮组时，滑轮组用n段绳子拉物体，拉物体所用的力F就是物重的n分之一，即F＝G/n，其中n表示拉物体的绳子数。

6．功率

（1）功率的概念

功率是用来描述物体做功快慢的物理量。

（2）功率的单位

瓦特，简称瓦，符号是W。

（3）功率的公式P＝W/tP=FV

机器的功率是指机器对外做功时输出的功率，每台机器都有各自最大限度的输出功率，对于需确定功率的机器，由P＝Fv，可知牵引力跟速度成反比。

（4）机械效率、有用功、额外功、总功及其关系

有用功对人们有用的功瞻，即机械克服有用阻力做的功

额外功对人们没用又不得不做的功‰，即机械克服额外阻力做的功

总功有用功与额外功的总和，即：

W总=W有＋W额

机械效率有用功与总功的比值或者说有用功在总功中所占的比例。

即：

η＝W有/W总＝W有/W有＋W额

（5）有关机械效率的注意点

①机械效率通常用百分比表示，没有单位。

实际机械的效率总是小于1，即η＜1（理想机械时：

因为W额=0,W有=W总，所以才有η=l）。

②总功是人们利用机械时，动力对机械做的功。

如果动力为F，动力方向上通过的距离为s，则：

W总=Fs。

③在实际计算中，利用机械提升物体时，有用功W有＝Gh；沿水平面使物体匀速运动时，有用功等于克服摩擦做的功，即W有＝fs。

在计算η时，根据题目条件正确确定W有和W总是解题的关键。

④机械效率的大小取决于W有与W总的比值，它与利用机械是否省力无关。

有时与W有的大小也无直接关系，W有大，η不一定就大。

7．电功与电功率、热量

（1）电功的概念

电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程。

（2）电功的单位与公式

计算公式为W＝UIt，单位为焦耳（简称焦，符号为J）、千瓦时（kWh）。

换算：

1kWh＝3.6×106J。

（3）电功率

①电功率是用来表示电流做功快慢的物理量。

②计算公式：

P=W/t、P=UI。

单位：

瓦特（简称瓦，符号为W），千瓦（kW）。

1kW＝1000W

③测定小灯泡的电功率实验：

．原理：

P=UI；电路图；步骤。

．测定小灯泡额定功率时，应调节滑动变阻器，使伏特表读数为额定电压U额时，再读出安培表示数I额，代入P额＝U额I额中计算。

（4）焦耳定律

焦耳定律：

电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。

其数学表达式为：

Q=I2Rt，单位为焦。

（5）电热器的原理和应用

电热器的原理是电流的热效应。

电热器的主要组成部分是电阻率大、熔点高的合金发热体。

（6）电功、电功率、热量的比较

物理量名称表达式单位及符号、换算关系注意

电功形W=Ult

W=Pt焦（J），千瓦时（kWh）

lkWh=3.6×106J公式中各量的对应关系，电能表的用

途及读数方法

电功率P=W/tP=UI瓦（w），千瓦（kW）1kW=1000W当U实=U额时，P实=P额

热量QQ=I2Rt焦（J）在纯电阻电路中，计算热量可利用Q=W

①正确理解电功和电功率的关系

有的同学认为“电流做功越多，电功率越大”，这是错误的。

电功率描述电流做功的快慢，用电流在单位时间内所做的功来表示。

所以这里包含功和时间两个因素，只有在时间相同的前提下，做功多者功率才会大。

若缺少时间这个因素，功率大时只能说明做功快，做的功不一定多。

②注意电功和热量的区别

如电炉、电烙铁、电饭锅，电流做功时将全部电能转化为内能，Q＝W。

而电风扇工作时电能主要转化为机械能，只有少部分能量转化为内能，因此电风扇发热时惟一使用的公式是Q＝I2Rt（R为电动机线圈的电阻），而绝不能使用Q＝W=UＩt（其中U为电机线圈两端的电压）来计算转化的内能，因为此时W＞Q。

③注意电功率P=UI和热功率P＝I2R的联系和区别

在电路中只有电阻元件时（即纯电阻电路），电功率和热功率是相等的。

当电路中有电动机、电解槽等用电器时，电能要分别转化成机械能、化学能等，只有一部分转化成内能，电功率大于热功率。

（7）正确理解额定功率和实际功率的关系

①“PZ220一25”的意思是：

PZ一普通照明灯泡，220一额定电压220伏，25一额定功率为25瓦。

使用各种用电器一定要注意它的额定电压，用电器只有在额定电压下才正常工作。

②当用电器的工作电压不是额定电压时，它的实际功率不等于额定功率；当工作电压低于额定电压时，用电器的实际功率小于额定功率，用电器不能正常工作；当工作电压高于额定电压时，用电器的实际功率大于额定功率，用电器有烧坏的危险。

③一个用电器的额定功率只有一个，但它的实际功率有无数个。

实际功率会随着实际电压的变化而变化，灯泡的亮度取决于灯的实际电功率。

8．核能的利用

（1）裂变和链式反应

裂变是质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个新原子核，并释放出能量的过程。

在裂变过程中，导致一系列原子核持续裂变，并释放出大量核能的反应称为链式反应。

（2）聚变和热核反应

聚变是使2个质量较小的原子核结合成质量较大的新核，同时释放出大量能量的过程。

由于聚变需要很高的温度，所以也称为热核反应。

（3）放射性及其应用

原子核的裂变和聚变都会产生肉眼看不见、能量很高的射线，如α射线、β射线,γ射线。

这些射线大剂量时会对人畜造成很大的伤害，但若用较小的量并谨慎地加以控制时，射线也可以用来探测机械设备、选育种子、治疗疾病等。

（4）核能是原子核变化时释放的能，获得核能一般有两条途径：

重核裂变和轻核聚变。

目前建成的核电站都是利用重核裂变将核能转化为电能。

原子弹是根据裂变的原理制造的，氢弹是根据聚变的原理制造的，氢弹的威力比原子弹大得多。

9．改变内能的两种途径

（1）改变物体内能的两种途径

做功和热传递。

（2）做功和热传递的区别

（3）内能、温度和热量的比较

概念量的类型单位日常生活中“热”的不同含义

内能物体内部大量做无规则热运动的粒子所具有的能状态量，对应的是某一个时刻J“摩擦生热”，意思就是物体经摩擦后，内能会增加

温度表示物体的冷热程度状态量，对应的是某一个时刻℃“热”表示温度高，如“今天天气很热”，意思说今天气温很古同

热量物体在热传递过程中吸收或放出热的多少，其本质是内能，是物体与物体之间传递的内能过程量，对应的是一段时间J“蒸发吸热”，意思是液体在蒸发时要从外界吸收热量

10．能量的转化与传递

（1）能量转化和守恒定律

能量既不会消灭，也不会创生，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另一个物体，而在转化和转移的过程中，能的总量保持不变，这就是能量转化和守恒定律。

从本质上看，能量的转化和转移是有所区别的。

能量的转化是指能量的形式发生了变化，一种形式能量减少了，而另一种形式的能量却增加了。

能量的转移是指能量从一个物体转移到另一个物体上去，一个物体的能量减少了，而另一个物体同一种能量却增加了，但能量的形式保持不变。

能量转化和守恒是自然科学最基本的规律。

“永动机”是不可能成功的，因为它违背了能量转化和守恒定律。

能量的转化与传递有一定的方向性：

例如热能可以从高温物体转移到低温物体，而不能自发地从低温物体转移到高温物体；可燃物可以通过燃烧将化学能转化成内能，但不可能将内能自发地转化成化学能。

（2）化学能与内能的转化

燃料燃烧释放热量的过程，就是将贮存在燃料中的化学能转化为内能的过程。

1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的燃烧值，其单位为焦／千克。

（3）生物体能量的来源和转化

①生物