(北师大)物理第十章 机械能及其转化温度内能比热容热机.pdf

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第十章 机械能及其转化、温度、内能、比热容、热机
（一）机械能
知识精析
1、动能及决定动能大小的因素
（1）动能。物体由于运动而具有的能，叫做动能。流动的水、飞行的飞机等物体都具有动能。
（2）决定动能大小的因素。
动能的大小与物体的质量和速度有关。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。例如以相同的速度行驶的火车和汽车，火车的
动能就比汽车的动能大；而以不同速度行驶的同一列火车（或同一辆汽车），速度大时动能就大。
2、重力势能与弹性势能
物体由于被举高而具有的能量，叫做重力势能；物体由于弹性形变，而具有的能量叫做弹性势能。
重力势能和弹性势能统称为势能。
3、动能和势能之间的相互转化
（1）动能和重力势能之间的相互转化。
在一定的条件下，动能和重力势能之间可以相互转化。如将一块小石块，从低处抛向高处，
再从高处下落的过程中，先是动能转化为重力势能后，后来又是重力势转化为动能。
（2）动能与弹性势能之间的相互转化。
在一定的条件下，动能和弹性势能之间可以相互转化。如跳板跳水运动员，在起跳的过程中，
压跳板是动能转化为弹性势能，跳板将运动员反弹起来是弹性势能转化为动能。
4、机械能及其守恒
（1）机械能。动能与势能之和统称为机械能。动能是物体运动时具有的能量，势能是存储着的
能量。
（2）机械能守恒。如果一个过程中，只有动能和势能相互转化，机械能的总和就保持不变。这
个规律叫做机械能守恒。
典型例题
例 1．火箭在大气层里加速上升的过程中，若不考虑质量的变化，其（ ）
A、机械能减少，内能增加 B、机械能增加，内能减少
C、机械能与内能都增加 D、机械能不变，内能增加
解析： 本题是关于识别机械能、内能大小变化的问题。根据机械能的定义，知物体的动能和
势能总和为物体的总机械能。火箭在大气层里加速上升的过程中，其质量未变（损耗的燃料不计） ，
运动速度越来越大，离地面 的位置越来越远，则其动能增加，重力势能也增加；由于火箭是在
大气层中加速，因此， 火箭与大气相摩擦而生热， 使得火箭外壳温度升高， 其内能也增加。所以，
火箭在大气层中加速上升的过程中，机械能增加，内能也增加。 答案：C
例 2．如图所示， 天花板上挂一个单摆， 放手后摆球沿弧 来回摆动。 若在 点钉一枚钉子，
当摆球从 点摆到 点时，绳子被钉子挡住。则小球在左侧升高的高度将（ ）
A、高于 点 B、低于 点 C、与 点等高 D、无法判断
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解析：天花板上挂一个单摆，放手后摆球沿弧 来回摆动，因为 、 两点的高度相同，
说明摆球在摆动过程中机械能守恒。若在 点钉一枚钉子，当摆球从 点摆到 点时，虽然绳
子被钉子挡住，但是摆球由于惯性继续向左运动，只是摆球的运动轨迹是在以点为圆心，以
为半径的圆弧上，如右图所示。在沿圆弧上升的过程中，摆球的动能转化为重力势能，而它
的机械能没有转化为其他形式的能量，即摆球的机械能守恒。所以摆球在右侧升高的高度与 点
等高。 答案：C
例 3．关于物体的动能和势能，下列说法中正确的是（ ）
A、质量大的物体一定比质量小的物体动能大
B、高速飞行的子弹一定比缓慢行驶的汽车动能大
C、质量相同的两个物体放在同一高度，它们的重力势能一定相同
D、一根弹簧被拉长时弹性势能增大，被压缩时弹性势能减小
解析：物体动能大小由质量和速度两个因素决定，质量大速度可能小，动能不一定大，同样子弹
速度大质量小，动能不一定比汽车的动能大。物体重力势能由质量和高度两个因素决定，只有两
者都相同时，重力势能才相同。弹簧被拉长和压缩时弹性形变增大，弹性势能都增大。答案：C
例 4．不断升高的物体质量不变，可以肯定的是（ ）
A、势能增大 B、势能增大，动能减小 C、机械能增大 D、机械能不变
解析：因为物体重力势能的增大与被举高的高度成正比，所以肯定势能增大。题目中没有明确
说明物体运动速度的变化情况，也就无法判断物体动能的变化情况，所以也就无法判断机械能的
变化情况。 答案：A
例 5．如图所示，把一小球从碗壁 处放开，小球经 点运动到 点，在这一过程中，小球的
能量转化形式为（ ）

A、从 到 ，动能转化为重力势能，从 到 动能转化为重力势能
B、从 到 ，动能转化为重力势能，从 到 重力势能转化为动能
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C、从 到 ，重力势能转化为动能，从 到 动能转化为重力势能
D、从 到 ，重力势能转化为动能，从 到 重力势能转化为动能
解析： 小球在 处有一定的高度，具有重力势能，在从 向 运动过程中，高度越来越低，
重力势能越来越小，速度越来越大，动能越来越大， 这一过程中，小球的重力势能转化为小球的
动能。小球从 向 处运动时，越来越高，重力势能越来越大，但越来越慢，动能逐渐减小，
这一过程是小球的动能转化为小球的重力势能。 答案：C
例 6．物体在平衡力作用下，下列说法正确的是（ ）
A、物体的机械能一定不变 B、物体的机械能一定增加
C、物体的机械能一定减少 D、以上说法都不对
解析： 物体在平衡力的作用下，保持静止状态或匀速直线运动状态。如果保持静止状态， 机
械能不变。如果保持匀速直线运动状态，就有多种情况，当物体在水平面上做匀速直线运动时，
物体的高度和速度都不变，那么它的动能和势能也不变，所以机械能不变；当物体向上做匀速直
线运动时，虽然速度不变，动能不变，但物体位置升高，势能增加，所以机械能增加；当物体向
下做匀速直线运动时，虽然速度不变，动能不变，但物体高度降低，势能减小，所以机械能减小。
答案：D
巩固练习
1．质量相同的甲、乙两个物体，从同一高度处分别沿光滑和粗糙斜面下滑到地面的过程中，物
体的重力势能减少情况是（ ）
A、甲多 B、乙多 C、一样多 D、无法判断
2．下列关于机械能的说法，正确的是（ ）
A、骑自行车匀速下坡，机械能不变 B、射向球门的足球，势能减少，动能增大
C、匀速上坡的车，机械能不断增大 D、带动钟表转动的发条，将动能转化为势能
3．跳伞运动员在空中匀速降落的过程中，他具有的（ ）
A、动能增加，势能减少 B、动能增加，势能不变
C、动能减少，势能增加 D、动能不变，势能减少
4．起重机沿竖直方向匀速吊起重为Ｇ的物体，在这一过程中，物体的（ ）
A、动能增加，重力势能减小，机械能不变 B、动能不变，重力势能增加，机械能增加
C、动能减小，重力势能增加，机械能不变 D、动能减小，重力势能不变，机械能减小
5．两发飞行中的炮弹，如果具有相同的机械能，那么（ ）
A、它们的质量一定相等 B、它们的速度一定相等
C、它们的高度一定相同 D、它们具有的动能与势能之和一定相等
6．放在同一桌面上的两个体积相等的实心小球，一个为铜球，一个为铝球，铜球静止，铝球在
桌面上做匀速运动，如果以地面为参考面 ,则（ ）
A、两球的势能相等 B、两球的机械能相等
C、铝球的动能较大 D、铝球的机械能一定大于铜球的机械能
7．下列各种过程中，属于动能转化为势能的是（ ）
A、拉开了的弓，放手后把箭射出去 B、小铁球在空中落下
C、在水平地面上滚动的足球 D、物体滑上光滑的斜坡
8．有四种器材：（ 1）自行车座；（ 2）机械手表；（ 3）衣服夹子；（ 4）发令手枪。其中利用
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弹簧形变的势能转化为动能工作的有（ ）
A、（1）和（2） B、（1）和（4） C、（2）和（3） D、（2）和（4）
9．行驶的汽车刹车后滑行一段距离停下来；树上掉下的苹果下落得越来越快；足球运动员头顶
飞来的球，球飞出去；举重运动员用力将杠铃从地面举起。试分别说出这些现象所对应的物理过
程。并根据以上四个现象所对应的物理过程概括一个结论。

练习答案 1、C 2、C 3、D 4、B 5、D 6、C 7、D 8、D 9、
解：行驶的汽车刹车后停下来是由于摩擦阻力使汽车由运动到静止，汽车的动能转化为内能。
苹果是由于受重力作用速度增加，苹果的重力势能转化为动能。足球运动员头对球的作用力改变
球的运动方向和速度大小，是人对球做功，人的生物能转化为球的机械能。举重运动员对杠铃做
功，使杠铃由静止变为向上运动，是运动员的生物能转化成杠铃的重力势能和动能。
对第二问的解答，要善于对具体问题进行抽象处理：题中“汽车、苹果、足球、杠铃”应抽象为“物
体”；不同种类的“摩擦力、重力、足球运动员和举重运动员的作用力 ”应抽象为“力”；“汽车由运
动到静止、苹果由静止到运动、足球飞出去、杠铃被举高 ”应抽象为“运动状态的改变”；每种现
象中都存在不同形式的能相互转化或转移。
所以，对以上四种现象概括为一个结论：力是改变物体运动状态的原因，各种形式的能在物
体间可以互相转化或转移。
（二）温度和内能、物质的比热容
【重点、难点 】
重点： 1、温度计的原理及正确使用方法，内能的定义及影响内能的因素，改变内能的方法，
热量的定义。
2、比热容的概念及探究问题的方法过程，热量的公式及计算。
难点： 1、理解各种温度计的原理，物体内能的定义及改变方法。
2、理解比热容的定义，热平衡方程的应用。
一、温度与温度计
(1)、温度 温度表示物体的冷热程度，与温度有关的现象叫热现象。温度的单位采用摄氏温
度，摄氏度用℃表示。如 5℃读作 5 摄氏度。－ 20℃读作零下 20 摄氏度或负 20 摄氏度。
(2)、温度计的结构与原理：
常用温度计是利用水银、酒精、煤油等液体热胀冷缩的性质制成的。
在温度改变时， 泡里的液体热胀冷缩， 管内液面的位置就随之而改变． 通常液体可以是水银、
酒精和煤油等， 家庭用来测量气温的温度计大多是煤油温度计， 为了看起来明显， 常把煤油染成
红色．液体温度计构造基本相同。
(3)、摄氏温度的规定：
在标准状况下， 把冰水混合物的温度规定为零度， 把沸水的温度规定为一百度， 它们之间分
成 100等份，每一份的温度就是一摄氏度。
(5)、温度计的使用方法 使用温度计应注意以下几点：
①使用温度计前，要观察温度计的量程 (测量范围)。切勿用来测量超过温度计最大量程的温
度。所以，测量物体的温度时， 要正确估计物体的温度， 要根据估计温度选择合适量程的温度计；
对于有的物体 (很难估计温度