2022-2023学年苏科版九年级上册物理第十二章《机械能和内能》单元知识点

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第十二章《机械能和内能》知识点

第一节 动能 势能 机械能

考点一、能量

1、能量的概念：一个物体对另一个物体做功，那么这个物体就具有了能量。一个物体能够做的功越多，表示这个物体具有的能量越大。

2、能量的单位

能的单位与功的单位相同，在国际单位制中，能的单位是焦耳，符号“J”。

3、能量与做功的关系

（1）一个正在做功的物体，它一定具有能量。例如：流动的水推动水轮机做功，则流动的水具有能量。

（2）一个具有能量的物体，它不一定正在做功。例如被压缩的弹簧，它具备了对其他物体做功的本领，该弹簧具有能量，但如果弹簧一直被压缩，就不会对其他物体做功，也就是说，具有能量的物体具有做功的本领，但不一定正在做功。

（3）功和能的关系：①功是能量转化的量度；②做功的过程，一定伴随着能量的转化。

考点二、动能

1、定义：物体由于运动而具有的能量叫作动能，一切运动的物体都具有动能。

2、动能的影响因素：动能的大小与物体的速度和质量有关，速度越大，质量越大，物体所具有的动能越大。

3、动能大小的影响因素探究：

（1）动能大小与质量、速度有关——–需要采取控制变量法

①研究动能与质量关系时需要控制速度相同（即下落高度）。

②研究动能与速度的关系时需要控制质量相同

（2）动能是属于抽象的概念————–需要采取转换法研究

（3）常见的几种实验方案：

①如图甲所示，将木块（或纸盒）放在水平面上，让运动的物体撞击木块（或纸盒），由于木块（或纸盒）与水平面间有摩擦力，运动时需克服摩擦力做功，所以木块运动的距离越远，说明克服摩擦力做功越多，物体具有的动能越大。（将动能大小转换成物块运动的距离）

②如图乙所示，让运动的物体撞击弹簧，弹簧的形变程度越大，说明物体对弹簧做功越多，物体的动能就越大。（将动能转换成弹簧的形变程度）

③如图丙所示，将橡皮泥固定在挡板上，让运动的物体撞击同一块橡皮泥，橡皮泥凹陷程度越大，说明物体对橡皮泥做功越多，物体的动能越大。（将动能转换成橡皮泥的凹陷程度）

考点三、势能

1．弹性势能

（1）弹性势能：发生弹性形变的物体具有能量，这种能量叫作弹性势能。

（2）探究影响弹性势能的因素

①用弹弓弹射“子弹”时，橡皮筋的形变越大，“子弹”被弹射得越远，说明橡皮筋对“子弹”做的功越多，橡皮筋具有的弹性势能越大。

②弓被拉弯并松开后将箭射出，弓的形变越大，箭射得越远，说明弓对箭做的功越多，弓具有的弹性势能越大。

探究归纳：发生弹性形变的物体，在一定限度内，弹性形变越大，物体的弹性势能就越大。

2、重力势能：被举高的物体具有的能量，这种能量叫重力势能。

3、重力势能的影响因素：被举高的高度、质量。质量越大、被举高的高度越大重力势能越大。

考点四、机械能及其转化

1、机械能

在物理学中，动能和势能统称为机械能。机械能是最常见的一种能量。

2、动能与势能的相互转化

（1）滚摆实验：如图所示的滚摆，在下降过程中，越转越快，它的重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能；滚摆上升过程中，越转越慢，重力势能越来越大，动能越来越小，动能转化为重力势能。

（2）单摆实验：如图所示的单摆，摆球从A点摆向最低点B时，位置越来越低，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能；从B点摆向C点时，摆球上升，位置升高，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。

（3）小球碰撞弹簧：如图所示，从斜坡上滚下的小球撞上弹簧（图甲→乙），小球速度逐渐变小，弹簧的弹性形变逐渐变大，即小球动能减小，弹簧的弹性势能增大，小球的动能转化为弹簧的弹性势能。在弹簧恢复原状的过程中（图乙→丙），弹簧的弹性形变逐渐变小，小球速度逐渐变大，即弹簧的弹性势能减小，小球的动能增大，弹簧的弹性势能转化为小球的动能。

（4）过山车：过山车向上运动时，动能转化为重力势能；向下运动时，重力势能转化为动能。

（5）落地反弹的皮球：皮球在落地过程中，高度减小、速度增大，重力势能转化为动能；接触地面后，皮球被压扁，动能转化为弹性势能；接着皮球被弹起，弹性势能转化为动能；离开地面后，皮球上升，动能转化为重力势能。

（6）撑竿跳高的运动员：起跳时，具有动能，起跳后，动能转化为撑竿的弹性势能，上升时，撑竿的弹性势能转化为运动员的重力势能，下落时，重力势能转化为动能。

第二节 内能 热传递

考点一、内能

1、内能：物体内所有分子动能和分子势能的总和叫作内能。

2、内能的影响因素：

温度：同一物体，温度越高，内能越大

质量：同温的同种物质（状态不变），质量大的内能大。

体积：体积反映分子间平均间距大小，分子间距的大小变化会引起分子间作用力大小的变化，影响分子势能的大小，也影响分子动能的大小。

材料：质量、温度、状态相同，材料不同，内能也可能不同

状态：同种物质、质量相同、温度相同，它的内能也不一定相同，同种物质处于气态时内能大于液态时的内能，处于液态时的内能大于固态时的内能。

内能与机械能的区别：

考点二、热传递

当物体或物体不同部分存在温差时，就会产生热传递。

热传递时，能量从高温处转移到低温处，直至温度相同。发生热传递时，高温物体放出热量，温度降低，内能减小；低温物体吸收热量，温度升高，内能增加。

热传递的方式：

热传递的实质：

能量（内能）从高温物体传到低温物体或者从同一物体的高温部分传递到低温部分的过程，也就是内能在物体间的转移，能的形式并未发生改变。

考点三、热量

定义：物理学中，把物体在热传递过程中转移的能量叫作热量，用Q表示

单位：热量的单位与能量单位相同，也是焦耳（J）

温度、热量、内能之间的关系：

第三节 物质的比热容

考点一、比热容

1、比热容

（1）定义：物理学中，将物体温度升高时吸收的热量与它的质量和升高温度的乘积之比，叫作比热容，它在数值上等于单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量。比热容用符号c表示。公式为

（2）单位：焦／（千克·摄氏度），符号为，读作：焦每千克摄氏度。

比热容的单位是由质量、温度、热量的单位组合而成的复合单位，是初中物理较复杂的单位之一。

（3）物理意义：比热容反映了不同物质吸、放热本领的大小。水的比热容是4.2×10³，其物理意义是：质量为1kg的水温度每升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量为4.2×10³J。

2、比热容理解

3、比热容在生活、生产中的应用

①水的比热容较大，一定质量的水升高（或降低）一定的温度吸收（或放出）的热量较多，因此，我们可以用水作为冷却剂或用来取暖。作为冷却剂时，是让水吸收更多的热量（汽车水箱降水）；用来取暖时，是让水放出更多的热量（暖气；冬季稻田注水）。

②由于水的比热容较大，一定质量的水吸收（或放出）较多的热量而自身的温度改变不多，这一点有利于调节气温。夏天，太阳晒到海面上，海水吸收大量的热但温度升高得不多，所以人们住在海边并不觉得特别热；冬天，气温低了，海水由于温度降低而放出大量的热，使沿海地区气温不致降得太低，所以住在海边的人不会觉得特别冷。

考点二、热量计算

1、热量的计算公式

（1）吸热公式：

式中c表示物质的比热容，m表示物体的质量，表示物体的初温度，t表示物体的末温度，表示升高的温度，有时也用表示升高的温度，此时吸热公式可写成​

（2）放热公式：

式中的含义不变，表示降低的温度，有时也用降表示降低的温度，此时放热公式可写成​

2、热量计算的一般式：

（1）Δt表示温度的变化量。可见，物体吸收或放出热量的多少由物体的质量、物质的比热容和物体温度的变化量这三个量的乘积决定，跟物体温度的高低无关。

（2）热量计算公式中各物理量的单位：比热容c的单位是（质量m的单位是kg，温度t（或，或Δt）的单位是℃，热量Q的单位是J，计算时要注意单位的统一。

（3）热平衡方程：。在没有热量损失的热交换过程中，高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量。

考点三、探究不同物质的吸热能力

1、探究不同物质吸热升温的现象

【提出问题】吸收相同的热量，为什么海水和沙子的温度不一样？

【猜想与假设】可能是沙子和海水吸收相同的热量时，沙子吸热升温比水快。

【实验设计】用酒精灯分别对沙子和水加热相同的时间，比较它们温度上升的快慢。

【实验方法】控制变量法—控制沙子和水的质量、初温相等，加热条件相同：转换法–加热时间的长短代表了吸收热量的多少。

【实验器材】铁架台、石棉网、酒精灯、相同的易拉罐两个、温度计、玻璃棒两支、天平、停表、沙子和水。

【实验装置】

组装顺序：自下而上，根据酒精灯的外焰的高度调整石棉网的高度。温度计的玻璃泡要浸在沙子和水的中央。

【实验过程】

A、用天平测出质量相等的沙子和水并分别装入易拉罐中，用温度计测量沙子和水的初温，记录到实验表格中。

B、将装有沙子的易拉罐放在石棉网上，用酒精灯加热并不断搅拌，每隔1min测量一次沙子的温度。一段时间后，撤去酒精灯。将实验数据记录到实验表格中。

C、将装有水的易拉罐放在石棉网上，用酒精灯加热并不断搅拌，每隔1min测量一次水的温度，将数据记录到实验表格中。

【实验数据】

【实验图像】如图所示。

【实验分析】对于质量相等的沙子和水：加热相同的时间，即吸收相等热量，升温较快的是沙子；若使两者升高相同的温度，水加热时间较长，即水吸收的热量较多。

【实验结论】不同物质在质量相等、升高（或降低）温度相同的情况下，吸收（或放出）的热量不相等。

【拓展延伸】

（1）比较两种不同物质的吸热能力：

①让质量、初温相同的不同物质吸收相同的热量，然后比较温度变化量，温度变化量小的物质吸热能力强。

②让质量、初温相同的不同物质升高相同的温度，比较加热时间的长短，即比较吸收热量的多少，加热时间长（吸收热量多）的物质吸热能力强。

（2）物质吸热本领的差异体现出物质本身的一种特性。

第四节 机械能与内能的相互转化

考点一、做功—-改变物体内能的另一种方式

1、对物体做功

实验探究：对物体做功

（1）将一根铁丝反复弯折后，用手指触摸一下弯折处，我们会发现弯折处温度较高，这说明我们对铁丝做功了，铁丝的内能增加，温度升高。

（2）如图所示空气压缩引火仪的底部放一团干燥的棉花，用力将活塞迅速下压，可以看到棉花燃烧，这是因为我们通过活塞对筒内的封闭气体做功，气体的内能增加，温度升高，当达到棉花的着火点时，棉花燃烧。​

（3）如图所示，将金属块在砂石上来回迅速摩擦时，人用力克服摩擦做功，则金属块和砂石的温度升高，说明它们的内能增加。

探究分析：以上实验说明，我们对物体做功时，消耗的机械能转化为内能，使物体的内能增加，温度升高。

探究归纳：对物体做功，物体的内能增加。

2、物体对外做功

实验探究

如图所示，向盛有水的厚玻璃瓶内打气，当瓶塞从瓶口跳起时，容器中出现了雾，这是因为瓶内气体推动瓶塞做功时，气体的内能转化为瓶塞的机械能，气体内能减少，温度降低，使水蒸气液化成小水滴。

归纳：物体对外做功，内能减少。

总结：做功是改变物体内能的另一种方式，其实质是内能与其他形式的能的转化。

3、改变内能的方式：做功、热传递

考点二、热机

1、热机的定义

热机是热力发动机的简称，它是将燃料燃烧产生的高温、高压燃气的内能转化为机械能的装置。

2、热机的种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机、火箭发动机等。

3、内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机叫作内燃机。

最常见的内燃机是四冲程的汽油机和四冲程的柴油机。汽油机是以汽油为燃料的内燃机，柴油机是以柴油为燃料的内燃机。

4、汽油机

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