?專項二 熱學

重難點05 機械能與內能

考點一、動能、勢能、機械能及其相互轉化
1． 動能：物體由于運動而具有的能，叫做動能；動能的大小與質量和速度有關。物體的速度越大，質量越大，則它的動能越大。
2． 重力勢能：物體由于高度所決定的能，叫做重力勢能；重力勢能的大小與質量和高度有關。物體的質量越大，被舉得越高，則它的重力勢能越大。
3． 彈性勢能：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量，叫做彈性勢能；彈性勢能的大小與彈性形變的程度有關。
4． 機械能：動能、重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱為機械能。
5． 在一定的條件下，動能和重力勢能之間可以相互轉化。如將一塊小石塊，從低處拋向高處，再從高處下落的過程中，先是動能轉化為重力勢能后，后來又是重力勢轉化為動能。
6． 在一定的條件下，動能和彈性勢能之間可以相互轉化。如跳板跳水運動員，在起跳的過程中，壓跳板是動能轉化為彈性勢能，跳板將運動員反彈起來是彈性勢能轉化為動能。
7． 機械能守恒。如果一個過程中，只有動能和勢能相互轉化，機械能的總和就保持不變。這個規(guī)律叫做機械能守恒。
考點二、內能與熱傳遞
1． 定義：構成物體的所有分子，其熱運動的動能與分子勢能的總和，叫做物體的內能。
2． 單位：焦耳，符號：J。
3． 影響內能大小的因素：溫度、質量、體積、狀態(tài)等。
4． 改變內能的方式：熱傳遞、做功。
5． 內能與機械能的區(qū)別：物體的內能大小與物體內部分子的熱運動以及分子間的相互作用情況有關，是物體能量的微觀表現；物體的機械能則與整個物體的機械運動情況及相對位置有關，是物體能量的宏觀表現。物體的內能在任何情況下都不會為零(因為分子不停地做無規(guī)則運動總有動能)，而物體的機械能可以相對為零。所以內能和機械能是兩種不同形式的能量。
6． 熱傳遞：
①　 發(fā)生條件：溫度差。
②　 方向：能量從高溫物體傳遞到低溫物體。
③　 結果：物體溫度相同。
④　 實質：內能的轉移。
考點三、比熱容及吸放熱計算
1． 定義：一定質量的某種物質，在溫度升高時吸收的熱量與它的質量和升高的溫度乘積之比，叫做這種物質的比熱容。符號c
2． 單位：焦每千克攝氏度，符號是J/(㎏·℃)。
3． 水的比熱容比較大，是4.2×103J/(㎏·℃)。主要表現：
①　 由于水的比熱容較大，一定質量的水升高(或降低)一定的溫度吸收(或放出)的熱量較多，我們用水作為冷卻劑和取暖用。
②　 由于水的比熱容較大，一定質量的水吸收(或放出)較多的熱量而自身的溫度卻改變不多，這一點有利于調節(jié)氣候。夏天，太陽曬到海面上，海水的溫度升高過程中吸收大量的熱，所以人們住在海邊并不覺得特別熱；冬天，氣溫低了，海水由于溫度降低而放出大量的熱，使沿海氣溫降得不是太低，所以住在海邊的人又不覺得特別冷。
4． 熱量的計算：
①　 吸熱公式：
　　式中Q吸表示物體吸收的熱量，c表示物質的比熱容，m表示物體的質量，t0表示物體原來的溫度，t表示物體后來的溫度。(t-t0)表示溫度的升高量。
②　 放熱公式：
　　式中(t0-t)表示物體溫度的降低量。
考點四、熱值與熱機
1． 熱機：利用內能做功的機械。
2． 熱機的種類：蒸汽機、內燃機、汽輪機、噴氣發(fā)動機等。
3． 內燃機：燃料直接在發(fā)動機的汽缸內燃燒產生動力的熱機。
①　 種類：汽油機和柴油機
②　 四個沖程：活塞在汽缸內往復運動，從汽缸缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個沖程，汽油機是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程的不斷循環(huán)來保證連續(xù)工作的。在一個工作循環(huán)中，汽缸內的活塞往復兩次，曲軸轉動兩周。四個沖程中只有做功沖程燃氣對外做功，其他三個沖程都是靠飛輪慣性完成的。一個工作循環(huán)有兩次能量轉化，在壓縮過程中，機械能轉化為內能，在做功過程中，內能轉化為機械能。
4． 燃料的熱值：
①　 定義：把某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質量之比，叫做這種燃料的熱值。
②　 單位：焦每千克，符號：J/kg。
③　 熱量的計算：，—燃料完全燃燒后放出的熱量，m—質量，q—燃料的熱值。
5． 熱機的效率：
①　 定義：用來做有用功的那部分內里，與燃料完全燃燒放出的能量之比，叫做熱機的效率。
②　 公式：。
考點五、能量的轉化和守恒
1． 常見的能量形式有：機械能、內能、電能、光能、化學能等。這些不同形式的能在一定的條件下可以相互轉化。如摩擦生熱是機械能轉化為內能；水電站里的水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電是機械能轉化為電能。
2． 能量的轉化和守恒定律：能量既不會憑空消滅，也不會憑空產生，它只會從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到其他物體，而在轉化和轉移的過程中，能量的總量保持不變。
考點六、機械能與內能實驗
1． 探究影響動能大小的因素
①　 【實驗目的】探究影響動能大小的因素。
②　 【實驗器材】木板，長方形木塊，質量不同的小球。
③　 【實驗原理】運動的小球碰到水平桌面上的木塊，木塊被推的越遠，說明小球對木塊做的功越多，小球動能越大。
④　 【實驗步驟】
1) 實驗裝置如圖。
2)
3) 讓小球A從斜面頂端自由滾下，小球碰到木塊B后，將B推動一段路程，記錄路程大小s1，并計入表格。
4) 讓小球A從斜面中間位置自由滾下，小球碰到木塊B后，將B推動一段路程，記錄路程大小s2，并計入表格。
5) 換另一個質量不同的小球，重復上述兩步實驗，并記錄路程s3、s4；數據并計入表格。
6) 實驗表格
實驗步驟
小球A
實驗步驟
小球B
次數
路程s/cm

次數
路程s/cm
斜面頂端s1
1

斜面頂端s3
1

2

2

3

3

斜面中間s2
1

斜面中間s4
1

2

2

3

3

7) 整理器材。
⑤　 【實驗結論】物體動能與質量有關，與速度有關。質量越大、速度越大的物體，動能越大。
2． 探究不同物體的吸熱能力
①　 【實驗目的】探究不同物體的吸熱能力。
②　 【實驗器材】相同的鐵臺架、酒精燈、石棉網、燒杯、溫度計、攪拌器兩套，火柴、秒表、水和另一種液體(如煤油)。
③　 【實驗步驟】
1) 按圖組裝器材。
2)
3) 取質量相同的水和煤油(60g)，常溫下待溫度穩(wěn)定后(控制兩種液體初溫相同)，測出兩種液體的溫度，并計入表格。
4) 點燃酒精燈，同時給水和煤油加熱，加熱時間為5分鐘，測量此時兩種液體溫度并計入表格。
5) 實驗表格(參考數據)
物質種類
質量/g
初溫/°C
末溫/°C
溫升/°C
加熱時間(min)
水
60
20
40
20
5
煤油
60
20
56
36
5
…





6) 整理器材。
④　 【實驗結論】質量相同的水和另一種液體(如煤油)，吸收相同的熱量，煤油的溫度升高較大。


考點一：動能、勢能和機械能及其轉化
【探究重點】
1． 一切運動的物體都有動能。動能是“由于運動”這個原因而產生的，一定不要把它理解成“運動的物體具有的能量叫動能”。例如在空中飛行的飛機，不但有動能而且還具有其它形式的能量。
2． 一切被舉高的物體都有重力勢能。重力勢能是“被舉高”這個原因而產生的，一定不要把它理解成“被舉高的物體具有的能量叫重力勢能”。例如在空中飛行的飛機，不但有重力勢能而且還具有其它形式的能量。
3． 一切發(fā)生彈性形變的物體都有彈性勢能。彈性勢能是“由于發(fā)生彈性形變”這個原因而產生的，一定不要把它理解成“發(fā)生彈性形變的物體具有的能量叫彈性勢能”。
4． 機械能守恒：如果物體只有重力或彈力做功，則物體運動過程中動能和勢能可以相互轉換，但他們的總和(即總機械能)保持不變。
【真題精講】
1. (2022·四川攀枝花·中考真題)2022年北京冬奧會賽場上，我國選手谷愛凌摘得自由式滑雪大跳臺比賽的金牌。谷愛凌離開跳臺后，從低處向高處躍起后下落，在此過程中(　　)

A．動能一直減小 B．重力勢能一直減小
C．動能先減小后增大 D．重力勢能先減小后增大
【鞏固訓練】
2. (2022·山東濟南·中考真題)爸爸開車帶著小明行駛在高速公路上，小明看到圖所示的限速標志，想起了學過的“動能”的知識，也產生了一系列有關的問題。其中最有探究價值且易于探究的是(　　)

A．物體的動能與物體的形狀是否有關？
B．物體的動能與它的速度有什么關系？
C．物體的動能與它的質量和速度有什么關系？
D．物體的動能與哪些因素有關？
考點二：內能與熱傳遞
【探究重點】
1.內能與溫度：同一個物體，它的溫度越高，內能越大。物體的溫度升高，內能增加，內能增加，溫度不一定升高，如：晶體熔化的過程，物體吸收熱量內能增加，但是溫度不變。
3.熱量：熱傳遞中，傳遞的能量的多少叫熱量。即“熱量”是一個過程量，只能說“吸收”或“放出”了熱量，不能說物體含有熱量。熱量的單位是焦耳(J)。
4.做功：外界對物體做功，物體內能增加；物體對外界做功，物體內能減小。做功的實質是能量的轉化。
【真題精講】
3. (2022·江蘇淮安·中考真題)日常生活中，物體內能的改變，通過做功方式實現的是(　　)
A．照曬取暖 B．摩擦生熱 C．冰敷降溫 D．爐火加熱
【鞏固訓練】
4. 關于內能和熱量，下列說法正確的是(　　)
A．物體的溫度升高，內能增大
B．物體運動的越快，物體的內能越大
C．物體吸收熱量，溫度一定升高
D．溫度越高的物體，所含的熱量越多
考點三：比熱容及吸放熱計算
【探究重點】
1． 比熱容是物質本身的一種性質：
2． 同種物質在同一狀態(tài)下的比熱容與其質量、吸收(或放出)熱量的多少及溫度的改變無關。
3． 同一種物質在不同的狀態(tài)下比熱容不同，如冰、水的比熱容是不同的。
【真題精講】
5. (2022·山東濟南·中考真題)炎炎夏日，小梅來到美麗的海濱城市青島。她發(fā)現，在這里白天的風常常從海面吹向陸地，而每到夜晚風卻從陸地吹向海面。她利用學過的物理知識進行分析，并畫出陸地和海面之間空氣流動情況的示意圖，如圖所示。形成這一現象的主要原因是(　　)

A．海水的密度小于砂石的密度 B．海水的密度大于砂石的密度
C．海水的比熱容小于砂石的比熱容 D．海水的比熱容大于砂石的比熱容
【鞏固訓練】
6. 用相同的酒精燈分別對a、b兩種液體加熱，根據測得的數據分別描繪出兩種液體的溫度隨時間變化的圖像(如圖乙)，在相同的時間內兩種液體吸收的熱量相等，不計熱量散失，分別用ma、mb、ca、cb 表示兩液體的質量和比熱容，在給出的四個判斷中，下面的組合正確的是(　　)

①ca=cb，mamb
③ma=mb，ca >cb?????④ ma=mb，ca mB，高度hA>hB，距離sA>sB。他得出“物體的質量越大，動能越大”的結論，他的實驗方法___________（選填“正確”或“錯誤”），理由是___________；
（3）小紅讓鋼球A分別從同一斜面的不同高度由靜止自由滾下，撞擊木塊，這是為了探究物體動能與___________的關系。
【鞏固訓練】
12. 小明同學學習了燃料的熱值后，考慮到燃料燃燒放出的熱量會被水吸收，而水的比熱容已知．（注：燃料完全燃燒放熱用Q放＝mq計算，某燃料的熱值用q表示，其質量用m表示）．自己設計一個實驗來探究煤油和菜籽油的熱值的大小關系．他組裝了如圖所示的裝置進行實驗，記錄結果見下表：

燃料
加熱前的水溫/℃
燃料燃盡后水溫/℃
煤油
25
44
菜籽油
25
34
（1）為了保證實驗結論的可靠，小明同學選擇了兩套相同裝置，在實驗中還應控制：煤油和菜籽油的________及________________相同．
（2）分析得出：煤油和菜籽油兩種燃料中，熱值較大的是________．
（3）小明同學還想利用這種實驗方案計算出煤油和菜籽油的熱值，那么小明還需要補充的實驗儀器是：________．利用此實驗方法計算出的熱值將比真實值________（選填“偏大”或“偏小”），主要原因是（寫出一條即可）________________________________．


1. 柚子樹上有甲、乙、丙、丁四個柚子，甲和乙的質量都是1.5kg；丙和丁的質量都是1.2kg。它們的位置如圖所示則重力勢能最大的是(　　)

A．甲 B．乙 C．丙 D．丁
2. （2022·湖南常德）北京冬奧會引入的AI評分系統(tǒng)，能逐幀抓取運動員從起跳到落地之間的空中姿態(tài)，將運動員的精彩表現在最短時間內真切地呈現給觀眾，為裁判評分提供可視依據。如圖所示，某次比賽系統(tǒng)呈現運動員上升（ab）及下落（bc）瞬間，下列說法中正確的是（　?。?。

A. 運動員在ab段重力勢能增大，動能減小；
B. 運動員在ab段重力勢能減小，動能增大；
C. 運動員在bc段重力勢能減小，動能減??；
D. 運動員在bc段重力勢能增大，動能增大
3. 關于溫度、熱量和內能，下列說法正確的是(　　)
A．0℃的物體沒有內能 B．溫度越高的物體，具有的內能越大
C．內能不等的物體接觸時可能不發(fā)生熱傳遞 D．物體的溫度越高，所含熱量越多
4. (2021·黑龍江中考真題)下列說法正確的是(　　)
A．內燃機消耗的燃料越多，其效率越高
B．物體吸收熱量，其溫度一定升高
C．外界對物體做功，物體內能可能增加
D．在熱傳遞過程中，熱量只能自發(fā)地從高溫物體轉移到低溫物體
5. 質量相等的銅塊和鋁塊分別放出相等熱量時(c鋁>c銅)，則(　　)
A．銅塊降低的溫度比鋁塊多 B．銅塊和鋁塊降低的溫度相同
C．鋁塊末溫一定比銅塊高 D．鋁塊和銅塊末溫一定不同
6. （2022·四川自貢）關于能量守恒定律，下列說法正確的是（　?。?。
A. 能量可以憑空消失；
B. 能量可以憑空產生；
C. 能量在轉化和轉移過程中，能量的總量保持不變；
D. 熱機在工作的過程中不遵循能量守恒定律
7. （2022·湖南郴州）熱水器將質量為20kg、溫度為15℃的水加熱到65℃，消耗天然氣0.15m3，在此過程中水吸收的熱量是______J，熱水器的熱效率是______。[c水=4.2×103J/（kg·℃）；q天然氣=3.2×107J/m3]
8. （2022·湖北宜昌）現代電動汽車為了節(jié)能，都安裝了能量回收裝置，在汽車剎車時帶動發(fā)電機，將汽車的______能轉化為電能，為汽車提供后續(xù)運動的能量。有人認為，只要不斷改進，這種汽車就可以一邊行駛，一邊發(fā)電，永遠運動下去，這種觀念違背了______。
9. (2020鄂爾多斯)某實驗小組在“探究影響動能大小的因素”實驗中，準備的器材有：質量分別為m、2m兩個鋼球，木塊和斜面等。實驗過程如圖：

(1)本實驗是通過______來反映鋼球動能大小的；
(2)為了探究物體動能大小與質量的關系，應選擇______兩圖進行實驗分析；
(3)實驗中為了探究動能大小與速度的關系，應讓質量相同的鋼球，從同一斜面______(填“相同高度”或“不同高度”)由靜止?jié)L下。實驗現象表明：當質量一定時，鋼球速度越大，動能越______。這個結論可用解釋汽車______(填“超速”或“超載”)帶來的危害；
(4)實驗裝置中，如果水平面光滑，能否完成本實驗的探究內容?并說明理由。______。
10. （2022·湖南岳陽）圖甲是“比較不同物質的吸熱能力”的實驗裝置。

（1）兩支試管里水和煤油的質量_______（選填“相同”或“不同”）；
（2）相同時間內，水吸收的熱量_______（選填“大于”、“等于”或“小于”）煤油吸收的熱量；
（3）由圖乙可知，________的吸熱能力更強。

1. （2022·湖南衡陽）2022年2月15日，中國選手蘇翊鳴奪得北京2022年東奧會單板滑雪男子大跳臺冠軍，實現了中國單板滑雪在東奧會上金牌“零的突破”。如圖，蘇翊鳴在助滑區(qū)從起點A由靜止開始加速下滑到最低點的過程中，他的（　?。?。

A. 重力勢能增大，動能減小 B. 重力勢能減小，動能增大
C. 重力勢能減小，動能減小 D. 重力勢能增大，動能增大
2. 如圖所示，彈簧的一端固定在豎直墻上，另一端連接一個小球。彈簧未發(fā)生形變時，小球靜止在A點。用手把小球向左運動壓縮彈簧至B點后松開手，小球在水平光滑地面BC間來回運動。不考慮空氣阻力，下列說法中正確的是(　　)

A．當小球從B運動至A的過程，彈簧產生的彈力變大
B．當小球從B運動至C的過程，彈簧的彈性勢能轉化為小球的動能
C．小球在A點時的機械能最大
D．在來回運動中，小球的機械能保持不變
3. （2022·江蘇蘇州） 手機具有錄音和顯示波形的功能。某乒乓球愛好者將一乒乓球從一定高度由靜止釋放，利用手機記錄下乒乓球碰撞臺面發(fā)出的聲音，其波形隨時間的變化如圖所示。下列說法正確的是（　?。?。

A. 每次發(fā)聲的時間間隔相等；
B. 整個過程中乒乓球的機械能不變；
C. 乒乓球每次彈起時的動能依次減小；
D. 乒乓球每次與臺面碰撞的最大形變程度相同
4. 如圖所示為四沖程內燃機工作示意圖，下列說法正確的是(　　)

A．在一個工作循環(huán)中，工作過程依次是乙、甲、丁、丙
B．依靠飛輪慣性完成的沖程是甲、乙、丁
C．丁圖沖程能量轉化為內能轉化為機械能
D．飛輪轉速，則該汽油機能做功次
5. 如圖所示為內燃機的能量流向圖，下列說法正確的是(　　)

A．使燃料燃燒更加充分，可以增大燃料的熱值
B．圖中(1)處應該是燃料燃燒后產生的內能
C．該熱機效率不可能達到100%，但一般在80%以上
D．增加熱機工作的時間，熱機效率并不會增加
6. (2021·河北中考真題)小明用相同的酒精燈給質量相等的甲、乙兩種物質加熱。根據測量數據描繪溫度—時間的圖像如圖所示，由圖可知，甲物質比熱容______(選填“>”“

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