浙教版科学九年级上册第三单元《能量的转化与守恒》知识点过关

一、各种形式的能量
1.机械能
机械能： 动能 和 势能 统称为机械能。
2.化学能
食物、植物、汽油、木材、天然气、沼气、煤炭等燃料都储存着能量，这种能量也属于化学能。
3.声能
人耳能听到声音，超过一定强度的声音会使人耳产生痛感，使听力受到损伤。强度很大的声音（如爆炸声）还能将玻璃震碎。
4.电能
用电器有能量属于电能。
各种发电站能够提供大量的电能，各种电池也能提供方便使用的电能。电能是我们最常用的一种能量。
5.电磁能
用遥控器遥控机器时，遥控器将发出电磁辐射，电磁辐射具有能量，这种能量叫做电磁能。电磁能是电磁场所具有的能量。由于电磁场对电荷有力的作用，所以电磁能量可以通过场对运动电荷做功而与其它形式的能量（如热能、机械能等）相互转化。
6.内能（热能）
内能是物体、系统的一种固有属性。系统内能是构成系统的所有分子无规则运动动能、分子间相互作用势能、分子内部以及原子核内部各种形式能量的总和。物体的温度越高，分子运动的越快，它们的动能越大，物体内能越大。
7.太阳能、光能、核能、潮汐能、风能、生物能、地热能
二、各种能量的列举
物体的运动有多种多样的形式。跟物体的运动一样，能量也有多种形式。根据能量的特点大致可以分为机械能、化学能、声能、电能、电磁能、内能、核能等。
事例 具有的能量形式
做机械运动的物体 机械能
汽车行驶时需要的燃料 化学能
动听的音乐 声能
各种电池和发电厂提供的电 电能
核电站发电 核能
可见光、红外线紫外线、微波和X射线 电磁能
高温水蒸气 内能
一、动能
（一）动能的概念
物体由于运动而具有的能量叫做动能。一切做机械运动的物体都具有动能。例如:飞翔的小鸟、行走的人、行驶的汽车、流动的水和空气等，都具有动能。
（二）探究影响动能大小的因素
(1)提出问题:动能的大小与哪些因素有关
(2)猜想与假设:物体动能大，表示物体由于运动而具有的能量大，所以动能可能与物体的运动速度有关，还可能与物体的质量有关。
(3)设计实验与制订计划:让小车从斜面上滑下，碰到一个木块上，推动木块做功。在同样的水平面上，通过木块被推动的距离大小，判断出小车动能的大小。
①探究动能大小与速度的关系:让同一小车从不同高度滑下，看哪次木块被推得远
②探究动能大小与质量的关系:换用质量不同小车，让它们从同一高度滑下，看哪个小车把木块推得远
(4)进行实验与收集证据:
①同一小车从不同高度滑下，小车碰撞木块时的速度不同。高度越高，小车滑下时速度越大，木块被推得越远，说明物体动能的大小与物体的速度有关。
②不同小车从同一高度滑下，小车碰撞木块时的速度相同。质量大的小车将木块推得远，说明物体动能的大小与物体的质量有关。
(5)实验结论:物体动能的大小与物体的质量和运动速度有关。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。
二、势能
（一）重力势能
(1)定义:物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。
判断一个物体是否具有重力势能，关键是看此物体相对某一个平面有没有被举高，即相对此平面有没有一定的高度。 若有，则物体具有重力势能；若没有，则物体不具有重力势能。
(2)探究影响重力势能大小的因素的实验
实验原理 金属小球的重力势能由被金属小球所撞出的沙坑的深度和大小来表示，撞出的沙坑越深越大，表明金属小球的重力势能越大
实验过程 a.探究重力势能与高度的关系:从不同高度自由释放同一金属小球，观察并记录金属小球所撞出沙坑的深度和大小；b.探究重力势能与质量的关系:从同一高度自由释放质量不同的金属小球，观察并记录金属小球所撞出沙坑的深度和大小
实验现象 a.同一个金属小球，下落高度越高，金属小球所撞出的沙坑越深越大；b.下落相同的高度，质量越大的金属小球撞出的沙坑越深越大
分析现象得出结论 a.在质量相同时，物体被举得越高，它具有的重力势能越大；b.物体被举高的高度相同，物体的质量越大，它具有的重力势能就越大
物体的重力势能大小与物体的质量和被举高的高度有关。物体的质量越大，被举得越高，它具有的重力势能就越大。
（二）弹性势能
(1)定义:物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。例如，张开的弓、拉长的橡皮条、卷紧的钟表发条、压弯的杆等都是由于发生形生弹性形变而具有了弹性势能。判断一个物体是否具有弹性势能，关键是看物体是否发生了弹性形变，若物体发生了弹性形变，则此物体具有弹性势能。
(2)影响弹性势能大小的因素:弹性势能的大小与物体弹性形变的大小有关。物体的弹性形变越大，弹性势能就越大。例如，射箭时手拉弓弦使弓的弹性形变越大，弹性势能就越大，箭就射得越远。同样，机械表内发条卷得越紧，弹性形变越大，弹性势能就越大，机械表走动的时间就越长。
三、动能和势能的转化
（一）动能和重力势能的相互转化
动能和重力势能之间可以相互转化，一般发生在重力作用下的运动过程中。
(1)摆锤的摆动:在摆锤向下摆动的过程中，高度越来越低，速度越来越大，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能:在摆锤摆过中点向上摆动的过程中，高度越来越高，速度越来越小，重力势能增大，动能减小，动能转化为重力势能。
(2)滚摆的运动:在滚摆下降的过程中，高度越光越低，速度越来越大，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能；在滚摆上升的过程中，高度越来越高，速度越来越小，重力势能增大，动能减小，动能转化为重力势能。
(3)高处滚下的小球:小球在最高点运动速度是零，不具有动能，只具有重力势能； 到最低点只具有动能；之间既有动能又有重力势能。最高点开始小球在滚动过程中，重力势能转化为动能；最低点开始动能转化为重力势能。
（二）动能和弹性势能的相互转化
一个木球从高处滚下来，撞击到弹簧片上。
研究的过程 球的速度 动能 弹簧片形变程度 弹性势能 能的转化
木球压弯弹簧片 不断减小直至为零 不断减小直至为零 由小变大 不断增大 动能转化为弹性势能
弹簧片把木球弹回 由零不断增大 由零不断增大 由大变小 不断减小，直至为零 弹性势能转化为动能
（三）机械能守恒
动能和势能之和称为机械能。物体的动能和势能可以相互转化，而且在转化过程中，如果只有动能和势能的相互转化,机械能的总量就保持不变，即机械能守恒。
（四）动能和势能转化的应用
动能和势能的相互转化有着广泛的应用。如撑杆跳高运动员起跳后，身体不断上升，撑竿剧烈弯曲，动能转化为运动员的重力势能和撑竿的弹性势能。当上升到一定高度时，动能变得很小。此后，撑竿的弹性势能将逐渐转化为运动员的重力势能。水力发电站是利用水的势能转化为水的动能，再转化为叶轮的动能，进而带动发电机发电的。
一、功
（一）功的含义
物体受到力的作用，并且在这个力的方向上通过一段距离，我们就说这个力对物体做了功。力做功也常说成物体做功，如人的推力对小车做功，也可以说成人对小车做功。
（二）做功的两个必要因素
做功包括两个必要因素：一是作用在物体上的力；二是物体在力的方向上通过一段距离。两者缺一不可，否则就没有做功，例如：运动员把杠铃举过头顶不动时，虽然有力但杠铃并没有在力的方向上移动一段距离，所以不做功。
(1)力对物体不做功的三种情况
①有距离无力：物体没有受到力的作用，但由于惯性通过一段距离；
②有力无距离：有力作用在物体上，但物体没动，即物体没有通过一段距离；
③力与距离垂直：物体受到了力的作用，也通过了一段距离，但通过的距离与力的方向垂直。
(2)物体在力的方向上通过一段距离是指力与距离具有同向性、同体性和同时性。
（三）功的计算
功有大小，科学上规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。即功=力x距离。如果用F表示力，s表示物体在力的方向上通过的距离，W表示功，则功的计算公式为W=Fs。
应用功的计算公式时，必须注意以下三点：
(1)要明确是哪个力对物体做功，或是哪个施力物体对哪个受力物体做功。
(2)公式W=Fs中的F是作用在物体上的力，s是物体在力F方向上通过的距离。例如：某运动员用500牛的力将足球踢出20米远，若用公式W=Fs=500牛x20米=10000焦计算就是错误的，因为踢球的力的作用距离并不是20米。
(3)F是使物体沿力F方向通过距离s的过程中，始终作用在物体上的力，它的大小和方向都是不变的。
（四）功的单位
在国际单位制中，力的单位是牛( N )，距离的单位是米( m)，功的单位是牛.米(N. m )，在国际单位制中，用专门的名称“焦耳”来表示，简称为焦，符号是J。1焦=1牛.米。
（五）做功的实质
做功的过程实质上就是能量转化的过程，力对物体做了多少功，就有多少能量发生了转化。因此，可以用功来量度能量转化的多少。
例如：举起重物时做功100焦，人体就有100焦的能量转化成了物体的势能；拖动物体做功500焦，人体就有500焦的能量转化成了物体的动能和由于各种摩擦而产生的内能。能量的单位与功的单位一样，也是焦耳。
二、功率
（一）比较做功的快慢
比较做功的快慢有三种方法：
(1)若做功相同，比较做功的时间，所用时间越短做功越快，所用时间越长做功越慢；
(2)若做功时间相同，比较所做功的多少，做功越多做功越快，做功越少做功越慢；
(3)若做功的多少和所用时间都不相同，则通过计算(做功的多少与做功所用时间的比值)进行比较。
通过以上三种方法的比较，说明做功的快慢与做功的多少和做功所用时间这两个因素都有关系。
（二）功率
(1)定义：单位时间里完成的功叫做功率。
(2)意义：反映做功快慢的量(即表示能量转化快慢的量)。
(3)符号： P
(4)功率的公式：由功率的定义知，功率=功/时间，如果用P表示功率，W表示功，t表示时间，则功率的公式可表示为P=W/t
(5)功率的单位
在国际单位制中，功率的单位是瓦特，简称瓦，符号为W。1瓦=1焦/秒。在实际应用中还常用千瓦( kW )、兆瓦( MW )作为功率的单位。1千瓦=1000瓦，1兆瓦=106瓦。
【能力拓展】
①当物体在力F的作用下，以速度v做匀速直线运动时(力F与速度v同方向)，由W=Fs、v= s/t，得出P=Fv，即功率等于力与力的方向上运动速度的乘积。利用P=Fv可以知道：拖拉机在上坡时，当功率一定时，通过换挡减小速度是为了增大牵引力，这样有利于上坡。
②应用公式P=W/t时一定要注意三个量的对应关系，功W一定是在对应的时间t内完成的功，这样算出的功率才是时间t内的功率，不同的时间内对应的功率一般来说是不同的，功率越大，反映了完成功的“速度”越大，但并不代表做功一定多。功率的公式P=W/t是指平均功率，即在t时间内的平均功率，而不是某一时刻的瞬间功率。
一、杠杆的五要素与作图
（一）杠杆的含义
如果一根硬棒在力的作用下能够绕着固定点转动，这根硬棒就叫做杠杆。
（二）杠杆的五要素
(1)支点:杠杆绕着转动的固定点。(用0表示)
(2)动力:使杠杆转动的力。(用F1表示)
(3)阻力:阻碍杠杆转动的力。(用F2表示)
(4)动力臂:从支点到动力作用线的距离。(用L1表示)
(5)阻力臂:从支点到阻力作用线的距离。(用L2表示)
（三）力臂的画法
要正确画出杠杆上各力的力臂，首先要明确力臂的概念---力臂是从支点到力的作用线的距离，这是解决杠杆问题的关键。通常按下述步骤即可画出力臂:
(1)在杠杆的示意图上，确定支点O，如图所示。
(2)画好动力作用线及阻力作用线，有时需要用虚线将力的作用线延长。
(3)从支点0向力的作用线引垂线，要画出垂足，则从支点到垂足的距离就是力臂，力臂用实线表示并用大括号勾出，在旁边标上字母1或h，分别表示动力臂或阻力臂。
可以用简单的顺口溜记住:先找点，后延线，过支点，引垂线。
二、杠杆的分类
名称 力臂关系 力的关系 特点 应用举例
省力杠杆 L1＞L2 F1＜F2 省力但费距离 撬棒、铡刀、起子等
费力杠杆 L1＜L2 F1＞F2 费力但省距离 钓鱼竿、镊子等
等臂杠杆 L1＝L2 F1＝F2 既不省力也不费力 天平、定滑轮
【温馨提示】
对于生活中常见的简单机械应从平常使用中感受其具体运动的过程，然后结合科学知识进行分析；对于较复杂的杠杆，①在图上找到支点、动力、阻力；②画出动力臂和阻力臂；③利用杠杆平衡原理，比较动力臂和阻力臂大小。若动力臂大于阻力臂，则为省力杠杆，反之则为费力杠杆。
三、杠杆平衡的条件
（一）杠杆平衡:在动力和阻力的作用下，杠杆保持静止或匀速转动状态。
（二）实验探究:杠杆的平衡条件
实验器材:杠杆和支架、弹簧测力计、钩码、刻度尺、线。
实验步骤:
A.调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡。
B.如图所示，在杠杆两边挂上不同数量的钩码，调节钩码的位置，使杠杆在水平位置平衡。这时杠杆两边受到钩码的作用力的大小都等于钩码重力的大小。
把支点右方的钩码的重力当成动力F1，支点左方的钩码的重力当成阻力F2；用刻度尺测量出杠杆平衡时的动力臂L1和阻力臂L2；把F1、F2、L1、L2的数值填入实验表格中。
C.改变力和力臂的数值，再做两次实验，将结果填入人实验表格中。
实验序号 动力F1/牛 动力臂L1/厘米 动力x动力臂/(牛.厘米) 阻力F2/牛 阻力臂L2/厘米 阻力x阻力臂/(牛.厘米)
1 0.5 20 10 1.0 10 10
2 1.5 20 30 1.0 30 30
3 2.0 20 40 4.0 10 40
分析与论证:分析实验数据，可知杠杆平衡时，如果动力臂比阻力臂大，则动力比阻力小；动力臂比阻力臂小，则动力比阻力大。如果把每次实验的动力与动力臂相乘，阻力与阻力臂相乘，虽然各次实验的乘积不相同，但每次实验中动力与动力臂的乘积跟阻力与阻力臂的乘积相等，即动力x动力臂=阻力x阻力臂，用公式表示为F1 x L1=F2 x L2
（三）杠杆平衡条件(或杠杆平衡原理):动力x动力臂=阻力x阻力臂，用公式表示为F1 x L1=F2 x L2
四、最大动力臂和最小动力
由F1 × L1=F2 × L2知，当阻力、阻力臂一定时，动力臂越长，动力越小，动力臂最长时，动力最小。要求最小动力，应先求最大动力臂。
(1)找最大动力臂的方法:
①动力作用点确定时，支点到动力作用点的线段长即为最大动力臂；
②动力作用点没有确定时，应看杠杆上哪一点离支点最远，则这一点到支点的线段长即为最大动力臂。
(2)最小动力的作法:
①作出最大动力臂(即连接支点与最远点作为最大动力臂)；
②过动力作用点作最大动力臂的垂线，根据实际情况确定动力方向。
(3)若动力臂和阻力一定时，由杠杆平衡条件可知，阻力臂最小时，动力最小。
五、杠杆的动态平衡问题
先找出杠杆的相关要素——支点、动力、动力臂、阻力、阻力臂，当杠杆水平时，如果动力臂最长，也就是说动力是最小的。因此，根据杠杆的平衡条件可继续分析出，当力的方向改变时，对力臂与力的影响。
一、滑轮的分类与作用
（一）滑轮的定义
滑轮是一种周边有槽、可以绕着中心轴转动的轮子
（二）滑轮的分类和作用
使用滑轮工作时，根据滑轮轴的位置是否移动，可将滑轮分成定滑轮和动滑轮两类。
定滑轮 动滑轮
定义 轴固定不动 轴随物体一起移动
特点 不省力，不省距离，但能够改变力的作用方向 省一半力， 费一倍距离，并且不能改变力的作用方向
应用 旗杆顶部的滑轮 起重机的动滑轮
（三）定滑轮和动滑轮的实质
(1)定滑轮可以看做一个变形的杠杆，如图所示，滑轮的轴相当于支点，动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径，根据杠杆的平衡条件可知:F=G,所以不省力。因此，定滑轮的实质是一个等臂杠杆。
(2)动滑轮也可以看做一个变形的杠杆，如图所示，支点o在滑轮的边缘上，动力臂为阻力臂的2倍，故动力F是阻力F的二分之一，即动滑轮能够省一半力。因此，动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆，使用动滑轮费一倍的距离，如物体上升距离为h，则绳子自由端移动的距离s=2h。
定滑轮 动滑轮
图示
表达式 F=G F=F摩，F摩物体与地面的摩擦力 F=(G+G轮)/2S绳=2h物v绳=2v物 F=F摩/ 2S绳=2h物v绳=2v物 F=2G+G轮S轮=s物/2v轮=v物/2 F=2F摩S轮=s物/2v轮=v物/2
一、机械效率
（一）有用功、额外功、总功的定义
(1)有用功:人们提升重物过程中必须做的功，用w有用表示。
(2)额外功:利用机械时，人们不得不额外做的功，用W额外表示。
(3)总功:人的拉力(动力)对动滑轮(机械)所做的功，用W总表示，W总=W有用+W额外
(4)有用功、额外功、总功的单位都是焦(J)。
（二）机械效率
定义 公式
有用功 提升重物过程中必须要做的功 W有
额外功 利用机械时，人们不得不额外做的功 W额
总功 有用功和额外功之和 W总＝W有＋W额
机械效率 科学上把有用功跟总功的比值 η＝×100%
（三）提高机械效率的途径:
①在所做的有用功不变的情况下，减小额外功，具体方法是改进结构，使机械更合理，更轻巧，如减少动滑轮的个数，或换用质量小的动滑轮，尽量减小摩擦等;
②在所做额外功一定的情况下，增大有用功，即在机械能承受范围内尽可能增加每次提起重物的重力。
二、斜面的机械效率
(1)斜面是一种简单机械，使用它可以省力，但要费距离。
(2) 影响斜面机械效率的因素:对于光滑程度相同的斜面，倾斜程度越大，机械效率越高。
(3)测量斜面的机械效率：
①光滑斜面：Fl＝Gh　 W额＝0　 η＝100%
②有摩擦的斜面：η＝Gh/Fl
③斜面的机械效率与斜面的光滑程度和倾斜程度有关。
测量滑轮组的机械效率：多数情况下仅考虑由于动滑轮自重所带来的额外功，而不考虑绳子的重力和摩擦。此时对于用滑轮组提升物体时有：η＝＝＝。测量杠杆的机械效率：η= =
一、内能
（一）内能的定义
(1)分子动能：分子永不停息地做无规则运动，同一切运动着的物体一样,运动着的分子也具有动能。物体的温度越高,分子具有的动能越大。
(2)分子势能：由于分子之间存在相互作用力,因此分子之间也具有势能。
(3)物体的内能：物体内部所有分子热运动的动能和和势能的总和，叫做物体的内能，俗称热能，内能的单位是焦耳( J)。
(4)影响内能大小的因素：物体的温度、质量、状态、种类等。如在其他因素相同时，温度越高物体的内能越大；在其他因素相同时，物体的质量越大，物体的内能越大；在其他因素相同时，物体的状态不同，物体的内能可能不同；在其他因素相同时，物体的种类不同，物体的内能也可能不同。
（二）改变物体内能的方式
(1)热传递可以改变物体的内能
①热传递的条件：物体之间或同一物体的不同部分之间存在温度差。
②热传递对物体的影响：温度高的物体放出热量，温度降低，内能减少；温度低的物体吸收热量，温度升高，内能增加。
③内能变化的量度：用热量来量度内能的变化。热量是指在热传递过程中，传递内能的多少。
④热传递的实质：是内能从高温物体(或同一物体的高温部分)传递到低温物体(或同一物体的低温部分)。
(2)做功可以改变物体的内能
①大量生活现象和实验表明：外界对物体做功，可以使物体的内能增加。常见对物体做功四种方法如下：
压缩体积(如：用打气简打气)
摩擦生热(如：钻木取火)
锻打物体(如：用铁锤敲打铁块)
弯折物体 (如： 来回多次拧弯细铁丝 )
②大量实验表明，物体对外做功，物体的内能会减少，如气体体积膨胀
③通过做功改变物体的内能，实质是其他形式的能与物体内能相互转化的过程。对物体做了多少功，就有多少其他形式的能转化为内能；物体对外做了多少功，就有多少内能转化为其他形式的能。可见，功可以用来量度内能改变的多少。
二、温度、热量、内能之间的区别与联系
温度 热量 内能
定义不同 宏观上：表示物体的冷热程度微观上：反映物体中大量分子 在热传递过程中， 传递热量的无规则运动的剧烈程度多少 物体内所有分子无规则运动的动能与势能的总和
量的性质 状态量 过程量 状态量
表述 “降低”或“升高” “放出”或“吸收” “有”“具有”“改变”“增加”“减少”
单位 摄氏度(℃) 焦耳(J) 焦耳(J)
联系 温度的变化，可以改变一个物体的内能，,传递热量的多少可以量度物体内能改变的多少。物体吸收或放出热量，它的内能将发生改变，但它的温度不一定改变。如冰融化时要吸收热量，内能增加，但温度却保持在0℃不变。同样，物体放出热量时，温度也不一定降低
三、比热容和热量的计算
（一）比热容
(1)定义及单位：单位质量的某种物质，温度升高1℃所吸收的热量叫做这种物质的比热容，比热容用符号℃表示，单位为焦/(千克. ℃)，读作焦每千克摄氏度。
(2)水的比热容表示的物理意义意义：水的比热容为4.2x103焦/(千克.℃ ),它的意义是质量为1千克的水，温度升高(或降低)1 ℃所吸收(或放出)的热量为4.2x103焦。
(3)水的比热容的特点和应用：一定质量的水升高(或降低)一定温度吸收（或放出）的热量较多，根据这特点， 我们用水作为降温物质或用来取暖，用来降温时，让水吸收并带走更多的热量：用来取暖时，让水放出更多的热量。另一方面，由于水的比热容大，在吸收(或放出)相同的热量时，温度升高(或降低)得小，故沿海沿海地区昼夜温差小，沿海地区冬暖夏凉等。
（二）热量的计算公式
(1)吸热公式： Q吸=cm( t-to)。
式中C表示物质的比热容，m表示物体的质量，to表示物体加热前的温度,t表示物体加热后的温度,“t-to”表示升高的温度，有时可用△to表示，此时吸热公式可写成Q吸=cm△to
(2)放热公式：Q放=cm (to-t)。
式中c、m的含义不变，to表示物体放热前的温度，t表示物体放热后的温度，“to-t”表示降低的温度，有时可用△to表示，此时放热公式可写成Q放=cm△to
(3)热量计算的一般式： Q=cm△t △t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。
Q吸与Q放公式中各物理量的单位：比热容C的单位是焦/(千克.℃),质量m的单位是千克，温度(t、t或△to)的单位是℃(摄氏度)，热量Q的单位是焦，计算时要注意单位的统一。
(4)两个温度不同物体放在一起时，高温物体放出热量,温度降低；低温物体吸收热量，温度升高。若放出热量没有损失，全部被低温物体吸收，最后两物体温度相同，称为“达到热平衡”。用公式表示为Q吸=Q放
四、热机
（一）热机的类型：蒸汽机、内燃机、燃气轮机喷气发动机等。
（二）热机的特点：通过做功把内能转化为机械能。
（三）内燃机：燃料在机器汽缸内燃烧的热机。汽油机和柴油机是两种常见的内燃机。
（四）汽油机
(1)汽油机：以汽油为燃料的内燃机。
(2)构造：如图所示。
(3)汽油机在工作时，活塞在汽缸内往复运动。活塞从汽缸的一端运动到另端的过程叫做一个冲程。其工作过程如下表：
冲程名称 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
工作示意图
进气门开闭情况 打开 关闭 关闭 关闭
排气门开闭情况 关闭 关闭 关闭 打开
活塞运动方向 向下 向上 向下 向上
冲程的作用 吸入汽油和空气的混合物 压缩汽油和空气的混合物，使其压强增大、温度升高。在压缩冲程末，火花塞产生电火花，点燃燃料混合物 燃料混合物燃烧产生高温高压燃气，高温高压燃气推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功 排出废气
能的转化 无能量转化 机械能转化成内能 汽油燃烧：化学能转化成内能；燃气推动活塞做功：内能转化成机械能 无能量转化
(4)工作过程分析：大多数汽油机的一个工作循环都是由四个冲程组成的，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。在一个工作循环中，曲轴和飞轮均转动两圈，对外做功1次。在四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，将内能转化为机械能，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。
五、燃料的热值
（一）定义：1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值。
（二）单位：焦/千克，如木炭的热值是3.4x107焦/千克，它表示1千克木炭完全燃烧时放出的热量是3.4x107焦。
（三）能量转化：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。
（四）热值是燃料的一种特性， 它只与燃料的种类有关，不同燃料的热值一般不同；与燃料的形状质量、体积、是否完全燃烧均无关。
（五）燃料完全燃烧放出热量的计算公式： Q放=mq。其中m代表燃料的质量,其单位为千克,q代表燃料的热值，其单位为焦/千克，Q代表热量，其单位为焦。
（六）燃料很难完全燃烧，燃料燃烧放出的热量也不可能完全得到利用。因此，改善燃烧条件，使燃料尽可能完全燃烧，同时应尽可能减少各种热损失，既可以节约燃料、提高效率，又可以减少污染、保护环境。
一、电能与电功
（一）电功
(1)定义:电流所做的功叫做电功。
(2)实质:电流做功的过程实质上就是电能转化为其他形式能量的过程。电能转化为其他形式能量的多少可以用电功来度量。如电流通过电动机，把电能转化为机械能，说明电流对电动机做了功。
(3)单位，电能电功的单位是焦耳，还有千瓦时(kW.h)俗称“度”。焦耳与千瓦时之间的换算关系:1千瓦时=3.6x 106焦耳。
（二）电能表
(1)电能表的作用:测量用电器在一段时间里消耗的电能的多少。电能表也叫电度表。
(2)电能表的参数含义
220V：该电能表应该接在220伏的电路上使用。
kw.h:电能表上的数字以千瓦时为单位来显示用电器所消耗的电能。
1200r/kW.h:接在该电能表上的用电器，每消耗1千瓦时的电能，电能表的转盘转过1200转。
5(10)A:该电能表的额定电流为5安，在短时间内使用时电流可允许大一些，但不能超过10安。
(3)电能表测量电能的方法:
①读数法:电能表计数器上显示着数字，计数器前后两次示数之差就是这段时间内用电的度数(消耗电能的多少)，单位是千瓦时(度)。例如:家中电能表在月初的示数是03248，月末的示数是03365，则这个电能表计数器示数中最后一位数月家中用电量为336.5千瓦时-324.8千瓦时=11.7千瓦时，即这个月家中用电量为11.7度。
②计算法:由电能表参数Nr/ kW.h (N由不同电能表规格而定)，数出某段时间电能表转盘转过的转数n，则这段时间消耗的电能W=n/N千瓦时=n/N x 3.6x 106焦耳
二、电功率
（一）电功率
(1)物理意义:描述电流做功的快慢。
(2)定义:电流在单位时间内做的功。用字母P表示。
(3)单位:瓦( W )或千瓦(kW)，换算关系为1千瓦=1 000瓦。
(4)公式:P= W/t，其中W代表电功，t表示时间，其变形式为W=Pt，t= W/P
（二）额定电压和额定功率
(1)额定电压:用电器正常工作时的电压。用电器铭牌上标有的电压值就是额定电压，常用U额表示。
(2)额定功率:用电器在额定电压下消耗的电功率。用电器铭牌上标有的电功率值就是额定功率，常用P额表示。
（三）实际电压和实际功率
(1)实际电压:用电器实际工作时的电压，它可能与额定电压相等，也可能比额定电压大或小，还可能为零。常用U实表示。
(2)实际功率:用电器在实际电压下工作时的电功率，它可能与额定功率相等，也可能比额定功率大或小，当用电器中无电流通过时实际功率为零。常用P实表示。
(3)灯泡的亮度取决于其实际功率的大小。无论额定电压如何，额定功率如何，在没有损坏的前提下，只要灯泡的实际功率相等，其发光的亮度就相同。
(4)实际功率和额定功率之间的关系:
用电器两端的电压 电功率 用电器工作情况
U实=U额 P实=P额 正常工作
U实>U额 P实>P额 容易损坏
U实三、电功率的实验探究
（一）影响电功率大小的因素
(1)研究电功率与电流的关系
实验方案:如图所示，将两只小灯泡并联，目的是控制两者两端的电压相同，比较通过两只小灯泡的电流大小和亮度(亮度反映实际功率的大小)。观察两只小灯泡的亮暗，并记录两只电流表的示数，把观察结果记录在下表中。
灯L1 灯L2
条件控制(电压关系)
亮度(亮暗)
电流(安)
实验结果:在电压相等的情况下，通过小灯泡的电流越大，小灯泡的电功率越大。
(2)研究电功率与电压的关系
实验方案:如图所示，将两只小灯泡串联，目的是控制通过两者的电流相同，比较两只小灯泡两端的电压大小和亮度(亮度反映实际功率的大小)。观察两只小灯泡的亮暗，并记录两只电压表的示数，把观察结果记录在下表中。
灯L1 灯L2
条件控制(电流关系)
亮度(亮暗)
电压(安)
实验结果:在电流相等的情况下，小灯泡两端的电压越高，小灯泡的电功率越大。
（二）电功率的计算公式
(1)实验表明，用电器的电功率等于用电器两端的电压与通过用电器的电流的乘积。
(2)电功率的公式可表示为P=UI (电功率的基本公式，适用于所有电路的计算)，由公式得出，电功率的单位瓦特也可表示为1瓦=1伏.安。
(3)电功率的推导公式:将公式I=U/R代入上述公式，可推导出:P=I2R或P= U2/R(只适用于纯电阻电路的计算)。
(4)无论用电器串联或并联，电路的总功率都等于各用电器的实际功率之和，关系式为P=P1+P2+..+Pn。
（三）电功的计算
(1)根据功率和功的关系P=W/t可以得到电功的计算式，即W=Pt=UIt。这就是说，电流在某段电路上做的功，等于这段电路两端的电压与通过这段电路的电流，以及通电时间的乘积。
(2)根据公式W=UIt,电功的单位焦耳也可表示为1焦=1伏.安.秒。
(3)将公式I=U/R代入电功公式，可得W=U2t/R或W=I2Rt。同样的，这两个公式只能运用于纯电阻电路中。
（四）电功率的测量
(1)伏安法测量电功率:用电压表测量用电器两端的电压，用电流表测量通过用电器的电流，再根据公式P=UI间接求出用电器的电功率，这种方法叫做伏安法。
(2 )实验器材:常用的小灯泡1只(标明额定电压，未标明额定功率)，电流表、电压表各1只，滑动变阻器1只,开关1只，电池组(总电压高于小灯泡的额定电压)1只，导线若干。
(3)过程和步骤:
①按正确的电路图连接电路。
②调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压恰好等于小灯泡的额定电压。读出此时两只电表的示数，并记录在下表中。
③调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压约为小灯泡额定电压的1.2倍。观察小灯泡的亮度变化(相对于额定电压下的亮度)，读出两只电表的示数，并记录在下表中。
④调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压约为小灯泡额定电压的0.8。观察小灯泡的亮度变化(相对于额定电压下的亮度)，读出两只电表的示数，并记录在下表中。
⑤计算出三种情况下小灯泡的电功率;分析小灯泡的亮度和实际功率的关系。
序号 电压 电流 电功率 小灯泡的亮度变化
1
2
3
四、电热器与焦耳定律
（一）电流的热效应
(1)定义:电流通过各种导体时，会使导体的温度升高，这种现象叫做电流的热效应。
(2)实质:电流通过导体发热的过程实际上是电能转化为内能的过程。
(3)应用:各种各样的电热器都是利用电流的热效应工作的，如电熨斗、电热毯、电热壶、电饭煲等。电热器的主要组成部分是发热体，发热体一般是由电阻大、熔点高的金属导体制成的。
（二）探究影响电热的因素
提出问题:电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关呢
猜想与假设:结合生活经验，可能与导体的电阻有关，可能与电流的大小有关，还可能与通电时间有关。
设计实验:如图(注意控制变量法的运用)
控制t、I相同，研究热效应与电阻的关系。
控制t、R相同，研究热效应与电流的关系。
控制I、R相同，研究热效应与时间的关系。
进行实验:
①将两根电阻丝串联，通电加热一段时间后，观察两玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。
②当两玻璃管中的液面降到原来的高度后，减小滑动变阻器接人电路的阻值使电流增大，在与①相同的时间内，观察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。
③保持②电流大小不变，延长通电加热时间，观察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。
④比较玻璃管中煤油上升高度的变化，得出结论。
获得结论:
①当通电时间、电流相等时，电阻越大，电流产生的热量越多。
②当通电时间、电阻相等时，电流越大，电流产生的热量越多。
③当通电电流和电阻相等时，通电时间越长,电流产生的热量越多。
（三）焦耳定律
(1)焦耳定律的内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。焦耳定律是由英国科学家焦耳最先发现的。
(2)公式:Q=I2Rt。
(3)对焦耳定律的计算公式Q rPRt的理解要注意以下几点:
①讲到影响电流通过导体产生热量的因素时要控制好变量，要同时考虑到通过导体的电流、导体电阻和通电时间。例如不能说导体通电时间越长，产生的热量就越多。
②不能说导体产生的热量跟电流成正比，只能说跟电流的二次方成正比。
③公式中的各个物理量都是对同一导体或电路而言的，计算时不能张冠李戴。
④电热和电功的单位是相同的，都是焦(J)。
五、电热器档位
电路图
低温挡 S闭合、S1断开，R1、R2串联，R总＝R1＋R2 S闭合、S1断开，只有R2接入电路，R总＝R2 S接a端，R1与R2串联．R总＝R1＋R2
高温挡 S、S1都闭合，只有R1接入电路，R总＝R1 S、S1都闭合，R1与R2并联，R总小于R1、R2中的最小值 S接b端，只有R2接入电路中，R总＝R2
一、核能
原子由原子核和核外电子构成，而原子核又由质子和中子构成，质子带正电荷，中子不带电，对于原子来说，质子和中子几乎集中了原子的全部质量，却挤在原子中心非常小的空间内，构成很小的原子核，这使得原子核分裂或重新组合极其困难，但是一旦使原子核分裂或聚合，就可释放出惊人的能量。
（一）核能的概念
原子核是可以转变的，原子核在转变过程中所释放出的能量叫做核能。核裂变和核聚变是获得核能的两种途径。
（二）裂变
(1)含义:核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，并释放出巨大能量的现象。如中子轰击铀235，铀核就会分裂成2个新核，并释放出能量，同时产生几个新的中子，1千克铀全部裂变，释放的能量超过2000吨煤完全燃烧释放的能量。
(2)链式反应:每个铀核裂变时会产生几个中子，这些中子又会继续轰击其他铀核，使其他铀核裂变并产生更多的中子，这样就会导致一系列铀核持续裂变，产生链式反应，如图所示。快速的裂变反应可以引起猛烈的爆炸，原子弹就是利用快速裂变制成的，我们]还可以控制链式反应的速度，把核能用于和平建设事业。“核反应堆”就是控制裂变反应的装置。
(3)应用:原子弹、核电站都是根据核裂变的原理制成的。原子弹属于不加控制的链式反应；核电站属于可控制的链式反应。
（三）聚变
(1)含义:2个质量较小的原子核结合成质量较大的新原子核，同时释放出能量的现象。由于核聚变需要极高的温度，所以核聚变也叫热核反应。
如图所示，氘核(1个质子和1个氘核中子)和氚核(1个质子和2个中子)在超高温下聚合成新的原子核一氦核，并释放出1个中子，同时释放巨大的能量。
(2)释放能量情况:质量相同的核燃料，核聚变反应释放的核能比核裂变反应释放的核能要多得多。
(3)应用:氢弹是根据核聚变的原理制造的，它的威力比原子弹大得多。太阳的内部在不停地发生这种核聚变，从而向外释放出巨大的能量。
二、核电站
利用核能发电的电站叫核电站。利用核能发电是人们和平利用核能的一个重要方向。
（一）核电站的原理
(1)核反应堆:可控制地进行核反应的装置，称为核反应堆。核反应堆是核电站核心部分，它以铀为核燃料。
(2)核电站的原理:利用核反应堆提供的能量，使水变成蒸汽，再利用高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电。
工作过程:如图所示。
反应堆中放出的核能转化为高温蒸汽的内能,通过汽轮机带动发电机发电，内能转化为机械能,再转化为电能。核电站的工作过程:第一回路中的水被泵压人反应堆，在那里被加热，然后进人热交换器，把热量传给第二回路的水，然后又被泵压回到反应堆里；在热交换器内，第二回路的水经加热生成高温高压蒸汽，被送入汽轮机驱动汽轮机做功后温度降低、压强减小，进人冷凝器，最后又由水泵把它压回热交换器。高速旋转的汽轮机带动发电机发电。
(3)核电站的能量转化:核电站并非将核能直接转化为电能。目前人类使用的电能大多数是通过发电机发出的，而发电机是把机械能转化为电能的装置，所以核电站必须把核能通过某些途径转化为机械能，再通过发电机转化为电能。核反应堆以铀235为燃料，反应堆中放出的核能转化为高温蒸汽的内能，通过汽轮机做功，将内能转化为机械能，带动发电机发电，将机械能转化为电能。
（二）核电站的特点
(1)消耗燃料少，废渣也少,产生的能量巨大，可以大大减少燃料的运输量。
(2)特别适合于缺少煤、石油和水力资源的区域。
(3)核电站需防止放射性物质泄漏造成的放射性污染，因此必须采用可靠的保护措施，同时要处理好废渣。
(4)成本低，一些发达国家的核电已占相当大的比例，我国的核电事业发展得也很快。
（三）太阳能
(1)在太阳内部，氢原子核在超高温下发生核聚变。
(2)太阳的巨大能量是内部核聚变产生的。
(3)大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射出去,其中有一部分到达地球表面。
三、放射性
（一）放射性
早在100多年前，科学家贝克勒尔、居里夫妇等发现铀、钍、镭等元素能够自发地放出穿透能力很强的射线。居里夫人把元素具有的这种辐射能力叫做放射性。
原子核的裂变和聚变都会产生些放射性物质，这些物质的原子核内部会向外辐射出肉眼看不见的、能量很高的射线，如a射线、β射线和γ射线。
（二）三种主要的放射线
射线 组成 穿透本领
a射线 带正电的高速运动的氦原子核 最弱，在空气中只能前进几厘米
β射线 带负电的高速运动的电子流 较强，很容易穿透黑纸，还能穿透几厘米厚的铝板
γ射线 能量很高的电磁波 很强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土
（三）放射性的利与弊
(1)利:少量的放射线可以为人类服务，如r射线可以对机械设备进行探伤；可以使种子变异，培育出新的优良品种；利用放射线可以杀菌。医疗上利用γ射线可以治疗肿瘤等疾病。
(2)弊:过量的高能量的放射线照射对人体和动植物的组织有破坏作用。
一、能量的相互转化
（一）能量可以在两个物体之间转移，能量形式也可以转化
(1)太阳能的转化
照射到植物叶片上----植物的化学能
照射到大气层中------空气的动能
照射到太阳能热水器--水的内能
照射到电池板上------电能
(2)人体能量的来源及转化:人体所需的能量都来自食物，食物被消化后且被分解的过程，是食物的化学能转化为人体的内能、电能、机械能等能量的过程。被吸收的营养物质由血液输送到人体各处。
(3)火力发电厂的能量转化:燃料燃烧将燃料的化学能转化为内能来加热水，水沸腾后，产生的蒸汽驱动涡轮机转动将内能转化为机械能，涡轮机带动发电机发电将机械能转化为电能。
（二）能量转化的普遍性
自然界中的能量有多种表现形式，如机械能、内能、化学能、电能、电磁能、核能等。自然界中各种形式的能量不是孤立的，它们可以在一定的条件下发生转化，能量也可以在同一物体或不同的物体间相互转移。能量转化是普遍现象，自然界中物质运动形式的变化中伴随着能量的相互转化。
二、能量的转化与守恒定律
（一）内容
能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，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。
（二）意义
能量转化和守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。无论是机械运动，还是生命运动，无论是宇宙天体，还是微观粒子，都遵循这个定律。
（三）永动机一不可能成功
所谓“永动机”是指不消耗任何能量和燃料,却能源源不断对外做功的机器。“永动机”不可能成功的事实告诉我们，违反能量转化和守恒定律的事件是不可能发生的。能量是不可能凭空创造出来的。即所谓的“消耗能量”“利用能量”“获得能量"的实质是能量相互转化或转移的过程。
（四）机械能守恒与能量守恒定律的区别
(1)机械能守恒是有条件的一没有能量损失或额外的能量补充。
因为机械能守恒是指一个物体如果只存在着动能和势能之间的转化时，机械能的总量将保持不变。如果存在机械能与其他形式的能之间的转化，机械能总量发生改变，机械能不再守恒，例如克服摩擦做功，产生内能，机械能的总量将减少，损失的机械能将转化为其他形式的能。
(2)能量守恒定律的成立不需要条件。这是因为能量转化形式是多样的，可以在机械能、内能、化学能、电能、光能、声能间相互转化，不限于动能和势能之间的转化，在转化过程中，一种形式的能减少，另一种形式的能必然增加，能的总量保持不变。
三、能量转化和转移的方向性
（一）内能总是自发地从高温物体转移到低温物体，而不能从低温物体自发地转移到高温物体
如烧杯中的热水变冷等，是内能自发地从高温物体转移到低温物体。电冰箱、空调制冷，都是从低温物体的内部吸热，向外面放热，使内能从低温物体转移到高温物体。这种转移不是自发进行的，必须要有附加的条件:消耗电能，电动机(压缩机)做功。
（二）机械能可自发地转化为内能，但内能无法自发地转化为机械能
如汽车制动刹车时，由于摩擦，机械能转变成地面、轮胎及空气的内能，但是这些内能不能再次转化为汽车的机械能而使汽车重新启动。可见，能量的转移和转化是有 一定的方向性的。能量可以自发地朝一个方向进行，但不能自发地朝反方向进行。
浙教版科学九年级上册第三章《能量的转化与守恒》知识梳理
各种形式的能量
机械能
能量转化的量度
杠杆
滑轮及滑轮组
斜面及机械效率
物体的内能
电能
核 能
能量的转化与守恒