第12章 《机械能和内能》-2024-2025学年九年级物理上学期期末复习考点清单 讲义（苏科版）

2024-2025学年九年级物理上学期期末复习考点清单
第12章《机械能和内能》
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考点回顾
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考点1：动能势能机械能
1、机械能的概念
（1）动能概念：物体由于运动而具有的能，叫做动能。一切物体都具有动能；单位：焦耳（J）。
（2）势能：弹性势能和重力势能统称为势能。
①重力势能概念：物体由于被举高而具有的能量，叫做重力势能；单位：焦耳（J），重为1N的物体（质量约为0.1kg），被举高1m时所获得的能量，就是1J。
②弹性势能概念：物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做弹性势能；单位：焦耳（J）。
（3）机械能：动能和势能之和称为机械能。
①动能和势能都属于机械能，动能是物体运动时具有的能量，势能是存储着的能量，动能和势能是机械能的两种表现形式。
②机械能大小：动能和势能的总和。
2、动能和势能影响因素
（1）影响动能大小的因素：物体的质量和速度。物体的质量越大，速度越大，物体具有的动能就越大。
（2）影响重力势能大小的因素：物体的质量和物体所处的高度。物体的质量越大，所处的高度越高，物体的重力势能就越大。
（3）影响弹性势能大小的因素：弹性形变程度。同一物体在弹性形变范围内的弹性形变程度越大，弹性势能就越大。
3、动能和势能的转化与守恒
（1）动能和重力势能之间可以相互转化。动能和重力势能之间的相互转化一般发生在只受重力作用下的运动过程中，例如滚摆在下降的过程中，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；滚摆在上升过程中，越转越慢，它的重力势能越来越大，动能越来越小，动能转化为重力势能；
（2）动能和弹性势能之间也可以相互转化。它可以发生在同一物体上，也可以发生在不同物体之间，例如，从高处落下的皮球与地面撞击的过程中，由于皮球发生弹性形变，皮球的动能转化为弹性势能，皮球在恢复形变的过程中，它的弹性势能转化为动能．拉弯的弓把箭射出去的过程中，拉弯的弓具有弹性势能，射出去的箭具有动能，这是弓的弹性势能转化为箭的动能；
（3）机械能守恒：如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。
做功角度：只有重力或弹力做功，无其它力做功；其它力不做功或其它力做功的代数和为零；系统内如摩擦阻力对系统不做功。
能量角度：首先只有动能和势能之间能量转化，无其它形式能量转化；只有系统内能量的交换，没有与外界的能量交换。
※机械能守恒一般都是理想状态下才发生的，物体能量的转化一般都不太可能只有机械能的转化，还有其他能量的转化。
考点2：内能 热传递
1、内能的概念
（1）分子有质量，分子在不停地做着无规则运动，所以分子具有动能；分子间存在着相互作用力，所以分子之间还具有势能；在物理学中，把物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。
（2）单位：内能的单位是焦耳，简称焦，用字母J表示。
（3）内能的特点：
①任何物体在任何情况下都具有内能；
②内能具有不可测量性，即不可能准确地知道一个物体具有多少内能；
③内能是可以变化的；
④对单个分子或少量分子谈内能是无意义的。
2、热传递的概念
（1）热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分的现象，叫做热传递。没有做功而使内能改变的物理过程叫做热传递。
（2）热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射。
①传导——热量通过接触物体由高温部分向低温部分传递；
②对流——通过液体或气体（流体）自身的流动由高温部分向低温部分传递；
③辐射——热量不通过物体媒介，直接由高温物体发射到低温物体的传递。
（3）热传递的实质：热传递实质上传递的是能量，结果是改变了系统的内能。传递能量的多少用热量来量度。
（4）热传递具有方向性，热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，不会自发的从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分。
3、改变内能的方式
改变物体内能的两种方法：做功和热传递。
（1）物体对外做功，物体的内能减小；外界对物体做功，物体的内能增大。
（2）热传递发生的条件：存在温度差。
能量（内能）从高温物体转移到低温物体：
a．高温物体内能减小，温度降低，放出热量；
b．低温物体内能增大，温度升高，吸收热量。
（3）做功和热传递在改变内能方面是等效的，但实质不同：做功改变内能属于能的转化，热传递改变内能属于能的转移。
4、温度、热量与内能的关系
（1）内能和温度的关系
①物体内能的变化，不一定引起温度的变化，这是由于物体内能变化的同时，有可能发生物态变化； 如晶体的熔化和凝固过程，还有液体沸腾过程，内能变化，温度保持不变；
②温度的高低，标志着物体内部分子运动速度的快慢， 因此，物体的温度升高，其内部分子无规则运动的速度增大，分子的动能增大，因此内能也增大，反之，温度降低，物体内能减小，因此，物体温度的变化，一定会引起内能的变化。
（2）内能与热量的关系
① 物体的内能改变了，物体却不一定吸收或放出了热量，这是因为改变物体的内能有两种方式：做功和热传递，即物体的内能改变了，可能是由于物体吸收（或放出）了热量也可能是对物体做了功（或物体对外做了功）；
②热量是物体在热传递过程中内能变化的量度，当物体与外界不做功时，物体吸收热量，内能增加，物体放出热量，内能减少，因此物体吸热或放热，一定会引起内能的变化。
（3）热量与温度的关系
① 物体吸收或放出热量，温度不一定变化，这是因为物体在吸热或放热的同时，如果物体本身发生了物态变化（如冰的熔化或水的凝固），这时，物体虽然吸收（或放出）了热量，但温度却保持不变；
②物体温度改变了，物体不一定要吸收或放出热量，也可能是由于对物体做功（或物体对外做功）使物体的内能变化了，温度改变了。
（4）内能和温度是物体本身就具有的，而热量是伴随着热传递存在的，内能和温度都是状态物理量，而热量则是过程物理量；物体吸收热量，内能一定增加，温度不一定升高；物体温度升高，内能一定增加．三个物理量之间既有密切联系，又有本质区别。
※注意热量、温度和内能：“热量不能含、温度不能传、内能不能算”。
考点3：物质的比热容
1、水的比热容应用
（1）由于水的比热容较大，一定质量的水吸收（或放出）很多的热而自身的温度却变化不多，有利于调节气候；
（2）夏天，太阳光照射到海面上，海水的温度在升高过程中吸收大量的热，所以人们住在海边并不觉得特别热；
（3）冬天，气温低了，海水由于温度降低而放出大量的热，使沿海气温不至于降得太低，所以住在海边的人们又不觉得特别冷；
（4）一定质量的水升高（或降低）一定温度吸热（或放热）很多，有利于用水作冷却剂或取暖；
①作冷却剂时，是让水吸收带走更多的热量；
②用来取暖时，是让水放出更多热量供给人们，另一方面。
2、比热容的概念
（1）单位质量的某种物质温度升高1℃吸收的热量叫做这种物质的比热容，简称比热。
比热容是通过比较单位质量的某种物质升温1℃时吸收的热量，来表示各种物质的不同性质。
（2）比热容的单位：在国际单位制中，比热容的单位是J/（kg ℃），读作焦每千克摄氏度。
（3）水的比热容是4.2×103J/（kg ℃）；它的物理意义是1千克水，温度升高或者降低1℃，吸收或者放出的热量是4.2×103焦耳。
（4）比热容解释简单的自然现象：如为什么海水与沙子在同一时刻的温度不一样？
因为海水与沙子受光照的时间完全相同，所以它们吸收的热量相同，但是海水的比热比沙子的比热大，所以海水升温比沙子升温慢；没有日照时，海水降温比沙子降温慢。
3、热量的计算
（1）物体的温度升高时吸收热量为：Q吸=cm（t-t0）；降低时放出的热量为：Q放=cm（t0-t）；
其中c——物体的比热容——单位J/（kg ℃）；
m——物体的质量——单位kg；
t0——物体原来的温度℃；
t——物体后来的温度℃。
若用△t表示物体变化的温度（升高或降低的温度），物体温度升高过程吸收的热量或物体温度降低过程放出的热量可以统一写为：Q=cm△t；
公式可以变形为、、。
（2）应用热量公式解题应注意的几个问题：
①质量的单位要用千克；
②注意识别和恰当地使用有关“温度变化”的用词，一定要分清初温、末温，升高了、升高到（或降低了、降低到）的温度含义，要根据题意作出正确的判断；
③应用热量公式的条件是物质的状态不能改变，若不考虑这个因素，计算结果就会出现错误（3）这两个公式解题的一般步骤是：
①根据题意是吸热还是放热找出相应的公式；
②明确要求的物理量；
③根据所给已知条件求解．
（3）在使用热量公式进行计算时，首先各物理量的单位必须统一用国际单位，如温度t的单位用℃，质量m的单位用kg，比热容c的单位用J/（kg ℃），热量的单位用J；其次，对有关温度的文字叙述应特别谨慎，不可乱套，注意分清“升高”“升高了”“降低”“降低了”对应的都是温度的改变量△t，而不是温度t；而“升高到”“降低到”对应的才是物体的末温t。
4、热平衡的应用
（1）热平衡：在热传递过程中，如果没有热量损失，则高温物体放出的热量Q放等于低温物体吸收的热量Q吸，即Q放=Q吸，把这个关系叫热平衡方程；
（2）热平衡方程式：两个温度不同的物体放在一起，高温物体放出热量，低温物体吸收热量，当两个物体温度达到相同时，如果没有热量损失，则有Q吸=Q放，称为热平衡方程，在热量计算题中，常采用此等式。
※注意此方程只适用于绝热系统内的热交换过程，即无热量的损失；在交换过程中无热和功转变问题；而且在初、末状态都必须达到平衡态；
①系统放热，一般是由于温度降低、凝固、液化及燃料燃烧等过程；
②而系统吸热则是由于温度升高，熔解及汽化过程而引起的。
5、探究比热容的实验
（1）实验目的：探究不同物质吸热（比热容）情况；
（2）实验方法：控制变量法、转换法；
（3）实验器材：2个相同的酒精灯、烧杯、水、沙子、温度计支、铁架台个、石棉网、火柴、停表；
（4）实验步骤：:步骤①在两个铁架台的底座上各放一个规格相同的酒精灯，调好铁圈的高度，将石棉网放在铁圈上；
步骤②将盛有等质量的水和沙子的烧杯分别放在石棉网上；
步骤③将两支温度计分别挂在铁架台的支架上，并将玻璃泡全部浸入液体中，读出此时水和沙子的初温度，填入表中；
步骤④点燃酒精灯，同时对水和沙子加热，加热时间均为6分钟，停止加热前分别读出水和沙子的末温度, 填入表中；
步骤⑤整理实验器材。
（5）实验结论：质量相同的水和沙子吸收相同的热量,食用油的温度升高的较大。
（6）实验分析：判断水与沙子的吸热本领的大小，有两种方法：
①可判断两种物质在升高相同温度的情况下，所用时间的多少，用时较多的，说明吸收的热量多，则比热较大；
②可判断两种物质在吸收相同热量的情况下，升高温度的多少，温度升高较多的，则比热较小；
考点4：机械能与内能的相互转化
1、内燃机的四个冲程
（1）汽油机的工作原理：燃料在汽缸中燃烧时，将存储的化学能转变为高温高压的燃气（蒸汽）的内能，又通过燃气（蒸汽）推动活塞做功，由内能转变为机械能；
（2）汽油机的工作流程：内燃机通过吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环来保证连续工作的，如图：
①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸；
②压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内燃料混合物，温度升高；
③做功冲程：在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功；
④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
（3）工作过程中能量的转化：①压缩冲程：机械能→内能；②做功冲程：先是化学能→内能，再由内能→机械能；
（4）一个工作循环中对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转2周，飞轮转2圈。
2、燃料的热值及其计算
（1）热值概念：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，符号时q。
①对于气体燃料而言，热值的定义是1m3的某种燃料完全燃烧时放出的热量。
②热值是燃料的一种属性。
（2）热值单位：焦/千克（J/kg），读作焦每千克。
（3）公式：Q=mq
M——燃料的质量——单位千克（kg）；
q——燃料的热值——单位焦/千克（J/kg）；
Q——燃烧放出的热量——单位焦耳（J）。
（4）热值的物理意义：热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少，如木炭的热值为3.40×107J/kg。
（5）同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同。
3、热机的效率
（1）定义：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率，其表达式为：，由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1；
（2）热机在工作过程中造成能量损失的因素有：
①燃料很难全部燃烧；
②排出的废气带走能量；
③热机部件要散热；
④克服运转机件之间的摩擦消耗能量。
（3）提高热机效率的方法：
①尽量让燃料充分燃烧；
②设法利用废气的能量；
③减少能量损失；
④保证良好的润滑。