第28课时 能的多种形式 机械能和机械功
1．能的多种形式
(1)能形式有机械能、内能、电磁能、化学能、核能、风能、水能、声能等。
(2)改变物体内能的两种途径是__做功____和__热传递____。热量表示内能的变化。内能是物体内所有分子热运动的动能与分子势能之和。对物体做功可使物体的内能__增加____，常见的做功方法有克服摩擦做功和压缩气体做功等。物体对外做功，物体的内能就会__减少____，常见的有气体膨胀对外做功等。做功改变物体的内能，能的__形式____发生了转化。热传递就是热(内能)从一个物体转移到另一个物体。热传递改变物体的内能，能的__形式____不变，只是内能从一个物体转移到另一个物体。做功和热传递在改变物体的内能上是__等效____的。
(3)汽油机。汽油机是常见的内燃机，一个工作循环由__吸气____冲程、__压缩____冲程、__做功____冲程、__排气____冲程这四个冲程组成。吸气冲程吸进气缸的是汽油和空气混合物，压缩冲程末火花塞点火，剧烈燃烧形成的高温高压气体推动活塞做功。在一个工作循环中压缩冲程的能量转化是__机械能转化为内能____，做功冲程能量转化是__内能转化为机械能____。
2．机械能
(1)动能和势能(重力势能和弹力势能)以及决定它们大小的因素。物体由于__运动____所具有的能就是动能，它的大小与物体的__质量____和__速度____有关。势能分为重力势能和弹性势能。处在一定高度的物体具有重力势能，它的大小与物体的__质量____和所处的__高度____有关。弹性势能是发生__弹性____形变的物体所具有的能，它的大小与物体的__形变程度____有关。
(2)__动能____和__势能____统称为机械能。动能和势能可以相互转化，在转化过程中，如果只有重力做功，机械能的总量__保持不变____，这就是机械能守恒定律。
(3)机械能守恒现象：单摆在摆动过程中如不计阻力，任一时刻的动能与势能之和保持不变；一物块从光滑的斜面下滑时，速度会越来越快，这是势能不断转化为动能的缘故。
3．机械功
功的概念。做功有两个必要因素，一是作用在__物体上的力____，二是物体在__力的方向上____
通过的距离。功＝力×距离。
功的单位：__焦____(J)。1J＝__1____N·m。
功的计算公式：__W＝Fs____。使用功公式时要注意力F与距离s必须在同一方向上。
做功时总伴随着能量的转化或转移。对物体做功，物体的能量__增加____，物体对外做功，物体的能量__减少____。
4．功率
功率表示做功的__快慢____，功率用单位时间内所做的功表示。功率＝功/时间。
功率的单位是__瓦特____(W)，1W＝__1____J/s。功率的常用单位还有千瓦(kW)，1kW＝1000W。
功率的计算公式__P＝W/t____。在功率计算时还常用公式P＝Fv。
物体做功时单位时间内传递或转化的能量越多，功率越大。
【例1】 关于内能及其利用，下列说法正确的是( )
A．温度高的物体内能一定大
B．做功和热传递都可以改变物体的内能
C．汽油机工作时一个工作循环有两个冲程
D．汽油机的做功冲程是将机械能转化为内能
考查要求：温度、内能；知道改变物体内能的方法有做功和热传递；知道汽油机的工作过程及能量转化。
解题指导：(1)内能是分子势能和分子动能的总和。其影响因素包括：①材料(分子种类)；②温度(分子动能)；③状态、体积(分子势能)；④质量(分子数量)。在状态、质量不确定的情况下，温度高的物体内能不一定大。A错误。
(2)做功和热传递都能改变物体的内能，且在改变物体的内能上是等效的。B正确。
(3)汽油机工作时一个工作循环有吸气、压缩、做功、排气四个冲程。C错误。
(4)汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能；压缩冲程是将机械能转化为内能。D错误。
答案：B。
【例2】 如图所示是蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端固定在O点，另一端系住运动员，运动员从O点自由下落，到A点处弹性绳自然伸直，B点是运动员受到的重力与弹性绳对运动员拉力大小相等的点，C点是蹦极运动员到达的最低点(忽略空气阻力)，下列说法正确的是( )
A．从O点到C点运动员速度一直减小
B．从O点到C点运动员的机械能一直在增大
C．从O点到C点运动员的机械能一直在减小
D．从O点到A点运动员的机械能不变
考查要求：了解动能和势能，理解动能和势能的相互转化，能用机械能守恒定律解释简单的现象。理解力与运动状态的关系。
解题指导：忽略空气阻力，运动员和弹性绳的机械能守恒。但本题问的是运动员的速度变化及机械能变化，分段讨论。
根据题意，到A点处弹性绳自然伸直，所以从O点到A点的过程中，运动员只受重力，速度增大，势能转化为动能，机械能守恒。从A点到C点，弹性绳不断伸长，对运动员向上的拉力不断增大，在B点时运动员受到的重力与弹性绳对运动员的拉力相等，故AB段重力大于拉力，运动员仍加速，即从O点到B点运动员的速度一直增大，到B点速度达最大。从B点开始拉力大于重力，运动员减速，到达C点时，速度为零。从A点到C点，运动员机械能转化为弹性绳的弹性势能。答案为D。
【例3】 现有30包大米，总质量为150kg，小明想尽快将它们搬到10m高处的库房。如图为小明可以提供的用于搬动物体的功率与被搬运物体质量之间的关系图像。由图可知他可以提供的最大功率为__________W；为了尽可能快地将大米搬上库房，他每次应搬__________包。若每次下楼时间是上楼时间的一半，则他最快完成搬运任务并返回原地所用的时间__________s。(g取10N/kg)
考查要求：解读图像能力；考查学生对功率计算公式的理解和应用。
解题指导：(1)由功率与质量的图像可知，当搬动质量为15kg 物体时，人用于搬动物体的功率(输出)最大，其值为50W。
(2)30包大米，总质量为150kg，每包大米的质量是5kg，由于搬动物体所需要做的总功是一定的，要尽快完成搬运工作，要求人始终在最大功率(输出)状态下工作，每次应搬动质量15kg的物体，即3包大米。
(3)每次搬运的大米的重力G＝mg＝15kg×10N/kg＝150N；重力做的功W＝Gh＝150N×10m＝1500J。
则每次上楼所用的时间，t＝＝＝30s，每次下楼所用的时间是15s，则一个来回需要的时间是30s＋15s＝45s，搬30包大米需要10个来回，所以所用时间一共是45s×10＝450s。
答案：50 3 450。
课件15张PPT。第28课时 能的多种形式 机械能和机械功1．能的多种形式
(1)能形式有机械能、内能、电磁能、化学能、核能、风能、水能、声能等。
(2)改变物体内能的两种途径是__________和______ ____。热量表示内能的变化。内能是物体内所有分子热运动的动能与分子势能之和。对物体做功可使物体的内能________，常见的做功方法有克服摩擦做功和压缩气体做功等。物体对外做功，物体的内能就会______，常见的有气体膨胀对外做功等。做功改变物体的内能，能做功热传递增加减少的__________发生了转化。热传递就是热(内能)从一个物体转移到另一个物体。热传递改变物体的内能，能的__________不变，只是内能从一个物体转移到另一个物体。做功和热传递在改变物体的内能上是________的。
形式形式等效(3)汽油机。汽油机是常见的内燃机，一个工作循环由__________冲程、__________冲程、__________冲程、__________冲程这四个冲程组成。吸气冲程吸进气缸的是汽油和空气混合物，压缩冲程末火花塞点火，剧烈燃烧形成的高温高压气体推动活塞做功。在一个工作循环中压缩冲程的能量转化是_____________________，做功冲程能量转化是______________________。吸气压缩做功排气机械能转化为内能内能转化为机械能2．机械能
(1)动能和势能(重力势能和弹力势能)以及决定它们大小的因素。物体由于__________所具有的能就是动能，它的大小与物体的__________和__________有关。势能分为重力势能和弹性势能。处在一定高度的物体具有重力势能，它的大小与物体的__________和所处的__ _______有关。弹性势能是发生_________形变的物体所具有的能，它的大小与物体的______________有关。
(2)__________和__________统称为机械能。动能和势能可以相互转化，在转化过程中，如果只有重力做功，机械能的总量______________，这就是机械能守恒定律。运动质量速度质量高度弹性形变程度动能势能保持不变(3)机械能守恒现象：单摆在摆动过程中如不计阻力，任一时刻的动能与势能之和保持不变；一物块从光滑的斜面下滑时，速度会越来越快，这是势能不断转化为动能的缘故。
3．机械功
功的概念。做功有两个必要因素，一是作用在____ ____________，二是物体在_______________
通过的距离。功＝力×距离。
功的单位：________(J)。1J＝________N·m。
功的计算公式：____________。使用功公式时要注意力F与距离s必须在同一方向上。
做功时总伴随着能量的转化或转移。对物体做功，物体的能量__________，物体对外做功，物体的能量__________。物体上的力力的方向上焦1W＝Fs增加减少4．功率
功率表示做功的__________，功率用单位时间内所做的功表示。功率＝功/时间。
功率的单位是__________(W)，1W＝_______J/s。功率的常用单位还有千瓦(kW)，1kW＝1000W。
功率的计算公式__________。在功率计算时还常用公式P＝Fv。
物体做功时单位时间内传递或转化的能量越多，功率越大。快慢瓦特1P＝W/t【例1】 关于内能及其利用，下列说法正确的是 ( )
A．温度高的物体内能一定大
B．做功和热传递都可以改变物体的内能
C．汽油机工作时一个工作循环有两个冲程
D．汽油机的做功冲程是将机械能转化为内能
考查要求：温度、内能；知道改变物体内能的方法有做功和热传递；知道汽油机的工作过程及能量转化。解题指导：(1)内能是分子势能和分子动能的总和。其影响因素包括：①材料(分子种类)；②温度(分子动能)；③状态、体积(分子势能)；④质量(分子数量)。在状态、质量不确定的情况下，温度高的物体内能不一定大。A错误。
(2)做功和热传递都能改变物体的内能，且在改变物体的内能上是等效的。B正确。
(3)汽油机工作时一个工作循环有吸气、压缩、做功、排气四个冲程。C错误。
(4)汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能；压缩冲程是将机械能转化为内能。D错误。
答案：B。【例2】 如图所示是蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端固定在O点，另一端系住运动员，运动员从O点自由下落，到A点处弹性绳自然伸直，B点是运动员受到的重力与弹性绳对运动员拉力大小相等的点，C点是蹦极运动员到达的最低点(忽略空气阻力)，下列说法正确的是 ( )A．从O点到C点运动员速度一直减小
B．从O点到C点运动员的机械能一直在增大
C．从O点到C点运动员的机械能一直在减小
D．从O点到A点运动员的机械能不变考查要求：了解动能和势能，理解动能和势能的相互转化，能用机械能守恒定律解释简单的现象。理解力与运动状态的关系。
解题指导：忽略空气阻力，运动员和弹性绳的机械能守恒。但本题问的是运动员的速度变化及机械能变化，分段讨论。根据题意，到A点处弹性绳自然伸直，所以从O点到A点的过程中，运动员只受重力，速度增大，势能转化为动能，机械能守恒。从A点到C点，弹性绳不断伸长，对运动员向上的拉力不断增大，在B点时运动员受到的重力与弹性绳对运动员的拉力相等，故AB段重力大于拉力，运动员仍加速，即从O点到B点运动员的速度一直增大，到B点速度达最大。从B点开始拉力大于重力，运动员减速，到达C点时，速度为零。从A点到C点，运动员机械能转化为弹性绳的弹性势能。答案为D。
【例3】 现有30包大米，总质量为150kg，小明想尽快将它们搬到10m高处的库房。如图为小明可以提供的用于搬动物体的功率与被搬运物体质量之间的关系图像。由图可知他可以提供的最大功率为__________W；为了尽可能快地将大米搬上库房，他每次应搬__________包。若每次下楼时间是上楼时间的一半，则他最快完成搬运任务并返回原地所用的时间__________s。(g取10N/kg)
考查要求：解读图像能力；考查学生对功率计算公式的理解和应用。
解题指导：(1)由功率与质量的图像可知，当搬动质量为15kg 物体时，人用于搬动物体的功率(输出)最大，其值为50W。
(2)30包大米，总质量为150kg，每包大米的质量是5kg，由于搬动物体所需要做的总功是一定的，要尽快完成搬运工作，要求人始终在最大功率(输出)状态下工作，每次应搬动质量15kg的物体，即3包大米。
(3)每次搬运的大米的重力G＝mg＝15kg×10N/kg＝150N；重力做的功W＝Gh＝150N×10m＝1500J。答案：50 3 450。
