初中科學(xué)浙教版九年級(jí)上能量的轉(zhuǎn)化與守恒

第1節(jié)能量及其形式認(rèn)識(shí)能量物體能夠?qū)ν庾饔茫驼f它具有能量。能量也簡(jiǎn)稱能。一個(gè)物體能夠做的功越多，表示這個(gè)物體的能量越大能量的形式自然界中任何物體都具有能量，能量是以多種形式存在的，根據(jù)能量的特點(diǎn)大致可以分為機(jī)械能、電磁能、內(nèi)能、化學(xué)能、光能、核能、聲能等第2節(jié)機(jī)械能動(dòng)能定義：物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量決定其大小的因素：物體的速度越大，質(zhì)量越大，動(dòng)能就越大勢(shì)能重力勢(shì)能定義：物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢(shì)能決定其大小的因素：物體的質(zhì)量越大、位置越高，重力勢(shì)能就越大彈性勢(shì)能定義：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量叫彈性勢(shì)能決定其大小的因素：對(duì)于同一物體，彈性形變?cè)酱?，彈性?shì)能越大動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化機(jī)械能：動(dòng)能和勢(shì)能（重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能）統(tǒng)稱為機(jī)械能機(jī)械能的轉(zhuǎn)化動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化機(jī)械能也可以轉(zhuǎn)化為其他形式的能量機(jī)械能守恒：如果只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能的總量就保持不變，或者說機(jī)械能守恒第3節(jié)能量轉(zhuǎn)化的亮度功定義：如果一個(gè)力作用在物體上，且物體在這個(gè)力的方向上通過了一段距離，就說這個(gè)力對(duì)物體做了功力對(duì)物體做功的兩個(gè)必要因素：一是作用在物體上的力，二是物體在這個(gè)力的方向上通過了距離力不做功的三種情況三種情況原因?qū)嵗芯嚯x無力物體沒有受到力的作用，但由于慣性通過了一段距離，這時(shí)沒有力做功足球離開腳后在水平面上滾動(dòng)了一段距離，人對(duì)足球沒有做功有力無距離有力作用在物體上，但物體沒有動(dòng)，即物體沒有通過距離兩名同學(xué)沒有搬起石頭，所以對(duì)石頭沒有做功力與距離垂直物體受到了力的作用，也移動(dòng)了一段距離，但通過的距離與力的方向垂直提著水桶水平移動(dòng)一段距離，豎直提水桶的力不做功功的計(jì)算功的計(jì)算：功等于力與物體在力的方向上通過的距離的乘積公式：用F表示力，s表示在力的方向上通過的距離，W表示功，則W=Fs單位：在國(guó)際單位制中，力的單位是牛，距離的單位是米，功的單位是焦耳，簡(jiǎn)稱焦（J）。1J=1N×1m=1N?m應(yīng)用W=Fs計(jì)算功時(shí)，力與物體通過的距離方向必須一致，且對(duì)應(yīng)同一物體、同一段時(shí)間做功的實(shí)質(zhì)做功的過程實(shí)質(zhì)上就是能量轉(zhuǎn)化的過程，力對(duì)物體做了多少功，就有多少能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化。因此，可以用功來量度能量轉(zhuǎn)化的多少。能量的單位與功的單位一樣，也是焦耳功率定義：功與做功所用時(shí)間之比叫功率，它在數(shù)值上等于單位時(shí)間內(nèi)所做的功物理意義：功率是表示物體做功快慢的物理量公式：如果用P表示功率，用W表示功，用t表示做功所用的時(shí)間，功率的計(jì)算公式為P=單位：在國(guó)際單位制中，功的單位是焦，時(shí)間的單位是秒，功率的單位是焦耳每秒（J/s），它有一個(gè)專門名稱叫瓦特，簡(jiǎn)稱瓦（W）工程技術(shù)上還常用千瓦（kW）、兆瓦（MW）作為功率的單位，1kW=1000W，1MW=106W功率表示做功的快慢，不表示做功的多少，一個(gè)力做功的多少由功率和時(shí)間兩個(gè)因素決定。功率大的機(jī)械，做功不一定多；做功多的機(jī)械，功率也不一定大計(jì)算功率的另一個(gè)公式當(dāng)物體在動(dòng)力F作用下，以速度v沿力F方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，力F所做的功W=Fs=Fvt。力F做功的功率P=由P=Fv知，功率一定時(shí)，機(jī)器的牽引力和速度成反比對(duì)兩個(gè)公式的理解P=功率的定義式。它表示做功的物體在t時(shí)間內(nèi)的平均功率，而不是某一時(shí)刻的瞬時(shí)功率。無論受力物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何，P=Wt普遍適用功率的推導(dǎo)式，它是物體在恒力F作用下，以速度v勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)推導(dǎo)出來的。它能表示物體的瞬時(shí)功率第4節(jié)簡(jiǎn)單機(jī)械杠桿定義：如果一根硬棒在力的作用下能繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，這根硬棒就叫杠桿杠桿可以是直的，也可以是彎的，但它一定是硬棒，即不能變形的棒杠桿的五要素支點(diǎn)：杠桿可以繞其轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)（圖中的O點(diǎn)）動(dòng)力：使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力（圖中的F1）阻力：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力（圖中的F2）動(dòng)力臂：從支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的距離（圖中的l1）阻力臂：從支點(diǎn)到阻力作用線的距離（圖中的l2）杠桿的平衡條件杠桿平衡的含義：在力的作用下，如果杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)或繞支點(diǎn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，我們就認(rèn)為杠桿平衡了杠桿的平衡條件動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂，用公式表示為F這個(gè)平衡條件也就是阿基米德發(fā)現(xiàn)的杠桿原理杠桿的分類類型力、力臂的關(guān)系特點(diǎn)應(yīng)用省力杠桿F1＜F2l1＞l2省力但費(fèi)距離鍘刀、瓶蓋起子、手推車、鋼絲鉗費(fèi)力杠桿F1＞F2l1＜l2費(fèi)力但省距離釣魚竿、鑷子、筷子、理發(fā)剪刀、縫紉機(jī)腳踏板等臂杠桿F1＝F2l1＝l2既不省力也不省距離，既不費(fèi)力也不費(fèi)距離天平定滑輪和動(dòng)滑輪定滑輪定義：軸固定不動(dòng)的滑輪實(shí)質(zhì)：等臂杠桿特點(diǎn)：不能省力，但能改變力的方向動(dòng)滑輪定義：軸和重物一起移動(dòng)的滑輪實(shí)質(zhì)：動(dòng)力臂為阻力臂兩倍的省力杠桿特點(diǎn)：使用動(dòng)滑輪能省一半的力，但費(fèi)距離，且不能改變力的方向。繩子自由端移動(dòng)的距離是重物移動(dòng)距離的2倍滑輪組定義：定滑輪、動(dòng)滑輪組合在一起構(gòu)成滑輪組特點(diǎn)：使用滑輪組既能省力但又能改變力的方向滑輪組省力情況分析：F=其中n為承擔(dān)物重的繩子的段數(shù)繩子自由端移動(dòng)的距離：s=nhh為重物移動(dòng)的距離滑輪組組裝的原則：基本原則是“奇動(dòng)偶定”首先根據(jù)題意求出承擔(dān)物重的繩子的段數(shù)n=G表示物重，若動(dòng)滑輪重不能忽略，則G=G物+G動(dòng)；F表示所需拉力若承擔(dān)物重的繩子段數(shù)為奇數(shù)，則繩子的起點(diǎn)從動(dòng)滑輪開始繞線，如圖甲所示若承擔(dān)物重的繩子段數(shù)為偶數(shù)，則繩子的起點(diǎn)從定滑輪開始繞線，如圖乙所示注：還要注意拉力的方向不同，所需定滑輪的個(gè)數(shù)也不同機(jī)械效率有用功、額外功、總功有用功：為了達(dá)到某一目的而必須要做的功叫有用功。用W有用表示額外功：并非需要，又不得不做的功叫額外功，用W額外表示總功：有用功和額外功的總和叫總功，用W總表示，即W總=W有用+W額外機(jī)械效率定義：有用功與總功的比值叫機(jī)械效率，用η表示公式η=第5節(jié)物體的內(nèi)能內(nèi)能熱運(yùn)動(dòng)物體內(nèi)部大量分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，叫熱運(yùn)動(dòng)。這是因?yàn)榉肿拥臒o規(guī)則運(yùn)動(dòng)的速度跟溫度有關(guān)，溫度越高，分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)就越劇烈內(nèi)能分子動(dòng)能：分子在不停地做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，同一切運(yùn)動(dòng)的物體一樣，運(yùn)動(dòng)的分子也具有動(dòng)能。分子由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫分子動(dòng)能。物體的溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)得越快，它們的動(dòng)能越大分子勢(shì)能：由于分子之間具有一定的距離，也具有一定的作用力，因而分子具有勢(shì)能，稱為分子勢(shì)能物體的內(nèi)能：構(gòu)成物體的所有分子，其熱運(yùn)動(dòng)的功能與分子勢(shì)能的總和，叫物體的內(nèi)能。單位：焦耳（J），各種形式能量的單位都是焦耳對(duì)內(nèi)能的理解內(nèi)能是指物體的內(nèi)能，不是分子的內(nèi)能，是物體內(nèi)部所有分子共同具有的分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。單純考慮一個(gè)分子的分子動(dòng)能和分子勢(shì)能是沒有現(xiàn)實(shí)意義的一切物體在任何情況下都有內(nèi)能內(nèi)能具有不可測(cè)量性，即不能準(zhǔn)確知道一個(gè)物體的內(nèi)能的具體數(shù)值影響物體內(nèi)能大小的因素：物體的質(zhì)量、物體的溫度、物體的體積、物體的種類、物體的狀態(tài)都可以影響物體內(nèi)能的大小物體內(nèi)能的改變熱傳遞改變物體的內(nèi)能對(duì)熱傳遞的理解條件不同物體或同一物體的不同部分之間存在溫度差方向由高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體或由同一物體的高溫部分轉(zhuǎn)移到低溫部分過程高溫物體→放出熱量→內(nèi)能減少→溫度降低低溫物體→吸收熱量→內(nèi)能增加→溫度升高結(jié)果溫度相同實(shí)質(zhì)內(nèi)能發(fā)生了轉(zhuǎn)移，能的形式并未發(fā)生改變熱傳遞是把內(nèi)能由溫度高的物體傳遞給溫度低的物體，而不是由內(nèi)能多的物體傳遞給內(nèi)能少的物體做功改變物體的內(nèi)能：對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能會(huì)增加；物體對(duì)外界做功，物體的內(nèi)能減少做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的溫度、熱量、內(nèi)能三者之間的區(qū)別與聯(lián)系項(xiàng)目溫度熱量?jī)?nèi)能定義宏觀上：表示物體的冷熱程度微觀上：反映物體中大量分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度在熱傳遞過程中，傳遞能量的多少構(gòu)成物體的所有分子，其熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和量的性質(zhì)狀態(tài)量過程量狀態(tài)量表述用“降低”“升高”“降低到”“升高到”“是”等表述用“放出”或“吸收”等表述用“有”“具有”“改變”“增加”“減少”等表述單位攝氏度（℃）焦耳（J）焦耳（J）關(guān)系熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能，使其內(nèi)能增加或減少，但溫度不一定改變（如晶體的熔化、凝固過程），即物體吸熱，內(nèi)能會(huì)增加，物體放熱，內(nèi)能會(huì)減少，但物體的溫度不一定發(fā)生改變附：狀態(tài)量與過程量狀態(tài)量：是描述物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的物理量如：位置、速度、動(dòng)量、動(dòng)能、角速度、角動(dòng)量、壓強(qiáng)、溫度、體積、勢(shì)能等等都是狀態(tài)量。過程量：是描述物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)變化過程的物理量如沖量、功、熱量、速度改變量等都是過程量，它是與時(shí)間變化量相對(duì)應(yīng)的。概念區(qū)分編輯過程量與狀態(tài)量的區(qū)分是：過程量是與時(shí)間變化量相對(duì)應(yīng)的，而狀態(tài)量是與時(shí)刻相對(duì)應(yīng)的。兩者的關(guān)系是：過程量一定決定狀態(tài)量的變化量。狀態(tài)量與過程量不是孤立的，它們之間存在著密切的聯(lián)系，例如做功的速率是功率，路程的變化率是速率，電荷的轉(zhuǎn)移速率是電流等等。狀態(tài)量：對(duì)任意閉合環(huán)路該量的積分為零，或者說這個(gè)量經(jīng)過任意過程后其變化只與初末狀態(tài)有關(guān)，與過程路徑無關(guān)。過程量：存在某一閉合環(huán)路該量積分不為零，或者說經(jīng)過某個(gè)過程后其變化不僅取決于初末狀態(tài)，還與過程路徑有關(guān)。典型的狀態(tài)量：位置，能量，體積，密度，速度，加速度，溫度，熵，標(biāo)量勢(shì)等；典型的過程量：路程，功，熱量等比熱容定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的某種物質(zhì)，溫度升高1℃所吸收的熱量叫這種物質(zhì)的比熱容，用符號(hào)c表示單位：焦/(千克·℃)，讀作焦每千克攝氏度比熱容是物質(zhì)本身的一種性質(zhì)比熱容是物質(zhì)自身的性質(zhì)之一，它反映了不同物質(zhì)吸、放熱本領(lǐng)的強(qiáng)弱，利用物質(zhì)的這種性質(zhì)可以鑒別物質(zhì)水的比熱容是×103J/(kg·℃)，其物理意義是：質(zhì)量為1kg的水，溫度升高（或降低）1℃時(shí)所吸收（或放出）的熱量為×103J對(duì)于同一種物質(zhì)，比熱容的值還與物質(zhì)的物態(tài)有關(guān)，同一種物質(zhì)在統(tǒng)一物態(tài)下的比熱容是一定的，但在不同物態(tài)下，比熱容是不相同的水的比熱容較大的應(yīng)用水的吸（放）熱本領(lǐng)強(qiáng)，用水作散熱劑水的溫度難改變，對(duì)機(jī)械或生物體起保護(hù)作用熱量的計(jì)算以Q表示物體吸收（或放出）的熱量，c表示物質(zhì)的比熱容，m表示物體質(zhì)量，t0表示初始溫度，t表示末溫，則有吸熱公式：Q吸＝cm（t－t0）放熱公式：Q放＝cm（t0－t）熱量計(jì)算的一般公式：Q＝cm?t熱機(jī)熱機(jī)的特點(diǎn)：通過做功把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)就是燃料在機(jī)器氣缸內(nèi)燃燒的熱機(jī)。以汽油味燃料的內(nèi)燃機(jī)叫汽油機(jī)，以柴油為燃料的內(nèi)燃機(jī)叫柴油機(jī)工作過程：汽油機(jī)在工作時(shí)，活塞在汽缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞從汽缸的一端運(yùn)動(dòng)到汽缸的另一端，叫一個(gè)沖程汽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)由四個(gè)沖程組成，分別是吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程在四個(gè)沖程中，只有做功沖程是燃?xì)鈱?duì)外做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，其他三個(gè)沖程是輔助沖程，要靠安裝在曲軸上的飛輪的慣性來完成燃料的熱值定義：1kg某種燃料完全燃燒時(shí)放出的熱量單位：J/kg（固、液）或J/m3（氣）酒精的熱值是×107J/kg，表示1kg酒精完全燃燒放出的熱量是×107J煤氣的熱值是×107J/m3，表示1m3煤氣完全燃燒放出的熱量是×107J關(guān)于熱值的理解：熱值是燃料本身的一種屬性，只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積等均無關(guān)公式：Q=mq或Q=qV（q為熱值）第6節(jié)電能電能與電功電能是一種能源，可以由太陽能、風(fēng)能、水能等轉(zhuǎn)化而來，是“二次能源”。各種用電器工作時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程就是電流做功的過程。電流所做的功叫電功W=UIt電能、電功的單位電能、電功的單位是焦。電能的單位還有千瓦時(shí)（kW·h），俗稱“度”1kW?h=3.6×電能表測(cè)量電能的工具：電能表電能表的參數(shù)及其意義電能表測(cè)量電能的方法測(cè)量較大的電能時(shí)用刻度盤讀數(shù)法。最后一位數(shù)字表示小數(shù)點(diǎn)后第一位。電能表前后兩次讀書之差，就是這段時(shí)間內(nèi)消耗的電能，單位是千瓦時(shí)，即W測(cè)量較小的電能時(shí)，用轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)讀數(shù)。通過記錄某段時(shí)間內(nèi)電能表轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)數(shù)，結(jié)合電能表轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)消耗的電能計(jì)算出該段時(shí)間的電能，即W電器的電功率定義：電流在單位時(shí)間內(nèi)所做的功叫電功率物理意義：在物理學(xué)中，電功率表示電流做功的快慢，用字母P表示。電功率大的用電器只能說明它消耗電能快或電流做功快，并不表示電流做功的多少單位電功率的單位是瓦特，簡(jiǎn)稱瓦，符號(hào)是W，常用單位有千瓦（kW）、毫瓦（mW）換算關(guān)系：1kW=1000W，1W=1000mW額定電壓與額定功率額定電壓：用電器正常工作時(shí)的電壓，標(biāo)注在用電器銘牌上，常用U額表示額定功率：用電器在額定電壓下工作時(shí)的電功率，標(biāo)注在用電器銘牌上，常用P額表示燈泡銘牌的意義：一只燈泡上標(biāo)著“PZ22025”，其中“PZ”表示該燈泡適用于普通照明，“220”表示該燈泡的額定電壓是220V，“25”表示該燈泡的額定功率是25W實(shí)際電壓與實(shí)際功率實(shí)際電壓：用電器實(shí)際工作時(shí)的電壓，它可能與額定電壓相等，也可能不等，常用U實(shí)表示實(shí)際功率：用電器在實(shí)際電壓下工作時(shí)的電功率，用P實(shí)表示燈泡的亮度取決于實(shí)際功率的大小。無論額定電壓如何，額定功率如何，在燈泡沒有損壞的前提下，如果實(shí)際功率相等，則發(fā)光的亮度就相同實(shí)際功率和額定功率的關(guān)系用電器兩端的電壓電功率用電器工作情況U實(shí)＝U額P實(shí)＝P額正常工作U實(shí)＞U額P實(shí)＞P額容易損壞U實(shí)＜U額P實(shí)＜P額不能正常工作附：額定功率實(shí)際功率區(qū)別概念在額定電壓下的功率在實(shí)際電壓下的功率是否變化是確定的、唯一的，不隨實(shí)際工作電壓的改變而改變是不確定的，隨兩端所加電壓的改變而改變聯(lián)系當(dāng)用電器兩端的實(shí)際電壓等于額定電壓時(shí)，用電器的實(shí)際功率等于額定功率電功率和電功的計(jì)算電功率的計(jì)算公式P=P表示電功率，單位是W；U表示某段電路兩端的電壓，單位是V；I表示這段電路中的電流，單位是A導(dǎo)出式P=此兩式只適用于純電阻電路伏安法測(cè)小燈泡的功率原理：P=UI電路圖如圖所示選擇和連接實(shí)物電路時(shí)須注意：滑動(dòng)變阻器調(diào)到最大阻值處，選用合適的電源、電流表、電壓表滑動(dòng)變阻器的作用：一是保護(hù)電路，二是控制小燈泡兩端的電壓電功的計(jì)算公式W=Pt=UItW表示電功，單位是J；P表示電功率，單位是W；U表示電壓，單位是V；I表示電流，單位是A；t表示時(shí)間，單位是s導(dǎo)出式W=只適用于純電阻電路常用電熱器電流的熱效應(yīng)電流通過導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體的溫度會(huì)升高，這種現(xiàn)象叫電流的熱效應(yīng)電熱器定義：電熱器是利用電來加熱的設(shè)備原理：電熱器是利用電流的熱效應(yīng)工作的組成：電熱器的主要組成部分是發(fā)熱體，發(fā)熱體是由電阻率大、熔點(diǎn)高的合金絲繞在絕緣材料上制成的電熱的計(jì)算實(shí)驗(yàn)：研究電熱跟哪些因素有關(guān)實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法和轉(zhuǎn)化法結(jié)論在電流和電阻相同的情況下，通電時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生的熱量越多在電流、通電時(shí)間相同的情況下，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多在通電時(shí)間、電阻相同的情況下，電流越大，產(chǎn)生的熱量越多焦耳定律內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比公式：Q=適用范圍：無論是純電阻元件還是非純電阻元件，任何電阻不為零的用電器，都可以用焦耳定律計(jì)算它產(chǎn)生的電熱Q=W=UIt只適用于純電阻元件電熱Q與電能W的關(guān)系純電阻電路中，Q=W。因?yàn)榧冸娮桦娐穼㈦娔苋哭D(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以產(chǎn)生的電熱與消耗的電能相等非純電阻電路中，Q＜W。因?yàn)榉羌冸娮桦娐分兄挥胁糠蛛娔苻D(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以電熱小于用電器消耗的電能。如電動(dòng)機(jī)，電能主要轉(zhuǎn)化為動(dòng)能（機(jī)械能W機(jī)），有少量電能會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以W=Q+W機(jī)第7節(jié)核能裂變和聚變核能：原子核在轉(zhuǎn)變過程中所釋放出的巨大的能量叫核能，也叫原子能獲得核能的兩條途經(jīng)——裂變（甲）與聚變（乙）核裂變是質(zhì)量較大的原子核在中子轟擊下分裂成2個(gè)新原子核并釋放出巨大的能量核聚變是2個(gè)質(zhì)量較小的