九年级-科学第三章-能量的转化与-守恒重点整理.doc

|能量的转化与守恒1 能量转化的普遍性（1） 雪山上疾驰的汽车被快速滑落下来的积雪推翻并吞没，积雪的势能转化为动能。（2） 人造卫星在太空中的电能靠太阳能转化而来。（3） 火山地带的热泉水向外喷出的能量多由地热能转化而来。（4） 青蛙从地上跃起，捕捉害虫的能量是由生物质能转化的。大量事实表明，自然界中各种形式的能量都不是孤立的，不同形式的能量会发生相互转化，能量也会在不同的物体间相互转移。所谓“消耗能量” “应用能量”或者“获得能量” ，实质上就是能量相互转化或转移过程。能量转化是一个普遍的现象，自然界中物质运动形式的变化总伴随着能量的相互转化。2 能量的转化和转移各种能量之间都可以相互转化，同种能量在不同的物体上可以发生转移。（1） 胶片感光成像光能转化为化学能；（2） 激光切割金属光能转化为内能；（3） 特技跳伞机械能转化为内能；（4） 水电站发电机械能转化为电能；（5） 植物生长需要阳光太阳能转化为生物质能（生物化学能）（6） 森林火灾化学能转化为内能；（7） 后面的球将前面的球装走后面球的动能转移到前面的球上；（8） 热传递内能从一个物体转移到另一个物体上。3 识别能量转化和转移的方法（1） 从能的形式变化上辨别能量的转化和转移：如果某物体有能量增减，并且在增减过程中能的形式发生了变化，这个过程就是能的转化过程。如果某物体的能量有增减，且在增减过程中能的形式没有发生变化，这个过程是能量转移的过程。（2） 识别物体的能量转化成了什么能量时，首先要确定物体原来具有什么能量，后来哪些能量有增减，再依据现象分析减少的能量到哪儿去了，增加的能量从哪儿来。4 能量广泛地联系着各种自然现象（1） 摩擦生热：摩擦属于机械运动，生热与热现象有关，这是机械运动和热现象之间的练习。（2） 电灯发光：电灯与点现象有关，发光与光、热现象有关，这是电现象与光、热现象之间的联系。（3） 电池供电：电池供电是电池内部发生化学反应，这是化学现象与电现象之间的联系。电动机是利用电来使物体运动，这充分体现了电现象与机械运动之间的联系。各种自然现象都存在着相互联系，这些联系都依存着能量的转化和转移。5 功：能量转化多少的量度（1） 做功的两个必要因素：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，两者缺一不可。|（2） 公式、物理量符号及单位： ）焦 耳 （ 力 对 物 体 做 的 功 ） ）米 （距 离 ）（ 在 力 的 方 向 上 通 过 的 ）牛 顿 （ 作 用 在 物 体 上 的 力 ） JW msNF6 功率：能量转化快慢的量度（或对物体做功快慢的量度）（1） 单位时间内所做的功叫做功率。（2） 公式、符号及单位： ）秒 （ 时 间 ） ）焦 耳 （ 功 ） ）瓦 特 （ 功 率 ） stJWWP7 判断力是否对物体做功的方法依据做功的必要因素可知，下列三种情况对物体都没有做功：（1） 物体移动了一段距离，但没有受到力的作用。例如物体在光滑水平面由于惯性而做匀速运动。没有力对物体做功。（2） 物体受到力的作用，但没有沿力的方向通过距离。例如，用力推车，车没有推动。推车的力没有对物体做功。（3） 物体受到了力的作用，也通过了距离，但物体移动的距离跟物体受到力的方向垂直。例如，手用竖直向上的拉力提水桶，沿水平方向移动一段距离，这个拉力也没有对水桶做功。8 辨析做功“快”与做功“多”做功快慢和做功多少是两个不同概念。例如，甲在 1s 内做了 50J 的功，而乙在 5s 内做了 100J 的功时，乙做的功虽然比甲多，但它比甲用的时间长，平均 1s 内只做了 20J 的功，所以乙比甲做功要慢。可见，做功快慢是跟做功的多少和做功所用时间的多少有关的，在物理学中用功率 来描述，而做功“多少”tWP在物理学中用功 来描述。FsW9 功率大小的比较方法（1） 在相同的时间内，比较做功的多少，做功越多的物体，功率越大，这是物理学中常采用的方法。（2） 在完成相同功的条件下，比较所用时间的长短，所用时间越短，功率越大。（3） 在做功的多少和所用时间都不相同的情况下，通过计算后进行比较。10 计算功率的另一个公式物体在拉力 F 的作用下，以速度 v 沿拉力的方向做匀速直线运动，则拉力做功的功率等于力与物体速度的乘积。 （ P=Fv） 。推导： FvPtFsWPv则,由该公式可知：在功率 P 一定时，力 F 与速度 v 成反比。|应用：汽车上坡时，司机换用抵挡，减小速度，以获得较大的牵引力。11 杠杆：在力的作用下能绕固定点转动的硬棒叫做杠杆（1） 杠杆有五个要素：支点：杠杆绕着转动的点 O；动力：使杠杆转动的力 F1；阻力：阻碍杠杆转动的力 F2；动力臂：支点到动力作用线的距离 l1；阻力臂：支点到阻力作用线的距离 l2。（2） 杠杆的五要素可以用杠杆示意图表示出来。（3） 力臂的画法： 首先确定支点 O。 画好动力作用线及阻力作用线。画的时候可用虚线将力的作用线延长。 再从支点 O 向力的作用线引垂线，画出垂足，则支点到垂足的距离就是力臂。 最后用大括号勾出力臂（或在线段两端标上箭头表示力臂的端点） ，在旁边分别用字母 l1和 l2表示动力臂和阻力臂。12 杠杆平衡条件（1） 杠杆平衡条件表达式：动力×动力臂=阻力×阻力臂若用 F1表示动力， F2表示阻力， l1表示动力臂， l2表示阻力臂。则有：2121或 ll（2） 探究 时注意的问题：21F 实验前要先调节杠杆两端平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡。 在实验时不能移动平衡螺母。 在加减或移动钩码时，要使杠杆在水平位置平衡。 实验不能只凭一组数据得到结论，必须在多次实验的基础上通过分析才能得出结论。13 杠杆的应用（1） 省力杠杆：动力臂大于阻力臂，即 l1 l2，杠杆平衡时，动力小于阻力， F1F 2，即用较小的动力就可以克服较大的阻力。使用省力杠杆的好处是省力，但是动力移动的距离却比阻力移动的距离大。省了力，却费了距离。（2） 费力杠杆：动力臂小于阻力臂，即 l1l 2，杠杆平衡时，动力大于阻力， F1 F2，即使用费力杠杆费力。但是动力移动的距离比阻力移动距离小。费了力，却省了距离。（3） 等臂杠杆：动力臂等于阻力臂，杠杆平衡时，动力等于阻力，使用等臂杠杆既不省力也不费力，既|不省距离也不费距离。但可以改变动力的方向，使工作方便。14 滑轮周边有小槽，能绕轴转动的小轮叫做滑轮。滑轮分定滑轮、动滑轮两种。用定滑轮、动滑轮又可以组装成不同的滑轮组。（1） 定滑轮使用时，轴固定不动。不能省力，但能改变力的方向，相当于等臂杠杆。（2） 动滑轮使用时，滑轮的轴随物体一起运动。能省一半的力，但不能改变力的方向，相当于动力臂为阻力臂两倍的杠杆。（3） 滑轮组由动滑轮和定滑轮组合而成的简单机械。使用时，动滑轮和物体的总重由几股绳子承担，那么拉起物体所用的力就是总重的几分之一。15 机械效率（1） 有用功：对我们游泳的，是我们所需要的功。（2） 额外功：虽然不需要，但又不得不做的功叫额外功，也叫无用功。（3） 总功：有用功和额外功之和。如：买酱油时，把酱油从地面上提起来，对酱油做的功叫做有用功，对油瓶做的功是额外功，对酱油和酱油瓶做的功是总功。（4） 机械效率：有用功与总功之比叫做机械效率，用希腊字母 表示。则有公式： 。总有W机械效率通常是一个百分数。由于使用机械时，机械受到重力作用，机件之间、物体和机械之间的摩擦总是存在的，所以总要做一些额外功，因此，机械效率绝对不会达到 100%，或者说机械效率总小于 1。16 滑轮组承重绳子的股数的确定方法及组装方法（1） 承重绳子的股数的确定方法： 首先要分清哪些是定滑轮，哪些是动滑轮； 在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线，看跟动滑轮相连的绳子有几股，那么承重绳子的股数 n 就是几。在图 1 中我们用虚线把重物和动滑轮从滑轮组隔离，以重物和动滑轮为研究对象，有四根绳子承担动滑轮及重物，所以用力 。4总GF同理，分析上图 2 可知，提起重物及动滑轮的力 5总GF（2） 滑轮组的简单组装方法： 当承重绳子的股数 n 为奇数时，绳子的起始端应固定在动滑轮的框架钩上，然后依次绕过滑轮； 当承重绳子的股数 n 为偶数时，绳子的起始端应固定在定滑轮的框架钩上，然后依次绕过滑轮。17 理解有用功、额外功和总功有用功可理解为一种“目的”功。例如：用滑轮组匀速提升重物时，使用机械的目的是提高重物，那么克服物体的重力做的功是有用功，|即 。GhW有 用又如用滑轮组拉动重物在水平面上匀速移动时，使用机械的目的是水平移动重物，那么克服物体与水平面间的摩擦力做的功是有用功，即 fsW有 用额外功是指对人们无用但又不得不额外做的功，即克服机械自重和自身部件的摩擦而坐的功。由于机械自重和摩擦总是存在的，因而额外功是不可避免的，对任何实际的机械总有 0。额 外W总功是人们使用机械时动力总功做的功。总功等于动力与动力作用点移动距离的乘积，即 ，这其FsW总中既有通过机械克服物体阻力做的有用功，又有克服机械自身重力和摩擦做的额外功，所以有用功、额外功和总功的关系是 。额 外有总 W18 机械功率的比较当总功一定时，机械做的有用功越多或额外功越少，机械效率就越高；当有用功一定时，机械所做的总功越少或额外功越少，机械效率就越高；当额外功一定时，机械所做的总功越多或有用功越多，有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高。注意：（1） 机械效率的高低取决于有用功和总功两个因素，不能理解成：“有用功越多，机械效率越高” 。（2） 机械效率的高低与是否省力及功率的大小无关。（3） 机械效率不是固定不变的。机械效率反映的是机械在一次做功的过程中有用功跟总功的比值，同一机械在不同次做功的过程中，提起物重不同，机械效率往往会不同。19 作杠杆最小动力的方法使用杠杆的目的之一是省力，我们要学会在杠杆中寻找最小动力，或在杠杆示意图中作出最小动力。作图思路如下：（1） 确定支点，找出最长的动力臂。因为在组里和阻力臂一定时，动力臂越长就越省力。（2） 按“顺反原理”选好动力方向。也就是按动力使杠杆转动的效果与阻力使杠杆转动的效果相反确定动力方向。（3） 依据确定的动力方向画出动力示意图。注意：作最小动力的关键是寻找最长动力臂。最长动力臂的找法如下： 如果动力作用点已经给出，那么，支点到动力作用点的连线作力臂，其力臂最长。 如果动力作用点没有确定，那么就要依据杠杆的几何特征找出最长动力臂，确定动力作用点。如圆形用直径做动力臂，立方体和长方体用对角线做动力臂。20 探究滑轮组的机械效率猜想与假设：猜想 1：可能与匀速提升的速度大小有关；猜想 2：可能与被提升的钩码的重力有关；|猜想 3：可能与匀速提升的速度大小和被提升的钩码的重力都有关；猜想 4：可能与钩码被提升的高度有关。设计实验：（1） 实验目的：学会测滑轮组的机械效率。（2） 实验原理：由机械效率的定义可知： ，在用滑轮组提升钩码时，用弹簧测力计测出绳%10总有 W的拉力 F，用刻度尺测出钩码提升的高度 h 和弹簧测力计移动距离 s，分别算出有用功 以及GhW有 用总功 代入公式求滑轮组的机械效率，即 。sW总 10FsGh（3） 实验器材：刻度尺，钩码，弹簧测力计，滑轮组两个，铁架台，长约 2m 的细绳。进行实验 用“控制变量法”进行实验。保证其他条件不变，只改变将要验证猜想中的条件，先后两次分别用弹簧测力计测出绳端拉力 F 和钩码的重力 G，用刻度尺测出钩码被提升的高度 h 和弹簧测力计移动的距离 s，记录在设计的表内。 分别计算出先、后两次匀速提升重物时，滑轮组的机械效率值 和 。将结果填入表内。12分析和验证：通过分析上述实验数据，总结滑轮组的机械效率与猜想的因素是否有关的结论。注意：（1） 弹簧测力计向上或向下拉动提升重物前，应该沿使用方向先将弹簧测力计调零。（2） 测量过程中，弹簧测力计在读数时，应保持弹簧测力计做匀速直线运动。（3） 在实验过程中，对于已经组装好的滑轮组，如果没有刻度尺，只要设物体提升的高度为 h，依据绳子股数找出动力作用点移动的距离 s 与高度 h 的关系，只用弹簧测力计也可测出滑轮组的机械效率。21 探究斜面的机械效率斜面也是一种简单的机械，可以省力，但要费距离。探究：测量斜面的机械效率。（1） 提供器材：长方体木块、小车、砝码、长木板、弹簧测力计、刻度尺。（2） 需测量的物理量有 G、 h、 F 和 s。（ G 为物体重力， h 为斜面高度， s 为斜面长度， F 为沿斜面的拉力）（3） 影响斜面的机械效率的因素有哪些？这些因素与斜面有关的有两个：斜面的斜角（也叫斜率）和斜面的粗糙程度（摩擦因素） 。22 动能和势能动能和势能总称为机械能。动能和势能之间可以相互转化。（1） 动能：物体由于运动而具有的能量，叫做动能。（2） 重力势能：物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。|（3） 弹性势能：物体由于发生了弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。23 动能的决定因素：动能的大小决定于物体的质量和速度（1） 在质量相同时，物体的速度越大，它具有的动能越大，物体的速度越小，它具有的动能越小。（2） 在速度相同时，物体的质量越大，它具有的动能越大，物体的质量越小，它具有的动能也越小。24 势能的决定因素（1） 在质量相同时，物体所处的高度越高，它的重力势能越大，物体所处的高度越低，它的重力势能越小。（2） 在高度相同时，物体的质量越大，它的重力势能越大，物体的质量越小，它的重力势能越小。（3） 同一物体的弹性形变越大，则它具有的弹性势能越大。25 认清“标志” ，确定机械能（1） 确定物体具有哪一种能量，先要认清“标志” 。 动能的标志：是否运动。 重力势能的标志：是否被举高。 弹性势能的标志：是否发生弹性形变。（2） 动能和势能可以相互转化。动能和重力势能之间可以相互转化。动能和弹性势能之间可以相互转化。26 确定机械能转化的方法（1） 重力势能转化为动能的标志：速度增加时，高度降低；（2） 动能转化为重力势能的标志：速度减小时，高度增加；（3） 弹性势能转化为动能的标志：速度增加时，弹性形变减小；（4） 动能转化为弹性势能的标志：速度减小时，弹性形变增大。27 机械能守恒（1） 如果只有动能和势能相互转化，机械能的总和不变，或者说机械能守恒。（2） 如果物体与其他物体间有摩擦，机械能就会转化成其他形式的能，机械能不会守恒。（3） 运动的物体在平衡力作用下或不受力时，由于速度不变，则动能不变；高度可能不变，可能增加，也可能减小，所以重力势能是否变化由运动方向决定。28 用“控制变量法”探究机械能的影响因素（1） 探究影响动能的因素 动能大小的确定：如下图所示让小球从斜面上滚下，撞击纸盒，根据纸盒的远近确定动能的大小。纸盒被撞得越远，说明小球的动能越大。 变量的控制：用控制小球在斜面上的高度来控制在水平面上的速度；|用体积相同的木球和铁球来控制小球的质量。（2） 探究影响重力势能的因素让高处的物体自由下落，撞击同一水平面的物体，根据物体的形变的大小来确定重力势能的大小。29 内能（1） 物质是由分子、原子或离子等粒子构成的，构成物质的粒子永不停息地做无规则运动。扩散现象表明，温度越高，粒子的无规则运动越剧烈。大量粒子的无规则运动叫热运动。（2） 内能：物体内部大量做热运动的粒子具有的能叫做内能。热能是内能的俗称。（3） 对内能的理解： 每个粒子具有的动能和势能不是物体的内能。 一切物体在任何情况下都具有内能。因为一切粒子都在不停地做无规则运动，总有分子动能；因为粒子间总是存在着引力和斥力，所以物体总有分子势能。 温度越高，粒子的热运动就越剧烈，粒子动能就越大，因此内能也就越大，物体的质量越大，物体内部分子的个数就越多，物体内能也就越大。30 改变内能的方法（1） 热传递可以改变物体的内能。热传递的条件：物体之间存在着温度差。热传递的方向：能量从高温物体传递到低温物体。热传递的结果：高温物体内能减少，低温物体内能增加。持续到物体的温度相同为止，此时我们说达到了热平衡。（2） 做功可以改变物体的内能 对物体做功，物体的内能会增加。 物体对外做功，物体的内能会减少。（3） 做功和热传递是改变物体内能的两种方式；做功是其他形式的能和内能的相互转化，热传递是内能的转移。（4） 做功和热传递对改变物体内能是等效的。31 热量的计算（1） 单位质量的某种物质，温度升高（或降低）1所吸收（或放出）的热量叫这种物质的比热容。比热容的单位：J/（kg·）（2） 比热容是物质本身的一种属性，每种物质都有自己的比热容。（3） 物体吸收（或放出）热量的多少与物质的比热容、质量和温度的变化量都有关系。物体吸热升温时 ，)(0吸 tcmQ放热降温时 ，0放通式为： 。t|32 燃料的热值（1） 燃料的燃烧是一种化学反应，燃料在燃烧时将化学能转化为内能。（2） 1kg 某种燃料完全燃烧放出热量，叫做这种燃料的热值。（3） 燃料的热值是燃料的一种热学属性，与燃料的质量或燃烧是否完全无关，只与燃料的种类有关。确定的燃料有确定的热值，不同燃料的热值一般不同。（4） 燃料燃烧时释放热量的计算。燃料完全燃烧放出的热量： 。其中， Q 为热量，单位：J； m 为质量，单位：kg； q 为热值，qmQ单位：J/kg，气体：J/m 3。33 确定物体的内能变化的方法物体内能是否发生变化，主要看以下两个标志：（1） “温度变化”是物体内能变化的标志之一。对同一物体来说，温度升高，内能一定增加；温度降低，内能一定减少。（2） “状态变化”也是内能变化的标志。如晶体熔化、水沸腾时，吸收热量，温度不变，但内能增加。晶体凝固时，放出热量，温度不变，但内能减少。综上所述，判断物体的内能是否发生变化，不能仅从温度上思考，还要考虑状态是否发生变化。34 内能与机械能的区别（1） 内能是物体内部所有粒子热运动的动能和粒子势能的总和。机械能是指整个物体发生机械运动时具有的能量。（2） 由于一切物体的粒子都在不停地做无规则的运动，而且物体的粒子间有相互作用力，所以，一切物体都具有内能，内能永不为零。机械能可以为零。（3） 物体内能的大小与物体的温度、质量、状态、粒子间作用及相互作用的情况有关；机械能的大小与物体的质量、运动的快慢、物体的形变大小以及物体的高度有关。因此内能是不同于机械能的又一种形式的能量。35 比热容的应用（1） 比热容是反映物质吸热或放热能力大小的物理量。利用“不同的物质在质量和吸收的热量相同时，比热容小的物质升温高，比热容大的物质升温低”解释自然现象。如水的比热容较大，砂石的比热容较小，沿海地区的昼夜温差比内陆小，用水作冷却剂和制冷等。（2） 比热容是物质的特性，每种物质都有自己的比热容，即跟物质吸热或放热的多少无关，跟质量和温度无关。不同的物质比热容不同，同种物质的状态不同，比热容也不同。利用比热容特性，选择合适的应用材料，鉴别物质。36 热量的综合计算（1） 热平衡方程把温度较高的物体与温度较低的物体混合，温度较高的物体就要放出热量，温度较低的物体就要吸收热|量。在不计热损失时，低温物体吸收的热量等于高温物体放出的热量。其表达式为 Q 吸 =Q 放 。（2） 热量与热值： Q=qm， Q= V（3） 热效率燃料在燃烧时放出的热量，只有一部分被有效利用。我们把被加热的物体吸收的热量与燃料完全燃烧时放出的热量之比用热效率表示，其表达式为： Q有 用注意：在不计热损失时，燃料完全燃烧时放出的热量与物体吸收的热量相等。（4） 单位的选择：在综合计算时，各个物理量的单位都用主单位：如热量用 J，比热容用 J/（kg·） ，温度用，热值用 J/kg，质量用 kg。如果质量用密度和体积计算，则体积单位用 m3，密度单位用kg/m337 电器的电功率（1） 额定电压和额定功率：用电器正常工作时的电压（用电器上标明的电压值）就是额定电压。用电器在额定电压下正常工作时的功率（用电器上标明的功率）就是额定功率。 额额额 IUP（2） 各种不同的用电器的功率不同：空调、微波炉的功率大约为 1000W，电视机、电子计算机的功率大约为 200W，电冰箱、电风扇的功率为 100W。（3） 用电器工作电压的选择：我们使用各种用电器一定要注意他的额定电压，只有在额定电压下用电器才能正常工作。实际电压偏低，用电器消耗的功率低，不能正常工作；实际电压偏高，长期使用会影响用电器的寿命，还可能烧坏用电器。38 电功率和电功的计算（1） 电功率：我们用电功率表示消耗电能的快慢。因此： 。tWP电功率的单位是“瓦特” ，符号为“W” ，即用电器在 1s 内消耗 1J 的电能，其功率就是 1W，即 1W=1J/s。还有较大的单位“kW” 。（2） 基本电功率公式：对于任何电路：电功率可应用公式 和 。tWPUI对于纯电阻来说：还可选用 和 来计算。RIP2UP2（3） 电功公式（电能计算式）可用电功率公式乘以 t 得到。tRUWIUWPt22,39 测定小灯泡的功率（1） 原理： 。UIP