功和能
做功的过程就是能量转化的过程
一个物体能够对外做功就有能量,如果一个物体的能量减少了,就说这个物体对外界做了功,即作用的力有了成效。
1功
如果一个物体受到力,并且同时在力的方向上移动了距离;就显示了力的成效(即使物体的能量发生了转化),我们就说力对物体做了功。
力对物体做功的两个必要因素:作用在物体上的力
物体在力的方向上移动距离
2 功的计算:W=FS
※其中F可以是重力G、拉力F拉、推力F推、摩擦力F f、浮力F浮…
※其中S是物体在对应力的方向上移动的距离
例一重100N的物体被水平抛出在水平方向前进了3m,在竖直方向下降了4m,则此过程中重力做功多少J?推力做功多少?(400J 无法确定)
3有用功、额外功及总功
(一)相关概念:
有用功
实际生活中,使用杠杆、滑轮、斜面、起重机、水泵等机械做功时,
有一部分功是人们为了达到目的所必须做的功,我们称其为有用功
常见的有用功有:1、提升重物时,克服物体重力所做的功;W有=Gh
2、使物体前移时,克服物体与地面的摩擦所做的功W有=F f L
额外功
有一部分是人们不需要的但不得不做的功,我们称其为额外功。
常见的额外功有:
1、克服机械自重所做的功;W额=G动h
2、克服机械自身摩擦所做的功。
斜面上W额=fs
总功
有用功和额外功的和叫做总功
常见的总功有:使用杠杆时动力所做的功。
使用滑轮、斜面时拉力所做的功。
W总=Fs
使用起重机、水泵时电动机所做的功。
W总=Pt
人直接作用时,人的拉力及克服人重力所做的功。
2机械效率
有用功与总功的比叫做机械效率
η=W有用/W总
说明:1、η为没有单位的物理量
2、η为小于1的数
3、η是描述机械性能的重要标志之一。
使用机械时效率越高越好。
不使用任何机械时做功的效率为100o/o
理想机械的效率也为1,有用功等于总功,总功等于有用功。
竖直方向η=Gh/Fs
水平方向η= F f l/Fs
5影响机械效率的因素:
滑轮:η=G物/nF动滑轮重、机械自身摩擦、物重
η=G物/(G物+G动)(不考虑机械自身摩擦)
斜面:斜面的粗糙程度、倾斜程度η=Gh/Fs
杠杆:杠杆自重、摩擦、物重
6提高机械效率的方法:
方法一减小额外功:
改善结构,更合理、更轻巧;(即减轻自重)
经常保养,加润滑油。
(即减小自身摩擦)
方法二增加有用功
尽量提拉最多的物体。
3功率
意义:表示做功快慢
定义:单位时间内所做的功
P=W/t
P=W/t=Fs/t=Fv
功率和机械效率无关:功率大的效率不一定高
4机械能
物体的动能和势能的和:E=E动+E势
动能:物体由于运动而具有的能。
大小与物体的质量和物体运动的速度有关
重力势能:物体由于被举高而具有的能。
大小和物体的质量及物体的相对高度有关
弹性势能:物体由于发生弹性形变而具有的能。
大小与形变程度及物体本身有关
实验二十八、探究动能大小与哪些因素有关:
实验方法:控制变量法、转换法
实验过程:
1、从同一斜面的同一高度由静止释放不同质量的小球,观察水平面上木块被撞远的距离
2、从同一斜面的不同高度有静止释放同一小球,观察水平面上木块被撞远的距离
多次实验得出普遍结论。
实验结论:
物体的质量一定时,物体运动的速度越大动能就越大
物体的速度一定时,物体的质量越大动能就越大
下列物体都具有机械能
水平路面上行驶的汽车
树上掉着的苹果
空中飞行的飞机
机械能守恒:
若只有势能和动能相互转化、无其他能量转化则机械能守恒。
机械能守恒时,减少的动能等于增加的势能,反之势能减少多少动能就增加多少。
机械能不守恒:
滚动的足球逐渐停下:动能转化为内能,机械能减少。
火箭发射过程,化学能转化为机械能,机械能增加。
5内能
一切物质都是由分子或原子组成的
一切分子都在不停的做无规则运动(宏观的扩散现象说明了此特点)--分子动能
分子间存在相互作用的引力和斥力---分子势能
一切物体都具有内能(分子动能与分子势能的和),其大小与物体的质量、温度、体积有关改变内能的方式:做功、热传递
5.1做功与内能的转化:
克服摩擦做功,两物体内能增加。
压缩气体做功,气体内能增加;
气体膨胀对外做功,气体内能减少。
弯折物体做功,物体内能增加。
热机:(通过做功的方式改变内能)
内能转化为机械能的机械设备
具体有:蒸汽机(最初的热机)、内燃机(机动车辆用)、蒸汽轮机(电厂用)、喷气发动机(飞机火箭用)
内燃机:汽油机、柴油机
汽油机工作过程:吸气冲程(吸入汽油和空气的混合物)、
压缩冲程(其他能转化为内能)、
做功冲程(内能转化为机械能)、
排气冲程。
(排出尾气)
压缩冲程结束时点火
柴油机工作过程:吸气冲程(吸入空气)、
压缩冲程(其他能转化为内能)、
做功冲程(内能转化为机械能)、
排气冲程。
(排出尾气)
压缩冲程结束时喷油
除了做功冲程外,其他冲程靠惯性完成(单缸)。
热值:完全燃烧1kg燃料所放出的热量。
不同的燃料热值不同,且热值是燃料的特性,不论燃烧与否都具有固定的热值
热机的效率
用来做有用功的能量与完全燃烧燃料所能放出的总能量的比
燃料燃烧放热:Q=qm 或Q=qv
5.2热传递与内能的转移:
如烧水、暖气、太阳辐射
热量:表示热传递内能的多少
实验二十九、探究物体吸热多少与哪些因素有关
方法:控制变量法
为了研究物体温度升高时吸收热量的多少与哪些因素有关,实验小组做了如下4个实验:在4个相同的烧杯中分别盛有水和煤油,用同样的加热器加热。
下表是他们实验记录的数据。
⑴相同质量的同种物质,升高的温度越高吸收的热量越多;
⑵同种物质升高相同温度时,质量越大的吸收的热量越多;
⑶相同质量的不同物质升高相同温度时,吸收的热量不同。
实验注意事项:相同热源意味着可以用加热时间多少表示吸热多少
比热容(反应不同物质的吸热能力的大小)
水的比热容最大,为4.2×103J/(kg·0C)
两物体间发生热传递时Q吸=Q放
Q放=c m ( t0 - t)
Q吸=c m ( t- t0)
(t表示末温 t0表示初温)
用比热容知识解释有关问题
烈日当空时为什么感到河水较凉而岸边的砂很热
答:水和砂在烈日下都吸热,由于水的比热容较砂的比热容大,吸收相同热量,水升高的温度较低。
所以感到砂比水热。
思考::热传递时;有能量损失吗?如何计算热传递的效率/?
内能、热量、温度的关系
物理中可以说物体具有内能,但不能说物体有热量
热传递传的是热量而不是温度
内能大的温度不一定高;温度高的内能不一定大。
(物体可能不同)
以下说法都隐含了同一物体
物体温度升高内能一定增加
物体内能增加温度不一定升高(冰化水)
物体吸热温度不一定升高。
(冰化水)
物体温度升高不一定吸热。
(也可能外界对它做功)
物体内能增加不一定吸热(也可能外界对它做功)
物体吸热内能不一定增加(可能同时对外做功)
6能量守恒定律:
能量既不会凭空消灭,也不会凭空产生,它只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而在转化和转移到另一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变。
摩擦生热——机械能转化为内能
热机——内能转化为机械能
电动机——电能转化为机械能
发电机——机械能转化为电能
蓄电池充电——电能转化为化学能
干电池放电——化学能转化为电能
光合作用——光能转化为化学能
空中的礼花——化学能转化为光能烧红的铁——内能转化为光能。