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上册第三章第4-5节动能和势能;物体的内能

发布时间:2013-10-31 10:35:01  

【本讲教育信息】

一、教学内容

动能和势能;物体的内能

二、考点清单

(一)学习目标:

1、知道物体由于运动而具有的能叫动能,知道动能的大小与物体的质量和运动速度有关

2、知道重力势能及重力势能的决定因素,了解弹性势能及弹性势能的决定因素

3、能用实例说明物体的动能和势能以及它们的转化,了解机械能和其他形式的能的转化实例

4、了解内能的概念

5、理解做功和热传递是改变内能的两种方法,知道做功和热传递过程中能量转化和转移的实质

6、知道热量的概念,知道功和热量都可以用来量度内能的变化,知道燃料的热值

(二)重难点分析:

重点:动能、势能 动能和势能的转化,做功是改变物体内能的一种方法

难点:动能、势能 动能和势能的转化。理解弹性势能及弹性势能的决定因素

三、全面突破

【知识点1】动能和势能:

1、动能

(1)定义:物体由于运动而具有的能。

图示例举各种具有动能的物体(奔跑的狗、飞翔的飞机、转动的齿轮、飘荡在空中的热气球)

(2)决定动能大小的因素

运动的物体所具有的动能和质量、速度有关。质量越大,动能越大;速度越大,动能也越大。

(3)动能的利与弊

弊:据报道:大飞机“害怕”小飞鸟

当鸟与飞机相对而行时,虽然鸟的速度不是很快,但是飞机飞行的速度很快,这样对于飞机来说,鸟的速度就十分快了。速度越快,小鸟的动能就越大,撞击的力量就会越强。如果是一只1.8千克的鸟撞在速度为每小时700千米的飞机上,产生的冲击力比炮弹的冲击力还要大。所以一只小小的鸟也能变成击落飞机的“炮弹”。

台风、洪水、地震、泥石流等对人类也有危害:

动能对人类的益处(如风力、水力发电,各种动力机械等)

2、势能

(1)重力势能:

定义:物体由于被举高而具有的能。

探究:重力势能的决定因素是什么?

结论:物体的质量越大,位置越高,具有的重力势能就越大。

(2)弹性势能:

定义:物体由于发生形变而具有的势能。

如弹弓、弩、机械手表等。

以弹弓为例,说明弹性势能的决定因素

小结:弹性势能的大小跟物体的形变的大小有关。物体的形变越大,弹性势能就越大。

3、动能和势能的转化

以单摆和滚摆为例说明物体的动能和势能可以相互转化。

思考:在上述两个实验中,小球和滚摆每次上升的高度都在减小,最后会停在最低点,你知道是为什么吗?

――由于受到摩擦等阻力的缘故

强调:如果没有受到摩擦等阻力,动能和势能在相互转化过程中,机械能的总量保持不变。

【典型例题】

例1. 一轻质杆支于水平的转轴上,可绕轴在竖直面上自由转动(杆的质量和杆与转轴间的摩擦不计),当杆左右两端固定质量分别为m和M(m<M)的,两金属球时,杆恰好在水平位置平衡,如图。现把转轴位置从O向右移到O/处,在杆转动到竖直位置前,下列说法正确的是( )

A. P球:下降,动能增加、势能减少

B. P球:上升,动能增加、势能增加

C. Q球:下降,动能增加、势能减少

D. Q球:上升,动能增加、势能减少

解析:这是一道综合考查杠杆和动能、势能的分析题,首先通过支点的移动判断力臂的改变,得出P球下降,势能减少,Q球上升,势能增加。它们的速度都在增大,所以动能都在增大,由此得出A答案正确。

答案:A

例2. 我市竹资源非常丰富,如图是某公司生产的竹木工艺筷。下列关于筷子的“自述”中,错误的是( ) ..

A. 将我放在水里,我就会受到浮力的作用

B. 当人们在餐桌上使用我时,我就成了省力杠杆

C. 在我从桌面掉到地面的过程,我的重力势能越来越小

D. 将我斜插在玻璃水杯中,我的身子被“折断”是由于光的折射

解析:这是一道综合分析题,也是近几年来的一个考查热点,要求同学们会综合运用浮力、杠杆、势能、光学知识。A答案明显正确,因为放在液体中的物体都会受到液体的浮力。B答案是错误的,因为从杠杆知识考虑,筷子应该是费力杠杆。C答案正确,因为物体在下落过程中,高度在下降,所以重力势能越来越小。D答案也正确,因为“筷子上折”现象是由于光的折射。

答案:B

例3. 小科在观看2009世界冰壶锦标赛时猜想:冰壶在冰面上的滑行距离,除了与离手时的速度大小、接触面的粗糙程度有关外,还可能与质量有关。

为了验证这一猜想,小科、小敏和小思做了如下实验(如图所示):在木块上加放数量不等的钩码后,让木块从O点静止滑下,记录木块和钩码的总质量m和它在水平面的滑行距离S,记录数据如下(各组在A点时初速度均相同):

(1)从上述数据分析,可以得到的结论是:在初速度和接触面粗糙程度相同的条件下,物体在水平面上滑行的距离与物体的质量大小 ;

(2)小敏认为:木块及钩码的质量越大,对水平面的压力越大,则滑行中受到的摩擦阻力也越大,滑行距离就会越短。因此,他认为数据有问题,于是对上表数据做了如下改动:

请你评判小敏的做法并阐述理由: ;

(3)小思同学反思上述实验后认为:在初速度和所受到的摩擦阻力大小相同的条件下,物体的质量越大在水平面上滑行的距离将越远,因为: 。

解析:这是一道综合考查动能和质量、速度关系的探究题。第一问重在数据分析,很容易分析得出:在初速度和接触面粗糙程度相同的条件下,物体在水平面上滑行的距离与物体的质量大小无关,第二、三问见答案解析。

答案:(1)无关

(2)小敏的做法是错误的,

因为在科学探究和科学实验中收集的证据和数据必须真实,不能捏造。

(3)在初速度大小相同时,物体质量越大,具有的动能越大,能够克服摩擦阻力做的功也越多,在所受的摩擦阻力大小相同时,就能滑行更长的距离。(合理的均可以)

例4. 2007年12月4日,跳伞爱好者彭刚纳尔从亚洲第一高楼——“台北101大楼”楼顶跳下,从A处到B处的过程中下落速度越来越快,从B处到C处由于打开降落伞而匀速下降,则( )

A. AB过程动能变小,BC过程动能不变

B. AB过程动能变小,BC过程动能变小

C. AB过程动能变大,BC过程动能变小

D. AB过程动能变大,BC过程动能不变

解析:这是一道考查影响动能大小因素的分析题。对于同一跳伞爱好者,他的质量是不变的,从A处到B处的过程中下落速度越来越快,则AB过程动能变大。从B处到C处由于打开降落伞而匀速下降,则BC过程动能不变,所以选择D。

答案:D

【知识点2】内能:

1、内能(热能)

回顾红墨水扩散(以前所学的相关知识)

――说明温度越高,粒子的无规则运动(热运动)越剧烈

内能(internal energy):物体内部大量做热运动的粒子所具有的能

强调:一切物体都有内能,内能的大小与温度有关。温度越高,内能越大,0℃以下的冰也具有内能。

2、做功可以改变内能

生活体会——冬天时手很冷,经常通过搓手来取暖;用锯条锯木板时,用手摸一下锯条,会觉得很烫;野外生存中取火的一种方法是钻木取火,等等。

实验:克服摩擦做功、压缩气体做功

(1)克服摩擦做功:(如图所示)可以看到U型管中的红墨水左降右升。

(2)压缩气体做功:实验时看到棉花燃烧起来

解释:(1)在摩擦生热的过程中,克服摩擦做了功,使物体的内能增大,温度升高;

(2)活塞压缩空气做功,使空气内能增大,温度升高,达到棉花的燃点使棉花燃烧。(摩擦和压缩气体都可以说是外界对物体做了功)

结论:外界对物体做功,可以使物体的内能增加

演示实验:气体对外做功实验

(1)生活例子:开啤酒瓶,观察瓶口发生的现象。

(2)如图所示,加热试管中的液体,沸腾时,可以看到塞子被冲出。

解释:瓶内的气体推动瓶塞做功时,内能减少,温度降低,使水蒸气凝结成小水滴。 结论:物体对外做功,本身的内能就会减少。

小结:从能的转化看,通过做功改变物体的内能,实质上是其他形式的能与物体内能相互转化的过程。功可以用来度量内能改变的多少。

联系与应用:

(1)为什么气温随高度的增大而降低?

――地面附近密度较小的空气吸收太阳辐射膨胀而上升,推挤周围空气对外做功,内能减小,温度降低;当上层气团因放出热量温度降低而下沉时,气团收缩,外界空气挤压气团,对气团做功,使气团的内能增大,温度升高。

(2)为什么用气筒给自行车打完气后,摸一下气筒外的外壁,会变热?

(3)当我们给充足气的轮胎放气时,能看到在气门芯附近有一些小水珠,你能解释这种现象产生的原因吗?

3、热传递可以改变内能

热传递:使能量从高温物体传到低温物体或者从同一物体的高温部分传到低温部分的现象。热传递有以下三种形式:

传导——热量通过接触物体由高温部分向低温部分传递

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

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

实验:热传递可以改变内能

生活经验:采用冷敷降低体温。

结论:热传递可以改变物体的内能

热传递过程中传递的能量的多少叫热量,用Q表示,单位也是焦耳。

公式:Q吸=cm(t-t0)或Q吸=cm△t Q放=cm(t0-t)

其中c表示比热容,如水的比热是4.2×103 焦/(千克·℃),表示的意义是:

质量为1千克的水温度升高(或降低)1℃时吸收(或放出)的热量是4.2×103 焦。 小结:改变物体的内能有两种方法:做功和热传递。两种方法对改变物体的内能是等效的,但本质上有所区别。

4、燃料的热值

燃烧:一种剧烈的氧化反应。从能的转化角度看,是将贮存在燃料中的化学能转化为内能的过程。

热值:1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量。

注:单位质量、燃料的种类、完全燃烧三个要素。

热值表示的意义:如氢的热值是1.4×108 焦/千克,代表每千克的氢完全燃烧所放出的热量是1.4×108 焦。

拓展:燃料燃烧放出的热量计算公式:Q放 =mq

其中m代表所燃烧的燃料质量,q代表热值。

【典型例题】

例1. 风能是我国未来开发、利用的重要能源之一。

(1)我省规模最大的衢山岛风力发电场,年平均发电量可达9×107kwh,相当于完全燃烧 kg的标准煤所释放的能量(标准煤的热值为3.0×107J/kg,1kW·h=3.6×106J );

(2)在建造过程中,吊车要将一台3.0×104kg的风机吊上塔筒,如图所示。若不计摩擦和动滑轮重,钢绳受到的拉力为 N(g取10N/kg)。

解析:这是一道考查有关热值和动滑轮的计算题。

第一问:由Q放 =mq得:m=Q放/q=9×107 ×3.6×106J/3.0×107J/kg=1.08×107 kg

第二问:因为动滑轮能省一半力,所以F=G/2=mg/2=3.0×104kg×10N/kg/2=1.5×105N。 答案:1.08×107 1.5×105

例2. 用活塞式打气筒给自行车胎打气的过程中,气筒的筒壁通常会发热。筒壁发热的原因是 做功和 做功。请设计实验证明究竟哪个是主要的发热原因 。

解析:这道题重在考查实验设计能力,具体见答案解析。

答案:活塞对筒壁 活塞压缩空气

实验:用温度计测出气筒温度,然后在相同环境(室内)中用同一个打气筒先给轮胎以较慢速度打10次气,用温度计测出筒壁温度。冷却后测出气筒温度,然后将出气孔堵上,放在地上以相同速度打10次气,测出筒壁温度,根据温度差的大小判断哪个做功是主要因素。

例3. 下列现象中,利用做功改变物体内能的是( )

A. 冬天晒太阳取暖 B. 用酒精灯加热

C. 将烧红的工件放入冷水中降温 D. 古人钻木取火

解析:这道题综合考查了做功和热传递这两种改变物体内能的方式,A、B、C答案都是通过热传递改变物体的内能,只有D答案是利用做功改变物体的内能。

答案:D

例4. 下列物体热能的改变,通过热传递实现的是( )

A. 锯木头锯条发热 B. 冬天搓手使手发热

C. 流星进入大气层后燃烧发光 D. 用酒精灯加热使水的温度升高

解析:这道题也综合考查了做功和热传递这两种改变物体内能的方式,A、B、C答案都是利用做功改变物体的内能,只有D答案是通过热传递改变物体的内能。

答案:D

例5. 能源是人类社会进步发展的重要物质基础,太阳能处处可以利用,并且清洁无污染,是一种理想的能源。太阳能热水器内盛有50千克的水,在阳光照射下水的温度从20℃升高到70℃。求:热水器中水吸收的热量Q吸。[C水=4.2×103焦/(千克·℃)]

解析:这道题综合考查了内能的计算公式运用。可直接用吸热公式:

Q吸=cm(t-t0)= 4.2×103焦/(千克·℃)×50千克×(70℃-20℃)=1.05×107焦

答案:1.05×107焦

四、应考锦囊

本讲的知识点是中考的必考内容,其中动能和势能一般以选择题的形式出现,动能和势能的转化可能会出现较难题,解决的途径是明确初始状态和结束状态时物体所具有的能的种类和大小变化。内能一节主要是考查改变内能的两种方式的判断,吸热和放热的计算,燃料燃烧放出的热量计算。在计算过程中同学们要注意单位的转化,一定要使用国际主单位进行计算,这样才会算出准确的结果。

五、本讲小结

1. 明确动能和势能的概念和动、势能转化的分析。

2. 明确做功和热传递都是改变物体内能的方式,并且是等效的。

3. 理解吸热、放热公式和燃料燃烧放热公式的意义,计算过程,思维步骤和注意事项。

六、超前思维

下次上课前请同学们做好以下准备:

电能的利用

(一)学习目标:

1. 理解电功率的概念,知道电器额定功率的含义

2. 理解电功率跟电流电压的关系,知道电功的概念,并能进行简单的计算

3. 知道电能表是测量用电器消耗电能的仪表,学会家用电能表的读数和计算用电器消耗电能的方法

(二)阅读内容:课本100~106页

(三)带着问题上课堂:

1. 推导总结电功率的计算公式有哪些?

2. 推导总结电功的计算公式有哪些?

(四)牛刀小试:

1. 电流做功的__________用电功率描述,电流__________内做的功,叫做电功率。

2. 由实验可以得到:在电压相等的情况下,通过灯泡的__________越大,灯泡消耗的电功率越大。

3. 电功率的计算公式是__________。

4. 电功的计算公式是__________。

5. 电能表也叫__________表,利用它可以计量_______________________________。

6. 额定电压是指用电器在功率。用电器只有在 下才能正常工作。若加在它两端的电压偏低时,它消耗的功率就 额定功率,用电器就不能正常工作。

【模拟试题】(答题时间:40分钟)

一、选择题

1. 关于能的概念,下列说法正确的是( )

A. 用线悬挂着的物体,它没有做功,它不具有机械能

B. 在空中飞行的子弹,因为它能做功,所以它具有机械能

C. 甲物体的运动速度比乙物体的大,则甲物体的动能一定比乙物体的大

D. 甲物体的高度比乙物体的高度大,则甲物体的势能一定比乙物体的大

2. 跳伞运动员在空中匀速下落的过程中,他的( )

A. 动能增大,势能不变 B. 动能不变,势能减小

C. 动能、势能都不变 D. 动能减小,势能增大

3. 司机开车上坡前,往往加大油门,以提高汽车的速度,这是为了( )

A. 增大动能 B. 增大势能 C. 增大惯性 D. 减小阻力

4. 2005年10月13日,西昌卫星发射中心用“长征四号乙”运载火箭,成功地将“神州六号”飞船送入太空。在飞船随火箭一起离开发射塔加速飞向太空的过程中( )

A. 飞船的势能不断减小,动能不断增大

B. 飞船的势能不断增大,动能不断减小

C. 飞船的势能和动能都在不断减小

D. 飞船的势能和动能都在不断增大

5. 三峡水库修建大坝,为了提高水位,增加水的( )

A. 内能 B. 重力势能 C. 弹性势能 D. 动能

6. 关于能量的大小,下列说法中错误的是( )

A. 运动速度越大的物体,动能一定越大

B .质量大的物体,动能不一定大

C. 质量大的物体,其重力势能不一定大

D. 质量越大的物体,被举得越高,其重力势能就越大

*7. 某块砖在一对平衡力作用下运动,则该砖( )

A. 势能一定不变,动能一定不变 B. 势能可能改变,动能一定不变

C. 势能可能改变,动能可能改变 D.

势能一定不变,动能可能改变

8. 下列现象中,通过热传递改变物体内能的是:( )

A. 两手相互摩擦,手发热。 B. 用火炉烧水,水的温度升高。

C、用锯锯木头,锯条发热。 D. 用砂轮磨菜刀,菜刀的温度升高。

9. 寒冷的冬季夜晚,许多人喜欢用热水将脚泡一泡才入睡。在此过程中,脚的内能变化情况是( )

A. 减小 B. 不变 C. 增大 D. 无法确定

10. 如图所示,有关物体内能的变化,通过热传递方式实现的是( )

11. 下列关于温度、内能以及能量转化三者说法正确的是( )

A. 若物体内能增加,则物体的温度可能升高

B. 用铁锤敲打石头,锤头会变热,是物体的内能转化为机械能

C. 热量总是从内能大的物体传到内能小的物体

D. 若物体的温度升高,一定吸收了热量

12. 下列说法正确的是:( )

A. 0℃的冰块没有内能 B. 0℃的冰块变成同温度的水,内能增加

C. 机械能大的物体内能一定大 D. 物体内能增加,它一定吸收了热量

13. 在下列现象中,属于机械能转化为内能的是( )

A. 电炉丝通电后变热 B. 给自行车打气时打气筒变热

C. 晒太阳感到暖和 D. 一壶水在煤气炉上加热,温度升高

14. 高空的冰晶在下落过程中变成了雨滴,这说明( )

A. 它的内能减小了 B. 它的内能增加了

C. 它的内能没有发生变化 D. 以上三种说法都不正确

15. 下列与内能有关的说法,正确的是( )

A. 内能的改变必须通过做功才能实现

B. 同一物体的机械能增加,其内能也增加

C. 内能可以通过做功转变为机械能

D. 热传递一定是从内能多的物体传到内能少的物体

16. 关于内能,下列说法正确的是:( )

A. 两个物体的温度、质量都相同,内能一定相同

B. 在热传递的过程中,两个物体吸收相同的热量,内能的增加不相同

C. 一个物体的温度不改变,但内能可能发生变化

D. 一个物体的温度升高,但内能可能不变

17. 冰在融化过程中,下列判断正确的是:( )

A. 放出热量,内能增加 B. 吸收热量,内能增加,温度不变

C. 内能、温度都不变 D. 内能增加,温度升高

18. 下列说法正确的是()

A. 温度越高,物体的运动越剧烈

B. 温度越高,物体内大量分子的无规则运动越剧烈

C. 温度升高,物体内每个分子的运动速度都增大

D. 温度降低,对于物体内的某个分子而言,其运动速度可能增大

二、填空题

1. 质量较大的喜鹊与质量较小的燕子在空中飞行,如果它们的动能相等,那么得快.

2. 如果卡车空载和满载时都以同样的速度行驶,那么空载时具有的动能满载时具有的动能. 停放在山顶上的卡车具有的重力势能 该卡车下山时具有的重力势能. (选填“大于”、“小于”或“等于”)

3. 如图(1)所示,一个同学在蹦床上玩,从跳起到上升至最高点的过程中,逐渐增大, 能逐渐减小。

*4. 如图(2)所示,在“研究物体动能与哪些因素有关”的实验中,将A、B、C三小球先后从同一装置的hA、hB、hC高处滚下(mA=mB<mC,hA=hC>hB)推动纸盒运动一段距离后静止。

(1)要研究动能与质量的关系,我们要选择 两图来进行比较。

(2)从图中可以看出,A、B、C三个小球刚到达水平面时, 球的动能最大。

5. 2005年10月17日凌晨,在“神舟六号”返回的电视实况转播中,看到一团火球划过夜空。说明飞船在下降时,飞船外表面的内能___________(选填“增大”、“减小”或“不变”),这是通过___________的方式改变飞船的内能。

6. 冬天,双手贴着热水袋或反复摩擦双手都会使双手感到暖和,前者是通过___________的方式增加手的内能,后者则是通过___________的方式增加手的内能.

三、分析计算题

*1. 一个热水袋内装有1kg的水,水的温度从90℃降低到40℃,已知水的比热容为C水=4.2×103焦/(千克·℃),求热水袋内的水放出的热量是多少?

**2. 某汽车发动机是用循环流动的水来冷却,水箱的容积为5升。当水箱装满水后,温度升高了20℃,问:水吸收的热量为多少?[水的比热容为4.2×103焦/(千克·℃)]。 **3. 完全燃烧0.05千克的煤油所放出的热量是多少焦?如果这个热量全部被10千克的冷水吸收,那么水的温度升高多少℃?[煤油的热值为4.62×107焦/千克,水的比热容为

4.2×103焦/(千克·℃)]。

【试题答案】

一、选择题:

1. B 2.B 3.A 4. D 5. B 6.A

7. B 解析:物体在平衡力作用下,速度不变,所以动能不变,但物体可能上升或下降,所以势能可能改变。

8. B 9. C 10. D 11. A 12. B 13. B 14. B 15. C 16. C 17. B 18. B

二、填空题:

1. 燕子

2. 小于 大于

3. 势 动

4. (1)a c (2)c

解析:运用控制变量法,要研究动能与质量的关系,我们就要控制刚到达水平面的速度相同,这要通过控制高度相同来实现。

5. 增大 做功

6. 热传递 做功

三、分析计算题:

1. 解析:Q放=cm(t0-t)= 4.2×103焦/(千克·℃)×1千克×(90℃-40℃)=2.1×105焦

-2. 解析:V = 5升 = 5×103米3

-m =ρV = 1.0×103千克/米3×5×103米3 = 5千克

Q吸= cm△t = 4.2 ×103焦/ (千克·℃)×5千克×20℃

= 4.2 ×105焦

3. 解析:Q放 =m煤油q=0.05千克×4.62×107焦/千克=2.31×106焦

由Q放 = Q吸 =cm△t得:△t= Q放 / cm=2.31×106焦/4.2×103焦(千克·/℃)×10千克=55℃

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