第十一章 功和机械能
一、功
1、功
(1)力学中的功：如果一个力作用在物体上，物体在这个力的方向移动了一段距离，这个力的作用就显示出成效，力学里就说这个力做了功。
(2)功的两个因素：一个是作用在物体上的力，另一个是物体在这个力的方向上通过的距离。两因素缺一不可。
(3)不做功的三种情况：①有力无距离；②有距离无力；③有力有距离，但是力垂直距离。
2、功的计算
(1)计算公式：物理学中，功等于力与力的方向上移动的距离的乘积。即：W=Fs。
(2)符号的意义及单位：W表示功，单位是焦耳(J)，1J=1N·m；F表示力，单位是牛顿(N)；s表示距离，单位是米(m)。
(3)计算时应注意的事项：
①分清是哪个力对物体做功，即明确公式中的F。
②公式中的“s”是在力F的方向上通过的距离，必须与“F”对应。
③F、s的单位分别是N、m，得出的功的单位才是J。
二、功率
1、功率的概念：功率是表示物体做功快慢的物理量。
2、功率
(1)定义：功与做功所用的时间叫做功率，用符号“P”表示。
单位是瓦特（W）常用单位还有kW。1kW=103W。
(2)公式：P=W/t。式中P表示功率，单位是瓦特；W表示功，单位是焦耳；t表示时间，单位是秒。
三、动能和势能
1、能量（1）物体能够对外做功，表示这个物体具有能量，简称能。（2）单位：焦耳（J）
2、动能
(1)定义：物体由于运动而具有的能，叫做功能。
(2)影响动能大小的因素：①物体的质量；②物体运动的速度。物体的质量越大，运动速度越大，物体具有的动能就越大。
3、重力势能
(1)定义：物体由于被举高而具有的能，叫做重力势能。
(2)影响重力势能大小的因素：①物体的质量；②物体被举高的高度。物体的质量越大，被举得越高，具有的重力势能就越大。
4、弹性势能
(1)定义：物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做弹性势能。
(2)影响弹性势能大小的因素：物体发生弹性形变的程度。物体的弹性形变程度越大，具有的弹性势能就越大。
四、机械能及其转化
1、机械能(1)定义：动能和势能统称为机械能。机械能是最常见的一种形式的能量。(2)单位：J。
2、动能和势能的转化
(1)在一定的条件下，动能和势能可以互相转化。
(2)如果只有动能和势能香菇转化，尽管动能、势能的大小会变化，但是机械能的总和不变，或者说机械能是守恒的。
(3)在分析动能和势能转化的实例时，首先要明确研究对象是在哪一个过程中，再分析物体质量、运动速度、高度、弹性形变程度的变化情况，从而确定能的变化和转化情况。
3、水能和风能的利用
(1)从能量的角度来看，自然界的流水和风都是具有大量机械能的天然资源。让水流冲击水轮转动，用来汲水、磨粉；船靠风力鼓起帆来推动航行。到19世纪，人类开始利用水能发电。
(2)修筑拦河坝来提高上游的水位，一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。风能也可以用来发电，风吹动风车可以带动发电机发电。
4.人造地球卫星
(1)人造地球卫星沿椭圆轨道绕地运行，所以存在动能和势能。
(2)卫星在大气层外运行，不受空气阻力，只有动能和势能的转化，因此机械能守恒。
(3)当卫星从远地点向近地点运动时，它的势能减小、动能增大；当卫星从近地点向远地点运动时，它的势能增大、动能减小。
第十二章 简单机械
一、杠杆
1.杠杆
(1)杠杆：在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就是杠杆。
(2)杠杆的五要素：
①支点：杠杆绕着转动的固定点(O)；
②动力：使杠杆转动的力(F1)；③阻力：阻碍杠杆转动的力(F2)；
④动力臂：从支点到动力作用线的距离(l1)；⑤阻力臂：从支点到阻力作用线的距离(l2)。
2.杠杆的平衡条件
(1)杠杆的平衡：当有两个力或几个力作用在杠杆上时，杠杆能保持静止或匀速转动，则我们说杠杆平衡。
(2)杠杆平衡的条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂，即：F1l1=F2l2
(3)在探究杠杆的平衡条件实验中，调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在不挂钩码时，保持水平并静止，目的是为了使杠杆的自重对杠杆平衡不产生影响，此时杠杆自重的力臂为0；给杠杆两端挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆重新在水平位置平衡，目的是方便直接从杠杆上读出力臂的大小；实验中要多次试验的目的是获取多组实验数据归纳出物理规律。
3.杠杆的应用
(1)省力杠杆：动力臂大于阻力臂的杠杆，省力但费距离。
(2)费力杠杆：动力臂小于阻力臂的杠杆，费力但省距离。
(3)等臂杠杆：动力臂等于阻力臂的杠杆，既不省力也不费力。
二、滑轮
1.定滑轮
(1)实质：是一个等臂杠杆。支点是转动轴，动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径。
(2)特点：不能省力，但可以改变动力的方向。
2.动滑轮
(1)实质：是一个动力臂是阻力臂二倍的省力杠杆。支点是上端固定的那段绳子与动滑轮相切的点，动力臂是滑轮的直径，阻力臂是滑轮的半径。
(2)特点：能省一半的力，但不能改变动力的方向，且多费一倍的距离。
3.滑轮组
(1)连接：两种方式，绳子可以先从定滑轮绕起，也可以先从动滑轮绕起。
(2)作用：既可以省力又可以改变动力的方向，但是费距离。
(3)省力情况：由实际连接在动滑轮上的绳子段数决定。绳子段数：“动奇定偶”。
拉力 ，绳子自由端移动的距离s=nh，其中n是绳子的段数，h是物体移动的高度。
4.轮轴和斜面
(1)轮轴：实质是可以连续旋转的杠杆，是一种省力机械。轮和轴的中心是支点，作用在轴上的力是阻力F2，作用在轮上的力是动力F1，轴半径r，轮半径R，则有F1R=F2r，因为R>r，所以F1
(2)斜面：是一种省力机械。斜面的坡度越小，省力越多。
三、机械效率
1、有用功——W有用：使用机械时，对人们有用的功叫有用功。
也就是人们不用机械而直接用手时必须做的功。在提升物体时，W有用=Gh。
2、额外功——W额外
(1)使用机械时，对人们没有用但又不得不做的功叫额外功。
(2)额外功的主要来源：
①提升物体时，克服机械自重、容器重、绳重等所做的功。②克服机械的摩擦所做的功。
3、总功——W总：
(1)人们在使用机械做功的过程中实际所做的功叫总功，它等于有用功和额外功的总和。
即：W总= W有用+ W额外。
(2)若人对机械的动力为F，则：W总=F?s
4、机械效率——η
(1)定义：有用功与总功的比值叫机械效率。
(2)公式：η= W有用/ W总。
(3)机械效率总是小于1。
(4)提高机械效率的方法：①改进结构，使它更合理、更轻巧；②经常保养，使机械处于良好的状态。
(3)功率与机械效率的区别：
①二者是两个不同的概念：功率表示物体做功的快慢；机械效率表示机械做功的效率。
②它们之间的物理意义不同，也没有直接的联系，功率大的机械效率不一定大，机械效率高的机械，功率也不一定大。
第十三章 热和能
第一节 分子热运动
1、扩散现象：
定义：不同物质在相互接触时，彼此进入对方的现象。
扩散现象说明：①一切物质的分子都在不停地做无规则的运动；②分子之间有间隙。
固体、液体、气体都可以发生扩散现象，只是扩散的快慢不同，气体间扩散速度最快，固体间扩散速度最慢。
汽化、升华等物态变化过程也属于扩散现象。
扩散速度与温度有关，温度越高，分子无规则运动越剧烈，扩散越快。
由于分子的运动跟温度有关，所以这种无规则运动叫做分子的热运动。
2、分子间的作用力：
分子间相互作用的引力和斥力是同时存在的。
① 当分子间距离等于r0（r0=10-10m）时，分子间引力和斥力相等，合力为0，对外不显力；
② 当分子间距离减小，小于r0时，分子间引力和斥力都增大，但斥力增大得更快，斥力大于引力，分子间作用力表现为斥力；
③ 当分子间距离增大，大于r0时，分子间引力和斥力都减小，但斥力减小得更快，引力大于斥力，分子间作用力表现为引力；
④ 当分子间距离继续增大，分子间作用力继续减小，当分子间距离大于10 r0时，分子间作用力就变得十分微弱，可以忽略了。
第二节 内能
1、内能：
定义：物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。
任何物体在任何情况下都有内能。
内能的单位为焦耳（J）。
内能具有不可测量性。
2、影响物体内能大小的因素：
①温度：在物体的质量、材料、状态相同时，物体的温度升高，内能增大，温度降低，内能减小；反之，物体的内能增大，温度却不一定升高（例如晶体在熔化的过程中要不断吸热，内能增大，而温度却保持不变），内能减小，温度也不一定降低（例如晶体在凝固的过程中要不断放热，内能减小，而温度却保持不变）。
②质量：在物体的温度、材料、状态相同时，物体的质量越大，物体的内能越大。
③材料：在温度、质量和状态相同时，物体的材料不同，物体的内能可能不同。
④存在状态：在物体的温度、材料质量相同时，物体存在的状态不同时，物体的内能也可能不同。
3、改变物体内能的方法：做功和热传递。
①做功：
做功可以改变内能：对物体做功物体内能会增加（将机械能转化为内能）。
物体对外做功物体内能会减少（将内能转化为机械能）。
做功改变内能的实质：内能和其他形式的能（主要是机械能）的相互转化的过程。
如果仅通过做功改变内能，可以用做功多少度量内能的改变大小。
②热传递：
定义：热传递是热量从高温物体传到低温物体或从同一物体的高温部分传到低温部分的过程。
热量：在热传递过程中，传递内能的多少叫做热量。热量的单位是焦耳。（热量是变化量，只能说“吸收热量”或“放出热量”，不能说“含”、“有”热量。“传递温度”的说法也是错的。）
热传递过程中，高温物体放出热量，温度降低，内能减少；低温物体吸收热量，温度升高，内能增加；
注意：
① 在热传递过程中，是内能在物体间的转移，能的形式并未发生改变；
② 在热传递过程中，若不计能量损失，则高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量；
③ 因为在热传递过程中传递的是能量而不是温度，所以在热传递过程中，高温物体降低的温度不一定等于低温物体升高的温度；
④ 热传递的条件：存在温度差。如果没有温度差，就不会发生热传递。
做功和热传递改变物体内能上是等效的。
第三节 比热容
1、比热容：
定义：单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃时吸收（或放出）的热量。
比热容用符号c表示，它的单位是焦每千克摄氏度，符号是J/(kg·℃)
比热容是表示物体吸热或放热能力的物理量。
物理意义：水的比热容c水＝4.2×103J/(kg·℃)，物理意义为：1kg的水温度升高（或降低）1℃，吸收（或放出）的热量为4.2×103J。
比热容是物质的一种特性，比热容的大小与物体的种类、状态有关，与质量、体积、温度、密度、吸热放热、形状等无关。
水常用来调节气温、取暖、作冷却剂、散热，是因为水的比热容大。
比较比热容的方法：
①质量相同，升高温度相同，比较吸收热量多少（加热时间）：吸收热量多，比热容大。
②质量相同，吸收热量（加热时间）相同，比较升高温度：温度升高慢，比热容大。
2、热量的计算公式：
①温度升高时用：Q吸＝cm（t－t0） c＝ m＝ t＝+ t0 t0＝t-
②温度降低时用：Q放＝cm（t0－t） c＝ m＝ t0＝+ t t＝t0-
③只给出温度变化量时用：Q＝cm△t c＝ m＝ △t＝
Q——热量——焦耳（J）；c——比热容——焦耳每千克摄氏度（J/(kg·℃)）；m——质量——千克（kg）；t——末温——摄氏度（℃）；t0——初温——摄氏度（℃）
审题时注意“升高（降低）到10℃”还是“升高（降低）（了）10℃”，前者的“10℃”是末温（t），后面的“10℃”是温度的变化量（△t）。
由公式Q＝cm△t可知：物体吸收或放出热量的多少是由物体的比热容、质量和温度变化量这三个因素决定的。
第十四章：内能的利用
第一节：内能的利用
内能的利用方式
利用内能来加热：实质是热传递。
利用内能来做功：实质是内能转化为机械能。
第二节：热机
1、 热机：
定义：热机是利用内能来做功，把内能转化为机械能的机器。
热机的种类：蒸汽机、内燃机（汽油机和柴油机）、汽轮机、喷气发动机等
2、 内燃机：
内燃机活塞在汽缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
四冲程内燃机包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环，每个工作循环曲轴转2周，活塞上下往复2次，做功1次。
在这四个冲程中只有做功冲程是燃气对活塞做功，而其它三个冲程（吸气冲程、压缩冲程和排气冲程）是依靠飞轮的惯性来完成的。
压缩冲程将机械能转化为内能。
做功冲程是由内能转化为机械能。
①汽油机工作过程：
②柴油机工作过程：
3、汽油机和柴油机的比较：
①汽油机的气缸顶部是火花塞；
柴油机的气缸顶部是喷油嘴。
②汽油机吸气冲程吸入气缸的是汽油和空气组成的燃料混合物；
柴油机吸气冲程吸入气缸的是空气。
③汽油机做功冲程的点火方式是点燃式；
柴油机做功冲程的点火方式是压燃式。
④柴油机比汽油及效率高，比较经济，但笨重。
⑤汽油机和柴油机在运转之前都要靠外力辅助启动。
4、热值
燃料燃烧，使燃料的化学能转化为内能。
定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。用符号q表示。
单位：固体燃料的热值的单位是焦耳每千克（J/kg）、气体燃料的热值的单位是焦耳每立方米（J/m3）。
热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧等无关。
公式：、
①Q＝qm m= q=
Q——放出的热量——焦耳（J）；q——热值——焦耳每千克（J/kg）；m——燃料质量——千克（kg）。
②Q＝qV V= q=
Q——放出的热量——焦耳（J）；q——热值——焦耳每立方米（J/m3）；V——燃料体积——立方米（m3）。
物理意义：酒精的热值是3.0×107J/kg，它表示：1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J。
煤气的热值是3.9×107J/m3，它表示：1m3煤气完全燃烧放出的热量是3.9×107J。
第三节：热机效率
影响燃料有效利用的因素：一是燃料很难完全燃烧，二是燃料燃烧放出的热量散失很多，只有一小部分被有效利用。
有效利用燃料的一些方法：把煤磨成粉末状、用空气吹进炉膛（提高燃烧的完全程度）；以较强的气流，将煤粉在炉膛里吹起来燃烧（减少烟气带走的热量）。
热机的效率：热机用来做有用功的那部分能量和完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。
热机的效率是热机性能的一个重要标志，与热机的功率无关。
公式： Q总= Q有用= Q总η
由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1。
热机能量损失的主要途径：废气内内、散热损失、机器损失。
提高热机效率的途径：① 使燃料充分燃烧，尽量减小各种热量损失；② 机件间保持良好的润滑，减小摩擦。③在热机的各种能量损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
常见热机的效率：蒸汽机6%～15%、汽油机20%～30%、柴油机30%～45%
内燃机的效率比蒸汽机高，柴油机的效率比汽油机高。
