机械能和内能-初中物理第二册
机械能和内能
知识要点：
（一） 动能、势能及其相互转化
一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能；物体能够做的功越多，它具有的能量越大。
S
能量：当一个力作用在物体上，物体在这个力作用下通过一段距离，就说这个力做了功。在物理学中，能量这个概念跟前面学过的功的概念有密切联系的。如图：
让钢球从斜面上滚下，在水平桌面撞击木块，使木块移动一段距离S。在碰撞过程中，钢球对木块做了功。一个物体做功，我们就说它具有能量。
不同的物体做功的本领也不同。一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。物体具有能量的多少可反映物体做功本领的大小。物体能够做功说明物体具有能量，但不做功的物体不一定不具有能量。如：一块石头静止在高山上时并没有做功，但它还是具有能量的，因为它有做功的本领。只要它从高山上落下它就可以做功，所以它还是具有能量的。
能量的单位和功的单位相同，也是“焦耳”。
1、 动能：风车被风吹着转；急流的河水把石头冲走；用砖头可将玻璃砸碎，这说明流动
的空气、水流、运动的砖头都能做功，也就是说它们具有能量。它们具有能量都是因为它们在运动，它们由于运动而具有的能量叫动能。
动能：物体由于运动而具有的能量叫动能。
不仅风、水流等具有动能，一切运动的物体都具有动能。
以水流为例：缓缓的水流不能将石头冲走，而湍急的水流可将石头冲走，这说明，能量是有大小的，我们正是用物体能够做功的多少，去比较它们具有的能量的大小。
如图1－1，让同一钢球从不同高度滚下，再让不同钢球从同一高度滚下，分别观察木块被推远的距离。
同一个钢球，原来的位置越高，滚到斜面下端时速度越大，把木块推得越远；从同一高度
滚下，即在滚下速度相同时，钢球的质量越大，把木块推得越远。
理论和实验表明，动能的大小跟物体的质量和速度大小有关。物体的质量越大，速度越大，
它的动能就越大。在说明某个物体动能的变化及比较两个物体动能大小时，要抓住物体的
质量和速度两个因素进行分析。
如：①匀速飞行的子弹，匀速上升的气球等物体的动能都是不变的。
②甲物体的质量大于乙物体的质量，但甲物体的动能不一定大于乙物体的动能。
2．势能 势能包括重力势能和弹性势能。
重力势能：举高的铅球，落地时能将地面砸个坑，重锤落下就能将木桩打入地里。铅球和重锤都是由于被举高而做功的。
重力势能：举高的物体具有的能量叫重力势能。
举起同样高度的铁球和乒乓球，铁球落下时做的功多，具有的重力势能大。同一个铁球被举得越高，具有的重力势能就越大。
所以，重力势能的大小与物体的质量和高度两个因素有关：物体的质量越大，举得越高，它具有的重力势能就越大。
在说明某个物体重力势能的变化及比较两个物体的重力势能大小时，一定抓住物体的质量和高度两个因素进行分析。
如：a.如果物体的质量和高度不变，物体的重力势能也不变。如在某一高度飞行的飞机的重力势能是不变的。
b.甲物体被举高的高度比乙物体高，但甲物体的重力势能不一定比乙物体的重力势能大；要比它们的重力势能大小，还要知道它们的质量。
弹性势能：发生弹性形变的物体具有的能叫做弹性势能。物体的弹性形变越大，它的弹性势能越大。
动能和势能统称为机械能。一个物体可以既具有动能，又具有势能，且动能可以转化为势能，势能也可以转化为动能。例如，高空的石块相对于地面具有重力势能。当石块从高空落下的过程中，石块相对的高度越来越小，它的重力势能越来越小，而它的速度越来越大，则动能越来越大，势能转化为动能。又例如，用手把弹簧压缩，松手后弹簧在恢复形变的过程中，可以把放在弹簧前面的木块推开，使木块获得速度，在这一过程中，弹性势能转化为动能。
动能也可以转化为势能。例如向上抛出的石块，位置越来越高，重力势能越来越大，而速度越来越小，动能越来越小，势能增大的同时，动能减小，在这一过程中，动能转化为重力势能。到达最高点时，重力势能最大，而此时动能为零。
3．机械能守恒定律：在只有重力或弹力做功的情况下，系统的机械能的总量保持不变。
或者说，在只有动能和势能的相互转化过程中（没有与其它形式能的相互转化），系统的机械能的总量保持不变。例如，从高空落下的石块，在只有重力对物体做功时，重力势能的减小量等于动能的增加量，在任一时刻的动能和势能的总和都等于石块在最高点处时的重力势能；在石块上抛时，石块克服重力做功，石块动能的减小量等于重力势能的增加量，在任一时刻石块的动能和势能之和都等于在抛出时的动能。
（二） 分子运动论及物体的内能
1．分子运动论的基本内容是，物质是由分子组成，分子永不停息地做无规则的运动，分子间同时存在着相互的作用力。扩散现象表明分子在不停地作无规则运动，也表明分子之间存在着空隙。铁丝不易被拉断，两粒较小的水银靠近时，它们会聚成一粒较大的水银，表明分子之间存在着引力；固体、液体不易被压缩，又表明分子之间存在着斥力。
注意：分子间相互作用力是同时存在引力和斥力。当两分子间的距离恰为平衡的距离时，分子间的引力和斥力平衡；当两分子间的距离小于这个值时，分子间斥力大于引力，合力表现为斥力，用力压缩物体时就是这种情况；当距离大于这个值时，分子间的引力大于斥力，合力表现为引力，如用力拉长橡皮筋就是这种情况；当距离再加大，分子间的引力和斥力都减小，当距离达到分子直径的10倍或以上时，两分子间的作用力就小到可以忽略了。我们可以把分子间作用力的关系想像为如下的模型：两个小球中间用一根轻质的弹簧相连，当它们的距离r＝r0时，弹簧处于原长，每个球所受的合力都为零，表现为都不受力；当r＞r0时，两球所受的合力均表现为引力；当r＜r0时，两球所受的合力表现为斥力。分子间的受力情况与此类似。
2．物体的内能 物体内部所有分子分子的无规则运动，使分子具有动能，而物体内分子间存在着相互的作用力，并且随分子间距离的不同，有时表现为斥力，有时表现为引力，分子由于它们间的相对位置而具有势能。物体内所有分子的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。
物体内能的大小与分子的热运动有关。温度越高，分子做无规则运动的速度越大，物体分子的平均动能越大。对于同一个物体来说，物体的温度越高，内能越大。
物体的内能是表示物体所处热运动状态的一个物理量。一般来说，物体的温度越高，内能越大，但是温度并不是决定物体内能大小的唯一参量。物体内能的大小和物体的温度、体积、质量和物态有关，比较两个物体内能的大小时要全面考虑。同种物质，物体的质量越大，分子的个数越多，它的内能也越大；内能的大小还与物质的状态有关，状态不同，分子间距离不同，分子势能的大小也不同，因此内能就不同。
物体的内能与机械能是有区别的，它们虽都与运动有关，但内能是与热运动形式相对应的能量，是组成物体的大量分子无规则热运动的分子动能和分子势能的总和；机械能是与机械运动形式相对应的能量，是物体整体做机械运动的动能和相对位置决定的重力势能、弹性势能的总和。任何物体都一定具有内能，但同时不一定具有机械能。内能和机械能可以相互转化。 |
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