供稿：“零度”老师

能量及其形式

一、认识能量

大量的事实和实验表明，任何活动都离不开能量，没有能量就没有活动。我们的世界充满能量。

伽利略理想实验

伽利略理想实验中，如果无摩擦，不管乙、丙比斜面甲陡些还是缓些，小球总会滚到与小球出发点A高度相同的B处或C处，原因是小球“记住”了与起始高度相联系的能量。

二、能量的形式

自然界中的万物都不停地运动着，而物体的运动往往伴随着能量的产生。

物体的运动有多种多样的形式，能量也有多种形式。

不同的运动形式对应不同的能量形式。

1、机械能

天体的运行、河水的流淌、候鸟的飞翔、人类的行走、蒲公英种子的飞行等都属于机械运动。这些做机械运动的物体都具有机械能

2、化学能

人和动物的运动要消耗能量，人和动物消耗的能量可以从食物中得到补充。可见，食物中储存着能量。储存在食物中的能量属于化学能。

汽油、木材、天然气、沼气、煤炭等燃料都储存着能量，这种能量也属于化学能。

3、声能

因为声音具有能量，这种能量称为声能。

4、电能

电力机车通电后才能行驶，机器人通电后才能执行指令，这表明电具有能量，即电能。各种发电站能够提供大量的电能，各种电池也能提供方便使用的电能。

5、电磁能

用遥控器遥控机器时，遥控器将发出电磁辐射，电磁辐射具有能量，这种能量叫做电磁能。

除了可见光外，红外线、紫外线、微波和X 射线等都是电磁能的表现形式。

电磁能以波的形式传播。

其它形式的能：太阳能、光能、核能、潮汐能、风能、生物能、热能、地热能等。

太阳具有太阳能(维持人体的生命活动需要能量，人们从事生产活动也需要能量，这些能量最终主要来自于太阳能)。

雷电交加的场面非常壮观，那么，雷电具有哪些形式的能量?

闪电发出耀眼的光芒和震耳的声音。雷电具有声能、电能、光能

机械能

一、动能

物体由于运动而具有的能量叫做动能。

影响动能的大小因素

提出猜想：动能的大小与物体的质量和速度有关吗？

实验器材：两个相同的木块、两个完全相同的钢球和一个质量较大的钢球、斜面轨道。

实验方法：控制变量法与转换法

放在斜面上某一高度处的小钢球 A 滚下时，撞击水平面上的木块 B，并将木块 B 推出一段距离。木块 B 被推出的距离越远，说明小钢球 A 的动能越大。

转换法：物理学中对于一些看不见摸不着的现象或不易直接测量的物理量,通常用一些非常直观的现象去认识或用易测量的物理量间接测量,这种研究问题的方法叫转换法

控制变量法：把多因素的问题变成多个单因素的问题,而只改变其中的某一个因素,从而研究这个因素对事物影响,分别加以研究,最后再综合解决的方法。

结论：在质量一定时，物体的速度越大，物体的动能就越大；运动速度相同时，物体的质量越大，物体的动能就越大。

二、重力势能

影响重力势能的大小因素

实验器材：铝盘、细沙、米尺、金属小球

实验步骤：1．在一个铝盘中放入约2 厘米厚的细沙；2．取出大小不同的金属小球。3．将一根米尺竖直立在细沙上，把金属小球拿到某一高度自由释放，如右图所示, 记录这一高度。4．把金属小球从沙中拿出，观察被金属小球所撞出的沙坑深度和大小，并将结果记录下来。5．抹平盘中的沙，分别从不同的高度自由释放同一个金属小球，观察被金属小球所撞出的沙坑深度和大小，并将结果记录下来。6．抹平盘中的沙，分别从相同的高度自由释放不同质量的金属小球观察被金属小球所撞出的沙坑深度和大小，并将结果记录下来。

实验结论：大量事实表明，物体的质量越大，被举得越高，具有的重力势能就越大.

三、弹性势能

物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。

对同一个物体，物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大

三、动能和势能的转化

1.研究摆锤的摆动

（1）如图用细绳把摆锤悬挂起来，将摆锤拉到某一高度后释放。在摆锤向下摆动的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？

在摆锤向下摆动的过程中，重力势能减小，动能增大

（2）在摆锤摆过中点向上摆动的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？

重力势能增大，动能减小

单摆中的小球在左、右运动的过程中，小球的动能与势能在不断地转化。

如果没有空气摩擦阻力，摆锤每次都会上升到原来的高度

2.研究滚摆的运动

如图把一个滚摆悬挂起来。用手捻动滚摆，使悬线缠在轴上，将滚摆升高到最高点，然后放手。

在滚摆下降的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？

在滚摆下降的过程中，重力势能减小，动能增大。

当滚摆上升的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？

在滚摆上升的过程中，重力势能增大，动能减小。

如果没有空气摩擦阻力，滚摆每次都会上升到原来的高度

3、高处滚下的小球

（1）小球在A、B、C、D 各点具有什么形式的能量？小球在A点具有重力势能、B点具有动能和最小的重力势能、C点具有动能和重力势能，D点具有重力势能

（2）小球在滚动过程中能量如何转化的。

小球在滚动过程中发生了重力势能和动能的相互转化的。

实验说明：动能和势能可以相互转化

如图人造卫星沿椭圆轨道绕地球运动的示意图。卫星离地球中心最近的点叫做近地点，离地球中心最远的点叫做远地点。卫星在近地点的速度较大，在远地点的速度较小，那么，卫星从近地点运动到远地点的过程中，它的动能和势能如何变化？

卫星由近地点运动到远地点的过程中，高度增大，势能增加。远地点的速度较小，动能减小。

能量转化的量度

一、功

在科学上，如果物体受到力的作用，并且在这个力的方向上通过了一段距离，我们就说这个力对物体做了功（work）。

1. 做功的两个必要因素：一个是作用在物体上的力，另一个是物体在力的方向上移动的距离。

2. F和s必须是同时作用在同一物体上。物体做功的多少，只与力和在力的方向上通过的距离有关，与接触面是否粗糙及是否倾斜等无关。

3. 不做功的三种情况：

①物体受力，但物体没有在力的方向上通过一定距离，此情况叫“劳而无功”。

②物体移动了一段距离，但在此运动方向上没有受到力的作用(如物体因惯性而运动)，此情况叫“不劳无功”。

③物体既受到力的作用，又通过一段距离，但两者方向互相垂直(如起重机吊起货物在空中沿水平方向移动)，此情况叫“垂直无功”。

说明：物体在力的方向上通过一段距离是指力与距离具有同向性、同体性和同时性。

4. 功的定义：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。

5. 功的计算公式：W ＝ Fs；功的单位：焦耳，简称J。

焦耳是英国著名的实验物理学家。他从小就对实验着迷，在家里做起了各种实验，后来成为一名业余科学家。1840 年，焦耳通过对电流的热效应的研究，得出了著名的焦耳定律。焦耳定律给出了电能向热能转化的定量关系。

应用功的计算公式时的注意点：

①要明确是哪个力对物体做功，或是哪个施力物体对哪个受力物体做功。

②公式中的F是作用在物体上的力，s是物体在力F方向上通过的距离。

③F是使物体沿力F方向通过距离s的过程中，始终作用在物体上的力，它的大小和方向都是不变的。

6. 做功的过程实质上就是能量转化的过程，力对物体做了多少功，就有多少能量发生了转化，所以可以用功来量度能量转化的多少。

二、功率

1. 比较做功快慢的三种方法：

(1)若做功相同，比较做功的时间，所用时间越少做功越快，所用时间越多做功越慢；

(2)若做功时间相同，比较所做功的多少，做功越多做功越快，做功越少做功越慢；

(3)若做功的多少和所用时间都不相同的情况下，通过计算进行比较。

通过以上三种方法的比较，说明做功的快慢与做功的多少和做功所用时间这两个因素都有关系。

2. 功率

①定义：单位时间内完成的功叫功率。

②意义：反映做功快慢的物理量(即表示能量转化快慢的量)。

③符号：通常用P表示功率。

④由定义知，功率的的公式表示，单位是瓦特，简称瓦，单位符号W，其他常用单位有：千瓦、兆瓦。

人步行（缓慢）：数十瓦

 小汽车：50~100千瓦

短时间快速运动：可达1千瓦

和谐号动车组：7200千瓦

喷气式客机：约11万千瓦

【温馨提示】

1、应用公式时一定要注意三个量的对应关系，功W一定是对应的时间t内完成的功，这样计算出来的功率才是时间T内的功率。不同的时间内对应的功率一般来说是不同的，功率越大，反映了完成功的“速度”越大，但并不代表做功就一定多。功率的公式是指平均功率，即在t时间内的平均功率，而不是某一时刻的瞬间功率。

2、不同单位功率的转化关系：1瓦＝1焦/秒，1千瓦＝10³瓦，1兆瓦＝10⁶瓦。

3、当物体在力F的作用下，以速度v做匀速直线运动时(力F与速度同方向)，由W＝Fs，

得出

即功率等于力与力的方向上运动速度的乘积。利用P＝Fv可以知道：拖拉机在上坡时，当功率一定时，通过换挡减小速度是为了增大上坡时的牵引力，这样有利于上坡。

杠   杆

一、认识杠杆

①定义：在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就称为杠杆.

②注意：杠杆形状各异，可以是直的，也可以是弯的，但必须是硬棒。

二、杠杆五要素

支点 、动力、动力臂、阻力、阻力臂。

（1）支点：杠杆绕着转动的固定点O 叫做支点；

（2）动力：能够使杠杆转动的力F1 叫做动力；

（3）阻力：阻碍杠杆转动的力F2 叫做阻力；

（4）动力臂：从支点到动力作用线的距离L1 叫做动力臂；

（5）阻力臂：从支点到阻力作用线的距离L2 叫做阻力臂。

（6）力的作用线：过力的作用点，沿力的方向的直线。

“画力臂”可以用简单的顺口溜记住:一找点，二画线，三是作出垂线段。

三、人身上的杠杆

人体的杠杆系统，都有四个基本组成部分：

骨—— 一根硬棒；

肌肉收缩——动力的来源；

两根骨之间可以活动的关节——支点；

移动肢体或物体——阻力的来源。

四、杠杆的平衡条件

杠杆在动力和阻力的作用下，保持静止状态或匀速转动状态，我们就说杠杆处于平衡。

研究杠杆的平衡

杠杆的平衡跟动力、动力臂与阻力、阻力臂有关。当动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂，即F₁L₁＝F₂L₂时，杠杆平衡。

1.设计实验：

利用小组合作的方式设计实验方案。我们可以对跷跷板进行简化，如图所示，用一根带有刻度的均质木尺作为杠杆，用钩码的拉力来代替人的作用力，进行实验研究4．进行实验：

（1）把杠杆的中央支在支架上，调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置处于平衡状态。

（2）在杠杆的两端分别挂上不同数量的钩码，并左右移动钩码悬挂的位置，直到杠杆再次在水平位置处于平衡状态。这时杠杆两端受到的作用力分别等于各自钩码的重力。将支点左边钩码对杠杆作用力记作动力F₁，右边钩码对杠杆作用力记作阻力 F₂。将动力和阻力填入表内。

（3） 读出动力臂 l₁、阻力臂 l₂，并填入表内。

（4） 改变力和力臂的数值，重复上述实验，共做 4 次。把有关数据填入表内

分析实验数据，得出实验结论：杠杆的平衡条件是：动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂即：F₁×L₁=F₂×L₂

1、为什么要调节杠杆在水平位置平衡，而不使它处于倾斜状态平衡。

避免杠杆自重对杠杆平衡的影响，便于测量力臂。

2、杠杆调平的方法是什么?

左边高向左调，右边高向右调。

五、杠杆的分类

我国古代人们对杠杆的应用

早在 3000 多年以前，勤劳智慧的中国人就已经开始使用杠杆。他们发明了用来捣谷的舂，用来在井上汲水的桔槔，以及用来精确测量质量的天平和杆秤等。

在公元前 4-公元前 3世 纪 写 成 的《墨 经》中就对天平的平衡原理作了精辟的论述：“衡木：加重于其一旁，必捶一重相若也。”意思是：天平横梁的一臂加重物，另一臂也要加砝码，两者必须等重，才能平衡。

用来捣谷的舂

用来在井上汲水的桔槔

滑轮与滑轮组

一、定滑轮和动滑轮

使用滑轮工作时，根据滑轮轴的位置是否移动，可将滑轮分成定滑轮（fixed pulley）和动滑轮（moving pulley）两类。

定滑轮

动滑轮

定滑轮的轴固定不变，动滑轮的轴随钩码一起移动。

定滑轮特点：定滑轮不省力也不费距离，但能改变力的方向。

定滑轮在使用时，相当于一个等臂杠杆，动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径。

动滑轮在使用时，O 点为杠杆支点，滑轮的轴为阻力作用点，提升重物时，若不改变拉力的方向，则动滑轮相当于动力臂是阻力臂2 倍的省力杠杆。

二、滑轮组

1、滑轮组：把定滑轮和动滑轮组合起来使用的装置。

滑轮组优点：不但可以省力，而且可以改变力的方向。

在不计绳重、摩擦时：F=1/n （G+G_动）

绳子自由端移动距离S与重物提升高度的关系：S=nh

斜面与机械效率

内   能

一、物体的内能

下图中运动着子弹具有什么能？

物体由于运动而具有的能叫做动能，所以运动着子弹具有动能。

运动着的分子也具有动能

同一切运动着的物体一样，运动着的分子也具有动能。物体的温度越高分子运动得越快，它们具有的动能就越大。

形变的弹簧具有势能

当弹簧被拉伸或压缩时发生形变，且要恢复回原来的形状，弹簧各部分之间具有相互作用的引力和斥力。因此被拉伸或压缩的弹簧具有弹性势能。

相互作用的分子具有势能

分子存在吸引与排斥的相互作用力，因此相互作用的分子具有势能。

物体的内能

（1）概念：物体内部所有分子热运动的动能和势能的总和，叫做物体的内能。

（2）特征：一切物体都具有内能，一切物体，不论温度高低，都具有内能。

炽热的钢水和寒冷的冰雪它们的内能一样多吗，内能大小与什么因素有关呢？

①对同一个物体，温度升高，分子热运动加快，内能增大。

物体温度降低，分子热运动减慢，内能减少。

由于物体的内能与温度有关，因此内能也俗称为热能。

②物体的内能还与物体内所含的分子数，即物质多少有关。

所以高温物体的内能未必比低温物体的多，炽热的钢水不一定比寒冷的冰雪的内能多。

③与物体的体积与形状有关。

物体的体积与形状改变时，使物体内部分子间的相互作用力及相对位置发生变化，从而使分子势能变化，也就引起内能的变化。

④与物体状态和种类有关

当物质的状态发生变化，分子间距也会发生变化，则分子间相互作用力的强弱也会变化，所以分子间势能发生变化，内能也变化。

不同种类的物质分子的质量不同所以会影响物体的内能。

二、物体内能的改变

物体的温度发生变化，它的内能也发生变化。那么，要改变一个物体的内能，有哪些方法？

由于内能的大小跟物体的温度有关。所以通过改变物体的温度来改变物体的内能。

改变物体的内能的方法：热传递和做功。

1、热传递

（1）热传递可以改变物体的内能。

温度不同的两个物体之间会发生热传递。在热传递过程中，温度高的物体放出热，温度降低，内能就减少；温度低的物体吸收热，温度升高，内能就增加。因此，热传递可以改变物体的内能。

热传递有3种方式：热传导、热对流、热辐射

（2）热传递实质

从能的转化看，热传递实质上是内能从高温物体传递到低温物体，或从同一物体的高温部分传递到低温部分的过程。

在热传递中，传递的能量的多少叫做热量，用Q表示。

（4）物体从外界吸收多少热量，内能就增加多少；物体向外界放出多少热量，内能就减少多少，热量是物体内能转移的量度。

如图所示，取一个配有活塞的厚玻璃筒，筒内放一小团浸有少量乙醚的棉花。快速压下活塞，观察棉花能否燃烧起来。

现象：活塞迅速下压，可以看到棉花燃烧起来了。

原因：这是由于活塞对筒内空气做了功，空气内能增大，温度升高，达到了乙醚的着火点，棉花就燃烧起来。

结论：大量实验表明外界对物体做功，可以使物体的内能增加。

如图所示，在吸滤瓶内装入少量的水，并滴入几滴酒精。用气筒往瓶里打气，当塞子跳出时，观察瓶内变化。

当塞子跳出时，看到瓶口有白雾出现。

当瓶内气体把塞子弹出时，内能转化为机械能；瓶口出现白雾说明水蒸气遇冷液化为小水珠，可以证明气体对外做功温度降低．

打气过程中，外界对瓶内酒精做功，酒精内能增加，温度升高汽化，当瓶内气压达到一定程度，酒精气体对外做功，内能转化为机械能，塞子获得了机械能，向上跳起；与此同时酒精气体的内能减少，温度降低，瓶内的一部分酒精蒸气液化而出现白雾。

实验结论：大量实验表明，做功是改变物体内能的一种途径。外界对物体做功，物体的内能就增大，表明机械能转化成了内能；物体对外界做功，物体的内能就减少， 表明内能转化为机械能。

2、做功改变物体的内能实质

（1）从能量的转化看，通过做功改变物体的内能，实质上是其他形式的能量与物体内能相互转化的过程。

（2）外界对物体做了多少功，就有多少其他形式的能量转化为内能；物体对外做了多少功，就有多少内能转化为其他形式的能量。因此，功可以用来量度内能改变的多少。

三、不同物质的吸热能力

观察下表中的数据，水与煤油升高相同温度谁吸热能力强？

结论：由表中数据可知：质量相同的煤油和水在温度升高相同的情况下，水吸收的热量比煤油多，即加热时间要长。温度升高越慢，说明吸热能力越强，所以水比煤油吸热能力强。

在科学上，为了表述物质的这一性质，引入了比热容这一概念。

四、比热容

（1）定义：单位质量的某种物质，温度升高1℃所吸收的热量叫做这种物质的比热容，比热容用符号c 表示。

（2）单位：比热容的单位是焦／（千克•℃），读作焦每千克摄氏度，符号是J ／（kg•℃）

（3）比热容值：单位质量的某种物质，温度降低1℃所放出的热量，与它温度升高1℃所吸收的热量相等，数值上也等于它的比热容。

（4）意义：比热容是物质的一种特性，不同物质的比热容是不同的，反映物质吸热或放热能力的大小。

五、热量的计算

如果以Q 表示物体吸收的热量，c 表示物质的比热容，m 表示物体质量，t0 表示物体加热前的温度，t 表示物体加热后的温度。Q吸 = cm（t-t₀）

如果要计算物体降温时放出的热量，热量计算公式会有什么不同？Q放 = cm（t₀-t）

六、燃料的热值

1kg某种燃料完全燃烧时放出的热量叫做这种燃料的热值。

(1) 热值的单位：焦/千克，J/kg。

(2) 能量转化：燃料燃烧释放热量的过程，就是将贮存在燃料中的化学能转化为内能的过程。

(3) 热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，不同燃料的热值一般不同；与燃料的形状、质量、体积、是否完全燃烧均无关系。

(4) 燃料完全燃烧时放出的热量＝燃料的热值×燃料的质量，即Q＝qm或qv。

七、热机

1、热机的类型

燃气轮机

内燃机

蒸汽机

2、内燃机

(1)内燃机：内燃机就是燃料在机器气缸内燃烧的热机。

汽油机

柴油机

(2)常见的内燃机：

①汽油机：以汽油为燃料的内燃机叫做汽油机。

②柴油机：以柴油为燃料的内燃机叫做柴油机。

（3）汽油机的工作过程

①汽油在汽油机的汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气，推动活塞做功，把内能转化为机械能

②活塞在汽缸内往复运动，通过连杆带动曲轴转动。

③活塞从汽缸的一端运动到汽缸的另一端的过程，叫做一个冲程。

④大多数的汽油机都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的循环往复来保证机器正常工作。

①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞从上向下运动，汽油和空气的混合物吸入汽缸。

②压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞从下向上运动，压缩已吸入的燃料混合物。

在压缩冲程末，火花塞产生电火花，点燃压缩后的燃料，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气。

③做功冲程：高温高压的燃气推动活塞向下运动，通过连杆带动曲轴转动，对外做功，实现把内能转化为机械能

④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞从下向上运动，把废气排出汽缸

汽油机工作特点：四个冲程，一次循环，曲轴两圈，一次做功。

（4）柴油机

汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。汽油机比柴油机轻巧；柴油机比汽油机效率高。

柴油机常用在坦克、机车、拖拉机、载重汽车和海轮上

喷气发动机

喷气发动机也是一种内燃机，燃料在燃烧室中燃烧，燃气向后高速喷出，从而获得向前的动力。喷气发动机有空气喷气发动机（如图 3-71）和火箭喷气发动机（如图 3-72）两种。

空气喷气发动机工作时，需要利用大气中的氧气来助燃，这种发动机常使用在飞机上。火箭喷气发动机自带燃料和氧化剂，它工作时不需要外界的空气，既可以在大气层外的宇宙空间工作，还可以在水下工作。火箭喷气发动机常用来发射人造卫星和宇宙飞船。

火箭喷气发动机的主要部分是燃烧室和喷口，燃料和氧化剂混合后在燃烧室中燃烧，燃气以极高的速度从发动机底部的喷口向后喷出，从而产生极大的向前推力。火箭喷气发动机按使用的燃料不同，分为固体燃料火箭喷气发动机和液体燃料火箭喷气发动机。在广大科技工作者的努力下，我国的航空、航天技术得到了飞速发展，火箭及卫星技术已达到世界先进水平。

八、燃料的热值

1.燃料的种类

燃料种类很多，木柴、煤、石油、天然气、沼气等都是燃料。燃料燃烧时，能够放出热量。

2.燃料的使用

灶具、汽车、轮船、火力发电厂和各种火箭等，都是利用燃料燃烧所产生的热量工作的。

你知道燃料燃烧时能量是如何转化的吗？

燃料燃烧是物质剧烈氧化的过程。从能量转化的角度来看，燃料燃烧释放热量的过程，就是将贮存在燃料中的化学能转化为内能的过程。

灶具使用液化石油气或天然气

汽车使用柴油或汽油

火箭使用液态或固态氢

3、热值

由于燃料的成分不同，相同质量的不同燃料燃烧时放出的热量也不相同。

（1）定义：1 kg某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值。

（2）在国际单位制中热值的单位是焦/千克，符号为J/kg。

常用燃料的热值（单位：J/kg）

电  能

一、电能与电功

1、电能

人类广泛利用电能，不但是因为电容易传输，也是因为容易转化为其它形式的能。

2、电功

（1）电功：电流做的功叫做电功，符号：W

（2）电流做功的实质

电流做功的实质就是电能转化为其它形式的能的过程。

电能转化为其他形式能量的多少可以用电功来度量。

(3)电能、电功的单位与机械能的单位一样，也是焦耳。简称焦，符号：J

在生活中，人们还用千瓦时·(kW．h)作为电功的单位，千瓦·时也被称为“度”。

1kW．h=3.6×10⁶J

用电器在一段时间里消耗的电能的多少，可以用电能表来测量。电能表也叫电度表。

物理意义：1kW∙h在数值上等于功率为1kW的用电器工作1h所消耗的电能。

二、电能表

1、电能表：是测量用电器在一段时间内消耗多少电能的仪表，电能表也叫电度表。

2、电能表的单位

电能表旧称千瓦时计所用单位是千瓦时（kw•h），俗称“度”。

2、电能表盘面的数字的含义

你知道电能表盘上220V；720r/kW.h；50Hz；kWh；5(20) A数字的含义吗？

220V：该电能表应该接在220伏的电路上使用。

720r/kW．h：接在该电能表上的用电器，每消耗1千瓦时的电能，电能表的转盘转过720转。

kW-h:电能表上的数字以千瓦时为单位来显示所消耗的电能。

50Hz：表示这个电能表在50赫兹的交流电路中使用

5(20) A:该电能表的额定电流为5安，在短时间内使用时电流可允许大一些，但不能超过20安。

各式各样的电能表

其特点是可以根据不同时间段用户的用电情况分别计算费用。供电部门利用专用设备读取电能表上的信息，并计算出电费。

二、电器的电功率

观察用电器的铭牌，你会发现铭牌上标有220V、3W等数字，这些数字表示什么意思？

这些数字表示:额定电压是220V，额定功率是3W。

在相同的时间内，不同的用电器消耗的电能并不相同，也就是说，电流做功的快慢不同。

电流做功的快慢用电功率描述。

三、电器的电功率

1、电功率：电流在单位时间内做的功，叫做电功率。

2、电功率的定义公式

如果用字母P表示电功率，W表示电功，t表示时间，那么：

3、电功率的意义：表示电流做功的快慢。

4、电功率的单位

为了纪念瓦特这位伟大的发明家，人们把常用的功率单位定为瓦特，简称瓦，符号是“W“。1瓦=1焦/秒

常用单位：千瓦，符号是“kW“, 换算关系：1kW=1000W

5、额定电压、额定功率

(1)额定电压：用电器正常工作时电压用U_额表示

(2)额定功率：用电器正常工作时功率用P_额表示

四、探究小灯泡的电功率

探究小灯泡的电功率跟哪些因素有关

灯泡越亮，灯泡的电功率就越大。

1、提出问题：灯泡的电功率跟哪些因素有关呢？

2．建立假设：

  (1)小灯泡的电功率跟电压有关，电压越高，电功率就越大

(2)小灯泡的电功率跟电流有关，电流越大，电功率就越大

3．设计实验方案

若要研究小灯泡的电功率跟电流和电压的关系，需要运用控制变量的方法进行实验研究。

(1)研究小灯泡的电功率与电流的关系

研究小灯泡的电功率跟电流的关系，就要控制小灯泡两端电压不变。为此，我们可以把 2 只不同的小灯泡按图所示方式并联在电路上，从而控制它们两端电压相等，用电流表分别测量通过小灯泡的电流。通过观察小灯泡的亮度来判断小灯泡电功率大小，看看电功率大小跟电流有什么关系。

实验结论：在电压相等的情况下，通过灯泡电流越大，灯泡消耗的电功率越大。

(2)小灯泡的电功率与电压的关系

研究小灯泡的电功率跟电压的关系，就要控制通过小灯泡的电流不变。为此，我们可以把 2 只不同的小灯泡按图所示方式串联在电路上，从而控制通过它们的电流相等，用电压表分别测量小灯泡两端的电压。通过观察小灯泡的亮度来判断小灯泡电功率大小，看看电功率大小跟电压有什么关系。

实验结论：在电流相等的情况下，灯泡两端的电压越大，灯泡消耗的电功率越大。

5．分析与论证：

小灯泡的电功率大小跟小灯泡两端的电压、通过小灯泡的电流有关。

在电压相等的情况下，通过小灯泡的电流越大，小灯泡的电功率越大；

在电流相等的情况下，小灯泡两端的电压越高，小灯泡的电功率越大。

五、电功率与电功的计算

1、进一步实验表明，用电器的电功率等于用电器两端电压与通过用电器电流的乘积。

电功率计算公式可表示为：P =IU

P:电功率，U:电压，I:电流

U的单位为伏，I的单位为安，则P的单位为瓦。

1瓦=1伏·安

2、公式：P=W/t=UI       适用于所有电路的电功率计算

3、变形公式：P=I²R        P=U²/R     只适用于纯电阻性电路的电功率计算

4、电功的计算

根据功率和功的关系：p=W/t，P=UI可以得到： 电功的计算式： W= Ult

这就是说，电流在某段电路上做的功，等于这段电路两端的电压与通过这段电路的电流，以及通电时间的乘积。

2、根据公式W= Ult，电功单位焦耳也可表示为：1焦=1伏·安·秒

3、电功的常用公式：

W=Pt W=UIt              W=I²Rt           W=U²·t/R

六、电流的热效应

1、电流通过导体时电能转化为内能的现象叫做电流的热效应。

2、电流热效应的实质：从能量的转化看，电流通过导体发热的过程实质上是电能转化为内能（热能）的过程。

许多用电器接通电源后，都伴有热现象发生。

3、电热器:利用热效应来工作的用电器。

主要元件是发热体，由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘体上制成的

电流的热效应有什么利和弊？

优点：无污染、热效率高、方便控制和调节温度。

缺点：①在家庭电路中，由于长期的电流热效应，导线外的绝缘层会加速老化，甚至会 烧毁绝缘层而引发火灾；      

②同时，由于电流热效应，会影响家电的使用性能和寿命。 

为了防止电热的危害你知道电视机计算机、电动机等采取什么措施吗？电视机加散热窗、计算机、电动机等还要加风扇来散热。

七、电流产生的热量与什么因素有关

1、猜想与假设 

(1)可能与导体电阻的大小有关，R越大，Q越大。

(2)可能与电流的大小有关，I 越大，Q越大。

(3)可能与通电时间的长短有关，t 越大，Q越大。

2、实验方法：控制变量法、转换法。

3、实验器材：煤油、电阻丝R甲<R乙、烧瓶上插有玻璃管（或温度计）、开关、电流表、电源、导线、计时器、滑动变阻器等。

实验一：研究电热器电阻的大小对产生热量的影响

1、设计实验：控制变量法

研究电热器电阻的大小对产生热量的影响要研究电阻对产生热量多少的影响，应该控制电流和通电时间不变，则可以让两个阻值不同的电阻串联后接入电路。

2、实验步骤

（1）将2根电阻丝串联在电路中，标出2根玻璃管内液面的位置。

（2）闭合开关，记下电流表的读数：0.45A

（3）经过一段时间后，标出2根玻璃管内液面的位置。

（4）比较2根玻璃管内液面上升的高度发现:当电流相等，通电时间相同时，电阻大的，液柱升高的多。

3、结论：在通电电流和通电时间相同的条件下，电阻越大，电流产生的热量越多。

实验二：探究电流产生的热量与电流是否有关

1、设计实验：控制变量法

要研究电流大小对产生热量的影响,应该控制电阻和通电时间不变，改变电流。    

3、实验步骤：（1）、如图所示，在烧瓶中盛等量的煤油，烧瓶中电阻丝的电阻相同，两瓶中金属丝分别接到两节电池电池组和四节电池的电池组的电源上。

（2）闭合开关经过相同的一段时间比较玻璃管内液面的位置。

3．结论：

在电阻和通电时间相同的条件下，电流越大，电流产生的热量越多。

显然，通电的时间越长，电流产生的热量就越多。

实验结论:①在相等的时间内，当电流相等时，电阻越大，电流产生热越多。

②在相等的时间内，当电阻相等时，电流越大，电流产生热越多。

③通电时间越长，电流产生的热量就越多。

八、焦耳定律

1、焦耳定律： 进一步的实验可以得出：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。

这个规律叫做焦耳定律，它最先是由英国科学家焦耳发现的。

2.公式：Q=I²Rt

电流的单位是安(A)，电阻R的单位是欧(Ω)，时间t的单位是秒(s)。

3. 热量Q的单位是焦(J)    1J=1A²•Ω•s。Q = W = UIt = I²Rt

核能

一、裂变和聚变

核能：原子核在转变过程中所释放出的能量，称为核能。

核能是从原子核内部释放出来的，它比物质在化学反应中所释放出的化学能要大得多。用中子轰击铀 -235 原子核，可以使铀核裂变为氪核和钡核，同时向外释放能量，并产生 2 ~ 3 个新的中子。

二、获得核能的两条途径

原子核的裂变和原子核的聚变是获得核能的两条途径

1、核裂变：质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个新原子核，并释放出巨大的能量现象。

（1）链式反应：一次裂变后产生的中子继续轰击其他铀核，就会导致越来越多的铀核不断地发生裂变。这种连锁式的铀核裂变反应称为链式反应。

如果原子核裂变的链式反应不加以控制，在短时间内形成雪崩式的裂变反应，就会放出巨大能量而产生猛烈的核爆炸。

（2）原子弹——根据核裂变的原理制成。属于不可控制的链式反应的结果！

2、核聚变：2 个质量较小的原子核结合成质量较大的新原子核，同时释放出能量的现象。

例如：氘核（核内有 1 个质子、1 个中子的氢核）和氚核（核内有 1 个质子、2 个中子的氢核）在超高温下聚合成氦核，并向外放出能量。

在消耗质量相同的核材料时，核聚变比核裂变释放出更多的核能。核聚变需要极高的温度，所以也叫做热核反应。氢弹就是根据核聚变的原理制造的，氢弹的威力比原子弹大得多。

三、核能的和平利用——核电站

如果能够按需要控制链式反应的速度，使原子核的裂变反应持续而缓慢地进行，核能有控制地平稳释放，这样的核能就可以为人类和平建设服务。

1、核反应堆：可以控制核反应的装置称为核反应堆

核电站就是利用核反应堆提供的能量，使水变成蒸汽，再利用高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电的。

核能→内能→机械能→ 电能

核电站的安全性

发展核电站，应优先关注安全性。核电引起的安全问题主要在两个方面：一是核反应万一失控，会损坏设备，引起放射性物质泄漏；二是放射性废料处理不当，会导致环境污染。

世界上曾发生了几次较大的核电事故。1986 年，苏联切尔诺贝利核电站发生严重的核电事故，事故的原因是工作人员违反操作规定，导致反应堆过热，发生一系列的爆炸，使得放射性物质泄漏到周围环境中，造成了重大损失。2011 年，日本福岛核电站在里氏 9.0 级地震和海啸袭击后出现的核泄漏事故，引发全球有核电国家对核电站的安全检查与反思。

       为了防止核电站事故的发生，核电站的反应堆都有一系列的防护措施，设置了多道安全屏障。对核电站放射性废料的处理，先在核电站内专用的废物库暂存（我国规定暂存时间为 5 年），然后送到人烟稀少、地质稳定、地下水位低又远离天然水源的处置场永久存放，一般存放几百年。每一次核泄漏事故对全球的核电发展是一把双刃剑，都会让核电发展吸取经验，升级防范措施。随着科学和技术的发展，人们将会制造出更安全的核反应堆，也期待着受控核聚变技术早日走向成熟。

四、放射性

1、像铀、钍、镭等元素，能够自发地放出穿透能力很强的射线， 居里夫人把素具有的这种辐射能力叫做放射性。

1、α、β 和 γ 三种射线

α射线:带正电的高速运动的氦原子核流。β射线:带负电的高速运动的电子流。γ射线:能量很高的电磁波。

2、这三种射线穿透物质的能力不同。

α射线穿透能力最弱，在空气中只能前进几厘米。

α射线穿透能力最弱，在空气中只能前进几厘米。

γ射线穿透能力最强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。

3、放射性现象的用途

(1)工业：测量物体厚度

(2)农业：照射种子，使种子发生变异，培育新良种，还可以杀菌。

(3)医疗：利用γ射线治疗癌症。

因为人体组织对射线的耐受能力是不同的，细胞分裂越快的组织，它对射线的耐受能力就越弱。

能量转化与守恒

一、能量的相互转化

1、自然界中能量的形式

机械能、内能、化学能、电能、太阳能、生物能、地热能、潮汐能、核能等多种形式，各种形式的能量不是孤立的，而是相互联系的。

能量可以在两个物体之间转移，能量形式也可以转化。

青蛙从地上跃起捕捉害虫。在这个过程中，青蛙消耗了什么能？这些能量到哪里去了？青蛙获得了什么能？这些能量来自哪里？

青蛙从地上跃起捕捉害虫。在这个过程中，青蛙消耗了化学能，这些能量转化为机械能；青蛙获得了机械能，这些能量来自害虫的化学能。

大量事实表明，自然界中各种形式的能量都不是孤立的，不同形式的能量之间会发生相互转化，能量也会在不同的物体间相互转移。

平常我们所说的“消耗能量”、“利用能量”或者“获得能量”，实质上就是能量相互转化或转移的过程。

氢氧化钠在水中溶解，温度会升高；硝酸铵在水中溶解，温度会降低。这两种物质在溶解过程中，能量的形式各发生了怎样的转化？

氢氧化钠在水中溶解温度会升高是把化学能转化为内能。

硝酸铵在水中溶解，温度会降低是把内能转化为化学能。

光合作用——地球上最主要的能量转化过程

阅读课文回答什么是光合作用？为什么说光合作用是地球上最主要的能量转化过程。

光合作用：是指植物利用光能，把二氧化碳和水转化成有机物，并释放出氧气的过程；因为光合作用不仅为生物体提供食物和能量，也是目前世界上主要动力的源泉。人类利用的煤、石油、天然气等化石能源，是古代植物进行光合作用攒积下来的。因此，光合作用是地球上最主要的能量转化过程。

二、能量的转化与守恒定律

我们已经知道，能量有机械能、电能、内能、化学能及核能等各种不同形式， 各种形式的能量可以在一定条件下相互转化。那么在相互转化的过程中能量的多少是否发生变化呢？

不是全部转化重物的机械能，电动机消耗的电能一部分转化为重物的机械能一部分转化为内能；如果把转化后的各种形式的能量全部加起来跟电动机消耗的电能相等。

大量事实告诉我们，任何一种形式的能量在转化为其他形式的能量过程中，消耗多少某种形式的能量，就得到多少其他形式的能量，能量的总量是保持不变的。

19 世纪确立了自然界最普遍的规律之 一——能量守恒定律。

能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。而在转化和转移的过程中，能的总量保持不变。这就是能量转化和守恒定律。

注意：能量转化和守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。无论是宏观物体运动还是微观粒子运动，都遵循这个定律。

1、你知道什么是永动机吗？

永动机：不消耗任何能量和燃料，却源源不断对外做功的机器。

2、如图所示，达·芬奇曾设计了一个 “永动机”一只圆轮，里面装有可以自由滚动的重钢球。利用隔板的特殊形状，使轮子一边的钢球总是滚到另一边距离轮心远些的地方，这样，在钢球的重力作用下，轮子便会转动不息。你认为这个“永动机”能旋转不息吗？为什么？

这个“永动机”不可能旋转不息因为圆轮转动是要克服摩擦力和空气阻力消耗能量，即机械能会转化为内能。

根据能量的转化和守恒定律可知：机械能逐渐减少，经过足够长时间，机械能会全部转化为内能。

三、能量的转移和转化的方向性

永动机”制造一直失败的原因是：它违背了能量的转化和守恒定律。那么，遵循能量的转化和守恒定律的事件是否一定会发生呢？

一块炽热的铁块投入水中时能量发生怎样的转移？

当一块炽热的铁块投入水中时，内能从铁块传递给水，最后两者达到相同的温度。但是，铁块不可能自发地从同温度的水中吸收热，使自己变得炽热。

热量的转移是有方向性的，热量只能自发地从高温物体传向低温物体，而决不会反向转移。

当杂技演员沿竹竿下滑时，能量又是如何转化？手和竹竿的内能，能使演员上升吗？

当杂技演员沿竹竿下滑时，演员的重力势能有一部分转化为手和竹竿的内能，使手和竹竿的温度升高。但是，相反的过程也不会自发地发生，即手和竹竿不可能自发地降低温度，而使人的位置升高，尽管这一过程也不违反能量转化和守恒定律。

归纳总结：

（1）能量的转化和转移是有方向的，内能不能自发地从低温物体传到高温物体。我们是在能量转移或转化过程中利用能量的。

（2）能量的利用率不可能达到100%

能量的转化和守恒定律的建立

1840年，德国医生迈尔（Julius Robert von Mayer）从生理学角度对能量进行了研究，他发现病人的静脉血比他预计的要红得多，因此他开始思考动物热的问题，并由此萌发了所有形式的能量都可以相互转化的想法。他还分析了多种能量的转化和守恒的现象，成为首先阐述能量守恒思想的人。

从 1840~1878 年的近 40 年时间里，英国科学家焦耳研究了电流热效应、空气压缩时温度的升高以及电、化学和机械作用之间的联系。他发现了焦耳定律，得出了电能向内能转化的定量关系。他做了 400多次实验，用各种方法测定热与功之间的当量关系，精确地测定了热和机械功之间的当量关系的数值，为能量守恒定律的确立奠定了定量的实验基础。

1847年，德国科学家亥姆霍兹（Hermann Ludwig Ferdinard von Helmholtz）发表了《论力的守恒》一文，把能量的概念推广到热学、电磁学、天文学和生理学等领域，系统、严密地阐述了能量守恒思想。他分析了机械能、化学能、电磁能等不同形式能量的转化和守恒，并把能量守恒与永动机不可能制成联系起来。他认为机器只能转化能量，而不能创造和消灭能量。他对能量守恒定律作出了清晰、具有说服力的论述，从而使能量转化和守恒定律得到人们的广泛接受。

可见，能量转化和守恒定律是众多科学家集体智慧的结晶。