机械能转化为内能是什么,机械能转化为内能是全部转化吗

首页 > 经验 > 作者:YD1662024-04-01 06:32:14

物体位置发生相对运动,我们把它叫做机械运动。每一种物理学运动都对于着一种能量。热运动对应着内能,机械运动对应着机械能。

在物理学中,能属于一个状态量,在时间和时刻中,它对应着时间轴上一个点。一个物体能够对外做功,我们就说它既有能量。它对外做能够做多少功,就具有多少能量。其实,在能量定义中,包含能量变化两种形式:转化和转移。转化是一种形式能变化为另一种形式能。这里说做功,其实其实就是机械能一种转移,通俗讲,物体对外做了多少功,就是有多少机械能从一个物体转移到另一个物体上。

机械能对应这机械运动,所以它与物体的速度和位置还有弹性形变程度有关。物体在力的作用下,有一种静态作用效果,那就是形变。一种是弹性形变,一种是塑性形变(高中成为范式形变,就是两个称呼不同)。因此物体碰撞也有两种:弹性碰撞和非弹性碰撞。

在理想情况下,物体碰撞后,形变能够恢复,不发热、发声,没有动能损失,这种碰撞称为弹性碰撞,又称完全弹性碰撞。真正的弹性碰撞只在分子、原子以及更小的微粒之间才会出现。生活中,硬质木球或钢球发生碰撞时,动能的损失很小,可以忽略不计,通常也可以将它们的碰撞看成弹性碰撞。还有一种是非弹性碰撞,在碰撞过程中把机械能转移给另一个物体,同时它的转移前后机械能减小,因为发生能量转移,机械能转化为成了内能。

机械能有包括动能和势能。势能有包括重力势能和弹性势能。我们来看在研究这三种能量决定因素时候都用到同一种方法:转化法。所谓“转换法”,主要是指在保证效果相同的前提下,将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象;将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题;将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量的方法。初中物理在研究概念规律和实验中多处应用了这种方法。

物体由于运动而具有能量叫动能,千万要注意:运动物体具有能量不是动能一种,这是我们在做选择题容易发生错误地方。教材探究了动能大小与什么因素有关?质量和速度。探究这个问题,关键问题是如何显示动能大小。同学们都知道,我们是让球去撞击同一个物体,观察物体被撞击后滑行距离。不知道大家想过没有?为什么用同一个木块,因为木块与地面滑动时粗糙程度相同,压力也相同,所以他们每次滑行时摩擦力大小是相同的,这是问题关键!!!因为每次撞击后动能就转移给木块了,木块滑行又把动能转化为内能。在转化为内能过程中,表现为克服摩擦力而做的功。因此内能△E=W=fs,因为摩擦力是相等的,所以滑行距离越长,克服摩擦力做的功越多,木块转化前机械能就越多。当然,你也可以这样理解,因为摩擦力相同,木块滑行越远,球对木块做的功就越多,因为球具有机械能就越大。这里用得了转换法,机械能无法比较,我们通过它对外做功多少来判断它既有能量大小,把做过多少通过距离来反应。这就是转换法迷人地方,一个物理量难观察,或者难测,我们就转换成一个容易观察或者可测物理量。当然,在研究动能大小与质量时,我们控制速度相等,我们是怎么做到的呢?让不同质量球从同一个斜面同一高度滑下,就保重两球在水平面初速度想等,为什么呢?这里有涉及到初中一个核心素养:能够利用已有知识进行简单的推到。通过实验我们得到两天结论:质量相同的物体,速度越大,具有动能越大;质量相同不同的物体,质量越大,它的动能越大。动能公式为:E动=1/2mV2(这里2是V的指数),从公式可见,速度对动能影响是比质量要大,这就是一个小鸟能撞毁一架飞机的原因。

我们再来看看重力势能,物体由于被举高而具有能量。这里举高,有一个标准高度,也就是重力势能为零的一个面,因为判断重力势能时,必须选择一个参考面,跟参考系有点类似。一个重力势能大小与什么因素有关呢?被举得高度和物体质量,当然研究时也必须控制变量,但是也存在一个问题,怎样显示物体重力势能大小呢?又是转换法,让被举高物体去撞击沙坑里同一个木桩,观察木桩被撞击后陷入深度?为什么是同一个木桩呢?大家根据类比方法自行研究。我们在这里看看重力势能公式是怎样的?比如一个物体的质量为M,要把从参考面物体举到高度为h,那么根据我们对功的理解,物体动能增加量等于我们克服重力所做的功,即E=mgh,这就是重力势能公式。其实,物体从高处落下,就是把重力势能转化为动能,我们修水电站时为什么要修拦河大坝。就是因为修拦河大坝,目的是增加上游水位,这样就增加了它的重力势能,水在上游到下游,就是把更多重力势能转化动能,这样带动发电机发出更多的电能。

发生弹性形变的物体的各部分之间,由于有弹力的相互作用,也具有势能,这种势能叫做弹性势能。同一弹性物体在一定范围内形变越大,具有的弹性势能就越多,反之,则越小。如何显示弹性势能大小,同样也是转换法。不过我们进行两次转换,让弹簧发生弹性形变,然后让弹簧去撞击小球,然后让小球再去撞击同一个木块,同样是摩擦力相同,通过观察同一个木块滑行距离来判断弹性势能大小。所以通过转换法,让我们知道三种能量大小因素。

我们再来看看为什么质量不同小球从同一个斜面同一高度滑下到水平面初速度相同。我们把水平面重力势能看做参考面,即水平面重力势能为零。不同物体从同一斜面下滑,它们在最高处只具有重力势能E1=mgh,当物体在水平面时只具有动能E2=1/2mv2,因为不计在斜面摩擦,机械能是守恒的,即E1=E2,我们可以推测mgh=1/2mv2,同一物体质量相等,所以v2=2gh,说明物体到水平面初速度只与高度有关,而质量大小无关,这就证明不同质量物体从同一个斜面不同高度滑下,到水平面初速度是相等的。

其实,自然界存在很多机械能。在自然界中风能和水能都已经开始利用,唯独自然界中最大机械能是海啸具有的,人类对它目前还是一种恐惧,无法加于利用。

海啸就是由海底地震、火山爆发、海底滑坡或气象变化产生的破坏性海浪,海啸的波速高达每小时700~800千米,在几小时内就能横过大洋;波长可达数百公里,可以传播几千公里而能量损失很小;在茫茫的大洋里波高不足一米,但当到达海岸浅水地带时,波长减短而波高急剧增高,可达数十米,形成含有巨大能量的“水墙”。海啸主要受海底地形、海岸线几何形状及波浪特性的控制,呼啸的海浪冰墙每隔数分钟或数十分钟就重复一次,摧毁堤岸,淹没陆地,夺走生命财产,破坏力极大。全球的海啸发生区大致与地震带一致。全球有记载的破坏性海啸大约有260次左右,平均大约六、七年发生一次。发生在环太平洋地区的地震海啸就占了约80%。而日本列岛及附近海域的地震又占太平洋地震海啸的60%左右,日本是全球发生地震海啸并且受害最深的国家。

不过随着社会进步,如何去把如此巨大能量转化成人类利用能量是一个棘手问题,不过我想人类最终会利用。

不过人类利用物理也是一把双刃剑,大家记忆很快美国911恐怖事件就是恐怖分子利用飞机具有动能对大楼做功造成巨大伤亡世界,恐怖分子就是把我们在探究动能大小里转换法放到了。2001年9月11日上午(美国东部时间),两架被恐怖分子劫持的民航客机分别撞向美国纽约世界贸易中心一号楼和世界贸易中心二号楼,两座建筑在遭到攻击后相继倒塌,世界贸易中心其余5座建筑物也受震而坍塌损毁;9时许,另一架被劫持的客机撞向位于美国华盛顿的美国国防部五角大楼,五角大楼局部结构损坏并坍塌。

不过怎样,对于利用物理知识来从事伤害人类事件我们都要给予谴责,学好物理只能为人类做贡献而不是其他!

2018年国耻日于宜昌市小溪塔高中父母家。

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