華慶富

機(jī)械能和內(nèi)能同屬于功和能知識(shí)板塊的兩種能量，它們一個(gè)屬于宏觀世界，一個(gè)屬于微觀世界.這兩種看起來(lái)似乎有著天壤之別的能量，卻能通過(guò)一定的方式輕松實(shí)現(xiàn)相互的轉(zhuǎn)化.

一、機(jī)械能

動(dòng)能和勢(shì)能統(tǒng)稱為機(jī)械能.（即機(jī)械能=動(dòng)能+勢(shì)能.）在一定條件下，動(dòng)能可以轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，勢(shì)能也可以轉(zhuǎn)化為動(dòng)能.滾擺現(xiàn)象充分說(shuō)明動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化.

1.動(dòng)能

物體由于運(yùn)動(dòng)所具有的能.

（1）不能說(shuō)成是“運(yùn)動(dòng)物體具有的能叫動(dòng)能”，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)物體還可能具有勢(shì)能.

（2）動(dòng)能的大小與物體質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，質(zhì)量越大，速度越快時(shí)，動(dòng)能越大.

2.勢(shì)能

重力勢(shì)能：物體由于被舉高所具有的能.

彈性勢(shì)能：物體由于發(fā)生彈性形變所具有的能.

（1） 重力勢(shì)能與物體的質(zhì)量和被舉高的高度有關(guān)，質(zhì)量越大，被舉得越高時(shí)，重力勢(shì)能越大.

（2）彈性勢(shì)能與物體彈性形變程度有關(guān)，彈性形變?cè)酱?，彈性?shì)能就越大.（物體由于受外力作用而發(fā)生且外力撤去后物體能自動(dòng)恢復(fù)原狀的形變稱為彈性形變）

可見，機(jī)械能的改變?nèi)Q于物體的運(yùn)動(dòng)速度、質(zhì)量、被舉高的高度以及彈性形變的大小.

二、內(nèi)能

物體內(nèi)部所有分子做規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和叫做內(nèi)能，內(nèi)能也常叫做熱能，也是能的一種形式，國(guó)際單位制單位為：焦耳.

1.內(nèi)能跟物體的溫度關(guān)系

物體溫度越高，分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)越激烈，物體內(nèi)能就越大.影響物體內(nèi)能大小的因素：

①溫度：在物體的質(zhì)量，材料、狀態(tài)相同時(shí)，溫度越高物體內(nèi)能越大.②質(zhì)量：在物體的溫度、材料、狀態(tài)相同時(shí)，物體的質(zhì)量越大，物體的內(nèi)能越大.③材料：在溫度、質(zhì)量和狀態(tài)相同時(shí)，物體的材料不同，物體的內(nèi)能可能不同.④存在狀態(tài)：在物體的溫度、材料質(zhì)量相同時(shí)，物體存在的狀態(tài)不同時(shí)，物體的內(nèi)能也可能不同.

2.熱運(yùn)動(dòng)

物體內(nèi)部所有分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng).物體溫度越高，擴(kuò)散過(guò)程越快，這說(shuō)明溫度越高，分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的速度越大，即分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)越快.

一切物體都有內(nèi)能，溫度降低，內(nèi)能減小，但內(nèi)能不可能為零.

3.改變內(nèi)能的方法

（1）做功改變物體的內(nèi)能：對(duì)物體做功物體內(nèi)能會(huì)增加.物體對(duì)外做功物體內(nèi)能會(huì)減少.做功改變內(nèi)能的實(shí)質(zhì)是內(nèi)能和其他形式的能的相互轉(zhuǎn)化.

（2）熱傳遞改變物體的內(nèi)能：熱傳遞過(guò)程中，物體吸熱，溫度升高，內(nèi)能增加；放熱溫度降低，內(nèi)能減少.熱傳遞的實(shí)質(zhì)是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移.

三、內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別

內(nèi)能與機(jī)械能是不同形式的能，內(nèi)能與物體內(nèi)部分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)和分子的相互作用情況有關(guān)，即物體內(nèi)分子的動(dòng)能則跟物體的溫度有關(guān)；物體內(nèi)分子的勢(shì)能則跟分子間的距離有關(guān).機(jī)械能是整個(gè)物體由于運(yùn)動(dòng)和物體之間相互作用而具有的能量.其中物體的動(dòng)能跟物體的整體運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，物體的勢(shì)能跟物體的整體位置或形變情況有關(guān).

在一定條件下（如以地面為參照物，靜止的物體），物體的機(jī)械能可以為零；但在任何條件下物體都具有一定的內(nèi)能.

物體的機(jī)械能與內(nèi)能可以獨(dú)立的發(fā)生變化而不相互影響.比如，陽(yáng)光下靜止的公交車，動(dòng)能為零，以地面為參考面其勢(shì)能為零，所以機(jī)械能為零.而隨著太陽(yáng)的照射，公交車的溫度在不斷上升，因此其內(nèi)能在不斷增加.反過(guò)來(lái)，公交車啟動(dòng)加速過(guò)程中，機(jī)械能在不斷增加，而在忽略發(fā)動(dòng)機(jī)工作對(duì)車身的溫度影響時(shí)，可以認(rèn)為此過(guò)程中公交車的內(nèi)能是不變的.

二者聯(lián)系：不僅動(dòng)能和勢(shì)能之間可以互相轉(zhuǎn)化，在一定的條件下機(jī)械能還可以與內(nèi)能、電能、光能、化學(xué)能、核能等等進(jìn)行轉(zhuǎn)化.

四、舉例

1.動(dòng)能

例1一顆子彈能快速擊穿紙牌，因?yàn)樽訌椌哂休^大的（ ）.

A.內(nèi)能B.動(dòng)能C.重力勢(shì)能D.彈性勢(shì)能

解析

飛行的子彈，能夠擊穿紙牌，依靠的是它所具有的動(dòng)能，因?yàn)轱w行的子彈速度很大，故具有巨大的動(dòng)能.

答案：B.

點(diǎn)撥根據(jù)動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能的概念，是解答此題的關(guān)鍵.

2.重力勢(shì)能

例2一塊大石頭和一塊小石子都被舉高后，下列說(shuō)法正確的是（ ）.

A.大石頭有重力勢(shì)能，小石子沒(méi)有重力勢(shì)能

B.大石頭沒(méi)有重力勢(shì)能，小石子有重力勢(shì)能

C.大石頭、小石子都有重力勢(shì)能

D.大石頭、小石予都沒(méi)有重力勢(shì)能

解析物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢(shì)能.影響物體重力勢(shì)能大小的因素：質(zhì)量、高度.大石頭和小石子都被舉高后都具有重力勢(shì)能.

答案：C.

點(diǎn)撥考查的是重力勢(shì)能的概念、影響重力勢(shì)能大小的因素.圖1

3.彈性勢(shì)能

例3如圖1所示為人拉弓射箭的示意圖，下列說(shuō)法中正確的是（ ）.

A.放在張緊了的弓上的箭，具有彈性勢(shì)能

B.放在張緊了的弓上的箭，具有動(dòng)能

C.弓拉得越彎，人的彈性勢(shì)能越大

D.弓拉得越彎，弓的彈性勢(shì)能越大

解析弓的彈性勢(shì)能與弓的形變有關(guān)，形變量越大，彈性勢(shì)能越大；而放在弓上的箭沒(méi)有彈性勢(shì)能，箭在離弦時(shí)，弓的彈性勢(shì)能可以轉(zhuǎn)化為箭的動(dòng)能.

A.張緊了的弓具有彈性勢(shì)能，弓上的箭沒(méi)有彈性勢(shì)能，故A不符合題意；

B.張緊了的弓具有彈性勢(shì)能，只有弓上的箭在離弦時(shí)，弓的彈性勢(shì)能可以轉(zhuǎn)化為箭的動(dòng)能，故B不符合題意；

C.弓的彈性勢(shì)能與弓的形變有關(guān)，形變量越大，彈性勢(shì)能越大，故弓拉得越彎，弓的彈性勢(shì)能越大，不是人的彈性勢(shì)能越大，故C不符合題意；

D.弓的彈性勢(shì)能與弓的形變有關(guān)，形變量越大，彈性勢(shì)能越大，故弓拉得越彎，弓的彈性勢(shì)能越大，故D符合題意；

答案：D

點(diǎn)撥此題主要考查的是學(xué)生對(duì)彈性勢(shì)能、動(dòng)能的概念和彈性勢(shì)能影響因素的理解和掌握，彈性勢(shì)能的大小與形變程度和材料本身有關(guān)，形變量越大，彈性勢(shì)能越大.

4.決定動(dòng)能的因素

例4如果汽車、摩托車與列車三種車輛的速度相等，那么按照它們的動(dòng)能從大到小排列順序正確的是（ ）.

A.汽車、摩托車、列車B.列車、汽車、摩托車C.摩托車、汽車、列車D.汽車、列車、摩托車

解析影響動(dòng)能大小的因素：質(zhì)量和速度，物體的質(zhì)量越大、速度越大，物體的動(dòng)能越大.

汽車、摩托車和列車的質(zhì)量，列車的質(zhì)量最大、汽車的質(zhì)量次之、摩托車的質(zhì)量最小.因?yàn)槿叩乃俣认嗤?，所以三者的?dòng)能從大到小的順序：列車、汽車、摩托車.

答案：B.

點(diǎn)撥本題考查了影響動(dòng)能大小的因素，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)芄罍y(cè)出列車、汽車、摩托車的質(zhì)量大小順序是本題的關(guān)鍵.

5.決定勢(shì)能的因素

例5如圖2所示，蘋果樹上結(jié)有甲、乙、丙三個(gè)質(zhì)量相等的蘋果，哪一個(gè)蘋果的重力勢(shì)能最大（ ）.A.甲B.乙C.丙D.一樣大解析根據(jù)重力勢(shì)能的大小和質(zhì)量以及物體所處的高度有關(guān)進(jìn)行解答.甲、乙、丙三個(gè)蘋果的質(zhì)量相等，從圖上可以看出丙所處的位置高度最高，所以丙的重力勢(shì)能最大.答案：C.點(diǎn)撥知道重力勢(shì)能的大小和哪些因素有關(guān)以及正確的從圖中分析出哪個(gè)蘋果所處的高度最高是解題的關(guān)鍵.6.機(jī)械能的轉(zhuǎn)化例6 草原發(fā)生大面積蝗災(zāi)時(shí)，農(nóng)業(yè)部門利用飛機(jī)噴灑農(nóng)藥消滅蝗蟲.當(dāng)飛機(jī)在某一高度水平勻速飛行噴灑農(nóng)藥時(shí)，它的（ ）.A.動(dòng)能不變，勢(shì)能不變B.動(dòng)能減少，勢(shì)能增加C.動(dòng)能增加，勢(shì)能減少D.動(dòng)能減少，勢(shì)能減少解析動(dòng)能的影響因素是質(zhì)量和速度，重力勢(shì)能的影響因素是質(zhì)量和高度，動(dòng)能和勢(shì)能統(tǒng)稱機(jī)械能.據(jù)此結(jié)合題目描述可做出判斷.當(dāng)飛機(jī)在某一高度水平勻速飛行噴灑農(nóng)藥時(shí)，其質(zhì)量在不斷減小，高度和速度不變，因此，由動(dòng)能和重力勢(shì)能的影響因素可知，其動(dòng)能和重力勢(shì)能均減少.故只有選項(xiàng)D的說(shuō)法正確，符合題意.答案：D.點(diǎn)撥本題主要考查了動(dòng)能和重力勢(shì)能的影響因素，本題中注意飛行噴灑農(nóng)藥時(shí)其質(zhì)量在不斷減小是解答中的易錯(cuò)點(diǎn).7.內(nèi)能以及內(nèi)能的改變 例7關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說(shuō)法正確的是（ ）. A. 溫度為0℃的物體沒(méi)有內(nèi)能 B. 物體內(nèi)能增加，一定是通過(guò)外界對(duì)物體做功 C. 正在沸騰的水吸收熱量，溫度增加，內(nèi)能不變D. 在相同物態(tài)下，同一物體溫度降低，它的內(nèi)能會(huì)減少.

解析A.溫度為0℃的物體也具有內(nèi)能，故A錯(cuò)誤；

B.物體的內(nèi)能增加，可能是外界對(duì)物體做功，也可能是從外界吸收了熱量，故B錯(cuò)誤；

C.正在沸騰的水吸收熱量，溫度不變，內(nèi)能增加，故C錯(cuò)誤；

D.在相同物態(tài)下，同一物體溫度降低，它的內(nèi)能會(huì)減少，故D正確.

答案：D.

點(diǎn)撥本題主要考查學(xué)生對(duì)溫度影響內(nèi)能的掌握，以及改變物體內(nèi)能的兩種方式以及描述熱量相對(duì)應(yīng)的術(shù)語(yǔ)的理解，是熱學(xué)的難點(diǎn)，是中招的熱點(diǎn).

例8指出下列所列舉的六個(gè)自然現(xiàn)象分別屬于改變物體內(nèi)能方法中的哪一種？

（1）用電鉆打孔時(shí)，鉆頭會(huì)發(fā)燙；

（2）用冰透鏡在陽(yáng)光下取火；

（3）裝有熱水的熱水瓶?jī)?nèi)的水蒸氣將瓶塞沖開；

（4）冬天用熱水袋焐暖身體；

（5）擦火柴點(diǎn)火；

（6）放置在室外的熱水逐漸冷卻.

解析改變物體內(nèi)能的方法有兩種：做功和熱傳遞.

（1）用電鉆打孔時(shí)，電鉆頭要克服土壤等等的摩擦阻力做功，使得鉆頭的內(nèi)能增加，因此這是通過(guò)做功改變物體的內(nèi)能；

（2）用冰透鏡在陽(yáng)光下取火是直接將太陽(yáng)光匯聚起來(lái)，使得局部的溫度升高，從而使得物體達(dá)到著火點(diǎn)而起火，這是通過(guò)熱傳遞的方法將太陽(yáng)能傳遞給紙等柔軟易燃的物體來(lái)改變物體的內(nèi)能的；

（3）熱水瓶?jī)?nèi)的水蒸氣將瓶塞沖開時(shí)要對(duì)外做功，同時(shí)自己的內(nèi)能減少，因此這是同樣做功的方式改變物體的內(nèi)能；

（4）冬天用熱水袋焐暖身體是內(nèi)能在熱水和人身體之間的傳遞，屬于熱傳遞改變物體的內(nèi)能；

（5）擦火柴點(diǎn)火的過(guò)程是由于火柴頭上克服與火柴皮的摩擦做功，從而提高了火柴頭的內(nèi)能，火柴頭的溫度升高，火柴頭上的火藥因?yàn)檫_(dá)到燃點(diǎn)而著火；

（6）熱水逐漸冷卻是因?yàn)閮?nèi)能在熱水和冷空氣之間傳遞而致，所以這是熱傳遞改變物體的內(nèi)能.

點(diǎn)撥本題的易錯(cuò)點(diǎn)是不能夠正確區(qū)分做功和熱傳遞改變物體內(nèi)能的實(shí)質(zhì)，做功改變物體內(nèi)能的實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化，能量的形式發(fā)生了變化；而熱傳遞改變物體內(nèi)能的實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)移，能量的形式并沒(méi)有改變.

8.機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化

例9用打氣筒給自行車車胎打氣，過(guò)一會(huì)兒氣筒壁會(huì)發(fā)熱，解釋其原因.

解析本題主要考查做功是改變物體內(nèi)能的方法之一，并且考查我們利用所學(xué)物理知識(shí)解釋相關(guān)自然現(xiàn)象的能力.解題的關(guān)鍵是要弄明白：氣筒壁發(fā)熱說(shuō)明溫度升高了，而溫度升高了又說(shuō)明了內(nèi)能增加了.物體內(nèi)能的增加有兩個(gè)途徑，一是熱傳遞，另一個(gè)是做功，這兩種方式在使物體的內(nèi)能改變上是等效的.用氣筒給車胎打氣時(shí)，氣筒的活塞與筒壁有摩擦，克服摩擦做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使內(nèi)能增大，溫度升高；另外，用力推動(dòng)活塞時(shí)壓縮了氣筒內(nèi)封閉的空氣，對(duì)這部分空氣做了功，使得空氣的溫度升高，內(nèi)能增大.

點(diǎn)撥本題的易錯(cuò)點(diǎn)是不能正確的分析題目所敘述的物理過(guò)程，不能從氣筒壁發(fā)熱這個(gè)現(xiàn)象分析出原因.另外，還有的同學(xué)在分析氣筒壁發(fā)熱、溫度升高時(shí)，僅僅考慮到活塞克服摩擦做功，或者僅僅考慮到壓縮空氣做功，不能全面的分析問(wèn)題.

（收稿日期：2015-03-23）