总结是在一段时间内对学习和工作生活等表现加以总结和概括的一种书面材料,它有助于我们寻找工作和事物发展的规律,从而掌握并运用这些规律,因此,让我们写一份总结吧。但是却发现不知道该写些什么,下面是小编辛苦为大家带来的高中物理知识点总结(4篇),如果能帮助到您,小编的一切努力都是值得的。
1、会审题,理解题意是正确解答物理习题的前提,要迅速地理解题意,必须抓住题目中的关键字句,找出需要的已知条件和所求的物理量之间的关系,在必要时画出草图帮助理解题意。
2、分析物理过程,一个综合题,往往由若干彼此独立的子过程组合而成,这些过程又不是孤立的,他们之间存在着一定的制约关系,只要仔细分析物理过程,寻找到前后过程的联系,就能找到解决问题的途径。
3、选择合适的方法,从思维的角度看,供选择的方法包括分析法、综合法、假设法、取消法、反证法、递推法等等。从物理的角度看,供选择的方法包括模型化的方法、隔离分析的方法、等效变换的方法、叠加的思想方法、对称处理的方法、极端分析的方法等等。从数学的角度看,有代数法、几何方法,等等。
4、学会运用数学知识,根据物理规律列出问题中物理量的关系式,把物理问题转化为数学问题,实现了物理过程的数学化。列出物理量间的关系后,下面的任务就是采用最好的数学方法,准确地求出结果,注意运算的技巧可以简化运算程序,节省计算时间。
5、讨论验证结果,用量纲的方法检查结果;用数量级估算法检查结果;用特殊值假设法检查结果等。
一、力和运动
受力分析、物体的平衡及其条件,是每年必考知识点。
预计在2014年高考中,本专题内容仍然是高考命题的重点和热点,从近几年的试题难度看,本专题单独命题,难度可能不大,重在对基础知识与基本应用的考查,其中卫星导航、航天工程、宇宙探测、体育运动、科技与生活热点问题要特别关注。
二、动量和能量
安徽省高考对本专题的知识点考查频率非常高,每年必考,对动能定理、机械能守恒定律、功能关系考查难度较大。
“动量和能量观点是贯穿整个物理学最基本的观点,动量守恒定律、能量守恒定律是自然界中普遍适用的基本规律,涉及面广、综合性强、能力要求高,多年的压轴题均与本专题知识有关。”杨坤预计,在2014年高考中,会继续延续近两年的命题特点,一种可能是以功——功率、动能定理和机械能守恒定律为考查热点,主要以选择题的形式出现,考查考生对基本概念、规律的。掌握情况和初步应用的能力。另一种可能是与牛顿运动定律、曲线运动、电场和电磁感应等知识综合起来考查,题型以计算题为主。考题紧密联系生产生活、现代科技等问题,如传送带的功率消耗、站台的节能设计、弹簧中的能量、碰撞中的动量守恒问题等。
三、带电粒子在电场和磁场中的运动
从历年来试题的难度上看,大多属于中等难度和较难的题,考题常以科学技术的具体问题为背景,考查从实际问题中获取并处理信息,解决实际问题的能力。
计算题主要考查带电粒子在电场、磁场中的运动和在复合场中的运动,特别是带电粒子在有界磁场、组合场中的运动,涉及运动轨迹的几何分析和临界分析,考查的可能性较大。
“2014年高考理综物理试题仍将突出对电场和磁场中运动的考查,考查形式既可以是选择题也可以是计算题,选择题用来考查场的描述和性质、场力。” 杨坤分析,计算题主要考查带电粒子在电场、磁场中的运动和在复合场中的运动,特别是带电粒子在有界磁场、组合场中的运动,涉及运动轨迹的几何分析和临界分析,考查的可能性较大。其中电场和磁场知识与生产技术、生活实际、科学研究相结合,如示波管、质谱仪、回旋加速器、速度选择器和磁流体发电机等物理模型的应用问题要特别注意。
四、电磁感应和电路的分析、计算
在2014年 高考中对本专题知识的考查可能是与其他知识点进行综合考查,突出考查电磁感应、电路等部分内容。
考查的热点内容可能是滑轨类问题、线框穿越有界匀强磁场问题、电磁感应图像问题和电磁感应中的能量问题。
从近四年高考试卷知识点分布来看,高考对本专题的内容考查频率比较高,特别是电磁感应部分,每年必考。“对本专题知识点的考查,安徽省高考试题常以选择题的形式出现,但也有以计算题的形式出现的。”杨坤分析,对电路的考查则经常是与实验考查相结合,对串并联电路考查较浅,对交流电的考查相对来说较少而且偏易,对电磁感应的考查相对来说难度偏大,而且经常与其他知识点进行综合考查,不仅考查考生对基础知识和基本规律的掌握,还考查考生对基础知识和基本规律的理解与应用。
“预计在2014年高考中对本专题知识的考查可能是与其他知识点进行综合考查,突出考查电磁感应、电路等部分内容。”杨坤老师强调,考查的热点内容可能是滑轨类问题、线框穿越有界匀强磁场问题、电磁感应图像问题和电磁感应中的能量问题,“在考试说明的题例中增加了滑轨类问题的实例,这或许是一个信号,希望能引起大家的注意。”
五、高中物理常考知识点
1、电压瞬时值e=Emsinωt/电流瞬时值i=Imsinωt;(ω=2πf)
2、电动势峰值Em=nBSω=2BLv/电流峰值(纯电阻电路中)Im=Em/R总
3、正(余)弦式交变电流有效值:E=Em/(2)1/2;U=Um/(2)1/2 ;I=Im/(2)1/2
4、理想变压器原副线圈中的电压与电流及功率关系:U1/U2=n1/n2;I1/I2=n2/n2;P入=P出
5、在远距离输电中,采用高压输送电能可以减少电能在输电线上的损失:P损′=(P/U)2R;(P损′:输电线上损失的功率,P:输送电能的总功率,U:输送电压,R:输电线电阻)(见第二册P198)
6、公式1、2、3、4中物理量及单位:ω:角频率(rad/s);t:时间(s);n:线圈匝数;B:磁感强度(T);S:线圈的面积(m2);U:(输出)电压(V);I:电流强度(A);P:功率(W)。
注:
(1)交变电流的变化频率与发电机中线圈的转动的频率相同即:ω电=ω线,f电=f线;
(2)发电机中,线圈在中性面位置磁通量最大,感应电动势为零,过中性面电流方向就改变;
(3)有效值是根据电流热效应定义的,没有特别说明的交流数值都指有效值;
(4)理想变压器的匝数比一定时,输出电压由输入电压决定,输入电流由输出电流决定,输入功率等于输出功率,当负载的消耗的功率增大时输入功率也增大,即P出决定P入;
(5)其它相关内容:正弦交流电图象(见第二册P190)/电阻、电感和电容对交变电流的作用(见第二册P193)。
六、高中物理知识点
机械运动:一物体相对其它物体的位置变化,叫机械运动;
1、参考系:为研究物体运动假定不动的物体;又名参照物(参照物不一定静止);
2、质点:只考虑物体的质量、不考虑其大小、形状的物体;
(1)质点是一理想化模型;
(2)把物体视为质点的条件:物体的形状、大小相对所研究对象小的可忽略不计时;
如:研究地球绕太阳运动,火车从北京到上海;
3、时刻、时间间隔:在表示时间的数轴上,时刻是一点、时间间隔是一线段;
如:5点正、9点、7点30是时刻,45分钟、3小时是时间间隔;
4、位移:从起点到终点的有相线段,位移是矢量,用有相线段表示;路程:描述质点运动轨迹的曲线;
(1)位移为零、路程不一定为零;路程为零,位移一定为零;
(2)只有当质点作单向直线运动时,质点的位移才等于路程;
(3)位移的国际单位是米,用m表示
5、位移时间图象:建立一直角坐标系,横轴表示时间,纵轴表示位移;
(1)匀速直线运动的位移图像是一条与横轴平行的直线;
(2)匀变速直线运动的位移图像是一条倾斜直线;
(3)位移图像与横轴夹角的正切值表示速度;夹角越大,速度越大;
6、速度是表示质点运动快慢的物理量;
(1)物体在某一瞬间的速度较瞬时速度;物体在某一段时间的速度叫平均速度;
(2)速率只表示速度的大小,是标量;
7、加速度:是描述物体速度变化快慢的物理量;
(1)加速度的定义式:a=vt-v0/t
(2)加速度的大小与物体速度大小无关;
(3)速度大加速度不一定大;速度为零加速度不一定为零;加速度为零速度不一定为零;
(4)速度改变等于末速减初速。加速度等于速度改变与所用时间的比值(速度的变化率)加速度大小与速度改变量的大小无关;
(5)加速度是矢量,加速度的方向和速度变化方向相同;
(6)加速度的国际单位是m/s2
匀变速直线运动的规律:
1、速度:匀变速直线运动中速度和时间的关系:vt=v0+at
注:一般我们以初速度的方向为正方向,则物体作加速运动时,a取正值,物体作减速运动时,a取负值;
(1)作匀变速直线运动的物体中间时刻的瞬时速度等于初速度和末速度的平均;
(2)作匀变速运动的物体中间时刻的瞬时速度等于平均速度,等于初速度和末速度的平均;
2、位移:匀变速直线运动位移和时间的关系:s=v0t+1/2at
注意:当物体作加速运动时a取正值,当物体作减速运动时a取负值;
3、推论:2as=vt2-v02
4、作匀变速直线运动的物体在两个连续相等时间间隔内位移之差等于定植;s2-s1=aT2
5、初速度为零的匀加速直线运动:前1秒,前2秒,位移和时间的关系是:位移之比等于时间的平方比;第1秒、第2秒的位移与时间的关系是:位移之比等于奇数比。
自由落体运动:只在重力作用下从高处静止下落的物体所作的运动;
1、位移公式:h=1/2gt2
2、速度公式:vt=gt
3、推论:2gh=vt2
力是物体间的相互作用
1、力的国际单位是牛顿,用N表示;
2、力的图示:用一条带箭头的有向线段表示力的大小、方向、作用点;
3、力的示意图:用一个带箭头的线段表示力的方向;
4、力按照性质可分为:重力、弹力、摩擦力、分子力、电场力、磁场力、核力等等;
重力:由于地球对物体的吸引而使物体受到的力;
a.重力不是万有引力而是万有引力的一个分力;
b.重力的方向总是竖直向下的(垂直于水平面向下)
c.测量重力的仪器是弹簧秤;
d.重心是物体各部分受到重力的等效作用点,只有具有规则几何外形、质量分布均匀的物体其重心才是其几何中心;
弹力:发生形变的物体为了恢复形变而对跟它接触的物体产生的作用力;
a.产生弹力的条件:二物体接触、且有形变;施力物体发生形变产生弹力;
b.弹力包括:支持力、压力、推力、拉力等等;
c.支持力(压力)的方向总是垂直于接触面并指向被支持或被压的物体;拉力的方向总是沿着绳子的收缩方向;
d.在弹性限度内弹力跟形变量成正比;F=Kx
摩擦力:两个相互接触的物体发生相对运动或相对运动趋势时,受到阻碍物体相对运动的力,叫摩擦力;
a.产生磨擦力的条件:物体接触、表面粗糙、有挤压、有相对运动或相对运动趋势;有弹力不一定有摩擦力,但有摩擦力二物间就一定有弹力;
b.摩擦力的方向和物体相对运动(或相对运动趋势)方向相反;
c.滑动摩擦力的大小F滑=μFN压力的大小不一定等于物体的重力;
d.静摩擦力的大小等于使物体发生相对运动趋势的外力;
合力、分力:如果物体受到几个力的作用效果和一个力的作用效果相同,则这个力叫那几个力的合力,那几个力叫这个力的分力;
a.合力与分力的作用效果相同;
b.合力与分力之间遵守平行四边形定则:用两条表示力的线段为临边作平行四边形,则这两边所夹的对角线就表示二力的合力;
c.合力大于或等于二分力之差,小于或等于二分力之和;
d.分解力时,通常把力按其作用效果进行分解;或把力沿物体运动(或运动趋势)方向、及其垂直方向进行分解;(力的正交分解法);
矢量
矢量:既有大小又有方向的物理量(如:力、位移、速度、加速度、动量、冲量)
标量:只有大小没有方向的物力量(如:时间、速率、功、功率、路程、电流、磁通量、能量)
直线运动
物体处于平衡状态(静止、匀速直线运动状态)的条件:物体所受合外力等于零;
(1)在三个共点力作用下的物体处于平衡状态者任意两个力的合力与第三个力等大反向;
(2)在N个共点力作用下物体处于`平衡状态,则任意第N个力与(N-1)个力的合力等大反向;
(3)处于平衡状态的物体在任意两个相互垂直方向的合力为零;
机械运动
机械运动:一物体相对其它物体的位置变化。
1、参考系:为研究物体运动假定不动的物体;又名参照物(参照物不一定静止);
2、质点:只考虑物体的质量、不考虑其大小、形状的物体;
(1)质点是一理想化模型;
(2)把物体视为质点的条件:物体的形状、大小相对所研究对象小的可忽略不计时;
如:研究地球绕太阳运动,火车从北京到上海;
3、时刻、时间间隔:在表示时间的数轴上,时刻是一点、时间间隔是一线段;
例:5点正、9点、7点30是时刻,45分钟、3小时是时间间隔;
4、位移:从起点到终点的有相线段,位移是矢量,用有相线段表示;路程:描述质点运动轨迹的曲线;
(1)位移为零、路程不一定为零;路程为零,位移一定为零;
(2)只有当质点作单向直线运动时,质点的位移才等于路程;
(3)位移的国际单位是米,用m表示
5、位移时间图象:建立一直角坐标系,横轴表示时间,纵轴表示位移;
(1)匀速直线运动的位移图像是一条与横轴平行的直线;
(2)匀变速直线运动的位移图像是一条倾斜直线;
(3)位移图像与横轴夹角的正切值表示速度;夹角越大,速度越大;
6、速度是表示质点运动快慢的物理量
(1)物体在某一瞬间的速度较瞬时速度;物体在某一段时间的速度叫平均速度;
(2)速率只表示速度的大小,是标量;
7、加速度:是描述物体速度变化快慢的物理量;
(1)加速度的定义式:a=vt-v0/t
(2)加速度的大小与物体速度大小无关;
(3)速度大加速度不一定大;速度为零加速度不一定为零;加速度为零速度不一定为零;
(4)速度改变等于末速减初速。加速度等于速度改变与所用时间的比值(速度的变化率)加速度大小与速度改变量的大小无关;
(5)加速度是矢量,加速度的方向和速度变化方向相同;
(6)加速度的国际单位是m/s2
匀变速直线运动
1、速度:匀变速直线运动中速度和时间的关系:vt=v0+at
注:一般我们以初速度的方向为正方向,则物体作加速运动时,a取正值,物体作减速运动时,a取负值;
(1)作匀变速直线运动的物体中间时刻的瞬时速度等于初速度和末速度的平均;
(2)作匀变速运动的物体中间时刻的瞬时速度等于平均速度,等于初速度和末速度的平均;
2、位移:匀变速直线运动位移和时间的关系:s=v0t+1/2at2
注意:当物体作加速运动时a取正值,当物体作减速运动时a取负值;
3、推论:2as=vt2-v02
4、作匀变速直线运动的物体在两个连续相等时间间隔内位移之差等于定植:s2-s1=aT2
5、初速度为零的匀加速直线运动:前1秒,前2秒,……位移和时间的关系是:位移之比等于时间的平方比;第1秒、第2秒……的位移与时间的关系是:位移之比等于奇数比;
自由落体运动
只在重力作用下从高处静止下落的物体所作的运动。
1、位移公式:h=1/2gt2
2、速度公式:vt=gt
3、推论:2gh=vt2
牛顿定律
1、牛顿第一定律(惯性定律):一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种做状态为止。
a.只有当物体所受合外力为零时,物体才能处于静止或匀速直线运动状态;
b.力是该变物体速度的原因;
c.力是改变物体运动状态的原因(物体的速度不变,其运动状态就不变)
d力是产生加速度的原因;
2、惯性:物体保持匀速直线运动或静止状态的性质叫惯性。
a.一切物体都有惯性;
b.惯性的大小由物体的质量决定;
c.惯性是描述物体运动状态改变难易的物理量;
3、牛顿第二定律:物体的加速度跟所受的合外力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟物体所受合外力的方向相同。
a.数学表达式:a=F合/m;
b.加速度随力的产生而产生、变化而变化、消失而消失;
c.当物体所受力的方向和运动方向一致时,物体加速;当物体所受力的方向和运动方向相反时,物体减速。
d.力的单位牛顿的定义:使质量为1kg的物体产生1m/s2加速度的力,叫1N;
4、牛顿第三定律:物体间的作用力和反作用总是等大、反向、作用在同一条直线上的;
a.作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失;
b.作用力和反作用力与平衡力的根本区别是作用力和反作用力作用在两个相互作用的物体上,平衡力作用在同一物体上;
曲线运动·万有引力
曲线运动
质点的运动轨迹是曲线的运动
1、曲线运动中速度的方向在时刻改变,质点在某一点(或某一时刻)的速度方向是曲线在这一点的切线方向
2、质点作曲线运动的条件:质点所受合外力的方向与其运动方向不在同一条直线上;且轨迹向其受力方向偏折;
3、曲线运动的特点
曲线运动一定是变速运动;
曲线运动的加速度(合外力)与其速度方向不在同一条直线上;
4、力的作用
力的方向与运动方向一致时,力改变速度的大小;
力的方向与运动方向垂直时,力改变速度的方向;
力的方向与速度方向既不垂直,又不平行时,力既搞变速度大小又改变速度的方向;
运动的合成与分解
1、判断和运动的方法:物体实际所作的运动是合运动
2、合运动与分运动的等时性:合运动与各分运动所用时间始终相等;
3、合位移和分位移,合速度和分速度,和加速度与分加速度均遵守平行四边形定则;
平抛运动
被水平抛出的物体在在重力作用下所作的运动叫平抛运动。
1、平抛运动的实质:物体在水平方向上作匀速直线运动,在竖直方向上作自由落体运动的合运动;
2、水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动具有等时性;
3、求解方法:分别研究水平方向和竖直方向上的二分运动,在用平行四边形定则求和运动;
匀速圆周运动
质点沿圆周运动,如果在任何相等的时间里通过的圆弧相等,这种运动就叫做匀速圆周运动。
1、线速度的大小等于弧长除以时间:v=s/t,线速度方向就是该点的切线方向;
2、角速度的大小等于质点转过的角度除以所用时间:ω=Φ/t
3、角速度、线速度、周期、频率间的关系:
(1)v=2πr/T;
(2)ω=2π/T;
(3)V=ωr;
(4)f=1/T;
4、向心力:
(1)定义:做匀速圆周运动的物体受到的沿半径指向圆心的力,这个力叫向心力。
(2)方向:总是指向圆心,与速度方向垂直。
(3)特点:①只改变速度方向,不改变速度大小
②是根据作用效果命名的。
(4)计算公式:F向=mv2/r=mω2r
5、向心加速度:a向=v2/r=ω2r
开普勒三定律
1、开普勒第一定律:所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点上;
说明:在中学间段,若无特殊说明,一般都把行星的运动轨迹认为是圆;
2、开普勒第三定律:所有行星与太阳的连线在相同的时间内扫过的面积相等;
3、开普勒第三定律:所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等;
公式:R3/T2=K;
说明:
(1)R表示轨道的半长轴,T表示公转周期,K是常数,其大小之与太阳有关;
(2)当把行星的轨迹视为圆时,R表示愿的半径;
(3)该公式亦适用与其它天体,如绕地球运动的卫星;
万有引力定律
自然界中任何两个物体都是互相吸引的,引力的大小跟这两个物体的质量成正比,跟它们的距离的二次方成反比。
1、计算公式
F:两个物体之间的引力
G:万有引力常量
M1:物体1的质量
M2:物体2的质量
R:两个物体之间的距离
依照国际单位制,F的单位为牛顿(N),m1和m2的单位为千克(kg),r的单位为米(m),常数G近似地等于
6.67×10^-11N·m^2/kg^2(牛顿平方米每二次方千克)。
2、解决天体运动问题的思路:
(1)应用万有引力等于向心力;应用匀速圆周运动的线速度、周期公式;
(2)应用在地球表面的物体万有引力等于重力;
(3)如果要求密度,则用:m=ρV,V=4πR3/3
机械能
功
功等于力和物体沿力的方向的位移的乘积;
1、计算公式:w=Fs;
2、推论:w=Fscosθ,θ为力和位移间的夹角;
3、功是标量,但有正、负之分,力和位移间的夹角为锐角时,力作正功,力与位移间的夹角是钝角时,力作负功;
功率
功率是表示物体做功快慢的物理量。
1、求平均功率:P=W/t;
2、求瞬时功率:p=Fv,当v是平均速度时,可求平均功率;
3、功、功率是标量;
功和能之间的关系
功是能的转换量度;做功的过程就是能量转换的过程,做了多少功,就有多少能发生了转化;
动能定理
合外力做的功等于物体动能的变化。
1、数学表达式:w合=mvt2/2-mv02/2
2、适用范围:既可求恒力的功亦可求变力的功;
3、应用动能定理解题的优点:只考虑物体的初、末态,不管其中间的运动过程;
4、应用动能定理解题的步骤:
(1)对物体进行正确的受力分析,求出合外力及其做的功;
(2)确定物体的初态和末态,表示出初、末态的动能;
(3)应用动能定理建立方程、求解
重力势能
物体的重力势能等于物体的重量和它的速度的乘积。
1、重力势能用EP来表示;
2、重力势能的数学表达式:EP=mgh;
3、重力势能是标量,其国际单位是焦耳;
4、重力势能具有相对性:其大小和所选参考系有关;
5、重力做功与重力势能间的关系
(1)物体被举高,重力做负功,重力势能增加;
(2)物体下落,重力做正功,重力势能减小;
(3)重力做的功只与物体初、末为置的高度有关,与物体运动的路径无关
机械能守恒定律
在只有重力(或弹簧弹力做功)的情形下,物体的动能和势能(重力势能、弹簧的弹性势能)发生相互转化,但机械能的总量保持不变。
1、机械能守恒定律的适用条件:只有重力或弹簧弹力做功。
2、机械能守恒定律的数学表达式:
3、在只有重力或弹簧弹力做功时,物体的机械能处处相等;
4、应用机械能守恒定律的解题思路
(1)确定研究对象,和研究过程;
(2)分析研究对象在研究过程中的受力,判断是否遵受机械能守恒定律;
(3)恰当选择参考平面,表示出初、末状态的机械能;
(4)应用机械能守恒定律,立方程、求解;
知识点概述
能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,在转化或转移的过程中,能量的总量不变。这就是能量守恒定律,如今被人们普遍认同。
知识点总结
一、能量的转化与守恒
1、化学能:由于化学反应,物质的分子结构变化而产生的能量。
2、核能:由于核反应,物质的原子结构发生变化而产生的能量。
3、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,而能的总量保持不变。
●内容:能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式转化为其他形式,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,能量的总量保持不变。
即
E机械能1+E其它1=E机械能2+E其它2
●能量耗散:无法将释放能量收集起来重新利用的现象叫能量耗散,它反映了自然界中能量转化具有方向性。
二、能源与社会
1、可再生能源:可以长期提供或可以再生的能源。
2、不可再生能源:一旦消耗就很难再生的能源。
3、能源与环境:合理利用能源,减少环境污染,要节约能源、开发新能源。
三、开发新能源
1、太阳能
2、核能
3、核能发电
4、其它新能源:地热能、潮汐能、风能。
能源的分类和能量的转化
能源品种繁多,按其来源可以分为三大类:一是来自地球以外的太阳能,除太阳的辐射能之外,煤炭、石油、天然气、水能、风能等都间接来自太阳能;第二类来自地球本身,如地热能,原子核能(核燃料铀、钍等存在于地球自然界);第三类则是由月球、太阳等天体对地球的引力而产生的能量,如潮汐能。
【一次能源】指在自然界现成存在,可以直接取得且不必改变其基本形态的能源,如煤炭、天然气、地热、水能等。由一次能源经过加工或转换成另一种形态的能源产品,如电力、焦炭、汽油、柴油、煤气等属于二次能源。
【常规能源】也叫传统能源,就是指已经大规模生产和广泛利用的能源。表2-1所统计的几种能源中如煤炭、石油、天然气、核能等都属一次性非再生的常规能源。而水电则属于再生能源,如葛洲坝水电站和未来的三峡水电站,只要长江水不干涸,发电也就不会停止。煤和石油天然气则不然,它们在地壳中是经千百万年形成的(按现在的采用速率,石油可用几十年,煤炭可用几百年),这些能源短期内不可能再生,因而人们对此有危机感是很自然的。
【新能源】指以新技术为基础,系统开发利用的能源。其中最引人注目的是太阳能的利用。据估计太阳辐射到地球表面的能量是目前全世界能量消费的1.3万倍。如何把这些能量收集起来为我们所用,是科学家们十分关心的问题。植物的光合作用是自然界“利用”太阳能极为成功的范例。它不仅为大地带来了郁郁葱葱的森林和养育万物的粮菜瓜果,地球蕴藏的煤、石油、天然气的起源也与此有关。寻找有效的光合作用的模拟体系、利用太阳能使水分解为氢气和氧气及直接将太阳能转变为电能等都是当今科学技术的重要课题,一直受到各国政府和工业界的支持与鼓励。
以上是从能源的使用进行分类的方法,若从物质运动的形式看,不同的运动形式,各有对应的能量,如机械能(包括动能和势能)热能、电能、光能等等。各种形式的能量可以互相转化,如动能可与势能互相转化(建筑工地打夯的落锤的上、下运动所包括的能量转化过程);化学能可与电能互相转化(化学电池和电解就是实现这种转化的两种过程)。在能量相互转化过程中,尽管做功的效率因所用工具或技术不同而有差别,但是折算成同种能量时,其总值却是不变的,这就是能量转化和能量守恒定律,这是自然界中一条极为基本的定律(另一条为质量守恒定律),也是识破各式各样永动机的有力判据。在能量转化过程过中,未能做有用功的部分称为“无用功”,通常以热的形式表现。
物质体系中,分子的动能、势能、电子能量和核能等的总和称为内能。内能的绝对值至今尚无法直接测定,但体系状态发生变化时,内能的变化以功或热的形式表现,它们是可以被精确测量的。体系的内能、热效应和功之间的关系式为:
△E=Q+W
其中△E是体系内能的变化,Q是体系从外界吸收的热量,W是外界对体系所做的功。这就是著名的热力学第一定律的数学表达式,也就是能量守恒定律的数学表达式。应用上述公式时,要注意各种物理量的正、负号,即:
△E──(+)体系内能增加,(-)体系内能体系减少;
Q──(+)体系吸收热量,(-)体系放出能量;
W──(+)外界对体系做功,(-)体系对外界做功。
例如1.00g乙醇在78.3℃时气化,需吸收854J的'热,这些乙醇由液态变成气态,在101kPa压力下所做的体积膨胀功为63.2J,这是体系对外界所做的功,应为负值,所以该体系内能的变化△E=[854+(-63.2)]J=+791J,△E为正值,即体系内能增加了791J。
能源的利用,其实就是能量的转化过程。如煤燃烧放热使蒸汽温度升高的过程就是化学能转化为蒸汽内能的过程;高温蒸汽推动发电机发电的过程是内能转化为电能的过程;电能通过电动机可转化为机械能;电能通过白炽灯泡或荧光灯管可转化为光能;电能通过电解槽可转化为化学能等等。柴草、煤炭、石油和天然气等常用能源所提供的能量都是随化学变化而产生的,多种新能源的利用也与化学变化有关。化学变化的实质是化学键的改组,所以了解化学键及键能等基本概念,将有助于加深对能源问题的认识。