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第二時 物體的內(nèi)能 溫標

【要求】
1．知道物體的內(nèi)能的概念，了解物體的內(nèi)能與宏觀物理量間的關系。
2．知道兩種溫標以及它們間的換算關系。
【知識再現(xiàn)】
一、內(nèi)能
1．分子的平均動能：物體內(nèi)分子動能的平均值叫分子平均動能． 是分子平均動能的標志．溫度越高，分子平均動能 ．
2．分子勢能：由分子間的相互作用和 決定的能量叫分子勢能．分子勢能的大小與物體的體積有關：①當分子間的距離r>r0時，分子勢能隨分子間的距離增大而增大；②當r<r0時，分子勢能隨分子間的距離減小而增大；③r＝r0時，分子勢能最�。�
3．物體的內(nèi)能：物體內(nèi)所有分子的
的總和叫物體的內(nèi)能．
4．改變物體的內(nèi)能的兩種方式是
和 ．
二、溫度(T或t)
1．兩種意義：宏觀上表示物體的 ；微觀上標志物體內(nèi)分子熱運動的 .它是物體分子 的標志．
2．兩種溫標
攝氏溫標：單位℃，在1個標準大氣壓下，水的冰點作為 ，沸點作為 ．
熱力學溫標T：單位．把 作為0．絕對零度(0)是 的極限，只能接近不能達到．
兩種溫標的關系：每1度表示的冷熱差別，兩種溫標是相同的，只是 不同，所以二者關系為式：T＝t+273()，△T＝△t

知識點一對分子動能的理解
分子動能是指單個分子的動能，但分子是無規(guī)則運動的，因此各個分子的動能不盡相同，所以單個分子動能沒有意義，對大量的分子的動能才有意義。分子的平均動能是所有分子動能的平均值，溫度是分子平均動能的標志。物體內(nèi)分子運動的總動能是所有分子動能的總和，也等于分子平均動能與分子總數(shù)的乘積。
【應用1】當物體溫度升高時，下列說法中正確的是（ ）
A．每個分子的溫度都升高
B．每個分子的運動都加劇
C．每個分子的動能都增大
D．物體分子的平均動能增大
導示: 溫度是物體分子平均動能的標志，不代表個別分子的情況，所以溫度升高后，只能說物體的分子平均動能增大，而對個別分子的一些說法都是無意義的。答案D正確。
當溫度一定是，物體內(nèi)分子動能的分布呈正態(tài)分布，即分子動能大的和小的數(shù)目較少，而處于中間某定值的分子數(shù)目較多。這個中間值與物體的溫度有關。
知識點二對分子勢能的理解
由分子間的相互作用和相對位置決定的能量叫分子勢能。分子力做正功，分子勢能減少，分子力做負功，分子勢能增加。在平衡位置時(r=r0),分子勢能最小.分子勢能的大小跟物體的體積有關系．
【應用2】（07蘇州調(diào)研）如圖所示，甲分子固定在坐標原點O，乙分子位于x軸上，縱軸表示分子間的相互作用力，甲分子對乙分子的作用力與兩分子間距離的關系如圖中曲線所示，F(xiàn)＞0為斥力，F(xiàn)＜0為引力，a、b、c、d為x軸上四個特定的位置，現(xiàn)把乙分子從a處由靜止釋放，則（ ）
A．乙分子由a到c的過程中，分子勢能先減小后增大
B．乙分子由a到d的過程中，分子勢能一直增加
C．乙分子從a到b做加速運動，由b到c做減速運動
D．乙分子由a到c做加速運動，到c時速度最大
導示: 乙分子由a向甲分子運動時，運動到c之前一直為引力，分子力做正功，分子勢能減少，速度增大，再靠近乙分子的過程中，分子間表現(xiàn)為斥力，分子力做負功，速度又要減小。故D正確。
知識點三物體內(nèi)能的決定因素
物體內(nèi)能的決定因素是依據(jù)物體內(nèi)能的定義：物體中所有分子熱運動的動能和分子勢能的總和。所以物體的內(nèi)能與物體的溫度、體積、物態(tài)和物質(zhì)的量有關。又可分為微觀決定因素：分子勢能、分子平均動能、分子的數(shù)目。宏觀因素：體積、溫度、物質(zhì)的量。
【應用3】判斷下列說法，正確的是（ ）
A．溫度高的物體，內(nèi)能不一定大
B．同樣質(zhì)量的水100℃時的內(nèi)能比60℃時大
C．內(nèi)能相同的物體，溫度一定相同
D．物體速度增大，則分子平均動能增大，內(nèi)能也增大
導示: 根據(jù)內(nèi)能的決定因素可知，A選項正確。物體的速度與分子熱運動的速度無關，D錯，故選A。
分子的平均動能由溫度惟一決定，個別分子的動能是沒有意義的。分子勢能是由物體體積決定的，具有相對性。物體的內(nèi)能則由分子平均動能、總分子勢能、分子數(shù)目共同決定。
知識點四溫標間的換算
熱力學溫標與攝氏溫標之間的換算關系為：T=t+273.15，溫度每升高1ºC，在熱力學溫標中就升高1，在量值上是相等的，只不過是規(guī)定的零起點不同而已。
【應用4】關于熱力學溫標的正確說法是（ ）
A．—33 ºC=240
B．熱力學溫標零度為—273 ºC，叫絕對零度
C．攝氏溫度與熱力學溫度都可以取負值
D．溫度由t ºC升高到2t ºC，對應的熱力學溫度升高了273+t
導示:在熱力學溫標中，273.15近似地認為是273，根據(jù)換算，AD正確，熱力學溫標零度為—273 ºC，叫絕對零度是一種正常的說法，但攝氏溫度中有負值，熱力學溫度中是沒有負值的。故選ABD。

類型一內(nèi)能、熱量、機械能的比較
對于同一物體，機械能由物體的狀態(tài)和位置決定，內(nèi)能則與物體的溫度、體積、物質(zhì)的量有關，與物體宏觀的機械運動無關。熱量則是物體之間內(nèi)能轉移的一種量度。
【例1】關于機械能、內(nèi)能、熱量的說法正確的是（ ）
A．機械能大的物體，內(nèi)能多，熱量也多
B．物體機械能損失時，內(nèi)能可以增加
C．物體機械能可以為零，內(nèi)能也可以為零
D．物體溫度不變，沒有熱量傳遞
導示:物體的機械能大，與內(nèi)能無關，而熱量則是熱傳遞過程中量度內(nèi)能轉移的物理量，A錯。機械能損失了，有可能就轉化為該物體的內(nèi)能了，內(nèi)能可能增加，B對。物體的機械能可能為零，而內(nèi)能為零是不可能的，C錯。物體溫度不變的過程中，也有可能有熱傳遞，如對物體做了功，要保持溫度不變，必有熱傳遞過程，D錯。故選B。
能量是狀態(tài)量，物理中狀態(tài)量的還有：動能、速度等，熱量和功一樣是過程量，過程量是在狀態(tài)量發(fā)生變化過程中的一種量度。
類型二能量轉化或轉移的計算
輻射、熔解、汽化、液化、升華等物理過程中都伴隨著能量的轉化或轉移，在能量轉化和轉移過程中往往涉及到有關能量計算問題，能的轉化和守恒定律是該過程計算的依據(jù)。
【例2】 (07揚州期末)某校研究性學習小組為估測太陽對地面的輻射功率，制作了一個半徑0.10m的0ºC的冰球，在環(huán)境溫度為0ºC時，用黑布把冰球包裹后懸吊在彈簧秤下放在太陽光中。經(jīng)過40min后彈簧秤的示數(shù)減少了3.5N。已知冰的熔化熱λ＝3.35×105J/kg，請你幫助這個小組估算太陽光垂直照射在每平方米面積上的輻射功率(冰的熔化熱是指一個標準大氣壓下1kg0ºC的冰熔化成0ºC的水所吸收的熱量。設冰融化成水后，全部滴離黑布包著的冰球。g＝10m/s2，結果保留兩位有效數(shù)字)。
導示: 太陽光垂直照射時間t=2400s
面積 ＝ m2
冰減少的質(zhì)量 ＝0.35kg
冰吸收的熱量 J
由熱平衡方程
所以 W/?
另外，在計算熱輻射時常用到一種模型：以輻射為球心，從輻射到吸熱物體的距離為半徑，作一個球面，看吸熱物體的吸熱面積，從而計算出吸熱物體所吸收的熱量。
類型二改變物體內(nèi)能的兩種方式
改變物體內(nèi)能有兩種方式，即做功和熱傳遞，并且這兩種方式對改變物體內(nèi)能是等效的。
【例2】（07蘇錫常鎮(zhèn)一模）一定質(zhì)量的理想氣體，由初始狀態(tài)A開始，按圖中的箭頭所示方向進行狀態(tài)變化，最后又回到初始狀態(tài)A ，即A→B→C→A ，這一過程稱為一個循環(huán)，對氣體在該循環(huán)中的有關描述正確的是 ( )
A．由A→B，氣體的分子平均動能增大，吸收熱量
B．由B→C，氣體的分子數(shù)密度增大，內(nèi)能減小，吸收熱量
C．由C→A，氣體的內(nèi)能減小，放出熱量，外界對氣體做功
D．經(jīng)過一個循環(huán)過程后，氣體內(nèi)能可能減少，也可能增加
導示: 由A→B，氣體溫度升高，氣體的分子平均動能增大，同時體積增大，氣體要對外做功，所以要吸收熱量，A正確。由B→C，氣體體積不變，氣體的分子數(shù)密度不變，溫度降低，內(nèi)能減小，B錯。由C→A，溫度降低，氣體的內(nèi)能減小，體積減小，外界對氣體做功，必放出熱量，C正確。經(jīng)過一個循環(huán)過程后，氣體又回到了原狀態(tài)，氣體內(nèi)能不變，D錯。故選AC。
物體內(nèi)能改變的兩種方式中，要分清是由哪種情況而產(chǎn)生的，對內(nèi)能改變是增加還是減小往往是解題的關鍵。

1．下列關于分子的動能，正確的是( )
A．物體運動速度大，物體內(nèi)分子的動能一定大
B．溫度升高，物體內(nèi)每個分子動能都增大
C．溫度降低，物體內(nèi)分子平均動能一定減小
D．物體內(nèi)分子的平均動能與物體做機械運動的速度大小無關
2．關于分子勢能，下列說法正確的是 ( )
A．外力對物體做正功，分子勢能增大
B．分子力做正功，分子勢能增大
C．物體體積增大，分子勢能增大
D．理想氣體分子勢能為零
3．(07高考理綜北京卷)為研究影響家用保溫瓶保溫效果的因素，某位同學在保溫瓶中灌入熱水，先測量初始水溫，經(jīng)過一定時間后再測量末態(tài)水溫。改變實驗條，先后共做了6次實驗，實驗數(shù)據(jù)記錄如下表：
序號瓶內(nèi)水量（mL）初始水溫（℃）時間（h）末態(tài)水溫（℃）
1100091478
2100098874
3150091480
41500981075
5200091482
62000981277
下列研究方案中符合控制變量方法的是 ( )
A．若研究瓶內(nèi)水量與保溫效果的關系，可用第1、3、5次實驗數(shù)據(jù)
B．若研究瓶內(nèi)水量與保溫效果的關系，可用第2、4、6次實驗數(shù)據(jù)
C．若研究初始水溫與保溫效果的關系，可用第1、2、3次實驗數(shù)據(jù)
D．若研究保溫時間與保溫效果的關系，可用第4、5、6次實驗數(shù)據(jù)
4．（ 07南京檢測）固定的水平氣缸內(nèi)由活塞 B 封閉著一定量的氣體，氣體分子之間的相互作用力可以忽略．假設氣缸壁的導熱性能很好，環(huán)境的溫度保持不變．若用外力 F 將活塞B緩慢地向右拉動，如圖所示，則在拉動活塞的過程中，關于氣缸內(nèi)氣體的下列結論，其中正確的是（ ）
A．氣體對外做功，氣體內(nèi)能減小
B．氣體對外做功，氣體內(nèi)能不變
C．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能不變
D．氣體從外界吸熱，氣體內(nèi)能不變

參考答案：1．CD 2．CD 3．A
4．B D

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