物理選修3-3_75內(nèi)能

1、一一. .平衡態(tài)和狀態(tài)參量平衡態(tài)和狀態(tài)參量v密封在容器中的氣體系統(tǒng)達到平衡態(tài)時密封在容器中的氣體系統(tǒng)達到平衡態(tài)時, ,各各點的溫度和壓強都不再隨時間變化了點的溫度和壓強都不再隨時間變化了. .在物理學中，通常把所研究在物理學中，通常把所研究的對象稱為系統(tǒng)的對象稱為系統(tǒng)1用來描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，用來描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，叫做系統(tǒng)的狀態(tài)參量叫做系統(tǒng)的狀態(tài)參量2系統(tǒng)宏觀性質(zhì)不再隨時間變化，這系統(tǒng)宏觀性質(zhì)不再隨時間變化，這種情況下就說系統(tǒng)達到了平衡態(tài)。種情況下就說系統(tǒng)達到了平衡態(tài)。3v氣體狀態(tài)參量用體積、壓強、溫度來描述。氣體狀態(tài)參量用體積、壓強、溫度來描述。注意點注意點v熱力學系統(tǒng)的平衡態(tài)是一種動

2、態(tài)平衡熱力學系統(tǒng)的平衡態(tài)是一種動態(tài)平衡, ,組成系統(tǒng)組成系統(tǒng)的分子仍在不停地做無規(guī)則運動的分子仍在不停地做無規(guī)則運動, ,只是分子運動只是分子運動的平均效果不隨時間變化的平均效果不隨時間變化, ,表現(xiàn)為系統(tǒng)的宏觀性表現(xiàn)為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時間變化質(zhì)不隨時間變化. .v平衡態(tài)是一種理想情況平衡態(tài)是一種理想情況, ,因為系統(tǒng)完全不受外界因為系統(tǒng)完全不受外界影響是不可能的影響是不可能的. .熱平衡與溫度熱平衡與溫度溫度溫度溫度溫度溫度是表示物體冷熱程度的物理量，反溫度是表示物體冷熱程度的物理量，反映了組成物體的大量分子的無規(guī)則運動映了組成物體的大量分子的無規(guī)則運動的激烈程度。的激烈程度。熱平衡與溫度

3、熱平衡與溫度熱平衡熱平衡v一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)發(fā)生相互作用一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)發(fā)生相互作用, ,最后兩個最后兩個系統(tǒng)的狀態(tài)參量不再變化系統(tǒng)的狀態(tài)參量不再變化, ,說明兩個系統(tǒng)具有了說明兩個系統(tǒng)具有了某個某個”共同性質(zhì)共同性質(zhì)”-兩個系統(tǒng)達到了熱平衡兩個系統(tǒng)達到了熱平衡. .v例例: :在一個絕熱系統(tǒng)中在一個絕熱系統(tǒng)中, ,把一個燒燙的鐵塊放入冷把一個燒燙的鐵塊放入冷水中水中, ,鐵塊會慢慢變冷鐵塊會慢慢變冷, ,水會慢慢變熱水會慢慢變熱, ,最后它們最后它們變得一樣熱了變得一樣熱了, ,這種冷熱程度相同就是它們的共這種冷熱程度相同就是它們的共同性質(zhì)同性質(zhì), ,因此把處于熱平衡系統(tǒng)具有的因此把處

4、于熱平衡系統(tǒng)具有的共同性質(zhì)共同性質(zhì)定義為定義為溫度溫度. .v一切達到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的一切達到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度溫度。熱平衡與溫度熱平衡與溫度熱平衡熱平衡v只要兩個系統(tǒng)在接觸時它們的狀態(tài)不發(fā)生只要兩個系統(tǒng)在接觸時它們的狀態(tài)不發(fā)生變化變化, ,則這兩個系統(tǒng)原來就處于熱平衡的則這兩個系統(tǒng)原來就處于熱平衡的. .v如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平衡衡, ,則這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平則這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡衡-熱平衡定律熱平衡定律( (熱力學第零定律熱力學第零定律). ).溫度計與溫標溫度計與溫標溫度計溫度計v 溫度計是測量

5、溫度的工具。溫度計是測量溫度的工具。v 熱平衡定律是溫度計測量物體溫度的原理熱平衡定律是溫度計測量物體溫度的原理. .v 家庭和物理實驗室常用溫度計是利用水銀、酒精、煤油家庭和物理實驗室常用溫度計是利用水銀、酒精、煤油等液體的熱膨脹規(guī)律來制成的。等液體的熱膨脹規(guī)律來制成的。v 另外，還有金屬電阻溫度計、壓力表式溫度計、熱電偶另外，還有金屬電阻溫度計、壓力表式溫度計、熱電偶溫度計、雙金屬溫度計、半導體熱敏電阻溫度計、磁溫溫度計、雙金屬溫度計、半導體熱敏電阻溫度計、磁溫度計、聲速溫度計、頻率溫度計等等。度計、聲速溫度計、頻率溫度計等等。溫度計與溫標溫度計與溫標溫標溫標v溫度的數(shù)值表示法叫做溫標。溫

6、度的數(shù)值表示法叫做溫標。v用攝氏溫標表示的溫度叫做攝氏溫度用攝氏溫標表示的溫度叫做攝氏溫度v標準大氣壓下冰的熔點為標準大氣壓下冰的熔點為0,0,水的沸點為水的沸點為100.100.v在國際單位制中，常采用熱力學溫標表示的溫度，在國際單位制中，常采用熱力學溫標表示的溫度，叫熱力學溫度。叫熱力學溫度。他是國際單位制中七個基本他是國際單位制中七個基本物理量之一。物理量之一。v熱力學溫度熱力學溫度( (T T) )與攝氏溫度與攝氏溫度( (t t) )的關(guān)系為：的關(guān)系為： T Tt t+273.15 +273.15 （K K）溫度計與溫標溫度計與溫標溫標溫標注意點！注意點！兩種溫度數(shù)值不同，但改變兩種

7、溫度數(shù)值不同，但改變1 K和和1的溫度差的溫度差相同相同1K是低溫的極限，只能無限接近，但不可能是低溫的極限，只能無限接近，但不可能達到達到2與具體的測溫物質(zhì)無關(guān)的溫標與具體的測溫物質(zhì)無關(guān)的溫標3Physic5.內(nèi)能內(nèi)能一一. . 分子的動能分子的動能分子分子運動運動存在分存在分子動能子動能分子運動分子運動無規(guī)則無規(guī)則分子平分子平均動能均動能物體里所有分子動能的平均值nEEnikik 1v大量分子的運動速率不盡相同，以中大量分子的運動速率不盡相同，以中等速率者占多數(shù)在研究熱現(xiàn)象時，等速率者占多數(shù)在研究熱現(xiàn)象時，有意義的不是一個分子的動能，而是有意義的不是一個分子的動能，而是大量分子動能的平均值

8、大量分子動能的平均值溫度溫度溫度是表示溫度是表示物體的冷熱物體的冷熱程度程度宏觀含義宏觀含義 微觀含義微觀含義從分子動理論的觀從分子動理論的觀點來看：溫度是物點來看：溫度是物體分子熱運動的平體分子熱運動的平均動能的標志，溫均動能的標志，溫度越高，物體分子度越高，物體分子熱運動平均動能越熱運動平均動能越大大從微觀上看與分子的個數(shù)從微觀上看與分子的個數(shù)和平均動能有關(guān)和平均動能有關(guān)從宏觀上看與物體的質(zhì)量，從宏觀上看與物體的質(zhì)量，摩爾質(zhì)量和溫度有關(guān)。摩爾質(zhì)量和溫度有關(guān)。分子總動能分子總動能注意點注意點v同一溫度下，不同同一溫度下，不同物質(zhì)分子的平均動物質(zhì)分子的平均動能都相同但由于能都相同但由于不同物質(zhì)

9、的分子質(zhì)不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不一定相同所量不一定相同所以分子熱運動的平以分子熱運動的平均速率也不一定相均速率也不一定相同同v溫度反映的是大量溫度反映的是大量分子平均動能的大分子平均動能的大小，不能反映個別小，不能反映個別分子的動能大小，分子的動能大小，同一溫度下，各個同一溫度下，各個分子的動能不盡相分子的動能不盡相同同二二. .分子的勢能分子的勢能地面上的物體地面上的物體, ,由于與地由于與地球相互作用球相互作用發(fā)生彈性形變的彈簧發(fā)生彈性形變的彈簧, , 相互作用相互作用分子間相互作用分子間相互作用重力勢能重力勢能彈性勢能彈性勢能分子勢能分子勢能v1.分子勢能分子勢能: 分子間存在著相互作用力，

10、因此分子分子間存在著相互作用力，因此分子間所具有的由它們的相對位置所決定間所具有的由它們的相對位置所決定的能的能.v2.分子力做功跟分子勢能變化的關(guān)系分子力做功跟分子勢能變化的關(guān)系 分子力做正功時，分子勢能減少，分分子力做正功時，分子勢能減少，分子力做負功子力做負功 時，分子勢能增加時，分子勢能增加如果分子間距如果分子間距離約為離約為10-10m數(shù)量級時，分數(shù)量級時，分子的作用力的子的作用力的合力為零，此合力為零，此距離為距離為r0。當分子距離小于當分子距離小于r0時，分子間的時，分子間的作用力表現(xiàn)為斥作用力表現(xiàn)為斥力，要減小分子力，要減小分子間的距離必須克間的距離必須克服斥力做功，因服斥力做

11、功，因此，分子勢能隨此，分子勢能隨分子間距離的減分子間距離的減小而增大。小而增大。如果分子間距離如果分子間距離大于大于r0時，分子時，分子間的相互作用表間的相互作用表現(xiàn)為引力，要增現(xiàn)為引力，要增大分子間的距離大分子間的距離必須克服引力做必須克服引力做功，因此，分子功，因此，分子勢能隨分子間的勢能隨分子間的距離增大而增大距離增大而增大 結(jié)論結(jié)論 分子間距離以分子間距離以r r0 0為數(shù)值基準，為數(shù)值基準，r r不論減小或增大，不論減小或增大，分子勢能都增大。所以說，分子在平衡位置處分子勢能都增大。所以說，分子在平衡位置處是分子勢能最低點是分子勢能最低點rr=r0EpEpEp最小最小v取分子間距離

12、是無限遠時分子勢能為零值取分子間距離是無限遠時分子勢能為零值v分子間距離從無限遠逐漸減少至分子間距離從無限遠逐漸減少至r0以前過程，以前過程，分子間的作用力表現(xiàn)為引力，而且距離減少，分子間的作用力表現(xiàn)為引力，而且距離減少，分子引力做正功，分子勢能不斷減小，其數(shù)值分子引力做正功，分子勢能不斷減小，其數(shù)值將比零還小為負值。將比零還小為負值。v分子間距離到達分子間距離到達r0以后再減小，分子作用力表以后再減小，分子作用力表現(xiàn)為斥力，在分子間距離減小過程中，克服斥現(xiàn)為斥力，在分子間距離減小過程中，克服斥力做功，使分子勢能增大。其數(shù)值將從負值逐力做功，使分子勢能增大。其數(shù)值將從負值逐漸變大至零，甚至為正

13、值。漸變大至零，甚至為正值。分子勢能曲線分子勢能曲線分子力分子力曲線曲線3. 決定分子勢決定分子勢能的因素能的因素v 一般選取兩分子間距離很大（一般選取兩分子間距離很大（ r10r0 ）時，分子勢能為零）時，分子勢能為零v 在在rr0的條件下，分子力為引力，當兩分子逐漸靠近至的條件下，分子力為引力，當兩分子逐漸靠近至r0過程過程中，分子力做正功，分子勢能減小中，分子力做正功，分子勢能減小 在在rr0的條件下，分子力為斥力，當兩分子間距離增大至的條件下，分子力為斥力，當兩分子間距離增大至r0過程中，過程中，分子力也做正功，分子勢能也減小分子力也做正功，分子勢能也減小 當兩分子間距離當兩分子間距離

14、rr0時，分子勢能最小時，分子勢能最小微觀微觀分子勢能分子勢能跟分子間跟分子間距離距離r有有關(guān)關(guān)宏觀宏觀分子勢能跟分子勢能跟物體的體積物體的體積有關(guān)有關(guān)三三. .物體的內(nèi)能物體的內(nèi)能v1.物體的內(nèi)能：物體中所有分子熱運動的物體的內(nèi)能：物體中所有分子熱運動的動能和分子勢能的總和叫做物體的內(nèi)能動能和分子勢能的總和叫做物體的內(nèi)能v2.任何物體都具有內(nèi)能因為一切物體都任何物體都具有內(nèi)能因為一切物體都是由不停地做無規(guī)則熱運動并且相互作用是由不停地做無規(guī)則熱運動并且相互作用著的分子所組成著的分子所組成v3決定物體內(nèi)能的因素決定物體內(nèi)能的因素 （1）從宏觀上看：物體內(nèi)能的大小由物體的摩爾數(shù)、）從宏觀上看：物

15、體內(nèi)能的大小由物體的摩爾數(shù)、溫度和體積三個因素決定溫度和體積三個因素決定 （2）從微觀上看：物體內(nèi)能的大小由組成物體的分子）從微觀上看：物體內(nèi)能的大小由組成物體的分子總數(shù)，分子熱運動的平均動能和分子間的距離三個總數(shù)，分子熱運動的平均動能和分子間的距離三個因素決定因素決定 E內(nèi)內(nèi)=Ek+Ep=NEk+NEp （決定于（決定于T、V、分子數(shù)、分子數(shù)N）物體內(nèi)能根機械能的區(qū)別物體內(nèi)能根機械能的區(qū)別能量形能量形式不同式不同兩者兩者關(guān)系關(guān)系決定因決定因素不同素不同v物體的內(nèi)能和物體的機物體的內(nèi)能和物體的機械能分別跟兩種不同的械能分別跟兩種不同的運動形式相對應，內(nèi)能運動形式相對應，內(nèi)能是由于組成物體的大量

16、是由于組成物體的大量分子的熱運動及分子間分子的熱運動及分子間的相對位置而使物體具的相對位置而使物體具有的能而機械能是由有的能而機械能是由于整個物體的機械運動于整個物體的機械運動及其與它物體間相對位及其與它物體間相對位置而使物體具有的能置而使物體具有的能能量形能量形式不同式不同兩者兩者關(guān)系關(guān)系決定因決定因素不同素不同v決定能量的因素不同內(nèi)決定能量的因素不同內(nèi)能只與物體的溫度和體積能只與物體的溫度和體積有關(guān)，而與整個物體的運有關(guān)，而與整個物體的運動速度路物體的相對位置動速度路物體的相對位置無關(guān)機械能只與物體的無關(guān)機械能只與物體的運動速度和跟其他物體的運動速度和跟其他物體的相對位置有關(guān)，與物體的相對

17、位置有關(guān)，與物體的溫度體積無關(guān)溫度體積無關(guān)能量形能量形式不同式不同兩者兩者關(guān)系關(guān)系決定因決定因素不同素不同v一個具有機械能的物體，一個具有機械能的物體，同時也具有內(nèi)能；一個同時也具有內(nèi)能；一個具有內(nèi)能的物體不一定具有內(nèi)能的物體不一定具有機械能具有機械能v它們之間可以轉(zhuǎn)化它們之間可以轉(zhuǎn)化能量形能量形式不同式不同兩者兩者關(guān)系關(guān)系決定因決定因素不同素不同 機械能是物體做機械運動和物體形變所決定的機械能是物體做機械運動和物體形變所決定的能，機械能中的動能和勢能為物體的動能和勢能能，機械能中的動能和勢能為物體的動能和勢能內(nèi)能與機械能的區(qū)別內(nèi)能與機械能的區(qū)別 內(nèi)能是由大量分子的熱運動和分子的相對位置內(nèi)能是

18、由大量分子的熱運動和分子的相對位置所決定的能，內(nèi)能中的動能和勢能是物體內(nèi)分子的所決定的能，內(nèi)能中的動能和勢能是物體內(nèi)分子的全部動能和勢能全部動能和勢能 機械能可以為零；內(nèi)能不為零機械能可以為零；內(nèi)能不為零它們之間可以轉(zhuǎn)化它們之間可以轉(zhuǎn)化經(jīng)典例題經(jīng)典例題1v質(zhì)量相等的氫氣和氧氣質(zhì)量相等的氫氣和氧氣,溫度相同溫度相同,不考慮分不考慮分子間的勢能子間的勢能,則則 A.氧氣的內(nèi)能較大氧氣的內(nèi)能較大 B.氫氣的內(nèi)能較大氫氣的內(nèi)能較大 C.兩者內(nèi)能相等兩者內(nèi)能相等 D.氫氣分子的平均動能較大氫氣分子的平均動能較大經(jīng)典例題經(jīng)典例題2v對于下列物體內(nèi)能的議論，正確的有對于下列物體內(nèi)能的議論，正確的有 A.0的

19、水比的水比0的冰內(nèi)能大。的冰內(nèi)能大。 B.物體運動的速度越大，則內(nèi)能越大。物體運動的速度越大，則內(nèi)能越大。 C.水分子的內(nèi)能比冰分子的內(nèi)能大。水分子的內(nèi)能比冰分子的內(nèi)能大。 D.100克克0的冰比的冰比100克克0的水內(nèi)能小。的水內(nèi)能小。經(jīng)典例題經(jīng)典例題3v有甲、乙兩種氣體，如果甲氣體內(nèi)分子平均速有甲、乙兩種氣體，如果甲氣體內(nèi)分子平均速率比乙氣體內(nèi)平均速率大，則率比乙氣體內(nèi)平均速率大，則 A甲氣體溫度，一定高于乙氣體的溫度甲氣體溫度，一定高于乙氣體的溫度 B甲氣體溫度，一定低于乙氣體的溫度甲氣體溫度，一定低于乙氣體的溫度 C甲氣體的溫度可能高于也可能低于乙氣體的甲氣體的溫度可能高于也可能低于乙

20、氣體的 溫度溫度 D甲氣體的每個分子運動都比乙氣體每個分子甲氣體的每個分子運動都比乙氣體每個分子運動的快運動的快經(jīng)典例題經(jīng)典例題4v有兩個分子，用有兩個分子，用r表示它們之間的距離，當表示它們之間的距離，當 r =r0時，兩分子間的斥力和引力相等，使兩分子從相時，兩分子間的斥力和引力相等，使兩分子從相距很遠處（距很遠處（r r0 ）逐漸靠近，直至不能靠近為）逐漸靠近，直至不能靠近為止（止（r r0 ）在整個過程中兩分子間相互作用的）在整個過程中兩分子間相互作用的勢能勢能A一直增加一直增加B一直減小一直減小C先增加后減小先增加后減小D先減小后增加先減小后增加分子分子勢能勢能分子分子動能動能分子因

21、熱運動而具有的能量分子因熱運動而具有的能量同溫度下各分子的分子動能同溫度下各分子的分子動能K 不同不同分子動能的平均值僅和溫度有關(guān)分子動能的平均值僅和溫度有關(guān)分子間因有相互作用力而具有的、由它們相對位置決定的能量分子間因有相互作用力而具有的、由它們相對位置決定的能量rr0時時,rP;0時時,rP。0時，時，P最小最小P隨物態(tài)的變化而變化隨物態(tài)的變化而變化物體內(nèi)所有分子的物體內(nèi)所有分子的K 和和P 總和總和物體的內(nèi)能與溫度和體積有關(guān)物體的內(nèi)能與溫度和體積有關(guān)內(nèi)能參考答案內(nèi)能參考答案1.分子的平均動能分子的平均動能 溫度溫度 表示物體的冷熱程度表示物體的冷熱程度 相對位置相對位置 體積體積 2.D

22、 3.B 4.AC 5.動動 分子勢分子勢 溫度溫度 體積體積 6.能量能量 內(nèi)能內(nèi)能 7.50的水的水 5kg的水的水 8.CD 9.B 10.不對。與車廂動能對應的是機械能，與組成不對。與車廂動能對應的是機械能，與組成車廂的分子動能對應的是內(nèi)能車廂的分子動能對應的是內(nèi)能 11.ABC 12.B C 13. C1.(1)彈簧無壓縮也無伸長時，即彈簧無形變時，系統(tǒng)彈簧無壓縮也無伸長時，即彈簧無形變時，系統(tǒng)的彈性勢能最小的彈性勢能最小(2)如果把彈簧拉長，放開時小球的運動使系統(tǒng)的勢能如果把彈簧拉長，放開時小球的運動使系統(tǒng)的勢能減少。如果把彈簧壓縮，放開時小球的運動使系統(tǒng)的減少。如果把彈簧壓縮，放開時小球的運動使系統(tǒng)的勢能減少。因為不論彈簧被拉長釋放還是壓縮釋放，勢能減少。因為不論彈簧被拉長釋放還是壓縮釋放，彈簧都將要恢復到原長的狀態(tài)（即勢能最小的狀態(tài)）彈簧都將要恢復到原長的狀態(tài)（即勢能最小的狀態(tài)）如果系統(tǒng)不受外力，處于穩(wěn)定狀態(tài)，則系統(tǒng)的勢能可如果系統(tǒng)不受外力，處于穩(wěn)定狀態(tài)，則系統(tǒng)的勢能可以任意定，一般定為零。以任意定，一般定為零。教科書教科書P16問題與練習參考答案問題與練習參考答案2.兩個同種電荷的相互作用力為斥力，從無窮遠處使它兩個同種電荷的相互作用力為斥力，從無窮