物體的內能 熱量

物體的內能熱量第1頁，共16頁，2023年，2月20日，星期六物體的內能熱量1．分子的動能、溫度物體內大量分子不停息地做無規(guī)則熱運動，對于每個分子來說都有無規(guī)則運動的動能。

物體里所有分子的動能的平均值，叫做分子熱運動的平均動能。問題：分子熱運動的平均動能與溫度有關系嗎？舉例說明！溫度越高，布朗運動越激烈，擴散也加快。依照分子動理論，這說明溫度升高后分子無規(guī)則運動加劇。說明溫度升高分子熱運動的平均動能增大。如果溫度降低，則分子熱運動的平均動能減小。第2頁，共16頁，2023年，2月20日，星期六

從分子動理論觀點來看，溫度是物體分子熱運動的平均動能的標志。（1）“標志”的含義是指物體溫度升高或降低，表示了物體內部大量分子熱運動的平均動能增大或減小。（2）溫度不變，就表示了分子熱運動的平均動能不變。（3）溫度不是直接等于分子的平均動能。（4）溫度只與物體內大量分子熱運動的統(tǒng)計意義上的平均動能相對應，對于個別分子或幾十個、幾百個分子熱運動的動能大小與溫度是沒有關系的。（5）溫度這個物理量在宏觀上的意義是表示物體冷熱程度，而它又是大量分子熱運動平均動能大小的標志，這是溫度的微觀含義。第3頁，共16頁，2023年，2月20日，星期六2．分子勢能分子間存在著相互作用力，因此分子間具有由它們的相對位置決定的勢能，這就是分子勢能。與彈簧的彈性勢能類比第4頁，共16頁，2023年，2月20日，星期六當分子距離小于r0時，分子間的作用力表現為斥力，要減小分子間的距離必須克服斥力做功，因此，分子勢能隨分子間距離的減小而增大。分子間距離大于r0時，分子間的相互作用表現為引力，要增大分子間的距離必須克服引力做功，因此，分子勢能隨分子間的距離增大而增大。綜合分析分子間距離以r0為數值基準，r不論減小或增大，分子勢能都增大。所以說，分子在平衡位置處是分子勢能最低點。第5頁，共16頁，2023年，2月20日，星期六如果分子間距離是無限遠時，取分子勢能為零值，分子間距離從無限遠逐漸減少至r0以前過程，分子間的作用力表現為引力，而且距離減少，分子力做正功，分子勢能不斷減小，其數值將比零還小為負值。當分子間距離到達r0以后再減小，分子作用力表現為斥力，在分子間距離減小過程中，克服斥力做功，使分子勢能增大。其數值將從負值逐漸變大至零，甚至為正值。你能用圖象表示分子勢能和分子間距離的關系嗎？第6頁，共16頁，2023年，2月20日，星期六從圖中看到分子間距離在r0處，分子勢能最小。既然分子勢能的大小與分子間距離有關，那么在宏觀上什么物理量能反映分子勢能的大小變化情況呢？第7頁，共16頁，2023年，2月20日，星期六如果對于確定的物體，它的體積變化，直接反映了分子間的距離，也就反映了分子間的勢能變化。所以分子勢能的大小變化可通過宏觀量體積來反映。3．物體的內能（1）物體中所有分子熱運動的動能和分子勢能的總和，叫做物體的內能。一切物體都是由不停地做無規(guī)則熱運動并且相互作用著的分子組成，因此任何物體都是有內能的。提問：宏觀量中哪些物理量是分子熱運動的平均動能和分子勢能的標志？一個確定的物體，分子總數是固定的，那么這物體的內能大小是由宏觀量——溫度和體積決定的。如果不是確定的物體，那么物體的內能大小是由質量、溫度、體積和物態(tài)來決定。第8頁，共16頁，2023年，2月20日，星期六課堂討論題：

下列各個實例中，比較物體的內能大小，并說明理由。①一塊鐵由15℃升高到55℃，比較內能。②質量是1kg50℃的鐵塊與質量是0.1kg50℃的鐵塊，比較內能。③質量是1kg100℃的水與質量是1kg100℃的水蒸氣，比較內能。（2）物體機械運動對應著機械能，熱運動對應著內能。任何物體都具有內能，同時還可以具有機械能。提問：

一輛汽車的車廂內有一氣瓶氧氣，當汽車以60km/h行駛起來后，氣瓶內氧氣的內能是否增加？第9頁，共16頁，2023年，2月20日，星期六

內能是所有分子熱運動動能和分子勢能之總和，而不是分子定向移動的動能。另一方面，物體機械能增加，內能不一定增加。問題：你能否比較物體的機械能與物體的內能的不同之處？機械能內能定義物體的動能和勢能的總和物體所有分子的動能和分子勢能的總和大小的決定因素由物體機械運動的速率、與地球的相對位置和物體的形變決定由物體溫度（即分子熱運動的平均動能的標志）和體積（即分子間距離）決定其它物體的機械能可以為零任何物體都有內能，物體的內能不可能為零第10頁，共16頁，2023年，2月20日，星期六4．改變物體的內能的兩種方式克服摩擦力做功，可以使物體的內能增加。演示壓縮空氣，硝化棉燃燒。結論：（1）做功是可以改變物體的內能的一種方式。如果外力對物體做功全部用于物體內能改變的情況下，外力做多少功，物體的內能就改變多少。如果用W表示外界對物體做的功，用ΔE表示物體內能的變化，那么有W=ΔE功的單位是焦耳，內能的單位也是焦耳。第11頁，共16頁，2023年，2月20日，星期六（2）依靠熱傳遞方式也可以使物體的內能改變。例如：在爐灶上燒熱水，火爐烤熱周圍物體物體吸收熱量，內能增加。物體放出熱量，物體的內能減少。如果傳遞給物體的熱量用Q表示，物體內能的變化量是ΔE，那么Q=ΔE熱量的計算公式有：Q=mcΔt，Q=mL，Q=mλ熱量的單位是焦耳所以做功和熱傳遞是改變物體內能的兩種方式。第12頁，共16頁，2023年，2月20日，星期六（3）做功和熱傳遞對改變物體的內能是等效的。（4）雖然做功和熱傳遞對改變物體的內能是等效的，但是這兩種方式的物理過程有本質的區(qū)別。

做功使物體內能改變的過程是機械能轉化為內能的過程。而熱傳遞的過程只是物體之間內能的轉移，沒有能量形式的轉化。課堂練習：第13頁，共16頁，2023年，2月20日，星期六1．判斷下面各結論是否正確？（1）溫度高的物體，內能不一定大。（2）同樣質量的水在100℃時的內能比60℃時的內能大。（3）內能大的物體，溫度一定高。（4）內能相同的物體，溫度一定相同。（5）熱傳遞過程一定是從內能大的物體向內能小的物體傳遞熱量。（6）溫度高的物體，含有的熱量多，或者說內能大的物體含有的熱量多。（7）摩擦鐵絲發(fā)熱，說明功可以轉化為熱量。第14頁，共16頁，2023年，2月20日，星期六2．在標準大氣壓下，100℃的水吸收熱量變成同溫度的水蒸氣的過程，下面的說法是否正確？（1）分子熱運動的平均動能不變，因而物體的內能不變。（2）分子的平均動能增加，因而物體的內能增加。（3）所吸收的熱量等于物體內能的增加量。（4）分子的內能不變。（三）課堂小結（1）這節(jié)課上新建立了三個物理概念：分子熱運動的平均動能、分子勢能、內能。要知道這三個概念的確切含義，更為重要的是能