第二篇第七章A 物体的内能 学案2

物体的内能
【学习目标】
复习物体内能的概念，能量守恒定律，热力学第一、第二定律。
【学习重难点】
能量守恒定律。
【学习过程】
一、温度的宏观和微观意义是什么？如何理解？
分子的无规则运动特点是多、快、乱、变，中间多，两头少，在热现象中，关心的是多
分子，而不是单个分子。
1．分子的平均动能――所有分子的动能的平均值 m～10－26kg，v＝105m/s。
2．温度：宏观――表示物体的冷热程度， 微观――是物体平均动能的标志。
3．温度相同，平均动能就相同，不论物体组成、结构、种类和物态 (无论如何)。
二、什么是分子势能？分子势能与什么有关？
1．由于分子间存在着相互作用的引力和斥力而具有的与其相对位置有关的能量，叫做分
子势能。
2．微观――与相对位置有关，宏观――与体积有关。
3．分子势能与距离的变化关系和图像（类似于重力势能和弹性势能）。
三、什么是物体的内能，它与什么有关？
所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的
能，也叫热力学能。
与温度T、体积V和分子个数N有关.
一切物体都具有内能.
四、内能和机械能又什么区别？
宏观物体的机械运动对应机械能。机械能可以为零。
微观物体对应内能。内能不可以为零。
内能和机械能之间可以相互转化。
五、做功改变物体的内能。
物体做功，物体内能增加。
对外做功，物体内能减小。
做多少功，改变多少内能。
六、热传递改变物体的内能。
外界向物体传递热量（吸热），物体的内能增加。
物体向外界传递热量（放热），物体的内能减小。
传递多少热量，内能就改变多少。能量的转移。
七、做功和热传递的实质
做功改变内能，是能量的转化，用功的数值来度量
热传递改变内能，是能量的转移，用热量来度量。能量的转化。
八、做功和热传递的等效性——做功和热传递在改变内能上是等效的。
例如：使物体升高温度，可以用热传递的方法，也可以用做功的方法，得到的结果是相同
的，如果事先不知道，我们无法知道它是通过哪种途径改变的内能。
1 cal＝4．2 J 1 J＝0.24 cal
九、区分内能、热量和温度
热量是在热传递的过程中转移的内能，它只有在转移的过程中才有意义，热传递使物体的温度改变。温度不同是热传递的条件（类比：云――雨――水）。
例如：两物体温度不同相接触，热量从高温物体相低温物体传递，高温物体内能减少，温
度降低，低温物体内能增加，温度升高。
十、理想气体
1．分子间无相互作用力，分子势能为零；
2．一定质量的理想气体的内能只与温度有关；
3．在温度不太低、压强不太大（常温常压）的条件下，实际气体可以近似为理想气体。
【练习】
1．物体平均速度大的物体的温度高。（×）
2．20℃的水和20℃的铜的平均动能相同。（√）
3．体积变大，内能变大。（×）
4．温度升高，所有的分子的平均动能都变大。（×）
5．同温度的水和氢气相比，氢气的平均速度大。（√）
十一、热力学第一定律——△U＝Q＋W
1．表示内能的改变、做功、热传递之间的关系。
2．第一类永动机——不消耗能量，持续对外做功（违反能量守恒定律，不能制成）。
【例1】 下列说法中正确的是（ ）
A．物体吸热后温度一定升高。
B．物体温度升高一定是因为吸收了热量。
C．0℃的冰化为0℃的水的过程中内能不变。
D．100℃的水变为100℃的水汽的过程中内能增大。
【解析】吸热后物体温度不一定升高，例如冰融化为水或水沸腾时都需要吸热，而温度不
变，这时吸热后物体内能的增加表现为分子势能的增加，所以A不正确。做功也可以使物体温
度升高，例如用力多次来回弯曲铁丝，弯曲点铁丝的温度会明显升高，这是做功增加了物体的
内能，使温度上升，所以B不正确。冰化为水时要吸热，内能中的分子动能不变，但分子势能
增加，因此内能增加，所以C不正确。水沸腾时要吸热，内能中的分子动能不变但分子势能增
加，所以内能增大，D正确。
【例2】如图示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于X轴上，甲分子对乙分子的作用
力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F＞0为斥力，F＜0为引力，A．B．C．d为X轴上
四个特定的位置。现把乙分子从a处由静止释放，则（ ）
A．乙分子从a到b做加速运动，由b到c做减速运动。
B．乙分子从a到c做加速运动，到达c时速度最大。
C．乙分子从a到b的过程中，两分子的分子势能一直
增加。
D．乙分子从b到d的过程中，两分子的分子势能一直增加。
【分析】乙分子从a到B．C．d的运动过程中，先是分子的引力作用，加速度的方向跟运
动方向一致，所以加速运动，到达c位置时，分子力等于零，加速度也就等于零，运动的速度
是最大。从c再到d运动时，分子力为斥力，加速度的方向跟运动的方向相反，速度减小。通
过分子力做功情况判断两分子的势能如何变化。
【例3】如图示，容器A．B各有一个可以自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大
气，大气压恒定。A．B的底部带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。原先A中水面
比B中水面高，打开阀门K后，A中的水向B中流，最后达到平衡，这个过程中（ ）
A．大气压力对水做功，水的内能增加。
B．水克服大气压力做功，水的内能减小。
C．大气压力对水不做功，水的内能不变。
D．大气压力对水不做功，水的内能增加。
【分析】设大气压为P，A．B活塞的表面积分别为S1和
S2，打开阀门后A容器中的水流到B容器中，A容器中的水面
下降h1，B容器中的水面上升h2，根据压强与压力的关系及水的流动体积不变的原理，可以
推导出，大气压力对A．B两活塞做功的代数和等于零。但是水的重力势能发生了变化，水的
重力势能变了，根据能量守恒定律可知，水减小的机械能将转化为水的内能。
【例3】一颗质量为10g的子弹以400m/s的速度水平射入置于光滑水平桌面上的质量为
1kg的木块后又从木块中穿出，木块从桌边滑出后着地点与桌边的水平距离为1．4m，已知桌
面高为0.8m，取g=10m/s2，设子弹射穿木块过程中系统损失的机械能全部转化为系统的内能，
求在这一过程中系统内能的增加量。
【分析】运用能量守恒观点求解。（略）
十二、热力学第二定律
第一种表述：如果没有其他变化，不可能使热量由低温物体传到高温物体。(克劳修斯表
述) (其他变化――是指从单一热源吸热并把它用来做功以外的任何变化。)
实质：热传递具有方向性，不可逆。
第二种表述：如果没有其他变化，不可能从单一热源吸收热量全部用来做功。即第二类永
动机不可能制成。（开尔文表述）。
实质：机械能向内能转化有方向性。
两种表述是等价的。
第二类永动机――没有冷凝器，只有单一热源。它从单一热源吸收热量，全部做功，而不
引起其他变化。这种永动机不可能制成，虽然不违反机械能守恒定律，但违反了机械能和内能
转化的方向性。（注：单一热源指温度均匀且恒定的热源 ）。
一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，是不可逆的。