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分子动理论


子组成,因此任何物体都是有内能的。

提问学生:宏观量中哪些物理量是分子热运动的平均动能和分子势能的标志?

根据学生的回答,引导到一个确定的物体,分子总数是固定的,那么这物体的内能大小是由宏观量——温度和体积决定的。如果不是确定的物体,那么物体的内能大小是由质量、温度、体积和物态来决定。

课堂讨论题:下列各个实例中,比较物体的内能大小,并说明理由。

①一块铁由15℃升高到55℃,比较内能。

②质量是1kg50℃的铁块与质量是0.1kg50℃的铁块,比较内能。

③质量是1kg100℃的水与质量是1kg100℃的水蒸气,比较内能。

(2)物体机械运动对应着机械能,热运动对应着内能。任何物体都具有内能,同时还可以具有机械能。例如在空中飞行的炮弹,除了具有内能,还具有机械能——动能和重力势能。

提问学生:一辆汽车的车厢内有一气瓶氧气,当汽车以 60km/h行驶起来后,气瓶内氧气的内能是否增加?

通过此问题,让学生认识内能是所有分子热运动动能和分子势能之总和,而不是分子定向移动的动能。另一方面,物体机械能增加,内能不一定增加。

4.物体的内能改变的两种方式

(1)列举锯木头和用砂轮磨刀具,锯条、木头和刀具温度升高,说明克服摩擦力做功,可以使物体的内能增加。如果外力对物体做功全部用于物体内能改变的情况下,外力做多少功,物体的内能就改变多少。如果用W表示外界对物体做的功,用ΔE表示物体内能的变化,那么有W=ΔE。功的单位是焦耳,内能的单位也是焦耳。

演示压缩空气,硝化棉燃烧。说明外力压缩空气过程,对气体做功,使气体的内能增加,温度升高到棉花的燃点而使其燃烧。

以上实例说明做功可以改变物体的内能。

(2)在炉灶上烧热水,火炉烤热周围物体,这些物体温度升高内能增加。这些实例说明依靠热传递方式也可以使物体的内能改变。物体吸收热量,内能增加。物体放出热量,物体的内能减少。如果传递给物体的热量用Q表示,物体内能的变化量是ΔE,那么,Q=ΔE。

热量的计算公式有:Q=mcΔt,Q=ML,Q=mλ(后面的两个公式分别是物质熔解和汽化时热量的计算式)。热量的单位是焦耳,过去的单位是卡。

所以做功和热传递是改变物体内能的两种方式。

(3)做功和热传递对改变物体的内能是等效的。

一杯水可以用加热的方法(即热传递方式)传递给它一定的热量,使它从某一温度升高到另一温度。这过程中这杯水的内能有一定量的变化。也可以采取做功的方式,比如用搅拌器在水中不断搅拌,也可以使这杯水从相同的初温度升高到同一高温度,这样,水的内能会有相同的变化量。两种方式不同,得到的结果是相同的。除非事先知道,否则我们无法区别是哪种方式使这杯水的内能增加的。

因此,做功和热传递对改变物体的内能是等效的。

(4)虽然做功和热传递对改变物体的内能是等效的,但是这两种方式的物理过程有本质的区别。做功使物体内能改变的过程是机械能转化为内能的过程。而热传递的过程只是物体之间内能的转移,没有能量形式的转化。

课上练习:

1.判断下面各结论是否正确?

(1)温度高的物体,内能不一定大。

(2)同样质量的水在100℃时的内能比60℃时的内能大。

(3)内能大的物体,温度一定高。

(4)内能相同的物体,温度一定相同。

(5)热传递过程一定是从内能大的物体向内能小的物体传递热量。

(6)温度高的物体,含有的热量多,或者说内能大的物体含有的热量多。

(7)摩擦铁丝发热,说明功可以转化为热量。

答案:(1)、(2)是对的。

2.在标准大气压下,100℃的水吸收热量变成同温度的水蒸气的过程,下面的说法是否正确?

(1)分子热运动的平均动能不变,因而物体的内能不变。

(2)分子的平均动能增加,因而物体的内能增加。

(3)所吸收的热量等于物体内能的增加量。

(4)分子的内能不变。

答案:以上四个结论都不对。

(三)课堂小结

(1)这节课上新建立了三个物理概念:分子热运动的平均动能、分子势能、内能。要知道这三个概念的确切含义,更为重要的是能够区分温度、内能、热量,知道内能与机械能的区别和联系。

(2)要掌握三个物理规律:分子热运动的平均动能与温度的关系、分子间的相互作用力与分子间距离的关系、做功与热传递在使物体内能改变上的关系。

(四)说明

这节课是概念性很强的课,又不是从物理实验或物理现象直接得出结论的课。对于概念要知道引入的目的、确切含义、与其他概念的区别和联系。所以课上要讲分子热运动平均动能、内能、热量等概念的意义,并且要通过实际例题,让学生通过判断、推理来加深对这些概念的认识。


《分子动理论(第2页)》
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