逍遥右脑 2013-05-12 23:28
第二时 物体的内能 温标
【要求】
1．知道物体的内能的概念，了解物体的内能与宏观物理量间的关系。
2．知道两种温标以及它们间的换算关系。
【知识再现】
一、内能
1．分子的平均动能：物体内分子动能的平均值叫分子平均动能． 是分子平均动能的标志．温度越高，分子平均动能 ．
2．分子势能：由分子间的相互作用和 决定的能量叫分子势能．分子势能的大小与物体的体积有关：①当分子间的距离r>r0时，分子势能随分子间的距离增大而增大；②当r<r0时，分子势能随分子间的距离减小而增大；③r＝r0时，分子势能最小．
3．物体的内能：物体内所有分子的
的总和叫物体的内能．
4．改变物体的内能的两种方式是
和 ．
二、温度(T或t)
1．两种意义：宏观上表示物体的 ；微观上标志物体内分子热运动的 .它是物体分子 的标志．
2．两种温标
摄氏温标：单位℃，在1个标准大气压下，水的冰点作为 ，沸点作为 ．
热力学温标T：单位．把 作为0．绝对零度(0)是 的极限，只能接近不能达到．
两种温标的关系：每1度表示的冷热差别，两种温标是相同的，只是 不同，所以二者关系为式：T＝t+273()，△T＝△t
知识点一对分子动能的理解
分子动能是指单个分子的动能，但分子是无规则运动的，因此各个分子的动能不尽相同，所以单个分子动能没有意义，对大量的分子的动能才有意义。分子的平均动能是所有分子动能的平均值，温度是分子平均动能的标志。物体内分子运动的总动能是所有分子动能的总和，也等于分子平均动能与分子总数的乘积。
【应用1】当物体温度升高时，下列说法中正确的是（ ）
A．每个分子的温度都升高
B．每个分子的运动都加剧
C．每个分子的动能都增大
D．物体分子的平均动能增大
导示: 温度是物体分子平均动能的标志，不代表个别分子的情况，所以温度升高后，只能说物体的分子平均动能增大，而对个别分子的一些说法都是无意义的。答案D正确。
当温度一定是，物体内分子动能的分布呈正态分布，即分子动能大的和小的数目较少，而处于中间某定值的分子数目较多。这个中间值与物体的温度有关。
知识点二对分子势能的理解
由分子间的相互作用和相对位置决定的能量叫分子势能。分子力做正功，分子势能减少，分子力做负功，分子势能增加。在平衡位置时(r=r0),分子势能最小.分子势能的大小跟物体的体积有关系．
【应用2】（07苏州调研）如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，纵轴表示分子间的相互作用力，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．乙分子由a到c的过程中，分子势能先减小后增大
B．乙分子由a到d的过程中，分子势能一直增加
C．乙分子从a到b做加速运动，由b到c做减速运动
D．乙分子由a到c做加速运动，到c时速度最大
导示: 乙分子由a向甲分子运动时，运动到c之前一直为引力，分子力做正功，分子势能减少，速度增大，再靠近乙分子的过程中，分子间表现为斥力，分子力做负功，速度又要减小。故D正确。
知识点三物体内能的决定因素
物体内能的决定因素是依据物体内能的定义：物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和。所以物体的内能与物体的温度、体积、物态和物质的量有关。又可分为微观决定因素：分子势能、分子平均动能、分子的数目。宏观因素：体积、温度、物质的量。
【应用3】判断下列说法，正确的是（ ）
A．温度高的物体，内能不一定大
B．同样质量的水100℃时的内能比60℃时大
C．内能相同的物体，温度一定相同
D．物体速度增大，则分子平均动能增大，内能也增大
导示: 根据内能的决定因素可知，A选项正确。物体的速度与分子热运动的速度无关，D错，故选A。
分子的平均动能由温度惟一决定，个别分子的动能是没有意义的。分子势能是由物体体积决定的，具有相对性。物体的内能则由分子平均动能、总分子势能、分子数目共同决定。
知识点四温标间的换算
热力学温标与摄氏温标之间的换算关系为：T=t+273.15，温度每升高1ºC，在热力学温标中就升高1，在量值上是相等的，只不过是规定的零起点不同而已。
【应用4】关于热力学温标的正确说法是（ ）
A．—33 ºC=240
B．热力学温标零度为—273 ºC，叫绝对零度
C．摄氏温度与热力学温度都可以取负值
D．温度由t ºC升高到2t ºC，对应的热力学温度升高了273+t
导示:在热力学温标中，273.15近似地认为是273，根据换算，AD正确，热力学温标零度为—273 ºC，叫绝对零度是一种正常的说法，但摄氏温度中有负值，热力学温度中是没有负值的。故选ABD。
类型一内能、热量、机械能的比较
对于同一物体，机械能由物体的状态和位置决定，内能则与物体的温度、体积、物质的量有关，与物体宏观的机械运动无关。热量则是物体之间内能转移的一种量度。
【例1】关于机械能、内能、热量的说法正确的是（ ）
A．机械能大的物体，内能多，热量也多
B．物体机械能损失时，内能可以增加
C．物体机械能可以为零，内能也可以为零
D．物体温度不变，没有热量传递
导示:物体的机械能大，与内能无关，而热量则是热传递过程中量度内能转移的物理量，A错。机械能损失了，有可能就转化为该物体的内能了，内能可能增加，B对。物体的机械能可能为零，而内能为零是不可能的，C错。物体温度不变的过程中，也有可能有热传递，如对物体做了功，要保持温度不变，必有热传递过程，D错。故选B。
能量是状态量，物理中状态量的还有：动能、速度等，热量和功一样是过程量，过程量是在状态量发生变化过程中的一种量度。
类型二能量转化或转移的计算
辐射、熔解、汽化、液化、升华等物理过程中都伴随着能量的转化或转移，在能量转化和转移过程中往往涉及到有关能量计算问题，能的转化和守恒定律是该过程计算的依据。
【例2】 (07扬州期末)某校研究性学习小组为估测太阳对地面的辐射功率，制作了一个半径0.10m的0ºC的冰球，在环境温度为0ºC时，用黑布把冰球包裹后悬吊在弹簧秤下放在太阳光中。经过40min后弹簧秤的示数减少了3.5N。已知冰的熔化热λ＝3.35×105J/kg，请你帮助这个小组估算太阳光垂直照射在每平方米面积上的辐射功率(冰的熔化热是指一个标准大气压下1kg0ºC的冰熔化成0ºC的水所吸收的热量。设冰融化成水后，全部滴离黑布包着的冰球。g＝10m/s2，结果保留两位有效数字)。
导示: 太阳光垂直照射时间t=2400s
面积 ＝ m2
冰减少的质量 ＝0.35kg
冰吸收的热量 J
由热平衡方程
所以 W/?
另外，在计算热辐射时常用到一种模型：以辐射为球心，从辐射到吸热物体的距离为半径，作一个球面，看吸热物体的吸热面积，从而计算出吸热物体所吸收的热量。
类型二改变物体内能的两种方式
改变物体内能有两种方式，即做功和热传递，并且这两种方式对改变物体内能是等效的。
【例2】（07苏锡常镇一模）一定质量的理想气体，由初始状态A开始，按图中的箭头所示方向进行状态变化，最后又回到初始状态A ，即A→B→C→A ，这一过程称为一个循环，对气体在该循环中的有关描述正确的是 ( )
A．由A→B，气体的分子平均动能增大，吸收热量
B．由B→C，气体的分子数密度增大，内能减小，吸收热量
C．由C→A，气体的内能减小，放出热量，外界对气体做功
D．经过一个循环过程后，气体内能可能减少，也可能增加
导示: 由A→B，气体温度升高，气体的分子平均动能增大，同时体积增大，气体要对外做功，所以要吸收热量，A正确。由B→C，气体体积不变，气体的分子数密度不变，温度降低，内能减小，B错。由C→A，温度降低，气体的内能减小，体积减小，外界对气体做功，必放出热量，C正确。经过一个循环过程后，气体又回到了原状态，气体内能不变，D错。故选AC。
物体内能改变的两种方式中，要分清是由哪种情况而产生的，对内能改变是增加还是减小往往是解题的关键。
1．下列关于分子的动能，正确的是( )
A．物体运动速度大，物体内分子的动能一定大
B．温度升高，物体内每个分子动能都增大
C．温度降低，物体内分子平均动能一定减小
D．物体内分子的平均动能与物体做机械运动的速度大小无关
2．关于分子势能，下列说法正确的是 ( )
A．外力对物体做正功，分子势能增大
B．分子力做正功，分子势能增大
C．物体体积增大，分子势能增大
D．理想气体分子势能为零
3．(07高考理综北京卷)为研究影响家用保温瓶保温效果的因素，某位同学在保温瓶中灌入热水，先测量初始水温，经过一定时间后再测量末态水温。改变实验条，先后共做了6次实验，实验数据记录如下表：
序号瓶内水量（mL）初始水温（℃）时间（h）末态水温（℃）
1100091478
2100098874
3150091480
41500981075
5200091482
62000981277
下列研究方案中符合控制变量方法的是 ( )
A．若研究瓶内水量与保温效果的关系，可用第1、3、5次实验数据
B．若研究瓶内水量与保温效果的关系，可用第2、4、6次实验数据
C．若研究初始水温与保温效果的关系，可用第1、2、3次实验数据
D．若研究保温时间与保温效果的关系，可用第4、5、6次实验数据
4．（ 07南京检测）固定的水平气缸内由活塞 B 封闭着一定量的气体，气体分子之间的相互作用力可以忽略．假设气缸壁的导热性能很好，环境的温度保持不变．若用外力 F 将活塞B缓慢地向右拉动，如图所示，则在拉动活塞的过程中，关于气缸内气体的下列结论，其中正确的是（ ）
A．气体对外做功，气体内能减小
B．气体对外做功，气体内能不变
C．外界对气体做功，气体内能不变
D．气体从外界吸热，气体内能不变
参考答案：1．CD 2．CD 3．A
4．B D