教育专题：内能

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 分子动理论,5,、内能,分子动能,所有运动的物体都有动能。,分子有质量、有速度，还能对悬浮在其中的颗粒产生撞击力，所以分子有,动能,是必然的。,统计的研究表明，即便是在一个相对稳定的热学状态，组成物体的分子的动能并不是都大小一样的，所以研究每个分子的动能显得毫无必要。科学家们引进了,平均动能,的概念。,研究还发现，尽管单个分子的速率情况几乎没有规律可言（方向无规则，大小也是具有无规则性），但分子的平均动能却呈现这样的规律：温度高时，平均动能大，温度低时，平均动能小。,温度是物体分子平均动能的标志,潜台词：对于某个给定的物体，分子的平均动能只与温度这个单一的参量相关。很显然，要改变物体分子的平均动能，只要改变宏观参量,温度,即可。,分子势能,在力学中，我们怎么定义重力势能？,通过做功来判断。重力做正功，重力势能减少；做负功，势能增加。,下面我们对分子力做类似的研究,上图展示有甲、乙两个原来相距为,r,0,的分子，并且假定甲分子是固定的。,中图中，当把乙分子向甲靠近时，分子力做什么功？,负功！,下图中，当把乙分子远离甲分子时，分子力做什么功？,乙,f,负功！,进一步的研究还表明，分子力做功也具有和路径无关的特点，因此我们就可以用势能的变化来量度分子力做功的情况。势能的变化与间距,r,相关，也就是与分子间的相对位置相关，所以说,分子势能的大小是由分子间相对位置所决定的,。,分子力比重力、引力等要复杂些，因此分子势能跟分子间距离的关系也比较复杂。它和弹簧被压缩或者拉伸时的弹性势能的变化趋势相似。,原长,压缩：压缩弹簧时人要克服弹力做功，弹性势能要增大。,分子间距离小于,r,0,时，分子势能也增大。,伸长：拉伸弹簧时人要克服弹力做功，弹性势能增大。,分子间距离大于,r,0,时，分子势能也增大。,从上面的分析可知，分子间距离以,r,0,为数值基数，,r,不论减小或增大，分子势能都增大。所以说，分子在平衡位置处是分子势能最低点。,在宏观的世界里，分子间距的改变体现为物体什么参量的改变？,是体积,所以说，物体体积的改变，将是分子势能改变的外部标志。,内能,在力学世界里，动能和势能构成了机械能，在热学世界里，分子的动能和势能构成了物体的内能,物体内能：物体中分子动能和分子势能的总和,在这个定义中，我们应该注意哪些关键词呢？,首先,，既然平均动能由温度决定，势能由体积决定，我们可以想象，物体的内能肯定同时与宏观量温度和体积相关。,其次,，我们还要注意，定义中说起分子动能时，是指的平均动能吗？,不是！是指,总动能,。,总动能等于平均动能乘以分子总数,由此可见，决定物体内能的宏观参量是,温度,、,体积,和,摩尔数,。,寒冷的冰山具有内能吗？,由于一切物体内分子的热运动永不停息。因此任何一个物体都具有内能。,一切物体都具有内能！,注意：物体的机械能对内能无贡献！但内能和机械能之间可以相互转化。,例题,1,、相同质量的,0,的水与,0,的冰相比较（）,A,、它们的分子平均动能相等,B,、水的分子势能比冰的分子势能大,C,、水的分子势能比冰的分子势能小,D,、水的内能比冰的内能多,质量相同的水和冰，它们的分子个数相等；温度相等，所以分子平均动能相等，因此它们总的分子动能相等。由水结成冰，需要释放能量，所以相同质量、温度的水比冰内能多，由于它们总的分子动能相等，所以水比冰的分子势能大。本题很容易误认为水结成冰，体积增大，所以内能增大。,答案：,ABD,2,、下面有关机械能和内能的说法中正确的是,A,、机械能大的物体，内能一定也大,B,、物体做加速运动时，其运动速度越来越大，,物体内分子平均动能必增大,C,、物体降温时，其机械能必减少,D,、摩擦生热是机械能向内能的转化,机械能与内能有着本质的区别，对于同一物体，机械能是由其宏观运动速度和相对高度决定的，而内能是由物体内部分子无规则运动和聚集状态决定的。,答案：,D,练习,1,、有两瓶质量和温度都相等的氢气和氧气，则（）,A,、两瓶中每个分子运动的动能都相等,B,、两瓶中分子运动的总动能相等,C,、氢气内部分子的总动能大于氧气内部分子的总动能,D,、氢气内部分子的总动能小于氧气内部分子的总动能,温度是分子平均动能的标志，氢气和氧气温度相等，所以分子平均动能相等；而两者质量相同，则氢气分子数目远大于氧气分子数，因而氢气分子的总动能大于氧气分子的总动能，选项,C,正确。而拿出个别分子来看，动能的大小是没法比较的，不一定谁的大。,A,错，,B,、,D,也错。,答案：,C,2,、当物体的温度升高时，下列说法中正确的是（）,A,、每个分子的温度都升高,B,、每个分子的热运动都加剧,C,、每个分子的动能都增大,D,、物体分子的平均动能增大,温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子平均动能增加；温度降低，分子平均动能减少；但并不是每个分子的动能都变化，温度是大量分子的统计结果，对少数几个分子谈温度是没有意义的。,答案：,D,谢谢！,