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內(nèi)能是物體內(nèi)部全部分子做熱運(yùn)動(dòng)時(shí)的分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。

一、內(nèi)能的三個(gè)方面

理解內(nèi)能要從分子動(dòng)能、分子勢(shì)能和全部分子幾個(gè)角度去理解。

1、分子動(dòng)能

物體內(nèi)部由分子組成,且在永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),所以分子具有動(dòng)能。由于運(yùn)動(dòng)永不停息,所以內(nèi)能永不為零,故0℃的水也具有分子動(dòng)能。由于運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章,無(wú)法準(zhǔn)確描述某一個(gè)分子是否更快或更慢,所以描述其運(yùn)動(dòng)快慢時(shí)應(yīng)用是否更激烈。

由于溫度越高,擴(kuò)散越快,反映了分子運(yùn)動(dòng)更激烈,所以溫度是分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)激烈程度的體現(xiàn)。物體分子運(yùn)動(dòng)更激烈和物體溫度更高,是同一個(gè)意思。所以,同一個(gè)物體,溫度越高,內(nèi)能越大。

2、分子勢(shì)能

分子勢(shì)能是分子間具有相互作用而具有的能量,反映在分子間作用力大小和分子距離上。當(dāng)分子間作用力和分子距離發(fā)生變化時(shí),宏觀上會(huì)發(fā)生物體物態(tài)和體積的變化。但體積變化并不顯著,我們往往考慮不多,時(shí)候,還是從物態(tài)去判斷分子勢(shì)能。

這樣,分子勢(shì)能的變化具有一個(gè)特點(diǎn)——突變,僅僅是在物態(tài)變化時(shí)會(huì)發(fā)生變化。例如,0℃的冰化成0℃的水,雖然溫度沒變,分子動(dòng)能沒變,但由于融化是一個(gè)吸熱過(guò)程,吸收的能量用于增加分子勢(shì)能,故此,我們說(shuō),分子勢(shì)能是增加的,內(nèi)能是增加的,而溫度不變。

當(dāng)溫度升高時(shí),物態(tài)如果變化,也一定是從固態(tài)到液態(tài),或從液態(tài)到固態(tài),即是從低物態(tài)到高物態(tài),所以不會(huì)出現(xiàn)溫度升高,分子動(dòng)能增加,分子勢(shì)能減小,內(nèi)能不變或降低的情況。

另外,由于氣體能隨意彌散,氣體分子間幾乎沒有相互作用力,所以氣體一般認(rèn)為沒有分子勢(shì)能,所以氣體內(nèi)能的變化直接體現(xiàn)在分子動(dòng)能,體現(xiàn)在溫度上。

例:飛機(jī)在萬(wàn)米高空飛行時(shí),艙外大氣壓比艙內(nèi)大氣壓低,要使艙內(nèi)獲得新鮮空氣,必須使用壓縮機(jī)把空氣從艙外壓進(jìn)艙內(nèi),在這個(gè)過(guò)程中,壓縮機(jī)對(duì)空氣做功,空氣的( )

A.溫度升高,內(nèi)能增加

B.溫度降低,內(nèi)能減少

C.溫度升高,內(nèi)能減少

D.溫度降低,內(nèi)能增加

答案:A。對(duì)氣體做功,氣體內(nèi)能增加,溫度升高。

例:如上圖所示,在氣缸A中密封有壓縮空氣,B是一種被銷釘K鎖住的活塞,C是一個(gè)溫度計(jì)。若活塞與氣缸壁間沒有摩擦,當(dāng)把銷釘拔出后,將看到的現(xiàn)象:(1)活塞將向 運(yùn)動(dòng);(2)溫度計(jì)的示數(shù)將_______,因?yàn)開______。

答案:右;降低;氣體膨脹,對(duì)外做功,內(nèi)能減小,溫度降低。

例:劉娟同學(xué)經(jīng)常利用課余時(shí)間幫媽媽做家務(wù),她在一次消滅房間里的蚊子時(shí),用的是如圖所示的氣霧殺蟲劑。劉娟同學(xué)用這種殺蟲劑噴灑了一會(huì)兒后,手明顯感覺到盛殺蟲劑的金屬罐變涼了,她搖了搖金屬罐,明顯感覺到罐里有液體,她又通過(guò)閱讀說(shuō)明書得知這種殺蟲劑是用一種極易揮發(fā)的化學(xué)原料和藥物配制而成的。請(qǐng)你應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)解釋金屬罐變涼的原因。

答案:液體汽化,汽化吸熱,溫度降低;氣體膨脹,對(duì)外做功,內(nèi)能減小,溫度降低。

3、全部分子

物體溫度升高,是指同一個(gè)物體溫度升高;而如果說(shuō)溫度高的物體是指溫度高的物體和溫度低的物體的比較。

不同物體間比較內(nèi)能,由于還要考慮質(zhì)量(全部分子量)的因素,所以不能說(shuō)溫度高的物體內(nèi)能大,也不能說(shuō)內(nèi)能大的物體溫度高。例如一小塊燒紅的鐵釘和一座冰山,顯然冰山溫度低,但內(nèi)能大。

熱傳遞的實(shí)質(zhì)是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。在熱傳遞時(shí),熱量由溫度高的物體傳向溫度低的物體,不一定是內(nèi)能大的傳向內(nèi)能小的物體。

例:關(guān)于物體的內(nèi)能,下列說(shuō)法中正確的是( )

A.運(yùn)動(dòng)的物體有內(nèi)能,靜止的物體沒有內(nèi)能

B.物體溫度在0℃以下時(shí)沒有內(nèi)能

C.高溫物體的內(nèi)能一定比低溫物體的內(nèi)能大

D.質(zhì)量大且溫度高的物體的內(nèi)能一定比同狀態(tài)質(zhì)量小,溫度低的物體的內(nèi)能大

答案:D

二、內(nèi)能與機(jī)械能

由上面的描述,我們可以得到這樣的概念,內(nèi)能是屬于微觀的能量,不同于機(jī)械能屬于宏觀的能量。由于微觀的不確定性,因此內(nèi)能不能像機(jī)械能那樣精確計(jì)算。故只能說(shuō)內(nèi)能增加或減小多少焦耳,不能用具有多少內(nèi)能來(lái)描述。溫度、物態(tài)、質(zhì)量,雖然是宏觀表現(xiàn),但卻是緊扣微觀本質(zhì),反映微觀特性。

三、內(nèi)能的改變

內(nèi)能的改變,可以是做功或熱傳遞,且是等效的,所以內(nèi)能增加,不一定是吸收熱量。

吸熱或做功都包括對(duì)內(nèi)對(duì)外。對(duì)外做功(放熱),內(nèi)能減少;對(duì)內(nèi)做功(吸熱),內(nèi)能增加。由于不同物質(zhì)吸放熱時(shí),容納熱的本領(lǐng)不同,后面又引出比熱容。同時(shí)將吸放熱過(guò)程中傳遞的能量叫熱量。而如何利用內(nèi)能做功,又引出熱機(jī)。

下列各圖中,屬于內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是( )

答案:B

四、規(guī)范用語(yǔ)及字母

內(nèi)能是狀態(tài)量,但又不能精確計(jì)算,所以內(nèi)能用增加或減少;而熱量是過(guò)程量,只能用吸收或放出。狀態(tài)量,還類似于帶電、中性;過(guò)程量,還類似于導(dǎo)電、中和。

同樣是以J為單位,內(nèi)能、能量的字母是E,做功的字母是W,熱量的字母是Q。

在表示“熱”時(shí),今天天氣熱,熱是指溫度;摩擦生熱,熱是指內(nèi)能;融化吸熱,熱是指熱量。

A.兩手相互摩擦能發(fā)熱

B.水沸騰時(shí)蒸汽沖開壺蓋

C.鋸木頭鋸子發(fā)燙

D.壓縮空氣引火

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