分子內(nèi)能

學(xué)習(xí)目標(biāo)要求:

1.知道分子動(dòng)理論的基本內(nèi)容。

2.理解什么是擴(kuò)散現(xiàn)象，并能舉出實(shí)例。

3.知道分子間同時(shí)存在著相互作用的引力和斥力。

4.知道物體的內(nèi)能及內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別。

5.知道對(duì)物體做功 ，物體的內(nèi)能會(huì)增大;物體對(duì)外做功時(shí)，自身內(nèi)能會(huì)減小。

6.知道各種形式的能量單位都是焦耳。

7.知道熱傳遞過程中，物體吸收(或放出)熱量，溫度升高(或降低)，內(nèi)能改變。

8.理解熱量的概念及其單位。

知識(shí)要點(diǎn)精析:

1.分子動(dòng)理論的基本內(nèi)容

(1)大部分物質(zhì)是由大量分子構(gòu)成的(有一些物質(zhì)是由原子或離子構(gòu)成的)。分子的直徑極小，是以10-10m來量度的。一滴水內(nèi)含有約 個(gè)水分子。分子之間有間隙，酒精和水混合后的總體積小于混合前酒精和水的體積之和就可以說明這一點(diǎn)。氣體分子間隙最大，液體次之，固體最小。

(2)分子在永不停息地作無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散現(xiàn)象是分子作無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的例證。所謂擴(kuò)散是指兩種不同的物質(zhì)相互接觸時(shí)，彼此進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象。

(3)分子之間既有引力，又有斥力。固體能保持一定的形狀和體積且難以拉斷，說明分子之間存在引力，而固體和液體分子間保持一定的間隙且很難被壓縮，說明分子間又存在斥力。物質(zhì)內(nèi)分子間引力和斥力是同時(shí)存在的，引力和斥力都隨分子間距離的增大而減小，斥力減小得更快。當(dāng)分子間距為平衡距離時(shí)，引力等于斥力，此時(shí)分子處于平衡位置;當(dāng)分子間距大于平衡距離時(shí)，引力起主要作用;當(dāng)分子間距小于平衡距離時(shí)，斥力起主要作用。若分子間距大于平衡距離的10倍時(shí)，分子間作用力變得十分微弱，可以認(rèn)為此時(shí)分子間作用力為零。

2.影響物體內(nèi)能大小的因素

主要有物體的溫度、體積、狀態(tài)和質(zhì)量。物體的溫度發(fā)生變化時(shí)，其內(nèi)部分子的運(yùn)動(dòng)速度大小也發(fā)生變化，所以分子的動(dòng)能發(fā)生變化，故物體的內(nèi)能大小也發(fā)生變化;物體的狀態(tài)、體積發(fā)生變化時(shí)，分子間距以及分子間作用力的強(qiáng)弱也發(fā)生變化，故分子勢(shì)能也發(fā)生變化，從而使物體的內(nèi)能大小發(fā)生變化;物體的溫度、狀態(tài)、體積一定時(shí)，對(duì)同種物質(zhì)而言，它的質(zhì)量越大，則內(nèi)部的分子數(shù)目就越多，所以分子的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和增大，即物體的內(nèi)能也越大。

3.內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別

物體的內(nèi)能大小與物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動(dòng)以及分子間的相互作用情況有關(guān)，是物體能量的微觀表現(xiàn);物體的機(jī)械能則與整個(gè)物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)情況及相對(duì)位置有關(guān)，是物體能量的宏觀表現(xiàn)。物體的內(nèi)能在任何情況下都不會(huì)為零(因?yàn)榉肿硬煌５刈鰺o規(guī)則運(yùn)動(dòng)總有動(dòng)能)，而物體的機(jī)械能可以相對(duì)為零。所以內(nèi)能和機(jī)械能是兩種不同形式的能量。

4.做功的過程:能量轉(zhuǎn)化的形式

在做功使物體內(nèi)能發(fā)生改變的過程中，都是其它形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化。外界對(duì)物體做功，使物體內(nèi)能增大，是其它形式的能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能;物體對(duì)外界做功，使物體內(nèi)能減少，是內(nèi)能轉(zhuǎn)化成了其它形式的能。例如用活塞壓縮空氣使空氣內(nèi)能增加的過程中，就是活塞運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能;摩擦生熱也是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;空氣推動(dòng)活塞而做功使空氣內(nèi)能減小的過程，就是空氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為活塞運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能。

5.物體的內(nèi)能與溫度的關(guān)系

物體的內(nèi)能是由物體的溫度、狀態(tài)、體積和質(zhì)量等因素共同決定的，當(dāng)只有其中一個(gè)因素改變時(shí)，也會(huì)引起內(nèi)能的改變，但物體的內(nèi)能改變時(shí)，其溫度就不一定改變。例如晶體在熔化過程中，由于物體狀態(tài)的改變會(huì)引起分子間作用力強(qiáng)弱的改變，從而導(dǎo)致分子勢(shì)能的改變，此時(shí)溫度沒有改變，分子動(dòng)能沒有改變，這樣內(nèi)能的大小仍舊會(huì)發(fā)生改變。所以物體在只有溫度改變時(shí)，其內(nèi)能一定會(huì)改變，但物體的內(nèi)能改變時(shí)，其溫度卻不一定改變。

6.溫度、內(nèi)能和熱量的區(qū)別和聯(lián)系

溫度、內(nèi)能和熱量是三個(gè)既有區(qū)別，又有聯(lián)系的物理量。溫度是表示物體冷熱程度的物理量，從分子運(yùn)動(dòng)論的觀點(diǎn)來看，物體的溫度越高，分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的速度就越大，因此可以說溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度的一個(gè)標(biāo) 志。內(nèi)能是一種形式的能，它是物體內(nèi)所有分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)所具有的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。它跟溫度是不同的兩個(gè)概念。但又有密切的聯(lián)系，如果物體的溫度升高，它的內(nèi)能就增大，溫度降低，內(nèi)能就減小。在熱傳遞過程中，傳遞能的多少叫做熱量。在熱傳遞的過程中，熱量從高溫物體傳向低溫物體，高溫物體放出了多少焦耳的熱量，它的內(nèi)能就減少多少焦耳;而低溫物體吸收了多少焦耳的熱量，它們內(nèi)能就增加了多少焦耳。溫度和熱量是兩個(gè)實(shí)質(zhì)不同的物理量，它們之間是有一定的聯(lián)系的。在不發(fā)生物態(tài)變化時(shí)，物體吸收了熱量，它的內(nèi)能增加，溫度升高;物體放出了熱量，它的內(nèi)能減少，溫度降低。

7.改變物體內(nèi)能的兩種方法

通過做功和熱傳遞這兩種方法都可以改變物體的內(nèi)能，但它們有本質(zhì)的區(qū)別。用做功的方法改變物體的內(nèi)能，實(shí)質(zhì)上是其它形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化。例如:用鋸條鋸木頭，是用做功的方法使鋸條的內(nèi)能增加，溫度升高的。其中的能量轉(zhuǎn)化是:機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。用熱傳遞的方法改變物體的內(nèi)能，實(shí)質(zhì)上是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。例如:把燒紅的鐵塊放入冷水中，熱量從高溫的鐵塊傳遞到低溫的水中，高溫的鐵塊的內(nèi)能轉(zhuǎn)移到低溫的水中。雖然做功是能的轉(zhuǎn)化，熱傳遞是能的轉(zhuǎn)移，但做功和熱傳遞在改變物體的內(nèi)能上效果是相同的，所以說它們是等效的。

1、一切物體都具有內(nèi)能;

2、決定內(nèi)能大小的因素:

a.物體的溫度:溫度越高，分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能越大

b.物體的體積:分子勢(shì)能與體積有關(guān)，體積越小，勢(shì)能越大

c.物體內(nèi)所含的分子數(shù):物體的分子數(shù)越多，質(zhì)量越大，內(nèi)能越大;

3、內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別:

a.內(nèi)能是由大量分子熱運(yùn)動(dòng)和分子間的相對(duì)位置所決定的能;機(jī)械能是物體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)和物體形變所決定的能;

b.物體的機(jī)械能當(dāng)物體不做運(yùn)動(dòng)或是相對(duì)高度為0時(shí)可以等于零(但絕對(duì)時(shí)不會(huì)等于0，因?yàn)榭傆斜任矬w低的東西)，但內(nèi)能永遠(yuǎn)不可能為零，只有無限接近。