,物體的內能能的轉化和守恒定律,要點疑點考點,課 前 熱 身,能力思維方法,延伸拓展,要點疑點考點,1.內能的概念 (1)分子的平均動能：物體內分子動能的平均值叫分子平均動能. 溫度是分子平均動能的標志.溫度越高，分子平均動能越大.,要點疑點考點,【說明】 溫度是大量分子的平均動能的標志，對個別分子來講，溫度無意義. 不同物質的物體，如果溫度相同，則它們的分子平均動能相同，但它們的分子平均速率不同. 分子的平均動能與物體機械運動的速率無關.,要點疑點考點,(2)分子勢能： 意義：由于分子間存在著引力和斥力，所以分子具有由它們的相對位置決定的能，稱為分子勢能. 分子勢能的決定因素. 微觀上：決定于分子間距離和分子排列情況. 宏觀上：分子勢能的大小與物體的體積有關，但和溫度與分子平均動能的關系不同，分子勢能隨物體的體積的變化并不是單調的.,要點疑點考點,(3)物體的內能： 物體中所有分子動能與勢能的總和叫物體的內能.內能是狀態量. 物體的內能是由物質的量、溫度、體積等因素所決定的. 對于氣體，只考分子動能，一定質量氣體的內能只由溫度決定.,要點疑點考點,2.物體的內能的變化 改變物體的內能有兩種方式： (1)做功其他形式的能與內能相互轉化的過程，內能改變可以用做功的數值來量度. (2)熱傳遞是物體間內能轉移的過程.內能改變可以用傳遞的熱量數值來量度.,要點疑點考點,熱傳遞的條件：溫度不同.熱量自動地從高溫物體向低溫物體傳遞，當溫度相等時達到動態平衡即熱平衡.熱量是過程量，與物體的內能多少、溫度高低無關. 做功和熱傳遞在改變物體的內能上是等效的.,要點疑點考點,二、能的轉化和守恒定律 1.熱力學第一定律： (1)內容：物體內能的增量e等于外界對物體做的功w和物體吸收的熱量q的總和. (2)表達式：w+q=e， (3)符號法則：外界對物體做功物體體積減小，w取正值；物體對外界做功物體體積增大，w取負值.物體吸收熱量，q取正值；物體放出熱量，q取負值；物體內能增加， e取正值，物體內能減少， e取負值.,要點疑點考點,2.能的轉化和守恒定律 能量既不能憑空產生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉化為別的形式，或從一個物體轉移到別的物體. 【說明】(1)能的轉化和守恒定律是自然界的普遍規律.違背該定律的永動機每類永動機是永遠無法實現的. (2)物質的不同運動形式對應不同的形式的能.各種形式的能在一定條件下可以轉化或轉移，在轉化或轉移過程中，能的總量守恒.,要點疑點考點,3.熱力學第二定律 (1)兩種表述： 不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體而不引起其他變化. 不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化.或：第二類永動機是不可能制成的. (2)意義：有大量分子參與的宏觀過程有方向性.如“能量耗散”,要點疑點考點,4.能源與環境 常規能源有：煤、石油、天然氣等，存量有限，利用時對環境有污染. 新能源有：風能、水流能、太陽能、沼氣、原子能等，資源豐富，無(或者少)污染.,課 前 熱 身,1.a、b兩個分子，在外力作用下從相距10-6m處逐漸靠近到不能再靠近的過程中，分子力對a、b兩個分子() a.始終做正功 b.始終做負功 c.先做正功后做負功 d.先做負功后做正功,課 前 熱 身,2.下列說法中正確的是(a) a.溫度相等的物本內部分子的平均動能相等 b.體積相等的物體內部分子的勢能相等 c.溫度、體積相等的物體的內能相等 d.吸收相等熱量的物體的內能相等,課 前 熱 身,3.內能可與其他形式的能互相轉化，例如，通過電流的導線溫度升高，是 電 能轉化為內能；燃料燃燒生熱，是 化學 能轉化為內能；熾熱的電燈燈絲發光，是電能轉化為 光 能.,課 前 熱 身,4.設想發明一種熱機，用它把物體與地面摩擦產生的熱量全部都吸過來，并再對該物體做功，將內能全部轉化為動能，使因摩擦而停止運動的物體重新運動起來，而不引起其他變化，這是否違背了能量守恒定律? 不違背 ，那么這種熱機能造出來嗎? 不能 若不能，那么是違背了 熱力學第二定律.,課 前 熱 身,5.用活塞壓縮氣缸里的空氣，對空氣做了850j的功，同時氣缸向外散熱200j，空氣的內能將 增加 (填“增加”或“減小”) 650j .,能力思維方法,【例1】關于分子勢能，下列說法中正確的是(設兩分子相距無窮遠時分子勢能為0)(c) a.體積增大，分子勢能增大，體積縮小，分子勢能減小 b.當分子間距離r=r 0時，分子間合力為0，所以分子勢能為0 c.當分子間作用力為引力時，體積越大，分子勢能越大 d.當分子間作用力為斥力時，體積越大，分子勢能越大,能力思維方法,【解析】設想兩個分子間距處于無窮遠處(r10-9m)，此時分子間勢能為0.當兩個分子越來越近，分子間引力做正功，分子勢能減小，當r=r 0時，分子勢能減到最小為負值，故選項b錯誤.分子間為引力時，體積越大，分子間距越大，分子間引力做負功，分子勢能增大；分子間為斥力時，體積越大，分子間距越大，分子間斥力做正功，分子勢能減小. 故選項a與d錯，選項c正確,能力思維方法,【例2】關于物體內能及其變化，下列說法正確的是(b) a.物體的溫度改變時，其內能必定改變 b.物體對外做功，其內能不一定改變，向物體傳遞熱量，其內能不一定改變 c.對物體做功，物體內能必定改變；物體向外傳出一定熱量，其內能必定改變 d.若物體與外界不發生熱交換，則物體的內能必定不改變,能力思維方法,能力思維方法,【解題回顧】關于內能變化的討論，一方面從內能的微觀意義和對應宏觀表征量來看，取決于溫度、體積和物質的量；另一方面有兩種物理過程做功和熱傳遞都可以改變物體的內能分析問題既要有發散思維選準思路，又要有全面的觀點注意思維的嚴密性.,能力思維方法,【例3】一定質量的氣體從外界吸收了4.2105j的熱量，同時氣體對外做了6105j的功，問： (1)物體的內能增加還是減少?變化量是多少? (2)分子勢能是增加還是減少? (3)氣體的溫度是增加還是減少?,能力思維方法,【解析】(1)氣體從外界吸熱，q=4.2105氣體對外做功，w=-6105j.由熱力學第一定律得： e=w+q=(-6105)+(4.2105)j=-1.8105j. e為負，說明氣體的內能減少了，減少1.8105j (2)因為氣體對外做功，所以氣體的體積膨脹，分子間的距離增大了，考慮此時分子間相互作用為引力，分子力做負功，氣體分子勢能增加了 (3)因為氣體內能減少，同時氣體分子勢能增加，說明氣體分子的平均動能一定減少了所以，氣體溫度增大.,能力思維方法,【解題回顧】本題中雖然判斷出分子勢能增加了，但無法確定分子勢能增加了多少，因而也無法確定分子動能減少了多少還應注意研究對象不是理想氣體.,能力思維方法,【例4】下面設想符合能量轉化和守恒定律的是(d) a.利用永久磁鐵間的作用力，造一臺永遠轉動的機械 b.做成一條船，利用流水的能量逆水航行 c.通過太陽照射飛機，即使飛機不帶燃料也能飛行 d.利用核動力，駕駛地球離開太陽系,能力思維方法,【解析】利用磁場能可以使磁鐵所具有的磁場能轉化為動能，但由于摩擦力的不可避免性，動能最終轉化為內能使轉動停止，故a錯，讓船先靜止在水中，設計一臺水力發電機使船獲得足夠電能，然后把電能轉化為船的動能使船逆水航行；同理可利用光能的可轉化性和電能的可收集性，使光能轉化為飛機的動能，實現飛機起飛；故b、c可選；設計一種利用反沖理論以核動力為能源，使地球獲得足夠大的能量，掙脫太陽引力的束縛而離開太陽系，故d可選.,延伸拓展,【例5】用兩種不同的金屬絲組成一個回路，接觸點1插在熱水中，接觸2點插在冷水中，如圖8-2-2所示，電流計指針會發生偏轉，這就是溫差發電現象這一實驗是否違反熱力學第二定律?熱水和冷水的溫度是否會發生變化?簡述這過程中能的轉化情況.,圖8-2-2,延伸拓展,【解析】這一實驗不違反熱力學第二定律熱力學第二定律的開爾文表述為“不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變為有用的功而不產生其他影響”此實驗中熱水為高溫熱源，冷水為低溫熱源熱水的溫度下降，冷水的溫度升高這說明熱水中的一部分內能轉化為電流的能量，而一部分電流能量在冷水中放熱，又轉化為冷水的內能，即產生了其他影響.,氣體的狀態參量,要點疑點考點,課 前 熱 身,能力思維方法,延伸拓展,要點疑點考點,一、溫度(t) 1.意義：從宏觀上看，溫度表示物體的冷熱程度；從分子動理論的觀點來看，溫度反映的是物體內大量分子無規則運動的激烈程度，是物體內大量分子平均動能的標志.,要點疑點考點,2.溫標：即數值表示法：(1)攝氏溫標(t)，單位0.(2)熱力學溫標(t)，單位k，絕對零度(0k)是低溫的極限，只能接近不能達到，更不可能有比絕對零度更低的溫度.攝氏溫標與熱力學溫標的關系：t=t273k，用這兩種溫標表示的溫度變化量間關系是tt.,要點疑點考點,二、體積(v) 1.氣體分子間平均距離大于10r0，分子力接近0，因而可以自由移動，總會充滿整個容器的空間.所以氣體的體積就是指氣體所充滿的容器的容積. 2.體積的單位有:m3、cm3、mm3、l、ml等，1cm3=1l, 1mm3=1ml；在標準狀況下，1mol任何氣體的體積都是22.4l.,要點疑點考點,三、壓強(p) 1.氣體的壓強是由于大量分子無規則運動碰撞器壁而產生的. 2.氣體分子的平均速率越大、氣體分子的密度越大，氣體分子對容器壁碰撞的作用力和頻繁程度也越大，所以，一定質量的某種氣體的壓強，既與氣體的溫度有關，還與氣體的體積有關.氣體中各處向各個方向的壓強大小都相等. 3.壓強的國際單位是pa，常用的還有atm、cmhg.它們之間換算關系為：1atm=76cmhg=1.013pa.,課 前 熱 身,1.下列說法正確的是(d) a.一定質量的氣體的體積是不變的 b.氣體的體積等于所有氣體分子的體積之和 c.氣體的溫度升高，所有氣體分子熱運動的動能都增大 d.封閉容器內氣體對各個方向的壓強大小相等,課 前 熱 身,2.下列關于溫度的一些敘述，不正確的是(a) a.理論上講溫度可以低于0k，技術上尚未實現 b.溫度是表示物體冷熱程度的物理量 c.溫度是物體分子平均動能的標志 d.溫度可以用攝氏溫標表示，也可以用熱力學溫標表示,課 前 熱 身,3.從微觀角度看，氣體壓強的大小跟兩個因素有關，一個是分子的 平均動能 ，一個是 分子數密度 .,能力思維方法,【例1】如圖8-3-1所示的(甲)、(乙)、(丙)、(丁)中玻璃管中都灌有水銀，分別求出四種情況被封閉氣體a的壓強(設大氣壓強為76cmhg),圖8-3-1,能力思維方法,【解析】在圖(甲)中，對c點，向下的壓強為pc=pa+5,而c點向上的壓強根據連通器的原理知等于大氣壓強p0， 所以pa=p0-5=76-5=71cmhg. 在圖(乙)中對c點，由連通器原理得向下的壓強pc=pa+10,而c點向上的壓強就是大氣壓強p0， 所以pa=p0-10=76-10=66cmhg.,能力思維方法,在圖(丙)中對c點，斜向下的壓強pc=pa+10sin30，而c點向上的壓強就是大氣壓強p0， 所以pa=p0-10sin30=76-=cmhg. 在圖(丁)中對c點，由右側管得向下的壓強為pc=p0+h2，而c點向上的壓強由連通器原理可知等于左側管中部分氣柱的壓強，其大小為pa+h1， 所以pa+h1=p0+h2，pa=p0+h2-h1.,能力思維方法,【解題回顧】計算氣體壓強的方法主要有(1)利用液體產生壓強p=駁h(平衡時)和傳遞壓強知識計算；(2)取封閉氣體的一段液柱或活塞為研究對象.通過受力分析，根據受力平衡或牛頓第二定律求解,能力思維方法,【例2】如圖所示8-3-2所示，固定在水平地面上的氣缸內封閉著一定質量的氣體，活塞與氣缸內壁接觸光滑且不漏氣，活塞的橫截面積s=100cm2，受到f1=200n水平向左的推力而平衡，此時，缸內氣體對活塞的平均壓力為f2=1200n，則缸內氣體的壓強p= pa，缸外大氣壓強p0= pa.,圖8-3-2,能力思維方法,【解析】選擇活塞作為研究對象，分析受力，如圖8-3-3所示，在豎直方向，活塞受重力和氣缸的彈力平衡，在水平方向，活塞受到向左的推力f1和大氣壓力f0，向右受到被封閉氣體的壓力f2.,圖8-3-3,能力思維方法,根據壓強的定義，缸內氣體壓強 p=f2/s=1200/(10010-4)pa=1.2105pa. 由活塞受力平衡得f2=p0s+f1. 大氣壓強 p0=(f2-f1)/s =(1200-200)/(10010-4)pa=1.0105pa.,能力思維方法,【例3】如圖8-3-4所示，很長的玻璃直管內用長h=0.2m的水銀柱封閉著一定質量的氣體，設外界大氣壓為p0=1.010pa，當玻璃管開口向上沿動摩擦因數為 的斜面自由下滑時，被封閉氣體的壓強是多少?,能力思維方法,【解析】因為tg，所以玻璃管會沿斜面加速下滑，被封閉的氣體體積與壓強均發生變化，直至水銀柱與玻璃管獲得相同的加速度，二者保持相對靜止為止.,能力思維方法,以玻璃管和水銀柱為研究對象，其受力如圖8-3-5(甲)所示，設總質量為m，由牛頓第二定律列出： mgs