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初三物理 第二講
分子運動論 內(nèi)能
一.網(wǎng)上課堂
(一)本講主要內(nèi)容
1. 分子運動論的基本內(nèi)容.
2. 用分子運動論解釋擴散等簡單的物理現(xiàn)象.
3. 大量分子熱運動的速度、溫度、內(nèi)能三者間的關(guān)系.
4. 改變內(nèi)能的兩種方法.
5. 能量守恒定律,并用它解釋簡單的物理現(xiàn)象.
(二)學習指導
1. 本講知識結(jié)構(gòu):
2.知識要點分析:
(1) 分子運動論是熱學的基本理論,它的三個要點是:
①物質(zhì)是由分子構(gòu)成的.分子很小,若把分子看成球形,其直徑d分子≈10-10m.
②一切物體的分子都在不停地做無規(guī)則運動.擴散現(xiàn)象向我們充分地證實了這一點,同時擴散現(xiàn)象還說明了分子之間有間隙,分子運動的快慢與物體的冷熱程度——溫度有關(guān).大量分子的運動也叫做熱運動.
③分子間同時存在著相互作用的引力和斥力.分子間有個平衡距離,分子力的大小隨著分子間距離的變化而改變:
分子距離
引力斥力變化
引力斥力大小
合力
性質(zhì)
r=r0
f引=f斥≠0
F分=0
平衡力
r
r0
r↑ f引↓,f斥↓
f引>f斥
F分=f引-f斥
引力
r≥10r0
f引=f斥=0
F分=0
無力
(2) 固體、液體、氣體的分子結(jié)構(gòu):
狀態(tài)
性質(zhì)
固體
液體
氣體
晶體
非晶體
分子排列
規(guī)則
不規(guī)則堆積
無規(guī)則
無規(guī)則
分子距離
最 小
較 小
最 大
分子力
最 大
較 大
無
分子
運動
在平衡位置附近無規(guī)則振動
可在平衡位置附近振動也可能在其他分子間移動
勻速直線運動,只有碰撞時改變速度大小和方向,整體仍無規(guī)則
宏觀
現(xiàn)象
保持一定的體積和形狀
有流動性,沒有一定形狀,有一定體積
有流動性,易壓縮,沒有一定的體積和形狀
(3) 內(nèi)能的大小:
內(nèi) 能 = 所有分子(動能 + 分子勢能)
微觀量
分子數(shù)
分子速度
分子力、分子距離
宏觀量
質(zhì)量m
溫度t
物質(zhì)狀態(tài)
①當物體的質(zhì)量、溫度都不變時,它處于氣態(tài)時內(nèi)能最大,液態(tài)較小,固態(tài)最小.
②一切物體都具有內(nèi)能.即便是溫度降到絕對零度,分子動能為零,但分子力仍存在,分子勢能不為零,物體仍然有內(nèi)能.
注:內(nèi)能針對的是物體,而不是個別分子.
(4) 內(nèi)能和機械能的區(qū)別:
種類
項目
內(nèi)能
機械能
定義
物體內(nèi)部所有分子做無規(guī)則運動的動能和分子勢能的總和
動能和勢能統(tǒng)稱為機械能
決定因素
大量分子的熱運動和分子間的相互作用所決定的能量
整個物體由機械運動的情況所決定的能量
能量大小
與物體的質(zhì)量、體積、溫度、狀態(tài)有關(guān)
與物體的質(zhì)量、速度、高度,彈性形變的程度有關(guān)
說明
一切物體都有內(nèi)能,靜止在水平地面上的物體可以認為沒有機械能,但它有內(nèi)能.內(nèi)能和機械能是根本不同的兩種形式的能,它們之間可以相互轉(zhuǎn)化.
(5) 改變內(nèi)能的方法之一:做功
① 對物體做功,物體的內(nèi)能會增大.
克服摩擦
壓縮體積
一般指 反復(fù)錘打 溫度明顯升高
反復(fù)扭轉(zhuǎn)
巨烈碰撞
② 物體對外做功,本身的內(nèi)能會減小.一般指物體體積膨脹做功(多研究
氣體)
(6) 改變內(nèi)能的方法之二:熱傳遞
① 條件:物體間存在溫度差(或同一物體各部分間存在溫度差).
② 方向:熱總是從高溫物體傳向低溫物體(或由物體的高溫部分傳向低溫部分),直到它們溫度相同時為止.
③ 熱量:在熱傳遞過程中,傳遞內(nèi)能的多少.符號:“Q”.單位:“J”.
④ 內(nèi)能與熱量:熱傳遞時,高溫物體放出熱量.溫度降低,內(nèi)能減少;低溫物體吸收熱量,溫度升高,內(nèi)能增加.
⑤ 熱傳遞的實質(zhì):內(nèi)能從高溫物體傳遞給低溫物體.
兩種改變物體內(nèi)能的方法:做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的.
(7) 能量守恒定律:
① 各種形式的能量在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移.例如:
熱傳遞:內(nèi)能由高溫物體轉(zhuǎn)移給低溫物體.
碰撞:機械能由一個物體轉(zhuǎn)移給另一物體.
摩擦:機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.
飛機、火箭:內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能.
水輪機:機械能轉(zhuǎn)化為電能.
電動機:內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能.
電熱器:電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.
電燈:電能轉(zhuǎn)化為光能.
太陽灶:太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.
太陽能電池:太陽能轉(zhuǎn)化為化學能,電池使用時:化學能轉(zhuǎn)化為電能.
核電站:核能轉(zhuǎn)化為電能.等等.
② 各種形式的能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中,能的總量保持不變.
③ 定律內(nèi)容:能量既不會消滅,也不會創(chuàng)生,它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式,或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一物體,而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中,能量的總量保持不變.
④ 定律的意義:
A.是自然界中最普遍的定律之一.大到宇宙、天體,小到原子以至更小的粒子運動都遵守這一規(guī)律.
B.反映自然現(xiàn)象的普遍聯(lián)系.自然科學中包括物理學、化學、生物學、醫(yī)學、地質(zhì)學等,不同學科研究不同的自然現(xiàn)象——對應(yīng)著各種形式的能量,而各種形式的能量的相互轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移,確立了各學科不是孤立的.
C.是我們認識自然、利用自然的重要依據(jù).科學家對微觀粒子的研究中發(fā)現(xiàn):β衰變能量不守恒——違背規(guī)律,說明有未知事件存在,反復(fù)實驗、測試,發(fā)現(xiàn)新粒子:中微子.當前,人類要控制自然災(zāi)害、環(huán)境污染,研究的基點就是能量守恒定律.
3.例題精講:
例一.固體和液體很難被壓縮的原因是:( )
A. 分子間存在著斥力;
B. 分子間無空隙;
C. 分子在不停地運動;
D. 分子間無引力.
分析及解:分子間總是同時存在著相互作用的引力和斥力,只是在某一時刻,是分子引力占優(yōu)勢,還是分子斥力占優(yōu)勢,要由分子間的距離來確定,∴D錯.
酒精與水都是液體,將它們混合后總體積減小的實驗表明:分子間存在著間隙,則B錯.
“分子在不停地運動”這句話本身不錯,但它不是固體、液體很難壓縮的理由,氣體分子無規(guī)則運動最激烈,然而氣體都很容易壓縮,故C也不是應(yīng)選擇的答案.
事實上,正是因為分子間存在著斥力,而且隨分子間距離的減小而越顯示出它的優(yōu)勢.這才使得固體和液體很難被壓縮.因此,正確答案是A.
例二.在“天氣真熱”、“壺中的水很熱”、“向居民區(qū)供熱”、“摩擦生熱”等話中都有一個“熱”字,這些“熱“字是否具有相同的物理意義?
分析及解:生活中的“熱”字往往是指物體的冷熱程度,即指的是溫度,顯然天氣熱、水熱都是指溫度高.
向居民區(qū)供“熱”顯然指的是通過熱傳遞的方式傳遞內(nèi)能,所以指的是熱量.
摩擦生“熱”指的是通過克服摩擦做功增加了物體的內(nèi)能,所以這里的熱指的是內(nèi)能.
說明:(1)溫度、內(nèi)能、熱量的區(qū)別.
定義的本質(zhì)
表述方法
存在的形式
溫
度
表示物體的冷熱程度,從分子運動論觀點看,溫度是物體分子平均動能的標志.
溫度是多少
溫度升高多少
溫度降低多少
溫度是狀態(tài)量,是物體內(nèi)所有分子熱運動的集體表現(xiàn),對個別分子談溫度毫無意義
內(nèi)
能
物體內(nèi)所有分子做無規(guī)則運動的動能和分子勢能的總和
具有內(nèi)能
內(nèi)能增加多少
內(nèi)能減少多少
內(nèi)能是狀態(tài)量,一切物體都具有內(nèi)能.
熱
量
在熱傳遞過程中傳遞內(nèi)能的多少
吸收熱量多少
放出熱量多少
熱量是過程量,只有在熱傳遞過程中才有意義.
(2)溫度、內(nèi)能、熱量的聯(lián)系.
溫度與熱量
在熱傳遞過程中,高溫物體溫度降低,放出熱量;低溫物體溫度升高,吸收熱量.
溫度與內(nèi)能
一個物體溫度變化是物體內(nèi)能變化的標志,給定的物體,溫度升高,內(nèi)能一定增加;溫度降低,內(nèi)能一定減少.
熱量與內(nèi)能
在熱傳遞過程中,用熱量來量度物體內(nèi)能的改變,一個物體吸收多少熱量,它的內(nèi)能就增加多少.
例三.下列說法正確的是( )
A. 物體吸收熱量,溫度一定會升高;
B. 物體溫度升高,一定吸收了熱量;
C. 物體溫度升高,內(nèi)能一定會增加;
D. 物體內(nèi)能增加,分子運動一定更激烈.
分析及解:晶體在熔化過程中,吸收熱量,但溫度不變,即“物體”所指的何種固體不清,∴A錯.
物體溫度升高,即內(nèi)能增加,而內(nèi)能增加的途徑除了吸熱,還有對物體做功.只有限定在“熱傳遞”過程,物體吸熱,內(nèi)能才一定增加,則B錯.
分子運動越激烈,物體溫度越高,但是內(nèi)能增加,溫度卻不一定升高,如晶體熔化時吸收熱量,內(nèi)能增加,溫度不變,即分子無規(guī)則運動的激烈程度不變,故D是錯的.
正確答案是C.
二.網(wǎng)上能力訓練
(一)網(wǎng)上能力訓練題
[A]基礎(chǔ)性訓練題
1.體積為1cm3的水中約含有3.361022個水分子,如果把它們平均分給我國所有的人(按12億人口計算),則每人可分到____個水分子.
2.不同物質(zhì)在____時,彼此____的現(xiàn)象叫擴散,這一現(xiàn)象表明______________,固、液、氣中擴散最慢的是____.
3.在量筒中注入50mL水后,再注入40mL酒精,當它們充分混合后,總體積將會____90mL,這一現(xiàn)象表明_________________________.
4.兩滴水銀相互接近時,能自動結(jié)合成一滴較大的水銀,這表明水銀分子間存在____,水銀分子間雖然存在間隙,但又很難壓縮,這表明水銀_________.
5.物體內(nèi)部____做無規(guī)則運動的____和____的總和叫物體的內(nèi)能,一個物體溫度____,分子____越激烈,所以把_________________叫做熱運動.
6.火柴可以擦燃,也可以放在火上點燃,前者是用____的方法使火柴燃燒,后者是用____的方法使火柴燃燒,這兩種方法都可以改變物體的____.
7.用水壺燒水,水燒開后,蒸汽會把壺蓋頂起,這時水蒸汽對壺蓋____,水蒸汽的一部分____能轉(zhuǎn)化為壺蓋的____能.
8.冬天人們用向手上呵氣或兩手互相摩擦兩種方式取暖,前者是用____使內(nèi)能____,后者利用____使內(nèi)能____,這時是____能轉(zhuǎn)化為____能.
9.如圖2-1所示,B是一個用閘門K鎖住的活塞,在氣
缸A中有密封的壓縮空氣,若氣缸與活塞間非常光滑,當拔出
K后,活塞將____,A內(nèi)的壓縮空氣要對____,氣體的內(nèi)能____,
溫度計示數(shù)____.
10.關(guān)于物體內(nèi)能,下列說法中正確的是( )
A. 0℃的物體內(nèi)能為零;
B. 一切物體都有內(nèi)能;
C. 物體溫度降低,內(nèi)能一定減少;
D. 運動的物體一定比靜止的物體內(nèi)能多.
11.能源利用的過程,實質(zhì)上是( )
A.創(chuàng)造能量; B. 能量使用后消失;
C.能量守恒; D. 使能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移.
[B]提高性訓練題
1. 下列各現(xiàn)象中可以說明分子間有斥力的是( )
A. 壓縮空氣壓強增大;
B. 液體很難壓縮;
C. 破鏡不能重圓;
D. 氣體會無限擴散.
2. 甲分子固定,乙分子由距甲分子5r0運動到0.7r0的過程中,兩分子受
力是( )
A. 乙分子先受引力后受斥力,甲分子不受力;
B. 兩分子都先受引力后受斥力;
C. 乙分子運動時受到的分子力中,分子引力變小,分子斥力變大;
D. 兩分子始終受力大小相等,方向相反,因而它們一直處于平衡狀態(tài).
3.兩個物體相互接觸時,它們之間沒有發(fā)生熱傳遞,這是因為它們具有相同的( )
A.內(nèi)能; B. 溫度; C. 熱量; D. 功.
4.下列說法中正確的是( )
A. 物體溫度升高,它的內(nèi)能一定增加;
B. 物體吸收熱量,它的溫度一定升高;
C. 物體溫度降低,它一定放出了熱量;
D. 物體內(nèi)能增加,分子運動一定更劇烈.
5.下列現(xiàn)象中屬于內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的是( )
A.古人“鉆木取火”; B. 太陽能汽車;
C. 空氣流動形成風; D. 火箭發(fā)射.
6. 如圖2-2所示,瓶內(nèi)有少量水,瓶口被塞緊,
用打氣筒向瓶內(nèi)打氣,當塞子從瓶口跳出時,瓶內(nèi)立
即出現(xiàn)“白霧”,這一現(xiàn)象表明( )
A. 瓶內(nèi)氣體密度變大,形成人眼看得到的白霧;
B. 瓶內(nèi)氣體推動活塞做功,內(nèi)能減少;
C. 瓶內(nèi)水吸熱,蒸發(fā)成白霧;
D. 瓶內(nèi)水蒸汽溫度降低,液化成小水滴.
7.關(guān)于功和能的關(guān)系,下列說法中正確的是( )
A. 正在做功的物體一定具有能;
B. 具有能的物體一定在做功;
C. 能做功的物體可能具有機械能;
D. 具有能的物體一定會做功.
8. 如圖2-3所示,A、B是兩個完全相同的金屬球,A球
放在水平支持面上,B球用繩懸掛著,它們溫度相同,現(xiàn)將兩
球加熱使它們升高相同的溫度,(繩與支持面都不吸收熱量),
則A、B兩球吸收的熱量相比( )
A.QA>QB; B. QA=QB; C. QA
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