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一、 温度
从宏观角度看,温度是表示物体的冷热程度的物理量,我们可以利用温度计来测量.从微观的角度看,物体温度的高低与物体内分子无规则运动的剧烈程度有关,温度高,分子运动的剧烈程度大;温度低,分子运动的剧烈程度小.
二、 内能
根据分子动理论可知,一切物质的分子都在不停地做无规则运动,而且分子具有一定的质量,因此,分子具有动能.同时,物体内部分子间存在着相互作用力,且分子之间有间隙,因此,分子具有势能.物体内部所有做无规则运动分子的动能和分子势能的总和,叫做物体的内能.
由于分子动能的大小与分子热运动的剧烈程度有关,也就是与分子运动的速度大小有关,所以物体的内能大小与温度的高低有关.温度相同的同种物质,质量大的物体内分子数量多,物体的内能就大.同种物质,质量相同、温度相同,它的内能也不一定相同.相同温度下,处于气态时的内能大于液态时的内能,而处于液态时的内能大于处于固态时的内能.物体发生汽化、熔化、升华时需要吸热,就是这个道理.可见,物体的内能与温度、质量、状态有关.
需要强调的是,内能不能说成是个别分子或少数分子所具有的,而是物体内部所有分子具有的动能和分子势能的总和.所以单独考虑一个分子的动能和分子势能是没有实际意义的.由于分子始终都在运动着的,所以一切物体在任何情况下都具有内能.
三、 物体内能的改变
改变物体内能的方法有做功和热传递两种.做功实质上是内能和其他形式的能(如机械能)相互转化的过程,其规律是:外界对物体(如气体)做功,物体的内能会增加;物体(如气体)对外界做功,物体的内能会减少.用热传递的方法改变物体的内能,实质上是内能的转移过程,是能量从高温物体传到低温物体的过程,其规律是:高温物体温度降低,内能减少;低温物体温度升高,内能增加.由于两种过程在改变物体内能上产生的效果是相同的,所以我们可以用做功和传递热量的多少来量度内能的改变量.
需要说明:(1)内能既然在任何情况下都不为零,那么能不能用具体的数值来表示物体内能的大小呢?物体的内能是一个状态量,在任何情况下都不为零,但不能用具体的数值来表示它的多少,而只能通过做功和热传递两种方法来改变它.做功的多少或吸收(或放出)热量的多少,是物体内能改变量,而不是物体本身具有内能的多少.
(2)物体的内能发生变化时,它的温度一定发生变化吗?物体内能发生变化时,它的温度不一定发生变化.比如晶体(如冰)在熔化的过程中,不断吸热,晶体的内能增大,但温度却保持不变.而水在凝固过程中,不断放热,内能减小,但温度也保持不变.
(3)温度高的物体一定比温度低的物体内能大吗?不一定.因为物体的内能不仅与温度有关,还与质量、状态有关.
(4)外界对物体做功,物体内能一定增大吗?不一定,只有在做功过程中改变物体的形状(或体积),如对物体进行压缩、碰撞、打击等,此时物体的内能才发生变化,否则物体的内能将不会发生变化.如将一石块举过头顶,举力对石块做了功,石块的重力势能增大了,但石块的内能却不发生变化.
四、内能与机械能的区别
内能和机械能是两种不同形式的能,两者虽然都与运动、相对位置有关,但它们具体的含义不同.机械能与整个物体的机械运动情况有关,而内能与物体内分子热运动和分子间的相互作用力有关.
内能是一切物体都具有的,这是因为不论温度高低,物体内部的分子都在做无规则运动,只是温度低时比温度高时分子热运动的剧烈程度低一些,但是物体不一定具有机械能,例如放在水平地面上静止不动的物体,它没有动能,以地面为参考平面,它的重力势能为零,那么它的机械能为零,但它的内能却不为零.
五、热传递和热量
热传递是能量从高温物体传向低温物体或从一个物体的高温部分传向低温部分的过程.发生的条件是两个物体或同一物体的两个部分之间存在温度差,如果温度相同就不发生热传递.传递方向是从高温物体传向低温物体或从同一物体的高温部分传向低温部分.传递的结果是发生热传递的物体间或同一物体各部分间的温度相等.
在热传递过程中,传递能量的多少叫做热量.物体吸收热量,内能会增加;物体放出热量,内能会减小.这里需要说明的是,不能说某个物体具有多少热量,也不能比较两个物体热量的多少,只有发生了热传递过程,有了内能的转移,才能讨论热量问题.热量的多少与物体内能的大小、物体温度的高低没有关系.不论吸热还是放热,热量的计算公式均为Q=cm(t2-t1),其中c为物体的比热容.
单位质量的某种物质,温度升高(或降低)1℃吸收(或放出)的热量叫做这种物质的比热容.比热容和密度一样都是物质的一种属性,每种物质都有自己的比热容.一种物质的比热容,不随物体吸收或放出热量的多少、物体质量大小、温度变化量的大小而变化.虽然我们可以用c=Q/m(t2-t1)来计算物质的比热容,但这仅是一个比值关系,并不代表比热容是由热量、质量和温度的变化量来决定.不同物质的比热容一般不同,比热容是由物质的种类及状态所决定的.
六、典型题例析
例1原来温度相同的甲、乙两个铜块,质量m甲=m乙/2,现将它们分别加热,使它们吸收相同的热量,然后充分接触,下列说法中正确的是().
A.温度由乙传给甲
B.热量由甲传给乙
C.温度由甲传给乙
D.热量由乙传给甲
解析热传递过程只是热量的传递,并不是温度的传递,故A、C错.根据公式Q=cm(t2-t1),当两者吸热Q相同时,m大,则(t2-t1)小,所以乙的温度升高得小,吸收相同的热量后乙的温度低.那么两者相接触,甲将会将热量传给乙,故正确答案为B.
例2下列说法中正确的是().
A.两杯水,温度高的那杯水中的内能一定较多
B.一个物体可以没有机械能,但一定有内能
C.一个物体可以没有内能,但一定有机械能
D.因为内能与温度有关,所以0°C的物体没有内能
解析两杯水的质量并不一定相同,因此,两者的内能无法比较,故A选项错误.在0°C时,物体内分子仍在运动着,仍具有内能,所以D选项错误.物体在任何情况下都具有内能,但不一定具有机械能,故C选项也错.正确选项为B.
例3物体间的热量总是从().
A.体积大的物体向体积小的物体传递
B.热量多的物体向热量少的物体传递
C.温度高的物体向温度低的物体传递
D.质量大的物体向质量小的物体传递
解析热传递的方向总是由高温物体传向低温物体,而与物体的体积、质量的大小无关,热量也只有在热传递过程中才有意义,故正确答案为C.
例4下列关于物体的内能的叙述中正确的是().
A.物体内能如果发生变化,一定是物体与外界发生了热传递
B.物体运动速度越大,内能就越大
C.物体对外做功,本身的内能可能减小
D.物体内能发生改变,它的温度一定升高
解析物体的内能变化,可能是物体与外界发生热传递所致,也可能是与外界有做功的联系所致,故A错误.物体的内能与机械能无关,故B错误.物体的内能若增加,则温度升高;内能若减少,则温度降低,故D错误.当物体对外做功时,需消耗能量,若没有外界的补充,则内能一定减少,故C正确.
例5下列现象中,属于做功使物体的内能发生改变的是().
A.酒精涂在手背上觉得凉
B.把铁钉钉在木板上,铁钉会变热
C.水被太阳晒热
D.把烧红的铁块放在冷水中,铁块的温度会下降
解析酒精涂在手背上觉得凉是液体的汽化现象,汽化过程中伴随着吸热,从而使手背感觉到凉,并不是做功的过程,故A错误.而C、D均为热传递现象.把铁钉钉在木板上的过程中,锤子打击钉子,对钉子做功,使钉子的温度升高,内能增大,故B正确.
从宏观角度看,温度是表示物体的冷热程度的物理量,我们可以利用温度计来测量.从微观的角度看,物体温度的高低与物体内分子无规则运动的剧烈程度有关,温度高,分子运动的剧烈程度大;温度低,分子运动的剧烈程度小.
二、 内能
根据分子动理论可知,一切物质的分子都在不停地做无规则运动,而且分子具有一定的质量,因此,分子具有动能.同时,物体内部分子间存在着相互作用力,且分子之间有间隙,因此,分子具有势能.物体内部所有做无规则运动分子的动能和分子势能的总和,叫做物体的内能.
由于分子动能的大小与分子热运动的剧烈程度有关,也就是与分子运动的速度大小有关,所以物体的内能大小与温度的高低有关.温度相同的同种物质,质量大的物体内分子数量多,物体的内能就大.同种物质,质量相同、温度相同,它的内能也不一定相同.相同温度下,处于气态时的内能大于液态时的内能,而处于液态时的内能大于处于固态时的内能.物体发生汽化、熔化、升华时需要吸热,就是这个道理.可见,物体的内能与温度、质量、状态有关.
需要强调的是,内能不能说成是个别分子或少数分子所具有的,而是物体内部所有分子具有的动能和分子势能的总和.所以单独考虑一个分子的动能和分子势能是没有实际意义的.由于分子始终都在运动着的,所以一切物体在任何情况下都具有内能.
三、 物体内能的改变
改变物体内能的方法有做功和热传递两种.做功实质上是内能和其他形式的能(如机械能)相互转化的过程,其规律是:外界对物体(如气体)做功,物体的内能会增加;物体(如气体)对外界做功,物体的内能会减少.用热传递的方法改变物体的内能,实质上是内能的转移过程,是能量从高温物体传到低温物体的过程,其规律是:高温物体温度降低,内能减少;低温物体温度升高,内能增加.由于两种过程在改变物体内能上产生的效果是相同的,所以我们可以用做功和传递热量的多少来量度内能的改变量.
需要说明:(1)内能既然在任何情况下都不为零,那么能不能用具体的数值来表示物体内能的大小呢?物体的内能是一个状态量,在任何情况下都不为零,但不能用具体的数值来表示它的多少,而只能通过做功和热传递两种方法来改变它.做功的多少或吸收(或放出)热量的多少,是物体内能改变量,而不是物体本身具有内能的多少.
(2)物体的内能发生变化时,它的温度一定发生变化吗?物体内能发生变化时,它的温度不一定发生变化.比如晶体(如冰)在熔化的过程中,不断吸热,晶体的内能增大,但温度却保持不变.而水在凝固过程中,不断放热,内能减小,但温度也保持不变.
(3)温度高的物体一定比温度低的物体内能大吗?不一定.因为物体的内能不仅与温度有关,还与质量、状态有关.
(4)外界对物体做功,物体内能一定增大吗?不一定,只有在做功过程中改变物体的形状(或体积),如对物体进行压缩、碰撞、打击等,此时物体的内能才发生变化,否则物体的内能将不会发生变化.如将一石块举过头顶,举力对石块做了功,石块的重力势能增大了,但石块的内能却不发生变化.
四、内能与机械能的区别
内能和机械能是两种不同形式的能,两者虽然都与运动、相对位置有关,但它们具体的含义不同.机械能与整个物体的机械运动情况有关,而内能与物体内分子热运动和分子间的相互作用力有关.
内能是一切物体都具有的,这是因为不论温度高低,物体内部的分子都在做无规则运动,只是温度低时比温度高时分子热运动的剧烈程度低一些,但是物体不一定具有机械能,例如放在水平地面上静止不动的物体,它没有动能,以地面为参考平面,它的重力势能为零,那么它的机械能为零,但它的内能却不为零.
五、热传递和热量
热传递是能量从高温物体传向低温物体或从一个物体的高温部分传向低温部分的过程.发生的条件是两个物体或同一物体的两个部分之间存在温度差,如果温度相同就不发生热传递.传递方向是从高温物体传向低温物体或从同一物体的高温部分传向低温部分.传递的结果是发生热传递的物体间或同一物体各部分间的温度相等.
在热传递过程中,传递能量的多少叫做热量.物体吸收热量,内能会增加;物体放出热量,内能会减小.这里需要说明的是,不能说某个物体具有多少热量,也不能比较两个物体热量的多少,只有发生了热传递过程,有了内能的转移,才能讨论热量问题.热量的多少与物体内能的大小、物体温度的高低没有关系.不论吸热还是放热,热量的计算公式均为Q=cm(t2-t1),其中c为物体的比热容.
单位质量的某种物质,温度升高(或降低)1℃吸收(或放出)的热量叫做这种物质的比热容.比热容和密度一样都是物质的一种属性,每种物质都有自己的比热容.一种物质的比热容,不随物体吸收或放出热量的多少、物体质量大小、温度变化量的大小而变化.虽然我们可以用c=Q/m(t2-t1)来计算物质的比热容,但这仅是一个比值关系,并不代表比热容是由热量、质量和温度的变化量来决定.不同物质的比热容一般不同,比热容是由物质的种类及状态所决定的.
六、典型题例析
例1原来温度相同的甲、乙两个铜块,质量m甲=m乙/2,现将它们分别加热,使它们吸收相同的热量,然后充分接触,下列说法中正确的是().
A.温度由乙传给甲
B.热量由甲传给乙
C.温度由甲传给乙
D.热量由乙传给甲
解析热传递过程只是热量的传递,并不是温度的传递,故A、C错.根据公式Q=cm(t2-t1),当两者吸热Q相同时,m大,则(t2-t1)小,所以乙的温度升高得小,吸收相同的热量后乙的温度低.那么两者相接触,甲将会将热量传给乙,故正确答案为B.
例2下列说法中正确的是().
A.两杯水,温度高的那杯水中的内能一定较多
B.一个物体可以没有机械能,但一定有内能
C.一个物体可以没有内能,但一定有机械能
D.因为内能与温度有关,所以0°C的物体没有内能
解析两杯水的质量并不一定相同,因此,两者的内能无法比较,故A选项错误.在0°C时,物体内分子仍在运动着,仍具有内能,所以D选项错误.物体在任何情况下都具有内能,但不一定具有机械能,故C选项也错.正确选项为B.
例3物体间的热量总是从().
A.体积大的物体向体积小的物体传递
B.热量多的物体向热量少的物体传递
C.温度高的物体向温度低的物体传递
D.质量大的物体向质量小的物体传递
解析热传递的方向总是由高温物体传向低温物体,而与物体的体积、质量的大小无关,热量也只有在热传递过程中才有意义,故正确答案为C.
例4下列关于物体的内能的叙述中正确的是().
A.物体内能如果发生变化,一定是物体与外界发生了热传递
B.物体运动速度越大,内能就越大
C.物体对外做功,本身的内能可能减小
D.物体内能发生改变,它的温度一定升高
解析物体的内能变化,可能是物体与外界发生热传递所致,也可能是与外界有做功的联系所致,故A错误.物体的内能与机械能无关,故B错误.物体的内能若增加,则温度升高;内能若减少,则温度降低,故D错误.当物体对外做功时,需消耗能量,若没有外界的补充,则内能一定减少,故C正确.
例5下列现象中,属于做功使物体的内能发生改变的是().
A.酒精涂在手背上觉得凉
B.把铁钉钉在木板上,铁钉会变热
C.水被太阳晒热
D.把烧红的铁块放在冷水中,铁块的温度会下降
解析酒精涂在手背上觉得凉是液体的汽化现象,汽化过程中伴随着吸热,从而使手背感觉到凉,并不是做功的过程,故A错误.而C、D均为热传递现象.把铁钉钉在木板上的过程中,锤子打击钉子,对钉子做功,使钉子的温度升高,内能增大,故B正确.