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1、物体的内能能的转化和守恒定律要点疑点考点课 前 热 身能力思维方法延伸拓展要点疑点考点1.内能的概念(1)分子的平均动能：物体内分子动能的平均值叫分子平均动能.温度是分子平均动能的标志.温度越高，分子平均动能越大.要点疑点考点【说明】 温度是大量分子的平均动能的标志，对个别分子来讲，温度无意义. 不同物质的物体，如果温度相同，则它们的分子平均动能相同，但它们的分子平均速率不同. 分子的平均动能与物体机械运动的速率无关.要点疑点考点(2)分子势能：意义：由于分子间存在着引力和斥力，所以分子具有由它们的相对位置决定的能，称为分子势能.分子势能的决定因素.微观上：决定于分子间距离和分子排列情况.宏观
2、上：分子势能的大小与物体的体积有关，但和温度与分子平均动能的关系不同，分子势能随物体的体积的变化并不是单调的.要点疑点考点(3)物体的内能： 物体中所有分子动能与势能的总和叫物体的内能.内能是状态量. 物体的内能是由物质的量、温度、体积等因素所决定的. 对于气体，只考分子动能，一定质量气体的内能只由温度决定.要点疑点考点2.物体的内能的变化改变物体的内能有两种方式：(1)做功其他形式的能与内能相互转化的过程，内能改变可以用做功的数值来量度.(2)热传递是物体间内能转移的过程.内能改变可以用传递的热量数值来量度.要点疑点考点 热传递的条件：温度不同.热量自动地从高温物体向低温物体传递，当温度相等
3、时达到动态平衡即热平衡.热量是过程量，与物体的内能多少、温度高低无关. 做功和热传递在改变物体的内能上是等效的.要点疑点考点二、能的转化和守恒定律1.热力学第一定律：(1)内容：物体内能的增量E等于外界对物体做的功W和物体吸收的热量Q的总和.(2)表达式：W+Q=E，(3)符号法则：外界对物体做功物体体积减小，W取正值；物体对外界做功物体体积增大，W取负值.物体吸收热量，Q取正值；物体放出热量，Q取负值；物体内能增加， E取正值，物体内能减少， E取负值.要点疑点考点2.能的转化和守恒定律 能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或从一个物体转移到别的物体.【说明】
4、(1)能的转化和守恒定律是自然界的普遍规律.违背该定律的永动机每类永动机是永远无法实现的.(2)物质的不同运动形式对应不同的形式的能.各种形式的能在一定条件下可以转化或转移，在转化或转移过程中，能的总量守恒.要点疑点考点3.热力学第二定律(1)两种表述： 不可能使热量由低温物体传递到高温物体而不引起其他变化.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化.或：第二类永动机是不可能制成的.(2)意义：有大量分子参与的宏观过程有方向性.如“能量耗散”要点疑点考点4.能源与环境 常规能源有：煤、石油、天然气等，存量有限，利用时对环境有污染. 新能源有：风能、水流能、太阳能、沼气、原子能
5、等，资源丰富，无(或者少)污染.课 前 热 身1.A、B两个分子，在外力作用下从相距10-6m处逐渐靠近到不能再靠近的过程中，分子力对A、B两个分子()A.始终做正功B.始终做负功C.先做正功后做负功D.先做负功后做正功课 前 热 身2.下列说法中正确的是(A)A.温度相等的物本内部分子的平均动能相等B.体积相等的物体内部分子的势能相等C.温度、体积相等的物体的内能相等D.吸收相等热量的物体的内能相等课 前 热 身3.内能可与其他形式的能互相转化，例如，通过电流的导线温度升高，是 电 能转化为内能；燃料燃烧生热，是 化学 能转化为内能；炽热的电灯灯丝发光，是电能转化为 光 能.课 前 热 身4
6、.设想发明一种热机，用它把物体与地面摩擦产生的热量全部都吸过来，并再对该物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦而停止运动的物体重新运动起来，而不引起其他变化，这是否违背了能量守恒定律? 不违背 ，那么这种热机能造出来吗? 不能 若不能，那么是违背了 热力学第二定律.课 前 热 身5.用活塞压缩气缸里的空气，对空气做了850J的功，同时气缸向外散热200J，空气的内能将 增加 (填“增加”或“减小”) 650J .能力思维方法【例1】关于分子势能，下列说法中正确的是(设两分子相距无穷远时分子势能为0)(C)A.体积增大，分子势能增大，体积缩小，分子势能减小B.当分子间距离r=r 0时，分子间合
7、力为0，所以分子势能为0C.当分子间作用力为引力时，体积越大，分子势能越大D.当分子间作用力为斥力时，体积越大，分子势能越大能力思维方法【解析】设想两个分子间距处于无穷远处(r10-9m)，此时分子间势能为0.当两个分子越来越近，分子间引力做正功，分子势能减小，当r=r 0时，分子势能减到最小为负值，故选项B错误.分子间为引力时，体积越大，分子间距越大，分子间引力做负功，分子势能增大；分子间为斥力时，体积越大，分子间距越大，分子间斥力做正功，分子势能减小. 故选项A与D错，选项C正确能力思维方法【例2】关于物体内能及其变化，下列说法正确的是(B)A.物体的温度改变时，其内能必定改变B.物体对外
8、做功，其内能不一定改变，向物体传递热量，其内能不一定改变C.对物体做功，物体内能必定改变；物体向外传出一定热量，其内能必定改变D.若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变能力思维方法【解析】一定质量的物体，其内能由温度和体积共同决定物体的温度改变时，其内能不一定改变.所以A错误.做功和热传递是改变物体内能的两种方式若物体对外做功W焦，同时吸收Q焦的热量，且WQ，则物体的内能减少；WQ，则物体的内能不变；WQ，则物体的内能增加，所以只有B正确. 能力思维方法【解题回顾】关于内能变化的讨论，一方面从内能的微观意义和对应宏观表征量来看，取决于温度、体积和物质的量；另一方面有两种物理过程做功和
9、热传递都可以改变物体的内能分析问题既要有发散思维选准思路，又要有全面的观点注意思维的严密性.能力思维方法【例3】一定质量的气体从外界吸收了4.2105J的热量，同时气体对外做了6105J的功，问：(1)物体的内能增加还是减少?变化量是多少?(2)分子势能是增加还是减少?(3)气体的温度是增加还是减少?能力思维方法【解析】(1)气体从外界吸热，Q=4.2105气体对外做功，W=-6105J.由热力学第一定律得：E=W+Q=(-6105)+(4.2105)J=-1.8105J.E为负，说明气体的内能减少了，减少1.8105J(2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，考虑此时分
10、子间相互作用为引力，分子力做负功，气体分子势能增加了(3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少了所以，气体温度增大.能力思维方法【解题回顾】本题中虽然判断出分子势能增加了，但无法确定分子势能增加了多少，因而也无法确定分子动能减少了多少还应注意研究对象不是理想气体.能力思维方法【例4】下面设想符合能量转化和守恒定律的是(D)A.利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械B.做成一条船，利用流水的能量逆水航行C.通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行D.利用核动力，驾驶地球离开太阳系能力思维方法【解析】利用磁场能可以使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦
11、力的不可避免性，动能最终转化为内能使转动停止，故A错，让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机起飞；故B、C可选；设计一种利用反冲理论以核动力为能源，使地球获得足够大的能量，挣脱太阳引力的束缚而离开太阳系，故D可选.延伸拓展【例5】用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触2点插在冷水中，如图8-2-2所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象这一实验是否违反热力学第二定律?热水和冷水的温度是否会发生变化?简述这过程中能的转化情况.图8-2-2延伸拓展
12、【解析】这一实验不违反热力学第二定律热力学第二定律的开尔文表述为“不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其他影响”此实验中热水为高温热源，冷水为低温热源热水的温度下降，冷水的温度升高这说明热水中的一部分内能转化为电流的能量，而一部分电流能量在冷水中放热，又转化为冷水的内能，即产生了其他影响.气体的状态参量要点疑点考点课 前 热 身能力思维方法延伸拓展要点疑点考点一、温度(T) 1.意义：从宏观上看，温度表示物体的冷热程度；从分子动理论的观点来看，温度反映的是物体内大量分子无规则运动的激烈程度，是物体内大量分子平均动能的标志.要点疑点考点 2.温标：即数值表示法：(1)摄氏温标(
13、t)，单位0.(2)热力学温标(T)，单位K，绝对零度(0K)是低温的极限，只能接近不能达到，更不可能有比绝对零度更低的温度.摄氏温标与热力学温标的关系：T=t273K，用这两种温标表示的温度变化量间关系是Tt.要点疑点考点二、体积(V) 1.气体分子间平均距离大于10r0，分子力接近0，因而可以自由移动，总会充满整个容器的空间.所以气体的体积就是指气体所充满的容器的容积. 2.体积的单位有:m3、cm3、mm3、L、mL等，1cm3=1L,1mm3=1mL；在标准状况下，1mol任何气体的体积都是22.4L.要点疑点考点三、压强(p)1.气体的压强是由于大量分子无规则运动碰撞器壁而产生的.
14、2.气体分子的平均速率越大、气体分子的密度越大，气体分子对容器壁碰撞的作用力和频繁程度也越大，所以，一定质量的某种气体的压强，既与气体的温度有关，还与气体的体积有关.气体中各处向各个方向的压强大小都相等. 3.压强的国际单位是Pa，常用的还有atm、cmHg.它们之间换算关系为：1atm=76cmHg=1.013Pa.课 前 热 身1.下列说法正确的是(D)A.一定质量的气体的体积是不变的B.气体的体积等于所有气体分子的体积之和C.气体的温度升高，所有气体分子热运动的动能都增大D.封闭容器内气体对各个方向的压强大小相等课 前 热 身2.下列关于温度的一些叙述，不正确的是(A)A.理论上讲温度可
15、以低于0K，技术上尚未实现B.温度是表示物体冷热程度的物理量C.温度是物体分子平均动能的标志D.温度可以用摄氏温标表示，也可以用热力学温标表示课 前 热 身 3.从微观角度看，气体压强的大小跟两个因素有关，一个是分子的 平均动能 ，一个是 分子数密度 .能力思维方法【例1】如图8-3-1所示的(甲)、(乙)、(丙)、(丁)中玻璃管中都灌有水银，分别求出四种情况被封闭气体A的压强(设大气压强为76cmHg)图8-3-1能力思维方法【解析】在图(甲)中，对C点，向下的压强为pC=pA+5,而C点向上的压强根据连通器的原理知等于大气压强p0， 所以pA=p0-5=76-5=71cmHg. 在图(乙)
16、中对C点，由连通器原理得向下的压强pC=pA+10,而C点向上的压强就是大气压强p0， 所以pA=p0-10=76-10=66cmHg.能力思维方法 在图(丙)中对C点，斜向下的压强pC=pA+10sin30，而C点向上的压强就是大气压强p0， 所以pA=p0-10sin30=76-=cmHg. 在图(丁)中对C点，由右侧管得向下的压强为pC=p0+h2，而C点向上的压强由连通器原理可知等于左侧管中部分气柱的压强，其大小为pA+h1， 所以pA+h1=p0+h2，pA=p0+h2-h1.能力思维方法【解题回顾】计算气体压强的方法主要有(1)利用液体产生压强p=駁h(平衡时)和传递压强知识计算；
17、(2)取封闭气体的一段液柱或活塞为研究对象.通过受力分析，根据受力平衡或牛顿第二定律求解能力思维方法【例2】如图所示8-3-2所示，固定在水平地面上的气缸内封闭着一定质量的气体，活塞与气缸内壁接触光滑且不漏气，活塞的横截面积S=100cm2，受到F1=200N水平向左的推力而平衡，此时，缸内气体对活塞的平均压力为F2=1200N，则缸内气体的压强p= Pa，缸外大气压强p0= Pa.图8-3-2能力思维方法【解析】选择活塞作为研究对象，分析受力，如图8-3-3所示，在竖直方向，活塞受重力和气缸的弹力平衡，在水平方向，活塞受到向左的推力F1和大气压力F0，向右受到被封闭气体的压力F2.图8-3-
18、3能力思维方法根据压强的定义，缸内气体压强 p=F2/S=1200/(10010-4)Pa=1.2105Pa.由活塞受力平衡得F2=p0S+F1. 大气压强 p0=(F2-F1)/S =(1200-200)/(10010-4)Pa=1.0105Pa.能力思维方法【例3】如图8-3-4所示，很长的玻璃直管内用长h=0.2m的水银柱封闭着一定质量的气体，设外界大气压为p0=1.010Pa，当玻璃管开口向上沿动摩擦因数为 的斜面自由下滑时，被封闭气体的压强是多少?能力思维方法【解析】因为tg，所以玻璃管会沿斜面加速下滑，被封闭的气体体积与压强均发生变化，直至水银柱与玻璃管获得相同的加速度，二者保持相
19、对静止为止.能力思维方法 以玻璃管和水银柱为研究对象，其受力如图8-3-5(甲)所示，设总质量为M，由牛顿第二定律列出： Mgsin-MgcosMa 再以水银柱为研究对象，设其质量为m，横截面积为S，密度为，则m=駂S,受力情况如图8-3-5(乙)所示，由牛顿第二定律得： hSgsinp0S-pS=hSa联立、解得： p=p0+1/4gh=1.06610Pa.延伸拓展【例4】1679年法国物理学家帕平发明了高压锅，高压锅与普通铝锅不同，锅盖通过几个牙齿似的锅齿与锅体镶嵌旋紧，加上锅盖与锅体之间有橡皮制的密封圈，所以锅盖与锅体之间不会漏气，在锅盖中间有一排气孔，上面再套上类似砝码的限压阀，将排气
20、孔堵住.当加热高压锅，锅内气体压强增加到一定程度时，气体就把限压阀顶起来，这时蒸汽就从排气孔向外排出.延伸拓展 由于高压锅内的压强大，温度高，食物容易煮烂.若已知某高压锅的限压阀质量为0.06kg，排气孔直径为0.3cm，则锅内气体的压强最大可达多少?设压强每增加3.610Pa，水的沸点相应增加1，则锅内的最高温度可达多高?(取大气压强p0=10Pa)延伸拓展【解析】锅内气体压强增加到一定程度时，气体就把限压阀顶起来，此时锅内气体的压强最大：锅内的最大压强为：p=p0+mg/S， 且有S=d2/4，代入数据解得：p=1.83105Pa.由于压强每增加约3.6103Pa，水的沸点相应增加1，以10Pa时水的沸点为100，可求得1.83105Pa时水的沸点： t=100+(1.83-1)105/(3.6103)=123.
