滬科版物理高二上7-a物體的內(nèi)能教學(xué)設(shè)計課堂練習(xí)反思-閱讀頁
2024-12-09 22:21本頁面
【正文】 功 熱傳遞 ? 注意 :做功和熱傳遞在改變內(nèi)能的效果上是等效的。焦耳實驗指出，當(dāng)一物體（或系統(tǒng)）從某一初始狀態(tài)經(jīng)各種 不同的絕熱過程到達(dá)某一終了狀態(tài)時，在所有這些絕熱過程中，外界對物體（系統(tǒng)）所作的功值都相等。由此得到一個所謂的 “ 能定理 ” ：任何一個物體（系統(tǒng)）在平衡狀態(tài)下有一個函數(shù) E與之對應(yīng)，這狀態(tài)函數(shù)稱為物體（系統(tǒng)）的內(nèi)能，當(dāng)這個物體（系統(tǒng)）從第一狀態(tài)經(jīng)過一個絕熱過程到第二狀態(tài)后，它內(nèi)能的增量等于在過程中外界對它所作的功值，即： 內(nèi)能是儲藏在物體內(nèi)部的能量 ，或是物體內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動的能量。它的改變只會影響物體內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動的變化，從而引起各種熱現(xiàn)象（如膨脹、收縮、熔解、凝固、蒸發(fā)、擴(kuò)散等等）的產(chǎn)生。它應(yīng)包括分子的平動、轉(zhuǎn)動和振動能；由分子間相互作用決定的勢能；組成分子的原子的動能和勢能；原子核外電子的運(yùn)動能；核內(nèi)的能量和物體內(nèi)部空間的電磁輻射等。在熱學(xué)中，通常情況下，原子核外電子的能量、核內(nèi)能量、物體內(nèi)部空間的電磁輻射是不變化的，所以，物體內(nèi)能又往往只指物體內(nèi)分子（包括原子）無規(guī)則運(yùn)動的動能和相互作用的勢能。這里的 “ 動能之和 ”包含著分子的平動、轉(zhuǎn)動和振動的動能等，也可以包括分子內(nèi)部原子的振動動能。 內(nèi)能和熱能的含義弄懂后，我們就可以進(jìn)一步來討論兩者的聯(lián)系和區(qū)別。 （ 2）熱能的大小隨溫度的變化而單調(diào)變化。例如，在處理理想氣體問題的時候，特別是由單原子分子組成的理想氣體，由于只考慮大量分子具有的動能，內(nèi)能和熱能是相等的。熱能屬于內(nèi)能范 疇，但內(nèi)能不光包括熱能。 熱傳遞與熱傳導(dǎo) 有許多人在學(xué)習(xí)物理、解答物理習(xí)題時，常把熱傳遞與熱傳導(dǎo)混為一談，認(rèn)為熱傳遞與熱傳導(dǎo)描述的是同一物理過程，殊不知它們是兩個不同的概念。前者能量交換的方式就是作宏觀機(jī)械功的方式，后者能量交換的方式就是所謂的熱傳遞。它通過熱傳導(dǎo)、對流和熱輻射三種方式來實現(xiàn)。在熱力學(xué)中，把除了熱傳遞以外的其他一切能量轉(zhuǎn)移方式都?xì)w于作功。 由以上論述可知，熱傳遞是能量傳遞的一種方式，它具體又包括熱傳導(dǎo)、對流和熱輻射三種形式。 熱傳導(dǎo)指的是物質(zhì)系統(tǒng)（氣體、液體或固體），由于內(nèi)部各處溫度不均勻而引起的熱能（內(nèi)能）從溫度較高處向溫度較低處輸運(yùn)的現(xiàn)象。熱傳導(dǎo)是固體中熱傳遞的主要方式，在氣體、液體中它往往與對流同時發(fā)生。 對流作為熱傳遞的一種途徑，是流體（氣體、液體）中熱傳遞的主要方式。 對流往往自發(fā)產(chǎn)生，這是由于溫度不均勻性所引起的壓力或密度差異的結(jié)果。物體溫度越高，輻射越強(qiáng)。任何物體只要溫度高于絕對零度，就能輻射電磁波，波長 為 0． 4～ 40微米范圍內(nèi)的電磁波（即可見光與紅外線）能被物體吸收而變成熱能，故稱為熱射線。例如，太陽傳給地球的熱能就是以熱輻射的方式經(jīng)過宇宙空間而來的。 熱量與熱能 業(yè)已證明，欲使物體的內(nèi)能增加，可以通過兩種不同的方式來達(dá)到。如焦耳當(dāng)初用以測定熱功當(dāng)量的實驗，就是用機(jī)械作功的方法攪動水銀，使水銀的內(nèi)能增大，從而使水銀的溫度升高的；又如，把兩物體摩擦，兩物體的內(nèi)能都能增大，從而使它們的溫度升高，另一種方式是把物體與 另一高溫物體直接熱接觸，通過一定時間，低溫物體的溫度也能升高直至與高溫物體溫度相同。從能量守恒的觀點看，此過程中必定是高溫物體中一部分能量通過分子間的無規(guī)則碰撞傳給了低溫物體。這里所論的“能量”顯然是指物體的內(nèi)能，而內(nèi)能中又包含著熱能。于是，熱學(xué)上把熱傳遞過程中物體內(nèi)能的這種改變量稱作為熱量?；蛘呖梢哉f，熱量是在熱傳遞過程中傳遞的能量。熱量與功一樣是個過程量，即熱量與具體過程有關(guān)系，它既不是狀態(tài)函數(shù)也不是狀態(tài)參量。所以，當(dāng)高溫物體與低溫物體熱接觸后，高溫物體的 熱量就自動地傳給低溫物體，直至兩者含有相同的熱量為止，這時兩者就達(dá)成了所謂的熱平衡。 還有一點值得一提。例如，物體（系統(tǒng)）在等溫變化過程中，物體（系統(tǒng)）與外界肯定存在熱交換，然而，上式就不能正確地反映出來。 （ 2）熱能的大小隨溫度的變化而變化，而熱量只有在特定的熱傳遞過程中才可以把它看成是溫度變化的函數(shù)（例如 ）。所以，沒有了過程，熱量也就沒有意義。當(dāng)然，當(dāng)一個物體內(nèi)部各處溫度不均勻時也存在能量的傳遞過程，即有熱量可論，但這屬特殊情況。 內(nèi)能與熱量的區(qū)別 內(nèi)能是一個狀態(tài)量，一個物體在不同的狀態(tài)下有不同的內(nèi)能，而熱量是一個過程量，它表示由于熱傳遞而引起的變化過程中轉(zhuǎn)移的能量，即內(nèi)能的改變量．如果沒有熱傳遞，就無所謂熱量，但此時物體仍有確定的內(nèi)能．例如，我們只能說 “ 某物體在某溫度時具有多少內(nèi)能 ” 而不能說 “ 某物體在某溫度時具有多少熱量． ” [探究活動 ] 題目： 怎樣測量阿伏加德羅常數(shù) 組織： 分組 方案：查閱資料，設(shè)計原理，實際操作 評價： 方案的可行性、科學(xué)性、可操作性 題目：內(nèi)能的利用 組織：分組 方案：調(diào)查內(nèi)能在哪些領(lǐng)域有哪些應(yīng)用，說明內(nèi)能應(yīng)用的意義，寫出調(diào)查報告 評價：調(diào)查報告的科學(xué)性
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