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(已改無錯字)
2023-01-01 22:21:28 本頁面
【正文】 ．一定質(zhì)量的氣體的狀態(tài)參量 p、 V、 T既經(jīng)確定 之后，與這個狀態(tài)相應(yīng)的內(nèi)能只有一個數(shù)值．設(shè) 分別表示物體在狀態(tài) 1和狀態(tài) 2時的內(nèi)能，如果物體沒有跟外界發(fā)生熱交換，測出改變物體狀態(tài)時所消耗的功，就可以確定兩個狀態(tài)的內(nèi)能差 了．在一般的情況下，物體的狀態(tài)發(fā)生變化時，做功和熱傳遞往往是同時存在的，無論物體狀態(tài)變化經(jīng)歷怎樣的過程， 只要兩個狀態(tài)確定了，內(nèi)能的變化也就確定了．實際上我們用到的只是內(nèi)能的變化．內(nèi)能的變化可以用做功和傳遞的熱量來量度．物體在某一狀態(tài)的內(nèi)能的絕對值是無法測定的． 內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別 內(nèi)能與機(jī)械能所對應(yīng)的運動形式不同：內(nèi)能對應(yīng)的是微觀的分子熱運動；機(jī)械能對應(yīng)的是宏觀物體的機(jī)械運動．內(nèi)能由物體的溫度和體積決定；機(jī)械能由物體機(jī)械運動的速度及相對高度決定．內(nèi)能與機(jī)械能在一定條件下（例如：做功）可能發(fā)生轉(zhuǎn)化． 內(nèi)能與熱能 內(nèi)能這個物理量首先是由焦耳實驗結(jié)出的。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。因為在絕熱過程中，外界對物體（系統(tǒng)）所作的功與中間經(jīng)過的路徑無關(guān)，而只與物體（系統(tǒng)）的初始狀態(tài)和終了狀態(tài)有關(guān)，所以，這個功值必等于一個狀態(tài)函數(shù)在終態(tài)與初態(tài)的函數(shù)值之差。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)運動的能量。它的增加、減少并不引起物體在空間速度的改變，也并不代表物體在空間的宏觀機(jī)械運動。它的改變只會影響物體內(nèi)部物質(zhì)運動的變化，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。從微觀角度看，物體的內(nèi)能是物體內(nèi)一切能量之和。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；原子核外電子的運動能；核內(nèi)的能量和物體內(nèi)部空間的電磁輻射等。因分子運動論只考慮到物質(zhì)分子和原子這個層次，所以，物體的內(nèi)能僅指分子和原子的無規(guī)則運動動能和相互 作用的勢能之和。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)則運動的動能和相互作用的勢能。而熱能是物體內(nèi)部所有分子（包括原子）作無規(guī)則熱運動的動能之和。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。因為分子的熱運動動能是隨著溫度而變化的，所以，物體的熱能也隨著溫度的變化而變化。 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。 （ 1）內(nèi)能和熱能表達(dá)的 對象都是物體所處的某一熱力學(xué)狀態(tài)，兩者都屬于能的范疇，是兩個狀態(tài)函數(shù)。 （ 2）熱能的大小隨溫度的變化而單調(diào)變化。然而，在一般情況下，內(nèi)能與溫度卻沒有確定的關(guān)系，只有理想氣體的內(nèi)能才僅是溫度的函數(shù)，這個結(jié)果叫做焦耳定律。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。 （ 3）內(nèi)能既然泛指物體內(nèi)的一切能量，那它的外延明顯就寬于熱能。熱能屬于內(nèi)能范 疇，但內(nèi)能不光包括熱能。從概念間的關(guān)系看，內(nèi)能和熱能亦是一種從屬關(guān)系，其中內(nèi)能是屬概念，熱能 是種概念。 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。 由內(nèi)能與熱能一節(jié)以及熱、熱運動與熱現(xiàn)象的闡述可知，物體的內(nèi)能就是組成物體全部分子、原子的動能、勢能和內(nèi)部電子能等總和，物體內(nèi)能的改變可以通過分子、原子有規(guī)則運動的能量交換來達(dá)成，也可以通過分子、原子的無規(guī)則運動的能量交換來達(dá)成（或者是兩者兼有）。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。更確切地講，所 謂熱傳遞就是沒有作宏觀機(jī)械功而使內(nèi)能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分的過程。它通過熱傳導(dǎo)、對流和熱輻射三種方式來實現(xiàn)。實際熱傳遞過程中，這三種方式常常是相伴進(jìn)行的，重要的是看哪一種方式占主要地位。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。所以，熱傳遞和作功是能量轉(zhuǎn)移的兩種方式，除此之外沒有其他方式。 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。為了幫助大家能把熱傳遞與熱傳導(dǎo)更好地加以區(qū)別，下面我們有必要對熱傳導(dǎo)、對 流和總輻射分別作論述。 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的現(xiàn)象。 熱傳導(dǎo)的實質(zhì)是由大量分子、原子或電子的相互碰
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