1、1滬科版物理高二年級第一學(xué)期第二篇第七章A物體的內(nèi)能-學(xué)案1物體的內(nèi)能 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】復(fù)習(xí)物體內(nèi)能的概念，能量守恒定律，熱力學(xué)第一、第二定律。【學(xué)習(xí)重難點】能量守恒定律。【學(xué)習(xí)過程】一、物體的內(nèi)能rEr0o1做熱運動的分子具有的動能叫分子動能。溫度是物體分子熱運動的平均動能的標(biāo)志。溫度越高，分子做熱運動的平均動能越大。2由分子間相對位置決定的勢能叫分子勢能。分子力做正功時分子勢能減小；分子力作負(fù)功時分子勢能增大。（所有勢能都有同樣結(jié)論：重力做正功重力勢能減小、電場力做正功電勢能減小。）由上面的分子力曲線可以得出：當(dāng)r=r0即分子處于平衡位置時分子勢能最小。不論r從r0增大還是減小，分子勢能都將增

2、大。如果以分子間距離為無窮遠(yuǎn)時分子勢能為零，則分子勢能隨分子間距離而變的圖像如右。可見分子勢能與物體的體積有關(guān)。體積變化，分子勢能也變化。3物體中所有分子做熱運動的動能和分子勢能的總和叫做物體的內(nèi)能。物體的內(nèi)能跟物體的溫度和體積都有關(guān)系：溫度升高時物體內(nèi)能增加；體積變化時，物體內(nèi)能變化。二、熱力學(xué)第一定律做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能。也就是說，做功和熱傳遞對改變物體的內(nèi)能是等效的。但從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點看又是有區(qū)別的：做功是其他能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化，功是內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度；而熱傳遞是內(nèi)能間的轉(zhuǎn)移，熱量是內(nèi)能轉(zhuǎn)移的量度。外界對物體所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q等于物體內(nèi)能的增加U，即U=Q+

3、W 這在物理學(xué)中叫做熱力學(xué)第一定律。在這個表達式中，當(dāng)外界對物體做功時W取正，物體克服外力做功時W取負(fù)；當(dāng)物體從外界吸熱時Q取正，物體向外界放熱時Q取負(fù)；U為正表示物體內(nèi)能增加，U為負(fù)表示物體內(nèi)能減小。三、能量守恒定律能量守恒定律指出：能量即不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變。能量守恒定律是自然界普遍適用的規(guī)律之一，是研究自然科學(xué)的強有力的武器之一。四、熱力學(xué)第二定律：1熱傳導(dǎo)的方向性。熱傳導(dǎo)的過程是有方向性的，這個過程可以向一個方向自發(fā)地進行（熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體），但是向相反的方向卻不能自

4、發(fā)地進行。2第二類永動機不可能制成。我們把沒有冷凝器，只有單一熱源，從單一熱源吸收熱量全部用來做功，而不引起其它變化的熱機稱為第二類永動機。這表明機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性：機械能可以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機械能。3熱力學(xué)第二定律。表述：不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化（按熱傳導(dǎo)的方向性表述）。不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化（按機械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性表述）。第二類永動機是不可能制成的。熱力學(xué)第二定律使人們認(rèn)識到：自然界種進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。它揭示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，使得它成為獨立于

5、熱力學(xué)第一定律的一個重要的自然規(guī)律。4能量耗散。自然界的能量是守恒的，但是有的能量便于利用，有些能量不便于利用。很多事例證明，我們無法把流散的內(nèi)能重新收集起來加以利用。這種現(xiàn)象叫做能量的耗散。它從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀現(xiàn)象具有方向性?！纠?】下列說法中正確的是（ ）A物體自由下落時速度增大，所以物體內(nèi)能也增大B物體的機械能為零時內(nèi)能也為零C物體的體積減小溫度不變時，物體內(nèi)能一定減小D氣體體積增大時氣體分子勢能一定增大解：物體的機械能和內(nèi)能是兩個完全不同的概念。物體的動能由物體的宏觀速率決定，而物體內(nèi)分子的動能由分子熱運動的速率決定。分子動能不可能為零（溫度不可能達到絕對零度），而物

6、體的動能可能為零。所以AB不正確。物體體積減小時，分子間距離減小，但分子勢能不一定減小，例如將處于原長的彈簧壓縮，分子勢能將增大，所以C也不正確。由于氣體分子間距離一定大于r0，體積增大時分子間距離增大，分子力做負(fù)功，分子勢能增大，所以D正確?！纠?】下列說法中正確的是（ ）A物體吸熱后溫度一定升高。B物體溫度升高一定是因為吸收了熱量。C0的冰化為0的水的過程中內(nèi)能不變。D100的水變?yōu)?00的水汽的過程中內(nèi)能增大。解：吸熱后物體溫度不一定升高，例如冰融化為水或水沸騰時都需要吸熱，而溫度不變，這時吸熱后物體內(nèi)能的增加表現(xiàn)為分子勢能的增加，所以A不正確。做功也可以使物體溫度升高，例如用力多次來回

7、彎曲鐵絲，彎曲點鐵絲的溫度會明顯升高，這是做功增加了物體的內(nèi)能，使溫度上升，所以B不正確。冰化為水時要吸熱，內(nèi)能中的分子動能不變，但分子勢能增加，因此內(nèi)能增加，所以C不正確。水沸騰時要吸熱，內(nèi)能中的分子動能不變但分子勢能增加，所以內(nèi)能增大，D正確?！纠?】“奮進號”航天飛機進行過一次太空飛行，其主要任務(wù)是給國際空間站安裝太陽能電池板。該太陽能電池板長L=73m，寬d=12m，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化率為=20%，已知太陽的輻射總功率為P0=383×1026W，地日距離為R0=15×1011m，國際空間站離地面的高度為h=370km，它繞地球做勻速圓周運動約有一半時間在地球的陰影內(nèi)，所以在它能發(fā)電的時間內(nèi)將把所發(fā)電的一部分儲存在蓄電池內(nèi)。由以上數(shù)據(jù)，估算這個太陽能電池板能對國際空間站提供的平均功率是多少？解：由于國際空間站離地面的高度僅為地球半徑的約二十分之一，可認(rèn)為是近地衛(wèi)星，h遠(yuǎn)小于R0，因此它離太陽的距離可認(rèn)為基本不變，就是地日距離R0.太陽的輻射功率應(yīng)視為均勻分布在以太陽為圓心，地日距離為半徑的球面上，由此可以算出每平方米接收到的太陽能功率I0