高二物理改变物体内能两种方式的典型例题

用心 爱心 专心 改变物体内能两种方式的典型例题改变物体内能两种方式的典型例题 例例 1 1 下列说法中正确的是 A 温度低的物体内能小 B 温度低的物体分子运动的平均速率小 C 做加速运动的物体 由于速度越来越大 因此物体分子的平 均动能越来越大 D 外界对物体做动时 物体的内能不一定增加 误解误解 选 A B C 正确解答正确解答 选 D 错因分析与解题指导错因分析与解题指导 内能是物体内所有分子的动能和势能的总 和 温度低的物体分子平均动能小 所有分子的动能和势能的总和不 一定小 所以 误解 中的选项 A 是错误的 用心 爱心 专心 因为不同物质的分子质量不同 温度低的物体 分子平均动能 固然小 但是分子质量未定 所以温度低的物体分子平均速率不一定 小 误解 中选项 B 错误 内能与机械能是不同形式的能量 加速运动的物体 宏观运动的 动能越来越大 但分子运动的平均速率不会因此而变大 所以分子平 均动能不变 误解误解 中的选项 C 也错误 物体内能的增减与做功和热传递有关 内能是否改变要看热传 递和做功的总和 若做功转化为物体的内能等于或小于物体放出的热 量 则物体的内能不变或减少 所以选项 D 才正确 例例 2 2 在标准大气压下 质量 100g 温度为 100 的水变为 100 的水蒸气时 体积由 1 04 102cm3变为 1 68 105cm3 试计 算水蒸气的内能增加了多少 已知水在 100 时的汽化热为 2 26 106J kg 分析分析 要使 100 的水变为 100 的水蒸气必须吸收汽化热 因 此水蒸气内能增加 但与此同时 水蒸气的体积比水的体积要大得多 体积膨胀要对外做功消耗内能 解解 100g100 的水变为 100 的水蒸气时 所吸收的热量为 用心 爱心 专心 Q Lm 2 26 106 0 1 2 26 105 J 水变为水蒸气时 等压膨胀对外做的功为 W p V 1 013 105 1 68 105 1 04 102 10 6 1 70 104 J 根据热力学第一定律 水蒸气的内能增加量为 U Q W 2 26 105 1 70 104 2 09 105 J 例例 3 3 采用绝热 即不交换热量 的方式使一定量的气体由初态 A 变化至终态 B 对于不同的绝热方式 下面说法正确的是 A 对气体所做的功不同 B 对气体所做的功相同 C 对气体不需做功 因为没有热的传递 D 以上三种说法都不对 分析分析 对于一定质量的气体 不管采用任何一种绝 热方式由状 态 A 变化到状态 B 都是绝热过程 在这一过程中 Q 0 根据热力 学第一定律 U W Q 可得 W U U EA EB 气体在初状态 A 有一 确定的内能 EA 在状态 B 有一确定的内能 EB 故 EA EB为恒 用心 爱心 专心 量 W EA EB采用任何一种绝热方式 W 都为恒量 所以 B 选项正 确 答答 B 例例 4 4 如图所示 容器 A B 各有一个可以自由移动的轻活塞 活塞下面是水 上面是大气 大气压强恒定 A B 的底部由带有阀 门 K 的管道相连 整个装置与外界绝热 起初 A 中水面比 B 中的高 打开阀门 使 A 中的水逐渐向 B 中流 最后达到平衡 在这个过程中 A 大气压力对水做功 水的内能减小 B 水克服大气压力做功 水的内能减小 C 大气压力对水不做功 水的内能不变 D 大气压力对水不做功 水的内能增加 分析分析 容器 A B 各有一个可以自由移动的轻活塞 活塞的质量 与器壁的摩擦忽略不计 打开阀门 K 后 根据连通器的原理 A 中的 水逐渐通过阀门流向 B 中 直到左右两边水面相平时达到平衡 用心 爱心 专心 解解 平衡前 A 容器中的 A 活塞向下移动 设 A 活塞截面积为 S1 移动距离为 l1 大气压力推动 A 活塞向下移动时对水做的功 WA p0S1l1 平衡前 B 容器中的 B 活塞向上移动 设 B 活塞截面积为 S2 移 动距离为 l2 大气压力通过活塞对水做负功 WB p0S2l2 由于水的总体积不变 则有 S1l1 S2l2 即 A 容器中大气 压对水 做的功 与 B 容器中水克服大气压力做的功大小相等 在整个过程中 大气压力对水做的功是上述两个功 正功 WA 负功 WB 的代数和 即 WA WB p0S1l1 p0S2l2 0 从而看出选项 A B 不正确 大气压力对水不做功 同时整个装置与外界绝热 没有 热交 换 但是水从容器 A 流向容器 B 的过程中 水的质心下 降 水的重 力做正功 水的重力势能减小 根据量 守恒定律 减少的水的势能 要转化为水的内能 水的内能增 加 这样选项 C 也不正确 只有选 项 D 正确 用心 爱心 专心 答答 选项 D 正确 例例 5 5 如图 U 型管左管口套有一小气球 管内装有水 银 当 在右管内再注入一些水银时 气球将鼓得更大 假设封闭气体与外界 绝热 则在注入水银时 封闭气体的体积 压强 内能将怎样变化 误解误解 因为注入水银后气球鼓得更大 所以封闭气体体积的增大 是显然的 又因气球的橡皮膜是有弹性的 气球鼓得越大 表明了封 闭气体的压强越大 由于气体体积的增大 使得气体密度减小 所以 气体的温度必须升高才能使气体压强增大 则气体内能增大 正确解答 当在右管注入水银时 气球将鼓得更大 表明内部 气体压强增大 据热力学第一定律 U W Q 因为 Q 0 若外界不对 气体做功 则气体内能不变 体积不变 密度 温度不变 于是压强 不会改变 若气体对外界做功 同理可知 气体压强必减小 所以 注入水银时只可能是外界对气体做功 封闭气体的体积减小 内能增 多 压强增大 错因分析与解题指导错因分析与解题指导 误解误解 中的思维定势是认为气球鼓大时 气体体积一定增大 从而导致错误的结论 用心 爱心 专心 实际上 气球鼓得更大首先表明的是气体压强增大了 由于气球 鼓大时 左管内水银柱也同时升高 无法直接判断封闭气体体积是增 大还是减小 所以 要改一改常规思路 转而想到利用热力学第一定 律来分析 在绝热过程中 只有在外界对气体做功时 才能使气体的 密度和温度同时增大 从而使气体压强增大 问题便迎刃而解 所以 利用热力学第一定律来分析一些气体状态变化问题 是常用的解题方 法 例例 6 6 如图 1 所示 在高为 1 8m 的光滑水平桌面上 放着一个 质量为 0 98kg 的铅块 M 地面上有一个水槽 一颗质量为 20g 的速 度为 200m s 的铅弹沿水平方向射入铅块后 一起掉入水槽中 设水 的质量为 170g 且水槽不导热 铅块在空气中的阻力不计 铅块放 出的热量全部被水吸收 铅的比热是 0 126 103J kg g 10m s2 求 1 由于铅弹和铅块之间的摩擦力做功 铅块可以获得的最大 内能是多少 2 水温升高多少度 用心 爱心 专心 分析分析 1 以铅弹和铅块做为研究对象 铅弹打入铅块的过程中 系 统的动量守恒 总能量守恒 所以系统损失的机械能全部转化为系统 增加的内能 可以用铅弹和铅块吸收的热量来量度它们增加的内能 由于它们的比热和升高的温度是相同的 因此它们吸收的热量是和它 们的质量成正比的 这样 在没有能量损失的情况下求出铅块所吸收 的热量 就是铅块可以获得的最大的内能 2 以铅弹 铅块 水槽中的水做为研究对象 系统在全部过 程中总能量守恒 取地面放置水槽处为零势位 初态铅弹和铅块有重 力势能 铅弹有动能 末态系统总的机械能为零 但系统总的内能增 加了 可以用铅块 铅弹 水槽中的水总共吸收的热量来量度系统增 加的内能 根据能量守恒定律列出方程 可求出水升高的温度 用心 爱心 专心 解答解答 1 对铅弹和铅块组成的系统 铅弹射入过程中动量守 恒 则有 铅弹射入铅块后 系统总共增加的内能是 铅弹增加的内能为 E1 铅块增加的内能为 E2 则有 2 对铅弹 铅块 水槽中的水组成系统 从铅弹开始射入铅 块到它们一同落入水槽且最后系统达到热平衡状态的过程中 系统的 能量守恒 则有 用心 爱心 专心 代入数值后可求得 T 0 5 C 说明说明 本题考查对热量 功 内能的增量 热传递和做功等