物理选修3-3_7.5内能

1、一一. .平衡态和状态参量平衡态和状态参量v密封在容器中的气体系统达到平衡态时密封在容器中的气体系统达到平衡态时, ,各各点的温度和压强都不再随时间变化了点的温度和压强都不再随时间变化了. .在物理学中，通常把所研究在物理学中，通常把所研究的对象称为系统的对象称为系统1用来描述系统状态的物理量，用来描述系统状态的物理量，叫做系统的状态参量叫做系统的状态参量2系统宏观性质不再随时间变化，这系统宏观性质不再随时间变化，这种情况下就说系统达到了平衡态。种情况下就说系统达到了平衡态。3v气体状态参量用体积、压强、温度来描述。气体状态参量用体积、压强、温度来描述。注意点注意点v热力学系统的平衡态是一种动

2、态平衡热力学系统的平衡态是一种动态平衡, ,组成系统组成系统的分子仍在不停地做无规则运动的分子仍在不停地做无规则运动, ,只是分子运动只是分子运动的平均效果不随时间变化的平均效果不随时间变化, ,表现为系统的宏观性表现为系统的宏观性质不随时间变化质不随时间变化. .v平衡态是一种理想情况平衡态是一种理想情况, ,因为系统完全不受外界因为系统完全不受外界影响是不可能的影响是不可能的. .热平衡与温度热平衡与温度温度温度温度温度温度是表示物体冷热程度的物理量，反温度是表示物体冷热程度的物理量，反映了组成物体的大量分子的无规则运动映了组成物体的大量分子的无规则运动的激烈程度。的激烈程度。热平衡与温度

3、热平衡与温度热平衡热平衡v一个系统与另一个系统发生相互作用一个系统与另一个系统发生相互作用, ,最后两个最后两个系统的状态参量不再变化系统的状态参量不再变化, ,说明两个系统具有了说明两个系统具有了某个某个”共同性质共同性质”-两个系统达到了热平衡两个系统达到了热平衡. .v例例: :在一个绝热系统中在一个绝热系统中, ,把一个烧烫的铁块放入冷把一个烧烫的铁块放入冷水中水中, ,铁块会慢慢变冷铁块会慢慢变冷, ,水会慢慢变热水会慢慢变热, ,最后它们最后它们变得一样热了变得一样热了, ,这种冷热程度相同就是它们的共这种冷热程度相同就是它们的共同性质同性质, ,因此把处于热平衡系统具有的因此把处

4、于热平衡系统具有的共同性质共同性质定义为定义为温度温度. .v一切达到热平衡的系统都具有相同的一切达到热平衡的系统都具有相同的温度温度。热平衡与温度热平衡与温度热平衡热平衡v只要两个系统在接触时它们的状态不发生只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化变化, ,则这两个系统原来就处于热平衡的则这两个系统原来就处于热平衡的. .v如果两个系统分别与第三个系统达到热平如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡衡, ,则这两个系统彼此之间也必定处于热平则这两个系统彼此之间也必定处于热平衡衡-热平衡定律热平衡定律( (热力学第零定律热力学第零定律). ).温度计与温标温度计与温标温度计温度计v 温度计是测量

5、温度的工具。温度计是测量温度的工具。v 热平衡定律是温度计测量物体温度的原理热平衡定律是温度计测量物体温度的原理. .v 家庭和物理实验室常用温度计是利用水银、酒精、煤油家庭和物理实验室常用温度计是利用水银、酒精、煤油等液体的热膨胀规律来制成的。等液体的热膨胀规律来制成的。v 另外，还有金属电阻温度计、压力表式温度计、热电偶另外，还有金属电阻温度计、压力表式温度计、热电偶温度计、双金属温度计、半导体热敏电阻温度计、磁温温度计、双金属温度计、半导体热敏电阻温度计、磁温度计、声速温度计、频率温度计等等。度计、声速温度计、频率温度计等等。温度计与温标温度计与温标温标温标v温度的数值表示法叫做温标。温

6、度的数值表示法叫做温标。v用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度v标准大气压下冰的熔点为标准大气压下冰的熔点为0,0,水的沸点为水的沸点为100.100.v在国际单位制中，常采用热力学温标表示的温度，在国际单位制中，常采用热力学温标表示的温度，叫热力学温度。叫热力学温度。他是国际单位制中七个基本他是国际单位制中七个基本物理量之一。物理量之一。v热力学温度热力学温度( (T T) )与摄氏温度与摄氏温度( (t t) )的关系为：的关系为： T Tt t+273.15 +273.15 （K K）温度计与温标温度计与温标温标温标注意点！注意点！两种温度数值不同，但改变两种

7、温度数值不同，但改变1 K和和1的温度差的温度差相同相同1K是低温的极限，只能无限接近，但不可能是低温的极限，只能无限接近，但不可能达到达到2与具体的测温物质无关的温标与具体的测温物质无关的温标3Physic5.内能内能一一. . 分子的动能分子的动能分子分子运动运动存在分存在分子动能子动能分子运动分子运动无规则无规则分子平分子平均动能均动能物体里所有分子动能的平均值nEEnikik 1v大量分子的运动速率不尽相同，以中大量分子的运动速率不尽相同，以中等速率者占多数在研究热现象时，等速率者占多数在研究热现象时，有意义的不是一个分子的动能，而是有意义的不是一个分子的动能，而是大量分子动能的平均值

8、大量分子动能的平均值温度温度温度是表示温度是表示物体的冷热物体的冷热程度程度宏观含义宏观含义 微观含义微观含义从分子动理论的观从分子动理论的观点来看：温度是物点来看：温度是物体分子热运动的平体分子热运动的平均动能的标志，温均动能的标志，温度越高，物体分子度越高，物体分子热运动平均动能越热运动平均动能越大大从微观上看与分子的个数从微观上看与分子的个数和平均动能有关和平均动能有关从宏观上看与物体的质量，从宏观上看与物体的质量，摩尔质量和温度有关。摩尔质量和温度有关。分子总动能分子总动能注意点注意点v同一温度下，不同同一温度下，不同物质分子的平均动物质分子的平均动能都相同但由于能都相同但由于不同物质

9、的分子质不同物质的分子质量不一定相同所量不一定相同所以分子热运动的平以分子热运动的平均速率也不一定相均速率也不一定相同同v温度反映的是大量温度反映的是大量分子平均动能的大分子平均动能的大小，不能反映个别小，不能反映个别分子的动能大小，分子的动能大小，同一温度下，各个同一温度下，各个分子的动能不尽相分子的动能不尽相同同二二. .分子的势能分子的势能地面上的物体地面上的物体, ,由于与地由于与地球相互作用球相互作用发生弹性形变的弹簧发生弹性形变的弹簧, , 相互作用相互作用分子间相互作用分子间相互作用重力势能重力势能弹性势能弹性势能分子势能分子势能v1.分子势能分子势能: 分子间存在着相互作用力，

10、因此分子分子间存在着相互作用力，因此分子间所具有的由它们的相对位置所决定间所具有的由它们的相对位置所决定的能的能.v2.分子力做功跟分子势能变化的关系分子力做功跟分子势能变化的关系 分子力做正功时，分子势能减少，分分子力做正功时，分子势能减少，分子力做负功子力做负功 时，分子势能增加时，分子势能增加如果分子间距如果分子间距离约为离约为10-10m数量级时，分数量级时，分子的作用力的子的作用力的合力为零，此合力为零，此距离为距离为r0。当分子距离小于当分子距离小于r0时，分子间的时，分子间的作用力表现为斥作用力表现为斥力，要减小分子力，要减小分子间的距离必须克间的距离必须克服斥力做功，因服斥力做

11、功，因此，分子势能随此，分子势能随分子间距离的减分子间距离的减小而增大。小而增大。如果分子间距离如果分子间距离大于大于r0时，分子时，分子间的相互作用表间的相互作用表现为引力，要增现为引力，要增大分子间的距离大分子间的距离必须克服引力做必须克服引力做功，因此，分子功，因此，分子势能随分子间的势能随分子间的距离增大而增大距离增大而增大 结论结论 分子间距离以分子间距离以r r0 0为数值基准，为数值基准，r r不论减小或增大，不论减小或增大，分子势能都增大。所以说，分子在平衡位置处分子势能都增大。所以说，分子在平衡位置处是分子势能最低点是分子势能最低点rr=r0EpEpEp最小最小v取分子间距离

12、是无限远时分子势能为零值取分子间距离是无限远时分子势能为零值v分子间距离从无限远逐渐减少至分子间距离从无限远逐渐减少至r0以前过程，以前过程，分子间的作用力表现为引力，而且距离减少，分子间的作用力表现为引力，而且距离减少，分子引力做正功，分子势能不断减小，其数值分子引力做正功，分子势能不断减小，其数值将比零还小为负值。将比零还小为负值。v分子间距离到达分子间距离到达r0以后再减小，分子作用力表以后再减小，分子作用力表现为斥力，在分子间距离减小过程中，克服斥现为斥力，在分子间距离减小过程中，克服斥力做功，使分子势能增大。其数值将从负值逐力做功，使分子势能增大。其数值将从负值逐渐变大至零，甚至为正

13、值。渐变大至零，甚至为正值。分子势能曲线分子势能曲线分子力分子力曲线曲线3. 决定分子势决定分子势能的因素能的因素v 一般选取两分子间距离很大（一般选取两分子间距离很大（ r10r0 ）时，分子势能为零）时，分子势能为零v 在在rr0的条件下，分子力为引力，当两分子逐渐靠近至的条件下，分子力为引力，当两分子逐渐靠近至r0过程过程中，分子力做正功，分子势能减小中，分子力做正功，分子势能减小 在在rr0的条件下，分子力为斥力，当两分子间距离增大至的条件下，分子力为斥力，当两分子间距离增大至r0过程中，过程中，分子力也做正功，分子势能也减小分子力也做正功，分子势能也减小 当两分子间距离当两分子间距离

14、rr0时，分子势能最小时，分子势能最小微观微观分子势能分子势能跟分子间跟分子间距离距离r有有关关宏观宏观分子势能跟分子势能跟物体的体积物体的体积有关有关三三. .物体的内能物体的内能v1.物体的内能：物体中所有分子热运动的物体的内能：物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能动能和分子势能的总和叫做物体的内能v2.任何物体都具有内能因为一切物体都任何物体都具有内能因为一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互作用是由不停地做无规则热运动并且相互作用着的分子所组成着的分子所组成v3决定物体内能的因素决定物体内能的因素 （1）从宏观上看：物体内能的大小由物体的摩尔数、）从宏观上看：物

15、体内能的大小由物体的摩尔数、温度和体积三个因素决定温度和体积三个因素决定 （2）从微观上看：物体内能的大小由组成物体的分子）从微观上看：物体内能的大小由组成物体的分子总数，分子热运动的平均动能和分子间的距离三个总数，分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定因素决定 E内内=Ek+Ep=NEk+NEp （决定于（决定于T、V、分子数、分子数N）物体内能根机械能的区别物体内能根机械能的区别能量形能量形式不同式不同两者两者关系关系决定因决定因素不同素不同v物体的内能和物体的机物体的内能和物体的机械能分别跟两种不同的械能分别跟两种不同的运动形式相对应，内能运动形式相对应，内能是由于组成物体的大量

16、是由于组成物体的大量分子的热运动及分子间分子的热运动及分子间的相对位置而使物体具的相对位置而使物体具有的能而机械能是由有的能而机械能是由于整个物体的机械运动于整个物体的机械运动及其与它物体间相对位及其与它物体间相对位置而使物体具有的能置而使物体具有的能能量形能量形式不同式不同两者两者关系关系决定因决定因素不同素不同v决定能量的因素不同内决定能量的因素不同内能只与物体的温度和体积能只与物体的温度和体积有关，而与整个物体的运有关，而与整个物体的运动速度路物体的相对位置动速度路物体的相对位置无关机械能只与物体的无关机械能只与物体的运动速度和跟其他物体的运动速度和跟其他物体的相对位置有关，与物体的相对

17、位置有关，与物体的温度体积无关温度体积无关能量形能量形式不同式不同两者两者关系关系决定因决定因素不同素不同v一个具有机械能的物体，一个具有机械能的物体，同时也具有内能；一个同时也具有内能；一个具有内能的物体不一定具有内能的物体不一定具有机械能具有机械能v它们之间可以转化它们之间可以转化能量形能量形式不同式不同两者两者关系关系决定因决定因素不同素不同 机械能是物体做机械运动和物体形变所决定的机械能是物体做机械运动和物体形变所决定的能，机械能中的动能和势能为物体的动能和势能能，机械能中的动能和势能为物体的动能和势能内能与机械能的区别内能与机械能的区别 内能是由大量分子的热运动和分子的相对位置内能是

18、由大量分子的热运动和分子的相对位置所决定的能，内能中的动能和势能是物体内分子的所决定的能，内能中的动能和势能是物体内分子的全部动能和势能全部动能和势能 机械能可以为零；内能不为零机械能可以为零；内能不为零它们之间可以转化它们之间可以转化经典例题经典例题1v质量相等的氢气和氧气质量相等的氢气和氧气,温度相同温度相同,不考虑分不考虑分子间的势能子间的势能,则则 A.氧气的内能较大氧气的内能较大 B.氢气的内能较大氢气的内能较大 C.两者内能相等两者内能相等 D.氢气分子的平均动能较大氢气分子的平均动能较大经典例题经典例题2v对于下列物体内能的议论，正确的有对于下列物体内能的议论，正确的有 A.0的

19、水比的水比0的冰内能大。的冰内能大。 B.物体运动的速度越大，则内能越大。物体运动的速度越大，则内能越大。 C.水分子的内能比冰分子的内能大。水分子的内能比冰分子的内能大。 D.100克克0的冰比的冰比100克克0的水内能小。的水内能小。经典例题经典例题3v有甲、乙两种气体，如果甲气体内分子平均速有甲、乙两种气体，如果甲气体内分子平均速率比乙气体内平均速率大，则率比乙气体内平均速率大，则 A甲气体温度，一定高于乙气体的温度甲气体温度，一定高于乙气体的温度 B甲气体温度，一定低于乙气体的温度甲气体温度，一定低于乙气体的温度 C甲气体的温度可能高于也可能低于乙气体的甲气体的温度可能高于也可能低于乙

20、气体的 温度温度 D甲气体的每个分子运动都比乙气体每个分子甲气体的每个分子运动都比乙气体每个分子运动的快运动的快经典例题经典例题4v有两个分子，用有两个分子，用r表示它们之间的距离，当表示它们之间的距离，当 r =r0时，两分子间的斥力和引力相等，使两分子从相时，两分子间的斥力和引力相等，使两分子从相距很远处（距很远处（r r0 ）逐渐靠近，直至不能靠近为）逐渐靠近，直至不能靠近为止（止（r r0 ）在整个过程中两分子间相互作用的）在整个过程中两分子间相互作用的势能势能A一直增加一直增加B一直减小一直减小C先增加后减小先增加后减小D先减小后增加先减小后增加分子分子势能势能分子分子动能动能分子因

21、热运动而具有的能量分子因热运动而具有的能量同温度下各分子的分子动能同温度下各分子的分子动能K 不同不同分子动能的平均值仅和温度有关分子动能的平均值仅和温度有关分子间因有相互作用力而具有的、由它们相对位置决定的能量分子间因有相互作用力而具有的、由它们相对位置决定的能量rr0时时,rP;0时时,rP。0时，时，P最小最小P随物态的变化而变化随物态的变化而变化物体内所有分子的物体内所有分子的K 和和P 总和总和物体的内能与温度和体积有关物体的内能与温度和体积有关内能参考答案内能参考答案1.分子的平均动能分子的平均动能 温度温度 表示物体的冷热程度表示物体的冷热程度 相对位置相对位置 体积体积 2.D

22、 3.B 4.AC 5.动动 分子势分子势 温度温度 体积体积 6.能量能量 内能内能 7.50的水的水 5kg的水的水 8.CD 9.B 10.不对。与车厢动能对应的是机械能，与组成不对。与车厢动能对应的是机械能，与组成车厢的分子动能对应的是内能车厢的分子动能对应的是内能 11.ABC 12.B C 13. C1.(1)弹簧无压缩也无伸长时，即弹簧无形变时，系统弹簧无压缩也无伸长时，即弹簧无形变时，系统的弹性势能最小的弹性势能最小(2)如果把弹簧拉长，放开时小球的运动使系统的势能如果把弹簧拉长，放开时小球的运动使系统的势能减少。如果把弹簧压缩，放开时小球的运动使系统的减少。如果把弹簧压缩，放开时小球的运动使系统的势能减少。因为不论弹簧被拉长释放还是压缩释放，势能减少。因为不论弹簧被拉长释放还是压缩释放，弹簧都将要恢复到原长的状态（即势能最小的状态）弹簧都将要恢复到原长的状态（即势能最小的状态）如果系统不受外力，处于稳定状态，则系统的势能可如果系统不受外力，处于稳定状态，则系统的势能可以任意定，一般定为零。以任意定，一般定为零。教科书教科书P16问题与练习参考答案问题与练习参考答案2.两个同种电荷的相互作用力为斥力，从无穷远处使它两个同种电荷的相互作用力为斥力，从无穷