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初三物理 第二講
分子運動論 內(nèi)能
一．網(wǎng)上課堂
（一）本講主要內(nèi)容
1． 分子運動論的基本內(nèi)容.
2． 用分子運動論解釋擴散等簡單的物理現(xiàn)象.
3． 大量分子熱運動的速度、溫度、內(nèi)能三者間的關(guān)系.
4． 改變內(nèi)能的兩種方法.
5． 能量守恒定律，并用它解釋簡單的物理現(xiàn)象.
（二）學習指導
1． 本講知識結(jié)構(gòu)：
2．知識要點分析:
（1） 分子運動論是熱學的基本理論，它的三個要點是：
①物質(zhì)是由分子構(gòu)成的.分子很小，若把分子看成球形，其直徑d分子≈10-10m.
②一切物體的分子都在不停地做無規(guī)則運動.擴散現(xiàn)象向我們充分地證實了這一點，同時擴散現(xiàn)象還說明了分子之間有間隙，分子運動的快慢與物體的冷熱程度——溫度有關(guān).大量分子的運動也叫做熱運動.
③分子間同時存在著相互作用的引力和斥力.分子間有個平衡距離，分子力的大小隨著分子間距離的變化而改變：
分子距離
引力斥力變化
引力斥力大小
合力
性質(zhì)
r=r0
f引=f斥≠0
F分=0
平衡力
r
r0
r↑ f引↓,f斥↓
f引>f斥
F分=f引-f斥
引力
r≥10r0
f引=f斥=0
F分=0
無力
（2） 固體、液體、氣體的分子結(jié)構(gòu)：
狀態(tài)
性質(zhì)
固體
液體
氣體
晶體
非晶體
分子排列
規(guī)則
不規(guī)則堆積
無規(guī)則
無規(guī)則
分子距離
最 小
較 小
最 大
分子力
最 大
較 大
無
分子
運動
在平衡位置附近無規(guī)則振動
可在平衡位置附近振動也可能在其他分子間移動
勻速直線運動，只有碰撞時改變速度大小和方向，整體仍無規(guī)則
宏觀
現(xiàn)象
保持一定的體積和形狀
有流動性，沒有一定形狀，有一定體積
有流動性，易壓縮，沒有一定的體積和形狀
（3） 內(nèi)能的大?。?
內(nèi) 能 = 所有分子（動能 + 分子勢能）
微觀量
分子數(shù)
分子速度
分子力、分子距離
宏觀量
質(zhì)量m
溫度t
物質(zhì)狀態(tài)
①當物體的質(zhì)量、溫度都不變時，它處于氣態(tài)時內(nèi)能最大，液態(tài)較小，固態(tài)最小.
②一切物體都具有內(nèi)能.即便是溫度降到絕對零度，分子動能為零，但分子力仍存在，分子勢能不為零，物體仍然有內(nèi)能.
注：內(nèi)能針對的是物體，而不是個別分子.
（4） 內(nèi)能和機械能的區(qū)別：
種類
項目
內(nèi)能
機械能
定義
物體內(nèi)部所有分子做無規(guī)則運動的動能和分子勢能的總和
動能和勢能統(tǒng)稱為機械能
決定因素
大量分子的熱運動和分子間的相互作用所決定的能量
整個物體由機械運動的情況所決定的能量
能量大小
與物體的質(zhì)量、體積、溫度、狀態(tài)有關(guān)
與物體的質(zhì)量、速度、高度，彈性形變的程度有關(guān)
說明
一切物體都有內(nèi)能，靜止在水平地面上的物體可以認為沒有機械能，但它有內(nèi)能.內(nèi)能和機械能是根本不同的兩種形式的能，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化.
（5） 改變內(nèi)能的方法之一：做功
① 對物體做功，物體的內(nèi)能會增大.
克服摩擦
壓縮體積
一般指 反復錘打 溫度明顯升高
反復扭轉(zhuǎn)
巨烈碰撞
② 物體對外做功，本身的內(nèi)能會減小.一般指物體體積膨脹做功（多研究
氣體）
（6） 改變內(nèi)能的方法之二：熱傳遞
① 條件：物體間存在溫度差（或同一物體各部分間存在溫度差）.
② 方向：熱總是從高溫物體傳向低溫物體（或由物體的高溫部分傳向低溫部分），直到它們溫度相同時為止.
③ 熱量：在熱傳遞過程中，傳遞內(nèi)能的多少.符號：“Q”.單位：“J”.
④ 內(nèi)能與熱量：熱傳遞時，高溫物體放出熱量.溫度降低，內(nèi)能減少；低溫物體吸收熱量，溫度升高，內(nèi)能增加.
⑤ 熱傳遞的實質(zhì)：內(nèi)能從高溫物體傳遞給低溫物體.
兩種改變物體內(nèi)能的方法：做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的.
（7） 能量守恒定律：
① 各種形式的能量在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移.例如：
熱傳遞：內(nèi)能由高溫物體轉(zhuǎn)移給低溫物體.
碰撞：機械能由一個物體轉(zhuǎn)移給另一物體.
摩擦：機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.
飛機、火箭：內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能.
水輪機：機械能轉(zhuǎn)化為電能.
電動機：內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能.
電熱器：電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.
電燈：電能轉(zhuǎn)化為光能.
太陽灶：太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.
太陽能電池：太陽能轉(zhuǎn)化為化學能，電池使用時：化學能轉(zhuǎn)化為電能.
核電站：核能轉(zhuǎn)化為電能.等等.
② 各種形式的能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能的總量保持不變.
③ 定律內(nèi)容：能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變.
④ 定律的意義：
A．是自然界中最普遍的定律之一.大到宇宙、天體，小到原子以至更小的粒子運動都遵守這一規(guī)律.
B．反映自然現(xiàn)象的普遍聯(lián)系.自然科學中包括物理學、化學、生物學、醫(yī)學、地質(zhì)學等，不同學科研究不同的自然現(xiàn)象——對應著各種形式的能量，而各種形式的能量的相互轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，確立了各學科不是孤立的.
C．是我們認識自然、利用自然的重要依據(jù).科學家對微觀粒子的研究中發(fā)現(xiàn)：β衰變能量不守恒——違背規(guī)律，說明有未知事件存在，反復實驗、測試，發(fā)現(xiàn)新粒子：中微子.當前，人類要控制自然災害、環(huán)境污染，研究的基點就是能量守恒定律.
3．例題精講:
例一．固體和液體很難被壓縮的原因是：（ ）
A． 分子間存在著斥力；
B． 分子間無空隙；
C． 分子在不停地運動；
D． 分子間無引力.
分析及解：分子間總是同時存在著相互作用的引力和斥力，只是在某一時刻，是分子引力占優(yōu)勢，還是分子斥力占優(yōu)勢，要由分子間的距離來確定，∴D錯.
酒精與水都是液體，將它們混合后總體積減小的實驗表明：分子間存在著間隙，則B錯.
“分子在不停地運動”這句話本身不錯，但它不是固體、液體很難壓縮的理由，氣體分子無規(guī)則運動最激烈，然而氣體都很容易壓縮，故C也不是應選擇的答案.
事實上，正是因為分子間存在著斥力，而且隨分子間距離的減小而越顯示出它的優(yōu)勢.這才使得固體和液體很難被壓縮.因此，正確答案是A.
例二．在“天氣真熱”、“壺中的水很熱”、“向居民區(qū)供熱”、“摩擦生熱”等話中都有一個“熱”字，這些“熱“字是否具有相同的物理意義？
分析及解：生活中的“熱”字往往是指物體的冷熱程度，即指的是溫度，顯然天氣熱、水熱都是指溫度高.
向居民區(qū)供“熱”顯然指的是通過熱傳遞的方式傳遞內(nèi)能，所以指的是熱量.
摩擦生“熱”指的是通過克服摩擦做功增加了物體的內(nèi)能，所以這里的熱指的是內(nèi)能.
說明：（1）溫度、內(nèi)能、熱量的區(qū)別.
定義的本質(zhì)
表述方法
存在的形式
溫
度
表示物體的冷熱程度，從分子運動論觀點看，溫度是物體分子平均動能的標志.
溫度是多少
溫度升高多少
溫度降低多少
溫度是狀態(tài)量，是物體內(nèi)所有分子熱運動的集體表現(xiàn)，對個別分子談溫度毫無意義
內(nèi)
能
物體內(nèi)所有分子做無規(guī)則運動的動能和分子勢能的總和
具有內(nèi)能
內(nèi)能增加多少
內(nèi)能減少多少
內(nèi)能是狀態(tài)量，一切物體都具有內(nèi)能.
熱
量
在熱傳遞過程中傳遞內(nèi)能的多少
吸收熱量多少
放出熱量多少
熱量是過程量，只有在熱傳遞過程中才有意義.
（2）溫度、內(nèi)能、熱量的聯(lián)系.
溫度與熱量
在熱傳遞過程中，高溫物體溫度降低，放出熱量；低溫物體溫度升高，吸收熱量.
溫度與內(nèi)能
一個物體溫度變化是物體內(nèi)能變化的標志，給定的物體，溫度升高，內(nèi)能一定增加；溫度降低，內(nèi)能一定減少.
熱量與內(nèi)能
在熱傳遞過程中，用熱量來量度物體內(nèi)能的改變，一個物體吸收多少熱量，它的內(nèi)能就增加多少.
例三．下列說法正確的是（ ）
A． 物體吸收熱量，溫度一定會升高；
B． 物體溫度升高，一定吸收了熱量；
C． 物體溫度升高，內(nèi)能一定會增加；
D． 物體內(nèi)能增加，分子運動一定更激烈.
分析及解：晶體在熔化過程中，吸收熱量，但溫度不變，即“物體”所指的何種固體不清，∴A錯.
物體溫度升高，即內(nèi)能增加，而內(nèi)能增加的途徑除了吸熱，還有對物體做功.只有限定在“熱傳遞”過程，物體吸熱，內(nèi)能才一定增加，則B錯.
分子運動越激烈，物體溫度越高，但是內(nèi)能增加，溫度卻不一定升高，如晶體熔化時吸收熱量，內(nèi)能增加，溫度不變，即分子無規(guī)則運動的激烈程度不變，故D是錯的.
正確答案是C.
二．網(wǎng)上能力訓練
（一）網(wǎng)上能力訓練題
[A]基礎性訓練題
1．體積為1cm3的水中約含有3.361022個水分子，如果把它們平均分給我國所有的人（按12億人口計算），則每人可分到____個水分子.
2．不同物質(zhì)在____時，彼此____的現(xiàn)象叫擴散，這一現(xiàn)象表明______________，固、液、氣中擴散最慢的是____.
3．在量筒中注入50mL水后，再注入40mL酒精，當它們充分混合后，總體積將會____90mL，這一現(xiàn)象表明_________________________.
4．兩滴水銀相互接近時，能自動結(jié)合成一滴較大的水銀，這表明水銀分子間存在____，水銀分子間雖然存在間隙，但又很難壓縮，這表明水銀_________.
5．物體內(nèi)部____做無規(guī)則運動的____和____的總和叫物體的內(nèi)能，一個物體溫度____，分子____越激烈，所以把_________________叫做熱運動.
6．火柴可以擦燃，也可以放在火上點燃，前者是用____的方法使火柴燃燒，后者是用____的方法使火柴燃燒，這兩種方法都可以改變物體的____.
7．用水壺燒水，水燒開后，蒸汽會把壺蓋頂起，這時水蒸汽對壺蓋____，水蒸汽的一部分____能轉(zhuǎn)化為壺蓋的____能.
8．冬天人們用向手上呵氣或兩手互相摩擦兩種方式取暖，前者是用____使內(nèi)能____，后者利用____使內(nèi)能____，這時是____能轉(zhuǎn)化為____能.
9．如圖2-1所示，B是一個用閘門K鎖住的活塞，在氣
缸A中有密封的壓縮空氣，若氣缸與活塞間非常光滑，當拔出
K后，活塞將____，A內(nèi)的壓縮空氣要對____，氣體的內(nèi)能____，
溫度計示數(shù)____.
10．關(guān)于物體內(nèi)能，下列說法中正確的是（ ）
A． 0℃的物體內(nèi)能為零；
B． 一切物體都有內(nèi)能；
C． 物體溫度降低，內(nèi)能一定減少；
D． 運動的物體一定比靜止的物體內(nèi)能多.
11．能源利用的過程，實質(zhì)上是（ ）
A．創(chuàng)造能量； B. 能量使用后消失；
C．能量守恒； D. 使能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移.
[B]提高性訓練題
1． 下列各現(xiàn)象中可以說明分子間有斥力的是（ ）
A． 壓縮空氣壓強增大；
B． 液體很難壓縮；
C． 破鏡不能重圓；
D． 氣體會無限擴散.
2． 甲分子固定，乙分子由距甲分子5r0運動到0.7r0的過程中，兩分子受
力是（ ）
A． 乙分子先受引力后受斥力，甲分子不受力；
B． 兩分子都先受引力后受斥力；
C． 乙分子運動時受到的分子力中，分子引力變小，分子斥力變大；
D． 兩分子始終受力大小相等，方向相反，因而它們一直處于平衡狀態(tài).
3．兩個物體相互接觸時，它們之間沒有發(fā)生熱傳遞，這是因為它們具有相同的（ ）
A．內(nèi)能； B. 溫度； C. 熱量； D. 功.
4．下列說法中正確的是（ ）
A． 物體溫度升高，它的內(nèi)能一定增加；
B． 物體吸收熱量，它的溫度一定升高；
C． 物體溫度降低，它一定放出了熱量；
D． 物體內(nèi)能增加，分子運動一定更劇烈.
5．下列現(xiàn)象中屬于內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的是（ ）
A．古人“鉆木取火”； B. 太陽能汽車；
C. 空氣流動形成風； D. 火箭發(fā)射.
6． 如圖2-2所示，瓶內(nèi)有少量水，瓶口被塞緊，
用打氣筒向瓶內(nèi)打氣，當塞子從瓶口跳出時，瓶內(nèi)立
即出現(xiàn)“白霧”，這一現(xiàn)象表明（ ）
A． 瓶內(nèi)氣體密度變大，形成人眼看得到的白霧；
B． 瓶內(nèi)氣體推動活塞做功，內(nèi)能減少；
C． 瓶內(nèi)水吸熱，蒸發(fā)成白霧；
D． 瓶內(nèi)水蒸汽溫度降低，液化成小水滴.
7．關(guān)于功和能的關(guān)系，下列說法中正確的是（ ）
A． 正在做功的物體一定具有能；
B． 具有能的物體一定在做功；
C． 能做功的物體可能具有機械能；
D． 具有能的物體一定會做功.
8． 如圖2-3所示，A、B是兩個完全相同的金屬球，A球
放在水平支持面上，B球用繩懸掛著，它們溫度相同，現(xiàn)將兩
球加熱使它們升高相同的溫度，（繩與支持面都不吸收熱量），
則A、B兩球吸收的熱量相比（ ）
A．QA>QB； B. QA=QB； C. QA
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