高二物理温度和温标、内能粤教版知识精讲 8页

高二物理温度和温标、内能粤教版 ‎ ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ 温度和温标、内能 二. 知识归纳、总结：‎ ‎1. 平衡态和状态参量 在物理学中，通常把所研究的对象称为系统。‎ ‎（1）状态参量 用来描述系统状态的物理量，叫做系统的状态参量。‎ ‎（2）平衡态 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。‎ ‎2. 热平衡与温度 ‎（1）温度 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的激烈程度。‎ ‎（2）热平衡 一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。‎ ‎3. 温度计与温标 ‎（1）温度计 是测量温度的工具。‎ 家庭和物理实验室常用的温度计是利用水银、酒精、煤油等液体的热膨胀规律制成的。另外，还有金属电阻温度计、压力表式温度计、热电耦温度计、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。‎ ‎（2）温标 温度的数值表示法叫做温标。‎ 用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度；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。‎ 热力学温度（T）与摄氏温度（t）的关系为：‎ T＝t+273.15（K）‎ 说明：①两种温度数值不同，但改变1 K和1℃的温度差相同。‎ ‎②０K是低温的极限，只能无限接近，但不可能达到。‎ ‎4. 分子动能 ‎（1）分子平均动能 ‎（2）温度是物体分子热运动平均动能的标志。‎ 说明：①温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，含有统计的意义，对于个别分子，温度是没有意义的。分子平均动能的大小由温度高低决定：温度升高，分子的平均动能增大；温度降低，分子的平均动能减小；温度不变，分子的平均动能不变。温度升高，分子的平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大，可能有个别的分子动能反而减小。‎ ‎②分子的平均动能大小只由温度决定，与物质的种类无关。也就是说，只要处于同一温度下，任何物质分子做热运动的平均动能都相同。由于不同物质分子的质量不尽相同，因此，在同一温度下，不同物质分子运动的平均速率大小也不相同。‎ ‎5. 分子势能 ‎（1）分子势能 由于分子间存在着相互作用力，所以分子间也有相互作用的势能。这就是分子势能。分子势能的大小由分子间的相互位置决定。分子势能的变化非常类似于长度变化的弹簧中的弹性势能的变化。‎ ‎（2）影响分子势能大小的因素 分子势能的大小与分子间的距离有关，即与物体的体积有关。分子势能的变化与分子间的距离发生变化时分子力做正功还是负功有关。具体情况如下：‎ ‎①当分子间的距离 时（此时类似于被拉伸的弹簧），分子间的作用力表现为引力，分子间的距离增大时，分子力做负功，因此分子势能随分子间距离的增大而增大。‎ ‎②当分子间的距离时（此时类似于被压缩的弹簧），分子间的作用力表现为斥力，分子间的距离减小时，分子力做负功，因此分子势能随分子间距离的减小而增大。‎ ‎③当时（此时相当于弹簧处于自由伸长状态），分子势能最小。‎ ‎（3）分子势能变化曲线如下图所示。‎ ‎6. 内能 物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和叫做物体的内能。‎ ‎（1）任何物体都具有内能 ‎（2）内能的决定因素 物体的内能跟物体的温度和体积有关。温度发生变化，分子的平均动能发生变化；物体的体积发生变化，分子势能发生变化。还要注意，物体的内能还与物体所含的分子数有关，因为内能是物体内所有分子的动能和分子势能的总和。‎ ‎（3）内能与机械能的区别 内能与机械能是两个不同的物理概念。内能是由物体内大量分子的热运动和分子间的相对位置所决定的能；机械能是物体整体做机械运动或物体形变所产生的能，它对物体的内能没有贡献。在热现象的研究中，一般不考虑物体的机械能。‎ ‎【典型例题】‎ 例1. ‎ 细心观察可以发现，常见液体温度计的下部的玻璃泡较大，壁也比较薄，上部的管均匀而且很细，想一想，温度计为什么要做成这样呢？‎ 解析：这样做的目的都是为了使测量更准确、更方便。下部较大而上部很细，这样下部储存的液体就比较多，当液体膨胀收或缩时，膨胀或收缩不大的体积，在细管中的液面就有较大的变化，可以使测量更精确；下部的壁很薄，可以使玻璃泡内的测温物质的温度较快地与待测物质的温度一致；细管的粗细是均匀的，是为了使刻度均匀，更便于读数。‎ 例2. 有甲、乙两个分子，甲分子固定不动，乙分子由无穷远处逐渐向甲靠近，直到不再靠近为止，在这整个过程中，分子势能的变化情况是 （ ）‎ A. 不断增大 B. 不断减小 C. 先增大后减小 D. 先减小后增大 解析：分子力做功与分子势能变化的关系和弹簧非常相似，即分子力做正功分子势能减小，分子力做负功分子势能增加。当乙分子由无穷远处向r0移动时，分子力做正功，分子势能减小；当乙分子由r0向甲分子继续靠近时，要克服分子斥力做功，分子势能增大。所以移动的整个过程，分子势能是先减小、后增大。也可知当分子间的距离为r0时，分子势能最小。‎ 本题的正确选项为D。‎ 例3. 下列说法正确的是（ ）‎ A. 分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能 B. 物体内分子势能由物体的温度和体积决定 C. 物体的速度增大时，物体的内能增大 D. 物体的动能减小时，物体的温度可能增加 分析：内能是指物体的，一个分子无内能可言，选项A是错误的；物体的分子势能由分子间距离决定，宏观上反映为由物体的体积决定，所以选项B也是错误的；物体的内能与物体做宏观的机械运动的速度无关，故选项C也是错误的；物体的温度由分子的平均动能决定，与物体宏观运动的动能无关，因此选项D是正确的。‎ 答案：D。‎ 例4. 1 g 100 ℃的水与1 g 100 ℃的水蒸气相比较，下述说法中正确的是 （ ）‎ A. 分子的平均动能与分子的总动能都相同 B. 分子的平均动能相同，分子的总动能不同 C. 内能相同 D. 1 g 100 ℃的水的内能小于1 g 100 ℃的水蒸气的内能 解析：温度是分子平均动能的标志，因而在相同的温度下，分子的平均动能相同，又1 g水与1 g水蒸气的分子数相同，因而分子总动能相同，选项A正确。当从100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气的过程中，分子距离变大，分子要克服分子引力做功，因而分子势能增加，所以100 ℃的水的内能小于100 ℃水蒸气的内能，选项D正确。故本题答案为：A D。‎ ‎【模拟试题】‎ ‎1. 关于热力学温标的下列说法中，正确的是（ ）‎ A. 热力学温度的每一度的大小与摄氏温度的相同 B. 热力学温度的零度记为0 K，它等于－273.15℃‎ C. 一定质量的气体，当它的温度降低至绝对零度时，气体的压强也应为零 D. C叙述的内容是理论上的推导，实际是达不到的 ‎2. 在摄氏温度与热学温度的换算中，下列哪几种说法是正确的 （ ）‎ A. 5℃等于278K B. 升高5℃就是升高278K C. 降低到5℃就是降低到278℃‎ D. 降低了5℃就是降低了278K ‎3. 关于温度，以下说法正确的是（ ）‎ ‎　　A. 温度是表示物体冷热程度的物理量 ‎　　B. 温度是物体内大量分子平均速率的标志 ‎　　C. 温度是物体内大量分子平均动能的标志 D. 温度会在两个物体之间传递 ‎4. 下列关于温度的说法正确的是 A. 用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法 B. 用两种温标表示温度的变化时，两者的数值相等 C. 1K就是1℃‎ D. 当温度变化1℃时，也可说成温度变化274.15K ‎5. 以下关于分子运动或内能的说法，正确的是（ ）‎ A. 布朗运动就是分子的热运动 B. 一个物体的内能是可以等于零的 C. 外力对物体做功时，物体的内能不一定增加 D. 分子热运动的平均速率就是物体运动速度的大小 ‎6. 两个温度不同的物体相接触，热平衡后，它们具有的相同物理量是（ ）‎ A. 内能 B. 分子平均动能 C. 分子势能 D. 热量 ‎7. 如图所示，直立容器中有被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度较小，B的密度较大. 抽去隔板，加热气体并使两部分气体充分混合。设这一过程中，气体吸收的热量为Q，气体内能的增量为ΔU，则Q=_______ΔU（填“＞”、“=”、“＜”＝。‎ ‎8. 壶里的水被加热而温度升高，水的内能怎样改变？液体的热膨胀很小，可不予考虑。‎ ‎9. 一根烧红了的铁棍逐渐冷却下来，铁棍的内能怎样改变？固体的热膨胀很小，可不予考虑。‎ ‎10. 设想我们对固体进行压缩。当分子间的距离小于r0‎ 时，随着固体被压缩，分子势能怎样改变？‎ ‎11. 一颗炮弹在高空中以某一速度v飞行。有人说：由于炮弹中所有分子都具有这一速度，所以分子具有动能；又由于所有分子都在高处，所以分子又具有势能。因此，所有分子的上述动能和势能的总和就是炮弹的内能。上述说法是否正确？为什么？‎ ‎【试题答案】‎ ‎1. A B D 2. A C 3. A C 4. A B ‎5. C 6. B 7. >‎ ‎8. 水的内能增加 ‎9. 铁棍的内能减小 ‎10. 当分子间的距离小于r0时，随着固体被压缩，分子势能增加。‎ ‎11. 不对。物体的内能是物体内分子具有的动能和势能的和，而不是宏观物体具有的动能和势能的和。物体的内能仅与分子运动快慢和分子间的相对位置有关。‎