第一讲、内能、能量守恒定律
一、知识与方法
1.分子动能、分子势能、物体的内能
(1).分子动能：分子永不停息做无规则运动所具有的能量。
在热现象的研究中，单个分子的动能是无研究意义的，重要的是分子热运动的平均动能。温度是物体分子热运动的平均动能的标志。
(2).分子势能：分子之间存在相互作用力，具有由分子之间相对位置所决定的势能。 分子势能随着物体的体积变化而变化。分子间的作用表现为引力时，分子势能随着分子间的距离增大而增大。分子间的作用表现为斥力时，分子势能随着分子间距离增大而减小。
(3).物体的内能：物体所有分子的动能和势能的总和。
任何物体都有内能，物体的内能与物体的质量、温度和体积有关。内能是个宏观量，对大量分子组成的物体来说，内能才有意义，而个别分子谈不上内能。
2.改变物体内能的途径
物体内能的大小是无法计算的，也是没有必要的。实际上是根据做功和热传递的量来计算物体内能的改变量。
(1).做功：其他形式的能与内能相互转化的过程； (2).热传递：物体间内能转移的过程。 3.能量的转化和守恒定律
能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体。
4.能的转化的方向性
一切自发进行的与热现象有关的宏观过程，都具有方向性(自发过程是指没有外来干扰自然进行的过程)，都是不可逆的过程。
(1).热传导具有方向性。两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体。要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。
(2).扩散现象具有方向性。两种不同物质接触后可以彼此进入对方，扩散后进入对方的分子小可能自发地全部返回原来各自的物质中而“划清界线”。
(3).机械能和内能的转化过程具有方向性。
(4).气体向真空膨胀具有方向性。气体可自发地向真空中膨胀，但决不可能出现气体自发地从容器中流出，容器变为真空。
5.能源、能源的种类
能源指的就是能够提供可利用能量的物质。能量的种类：常规能源、新能源。 6.典型例题分析
例1.有关物体内能，以下说法中正确的是( ) A.1g0C水的内能比1g0C冰的内能大；
B.电流通过电阻后电阻发热，它的内能增加是通过“热传递”方式实现的； C.气体膨胀，它的内能一定减少； D.橡皮筋被拉伸时，分于间势能增加。
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例2.下列叙述中正确的是( )
A.物体的内能与物体的温度有关，与物体的体积无关； B.物体的温度越高，物体中分子无规则运动越剧烈；
C.物体体积改变，内能可能不变；D.物体在压缩时，分子间存在着斥力，不存在引力。
例3.如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示。F>O为斥力，F<0为引力，a、b、c、d为x轴上四个特定的位置，现把乙分子从a处由静止释放，则( )
A.乙分子由a到b做加速运动，由b到c做减速运动； B.乙分子由a到c做加速运动，到达c时速度最大； C.乙分子由a到b的过程中，两分子间的分子势能一直减少； D.乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能一直增加。
例4.关于热现象，下列说法中正确的是( ) A.热量能自发地从低温物体传递到高温物体； B.热量能自发地从高温物体传递到低温物体；
C.任何热机都不可能使燃料释放的热量全部转化为机械能； D.机械能可以全部转化为内能。
例5.下列过程中不可逆的是( )
A.在一绝热容器内盛有液体，不停地搅动它，使它温度升高；
B.一传热的容器内盛有液体，容器放在一恒温的大水池内，液体不停地搅动，可保持温度不变；
C.在一绝热容器内，不同温度的液体进行混合； D.在一绝热容器内，不同温度的氦气进行混合。
二、拓展与提高 1.物体内能变化的分析
例6.关于物体内能及其变化，下列说法中正确的是( ) A.物体的温度改变时，其内能必定改变；
B.物体对外做功，其内能不一定改变；向物体传递热量，其内能不一定改变； C.对物体做功，其内能必定改变；物体向外传出一定热量其内能必定改变； D.若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变。
例7.如图所示，在演示做功可改变气体内能的实验中，下列说法中正确的是( ) A.要缓缓地压下活塞，防止损坏圆筒； B.实验的研究对象是圆筒中的空气； C.观察到乙醚着火说明做功使棉花的内能增加了； D.为减小热传递的影响，应迅速压下活塞。
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2.理想气体的内能
例8.如图所示，绝热隔板K把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的。两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b。气体分子之间相互作用的势能可忽略现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡，( )
A.a的体积增大，压强变小了； B.b的温度升高了； C.a的分子热运动比b的分子热运动更剧烈； D.a增加的内能大于b增加的内能。
例9.图中容器A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压强恒定，A、B的底部中带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。原先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，水的内能增加； B.水克服大气压力做功，水的内能减少； 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。
例10.如图所示，两个完全相同的金属球a和b，其中a球放在不导热的水平面上，b球用不导热的细线悬挂起来。现供给两球相同的热量，它们的温度分别升高ΔTa和△Tb，则( )
A.△Ta>△Tb； B.△Ta<△Tb； C.△Ta=△Tb； D无法比较。
例11.“和平号”空间站已于2006年3月23日成功地坠落在南太平洋海域。坠落过程可简化为从一个近圆轨道(可近似看作圆轨道)开始，经过与大气摩擦，空间站的绝大部分经过升温、熔化，最后汽化而销毁，剩下的残片坠入大海。此过程中，空间站原来的机械能中，除一部分用于销毁和部分被残片带走外，还有一部分能量E?通过其他方式散失(不考虑坠落过程中化学反应的能量)。(1).试导出用下列各物理量的符号表示散失能量E?的公式；(2).算出E?的数值(结果保留两位有效数字)
坠落开始时空间站的质量M=1.17×10kg；轨道离地面的高度为h=146m； 地球半径R=6.4×10m；坠落空间范围内重力加速度可看做g=10m/s； 入海残片的质量m=1.2×10kg；入海残片的温度升高△T=300OK；
入海残片的入海速度为v=340m/s；空间站材料每1kg升温1K平均所需能量c=1.0×10J； 每销毁1kg材料平均所需能量μ=1.0×10J。
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5
3
例12.从h=20m高处由静止开始下落的水滴到达地面时的速度为vt=6m/s。若在下落过程中，损失的机械能80%转化为水的内能使水温升高，求此过程中水温升高值ΔT(已知水的比热容c=4.2×10J/(kg·C)，g=10m/s，水吸收的热量Q=cm△T表示)
三、巩固训练
1.由于分子的运动是无规则的，因此在同一时刻不同的分子动能是________的。同时刻不同分子的动能是________的。在研究物体分子运动时，讨论单个分子的动能是________意义的。
2.物体内所有分子动能的平均值叫做分子热运动的平均动能。________是物体分子热运动平均动能的标志。
3.一个物体的内能增加了10J，若物体与周围环境不发生能量交换，则周围环境需要对物体做________J的功。
4.在墙壁与外界无热传递的封闭房间内，同时开动电冰箱和电风扇，工作一段时间后，房间内的温度________，这是因为_______________________________。
5.气缸内气体吸收了4.2×10J的热量，同时推动活塞对外做了 2.2×10J的功，那么气体的内能________了________J。
6.如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针；另一端用一个可移动的胶塞(用卡子卡住)封闭。用打气筒慢慢向容器内打气，增大容器内的压计的示数。实验时可以观察到，胶塞冲出容器口后，温度计的示数明显变小。这一实
验现象说明了什么?___________________________________________________。
7.质量相等、温度相同的物体，它们一定( ) A.含相同的热量； B.含相等的内能； C.相互接触时无热量传递； D.分子具有相同平均动能。
8.要使0C的冰融化，以下所采用的方法中无效的是( ) A.使冰块互相摩擦； B.用锤子敲击冰块； C.用炉火加热； D.浸入0C的水。
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