中考物理輔導：物體的內(nèi)能及內(nèi)能的改變(1)

　　溫度、內(nèi)能、熱量等是熱學中幾個非常重要而又容易混淆的基本概念，我們在學習中，不僅要從概念建立的角度理解它們的物理意義還要注意把握這些概念間的內(nèi)在聯(lián)系和本質(zhì)區(qū)別。

 

　　1．溫度

 

　　物體內(nèi)部分子熱運動的狀態(tài)決定著物體溫度的高低，溫度是組成物體所有分子平均動能（嚴格講應是平均平動動能）的標志，溫度的微觀實質(zhì)乃是大量分子熱運動的宏觀表現(xiàn)，具有統(tǒng)計意義，對個別分子來談溫度是沒有意義的。因此說“溫度高的物體分子動能都大”，“高溫物體分子的動能一定比低溫物體的分子動能大”是錯誤的。值得注意的是，不能把溫度理解為分子平均速率的標志，因為對同一物體來講，溫度升高（或降低），分子平均速率增大（或減小），但對不同物體來講，如氫氣和氧氣，雖然溫度相等時，分子的平均動能相等，由于分子質(zhì)量不同，氧氣分子平均速率比氫氣分子的平均速率小。

 

　　2．內(nèi)能

 

　　物體的內(nèi)能是指組成物體所有分子動能與分子勢能的總和。一般物體的內(nèi)能取決于質(zhì)量（分子數(shù)目）、溫度（分子動能）和體積（分子勢能）等諸多因素。物體的溫度高，分子平均動能大，但分子勢能也可能小，因而內(nèi)能不一定大；同樣，物體內(nèi)能大，也可能是分子平均勢能大，分子平均動能未必大，物體的溫度也就不一定高。所以說“物體溫度越高，內(nèi)能越大；反之，物體內(nèi)能越大，溫度越高”是錯誤的。

 

　　正由于內(nèi)能是一個與溫度、體積和質(zhì)量等多種因素有關(guān)的狀態(tài)量，而且物體在某一狀態(tài)下的內(nèi)能是無法測定的。因此，一般情況下兩個不同物體的內(nèi)能大小是無法比較的。當然，同一物體的不同狀態(tài)，或者同種物質(zhì)在某些因素相同的情況下，其內(nèi)能大小也可以做定性的比較。請思考下列問題：

 

　　①1kg20℃的銅與 1kg20℃的鐵哪個內(nèi)能多？

 

　　②1kg40℃的水與1kg80℃的水哪個內(nèi)能多？

 

　　③1kg100℃的水與1kg100℃的水蒸汽哪個內(nèi)能多？

 

　　④ 1kg20℃的水與 2kg20℃的水哪個內(nèi)能多？

 

　　（答案：①無法比較；②80℃的水多；③水蒸汽多；④2kg的水多）

 

　　3．內(nèi)能的變化

 

　　改變物體內(nèi)能的方式有熱傳遞和做功兩種，內(nèi)能的改變可以通過熱量和功來量度。

 

　　熱量是指熱傳遞過程中內(nèi)能的改變量（或者說內(nèi)能的轉(zhuǎn)移量）。值得注意的是，熱傳遞的條件是物體間（或物體各部分間，下同）的溫度差，而不是內(nèi)能差；內(nèi)能轉(zhuǎn)移的方向是從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，而不是從內(nèi)能多的物體轉(zhuǎn)移到內(nèi)能少的物體。另外，熱量是熱傳遞過程中出現(xiàn)的量。因此，離開過程談熱量（比如說內(nèi)能大的物體含有的熱量多，或者說物體增加或減少了多少熱量等）嚴格的說都是不科學的。

 

　　在物體與外界沒有做功的情況下，物體吸收（或放出）多少熱量，內(nèi)能就增加（或減少）多少，即△U=Q。例如某氣體等容升溫時吸收100J熱量，則該氣體內(nèi)能將增加 100J。

 

　　做功也可以改變物體的內(nèi)能（注意：這里所說的功是指能引起物體的體積或形狀變化的功，否則不能改變物體的內(nèi)能。如推動活塞壓縮氣體做功、氣體內(nèi)能變化；推動光滑平面上的物體推力所做的功則不能引起物體內(nèi)能變化）。

 

　　在物體與外界無熱傳遞過程的情況下，外界對物體（或物體對外界）做了多少功，物體的內(nèi)能就增加（或減少）多少。即△U=W。

 

　　做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的，但也有本質(zhì)的區(qū)別。熱傳遞是通過微觀運動（分子運動和分子碰撞）傳遞能量而實現(xiàn)內(nèi)能轉(zhuǎn)移，做功是通過宏觀運動傳遞能量實現(xiàn)內(nèi)能與其它形式能間的轉(zhuǎn)化。