复习引入

回顾分子动理论的主要内容：物质是由大量分子组成的；分子在永不停息的做无规则热运动；分子间同时存在相互作用的引力和斥力。

既然组成物体的分子不停的做无规则运动，那么，像一切运动着的物体一样，做热运动的分子也具有动能；分子间存在相互作用力，分子间具有由它们的相对位置决定的势能。

这些就是我们接下来要学习的新的内容，与分子热运动对应的一种能，及与其的有关的一些规律。

新课讲解

1．  由分子动理论引出分子的动能、分子势能，随后得出物体的内能。

（1）由于组成物体的分子不停的做无规则运动，像一切运动着的物体具有动能一样，做热运动的分子也具有动能。

    ①每个分子都具有动能：E_Ki=m_iv_i²。

注意此处中学阶段把分子当作质点来处理，只涉及分子的平动动能，不要求区分分子的平动动能、转动动能和振动动能。

    ②分子的速率分布具有“中间多、两头少”的规律。

此处可适当补充分子速率与分子数的分布关系图像（如图），帮助学生理解。这是一条统计的规律，当温度升高时，分子整体运动的速率增大，但不是说，温度高的物体中每个分子的速率都比温度低的物体中每个分子的速率都大。因为温度低的物体里也由个别速率很大的分子，温度高的物体里也由个别速率很小的分子。

由于分子在不停的做无规则的运动，其速度的大小、方向时刻改变，分子每秒速度改变10¹⁰以上。因此，对单个分子求动能是不可能的，也是无意义的。但大量分子的平均动能对研究热现象有实际意义。

    ③分子的平均动能：物体内所有分子热运动的动能的平均值。

由于温度升高，物体分子的热运动加剧，分子热运动的平均动能也增加。可得：温度是分子平均动能的标志。

    ④温度：描述热现象的一个基本物理量。

宏观上（即初中内容），温度时表示物体的冷热程度的物理量。

微观上（即现在所学），温度反映了分子热运动的激烈程度，是分子平均动能的大小标志。

    （2）分子间存在相互作用力，分子间具有由它们的相对位置决定的势能。

    ①回忆重力势能与重力做功的关系，再回忆弹性势能与弹力做功的关系。

物体的重力势能与物体所处的位置有关。物体升高，重力做负功，重力势能增大；物体降低，重力做正功，重力势能减小。同时，重力势能不是单个物体所具有的，而是物体与地球所共有的，重力势能属于地球和其附近的物体组成的系统。

弹性势能与弹簧的形变有关，即与弹簧各部分及与其相连的物体的相对位置有关。弹簧被拉伸或压缩，弹力做负功，弹性势能增大；弹簧恢复原长，弹力做正功，弹性势能减小。

    ②类比分析分子势能。

分子间存在着相互作用力，因此具有由分子间相对位置所决定的势能，叫分子势能。

分子势能的大小变化同样由分子力做功决定：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大。

a． 当r>r₀时，分子力表现为引力，随着r的增加，需不断克服分子力（引力）做功，分子势能增大；

b． 当r<r₀时，分子力表现为斥力，随着r的减小，需不断克服分子力（斥力）做功，分子势能增大；

c． 当r=r₀时，分子力表现为零，分子势能最小。

若规定无穷远处分子势能为零（与计算重力势能时规定零势能面联系），分子势能曲线如图所示。

    ③分子势能与分子间相对位置有关，宏观上，分子势能与物体的体积有关。

物体的体积发生变化时，分子间的相对位置也发生变化，因而分子势能也随着发生变化。但不能根据体积的增减来判断分子势能的增减，这里情况较复杂。

    （3）内能是物体内所有分子热运动的动能和势能的总和。

    ①物体系统由其内部状态决定的能叫做物体的热力学能，也叫内能。任何物体都具有内能，内能是物体的一个状态量。物体的状态发生变化时内能也发生变化。

    ②由于内能是物体内所有分子热运动的动能和势能的总和，即：E_内=+。

物体的内能由物质的量，即摩尔数n（总分子数）、物体的温度T和体积V三个因素决定。对于理想气体(常温常压下，不易液化的气体)，由于分子力可以忽略，可不考虑气分子势能，故其内能仅由物质的量和温度决定。

    ③对单个分子说内能是无意义的。

    ④内能和机械能是两种不同形式的能量，没有直接的关系，但可以相互转化。

应用举例：

质量相同的氢气和氧气，温度相同，不考虑分子间的势能，则：

A．氧气的内能较大

B．氢气的内能较大

C．所有氢分子和所有氧分子的动能均相同

D．氢气分子的平均速率较大

分析与解：

由于气体分子间距离较大，气体分子间的相互作用力几乎等于零，分子势能可以忽略不计。所以可认为气体的内能由分子平均动能和摩尔数来决定。因温度相同，故氧气和氢气的分子平均动能相同。对质量相同的氢气和氧气来说，二者的摩尔数不同，氢气的摩尔数较大，所以同质量、同温度的氢气和氧气比较，氢气的内能较大，即B正确。

又由于温度智能反映分子平均动能的大小，不能反映个别分子的动能如何，所以无论二者温度是否相同，分子的动能均有的大有的小，不可能出现所有分子的动能都相同的情况，即C答案不对。

在二者分子平均动能相等的情况下，因为氢分子质量小，所以平均速率较大，即D正确。

本题正确答案是B、D。

    2．  在热学研究中涉及的总是内能的变化，通过做功和热传递可以改变物体的内能。

    （1）通过实验、举例说明做功可以使物体的内能发生改变。

    ①做功使物体的内能改变时，物体的内能变化量就用功的数值来量度。外界对物体做功，物体的内能就增大；物体对外界做功（如气体在非真空中体积膨胀），物体的内能就减少。

    ②做功改变物体内能的实质是使其他形式的能与内能相互转化。

此处注意两点：

a.其他形式的能不只是机械能，还有电能、化学能、太阳能等等。

b.这里做功是使能量相互转化，不一定是其他能量转化为内能，也可以是内能转化为其他形式的能。

    ③有做功过程，不一定有内能的变化。做功可以是使其他形式的能相互转化。如物体沿光滑斜面下滑，重力做功，使重力势能转化为动能，但物体内能不变。

    （2）举例（烧水、呵气等）说明热传递可以改变物体的内能。

    ①热传递发生的条件：物体间有温差。

    ②热传递使物体的内能改变时，物体的内能变化量就用热量来量度。高温物体传给低温物体多少热量，高温物体的内能就减少多少，低温物体的内能就增加多少。

    ③热传递改变物体内能的实质：是内能在物体在之间转移，没有能量形式的转化。

    ④有热传递过程，必然导致内能的变化。

    （3）做功和热传递对改变物体内能是等效的。

    热功当量：J=4.2J/cal 。它反映了做功和热传递对改变物体内能的等效性。

    3．  在讲述改变内能的两种方式的基础上，给出热力学第一定律。

    （1）内容：如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q，等于物体内能的增加ΔU。

    （2）表达式：ΔU=Q+W，公式中ΔU表示内能的增量，Q表示吸收的内能，W表示外界对系统所做的功。

    （3）符号法则：表达式为ΔU=Q+W时，式中规定：

W为正值，表达外界对物体做功；W为负值，表示物体对外界做功；

Q为正值，表示物体从外界吸热；Q为负值，表示物体对外界放热；

ΔU为正值，表示物体内能增加；ΔU为负值，表示物体内能减少.

    （4）应用热力学第一定律进行计算时，各量要统一用焦耳作单位。

    （5）意义：热力学第一定律表示做功、热传递跟物体内能变化之间的定量关系。

    应用举例：

用1000kg的气锤从2.5m高处落下，打在质量为200kg的铁块时，大约有80%的机械能转化为内能，并且其中的50%使铁块的温度升高，若要使铁块的温度升高40℃，问气锤至少应落下多少次？已知铁的比热为5.0×10²J/(kg·℃)，g取10m/s²。

    分析与解：

此处是由做功使物体内能改变。变化为内能的是80%的机械能的50%，相当于物体吸收了这么多的热量，其效果是等效的。因此，可得：

ΔE_内×80%×50%=mcΔt

即：n×m_气锺gh×80%×50%=m_铁块cΔt

代如数据，即可求得n=400。

     4．  能量守恒定律

     （1）内容：能量即不会凭空产生，也不会凭空小时，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一物体。在能的转化和转移中其总量保持不变。

这一内容包括两个方面：一从物理过程看，能的不同形式可以转化；二从数量关系看，能的总和保持不变.。

     （2）第一类永动机不可制成。

永动机不可制成，是导致能量守恒定律发现的一条重要线索。形形色色的永动机设计方案的失败，从反面揭示着自然界存在着的普遍规律。

     5．  热力学第二定律

     （1）两种表述：

     ①不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。

     ②不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。

     （2）意义：揭示了由大量分子参与的宏观过程的方向性。

     （3）第二类永动机不可制成。

本课小结

     1．  要理解物体的内能含义，及其一些规律。

     2．  理解并会应用热力学第一定律，了解热力学第二定律。