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初中物理实验原理:三个基本热学量的区别与联系

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发表于 2016-7-30 23:19:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
  温度、内能和热量是初中热学涉及的三个基本物理量。它们都与物体内大量分子无规则运动的剧烈程度有关,但各自的含义是不同的,学习过程中最好用"对比"的方法搞清它们之间的区别与联系。
          一、三个量的区别与联系
          1、温度
          温度是与物体自身的冷热程度相联系的物理量,由自身的状态决定,它表示物体在某一时刻的冷热程度,与热传递过程无关。
          温度的本质是物体内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高,分子无规则运动越剧烈,分子平均运动的速度就越大,动能也就越大。由此可见,温度实质上反映了物体内部大量分子无规则运动的剧烈程度。由于温度能直接反映物体内分子无规则运动的剧烈程度,故把其作为描写物体热运动状态的最基本的物理量。热学中所有的热现象都与温度有关。
          温度的单位是“摄氏度”、其符号为“℃”。叙述时所用的物理语言一般为:物体的温度“是”多少摄氏度;物体吸(放)热,温度“升高(降低或不变)”或“升高(降低)到”多少摄氏度等。
          2、内能
          内能是物体内所有分子做无规则运动的动能与分子势能的总和。内能的大小与三个因素有关:
          (1)物体温度升高,其内部分子无规则运动加剧,分子的动能增加,内能增加;若物体温度下降,分子动能减少,内能减少。
          (2)因物体内部分子与分子之间存在相互作用力,故分子之间也具有由它们的相对位置所决定的势能,即分子势能。当物体宏观上的体积发生变化时,其内部分子间的距离也随之改变,从而引起分子势能的变化。一般情况下,当物体体积增大时,分子势能增加;体积减小时,分子势能减小。
          (3)内能还与物体内的分子数的多少有关,在温度、体积相同时,物体内的分子数越多,其内能就越大。
          叙述内能时常用的物理语言一般为:0℃的物体同样具有内能;内能从一个物体转移到另一个物体;在做功冲程中,内能转化为机械能;改变内能有做功和热传递两种方式。内能的单位是“焦耳”。
          3、热量
          热量是物体内能变化的量度,其定义为:在热传递过程中,传递的能量多少。热量是与温度(或物态)变化相联系的物理量。热量的单位是“焦耳”。
          4、三者的区别与联系
          (1)温度与热量:温度是由物体自身状态决定的状态量,与热传递过程无关;热量则与热传递过程相联系。所以,热量常与某段时间相联系,是一个过程量,而温度则与某一时刻相对应。两者的联系是,物体吸收热量,温度升高(或不变),放出热量、温度下降(或不变)。
          (2)内能与热量:内能是反映物体状态的物理量,它是能的一种形式,总与物体的某一状态相对应,是一个状态量。热量是描述物体内能变化的过程量。两者的联系是,物体吸热、内能增加。物体放热、内能减小。
          二、学习中应注意的几个问题
          1、温度高的物体,内能不一定大
          大家知道,温度只反映物体的冷热程度,而内能除和温度有关外,还与物体内分子的多少及体积的大小等因素有关。对同一物体,当其吸热升温时,既可使分子的动能增加,又可改变分子间的距离或排列方式,从而使分子势能增加。所以,当物体吸热升温时,内能增大。
          若两个物体的温度和体积均相同,则内含分子数多的物体所具有的内能大。某一物体虽然温度较低,但因其内部的分子数多,内能也可能较大,另一个物体虽然温度较高,因其内部的分子数少,其内能也可能较小。如正常发光的白炽灯,灯丝温度一般在2500℃左右,但灯丝的内能并不大。因此,对于不同的物体,不能简单地用温度的高、低来比较内能的大小。
          2、物体升温,不一定是由吸热引起的
          物体吸热升温(或不变),内能一定增加,因做功和热传递对改变物体内能是等效的,故物体升温、内能增加,既有可能是因吸热引起、也有可能是因外界对物体做功引起的。
          3、物体吸收热量,温度不一定升高
          因温度只与物体内大量分子无规则运动的剧烈程度有关;而内能除与分子无规则运动的剧烈程度有关外,还与分子间的距离和排列方式等因素有关。一般情况下,物体吸热后,可通过三种途径改变其内能:
          (1)使物体内大量分子无规则运动的剧烈程度增加。此种情况一般发生在物体未达到其熔点之前。此时,物体吸热升温,内能增加。
          (2)当晶体物质的温度达到熔点后,若其仍能继续吸热,则所吸收的热量将全部用于改变物体内分子间的距离或排列方式。此时物体内分子的势能增加、动能不变。所以,晶体在熔化的全过程中,要从外界吸收足够多的热量、内能增加,温度却保持不变。
          (3)对于非晶体,当其吸收热量后将分为两部分,一部分用于增加分子无规则运动的剧烈程度,使分子动能增加;另一部分则用于改变物体内分子间的距离与排列方式,从而使分子势能增加。故非晶体物质吸收热量后,温度升高、内能增加。
          4、计算热量时,要弄清相同量与不同量之间的关系,根据题意确定各量之间的联系
          例题:50克煤油完全燃烧所放出的热量若全部被水吸收,能使多少水从20℃升高到100℃?(煤油的燃烧值为 4.6×107焦/千克)
          分析和解:50克煤油完全燃烧放出的热量为4.6×107焦/千克×0.05千克=2.3×106焦。
          因燃料燃烧放出的热量全部被水吸收,由

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                可得水的质量为:
       
       
               

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                  =6.85千克
       
       
                  说明:初中热学计算包括两类:一是燃料燃烧放热的计算;二是物体温度变化时吸、放热的计算。对于前者,应在理解燃烧值物理意义的基础上,计算燃料燃烧放出的热量。后者,应熟练掌握

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                        ,不仅会直接应用公式计算热量,还应能够通过公式变形,计算c、m或△t。
               
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