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关于物体内能的组成和变化的几点探讨

时间:2016-11-12 13:59 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:钟梓鸣 点击次数:

  摘要:教材中明确指出,物体中所有分子的分子势能和所有分子做热运动的动能的总和,就等于物体的内能。该文从高中热学中的两大难点概念——物体内能的组成和物体内能的变化出发,对这两大概念以笔者自己的观点进行了阐述,并就与这两大概念相关的物体内能的影响因素、物体做功与内能变化量的关系进行了相应探讨,且举以实例对文中的观点予以了说明。
  关键词:高中热力学 物体内能的组成 物体内能的变化
  Abstract: Textbooks clear that the object of all molecules of molecular potential energy and thermal motion of all the molecules do sum of kinetic energy, it is equal to the internal energy of the object. This article from high school in two difficult thermal concept - can change the inner body composition and energy objects of view, these two concepts to the author's own views were elaborated on and with these two concepts within object factors that affect the objects acting relationship with the amount of change in the internal energy accordingly discussed with examples of both the text view to be described.
  Key Words: High school thermodynamics; The composition can be inside the object; Can change inside the object
  热学在高中物理中的地位举足轻重,该部分内容以及与内能有关的概念最难为我们高中学生所理解。该文以两个高中学生最容易含混的两大概念,即物体内能的组成和物体内能的变化展开了几点物理问题的探讨,希望能对和笔者一样正在进行高中物理学习的同学有一点帮助。
  1 物体内能的组成
  教材中明确指出,物体中所有分子的分子势能和所有分子做热运动的动能的总和,就等于物体的内能。也就是说,物体的内能是由其内部所有的分子的分子势能和分子热运动的动能所组成的[1]。
  从微观角度来看,物质是由大量的分子组成的,分子都在不停地运动,所以所有的分子都有动能。无论是通过前面宏观力学部分的牛顿万有引力定律来理解,还是通过后来学习的库伦定律来理解,我们都可以判断分子之间是存在分子力的。有力存在,就必定有对应的势能,所以分子势能一定存在。物体内分子的种类与物体的种类有关,而分子的多少与其质量有关,其分子的热运动激烈程度又与温度有关,我们由动能定理可知Ek=mv2,所以,物体内分子的动能与其物体种类、物体质量和环境温度有关。而物体的种类还是影响组成其分子的原子的原子核的所带电荷数,物体的体积影响其分子之间的相互作用力大小,所以物体的种类、体积和质量都会影响其内部分子的分子势能之和。所以一般笼统地理解,我们认为物体的内能和物体的种类、温度、质量、体积等因素有关。
  以上只是就高中所学的知识而进行的粗浅认识,笔者通过查阅文献,发现对于固体和液体而言,其内部分子的相互作用机制其实是非常复杂的,现阶段我们所掌握的知识并不足以对其形成深刻认识。至于气体,教材中有较为详细的讲解,与上述的理解并无二致,下面笔者想就文献中的观点重点谈一下晶体的内能。
  固体中的晶体,微观结构一般看成很多晶格,一般我们会认为其粒子在其晶格式固定不动,其实则不然,粒子是一定存在热运动的,但因为其运动并不剧烈而不会破坏粒子间的结合,这种轻微的运动称之为晶格振动。自由的粒子一旦结合起来形成晶格,其内能都可分为晶格能和晶格振动能,晶格能取决于粒子间的相互势能,由晶体的体积决定。而晶格振动能为晶体的振动势能和振动动能之和,此两者分别由晶体体积和温度来决定。所以,晶体的内能也可以笼统理解为其内部分子的分子势能和分子热运动动能之和,与晶体种类、质量、温度、体积等因素有关。
  2 物体内能的变化


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