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关于“温度、内能、热量”的探讨
发布时间:2010-12-24  论文类别:教育论文   作者:李云  浏览 次   

    温度、内能和热量是初中物理热学知识的三个重要概念,它们之间有着密切的联系,又有着根本上的区别。而由于三个概念比较抽象,在初中物理课堂教学中,老师往往讲述得不够深入,致使学生在认知上常常存在偏差,在解决这方面的实际问题时出现了不少的错误。在此,笔者结合长期的教学实践,对这三个容易混淆的概念进行辨析。

   一、温度

温度的概念起源于人们对物体冷热的感觉,它是表示物体冷热程度的物理量。物体温度的高低与物体内部分子的运动情况密切相关。我们知道,组成物质的分子总是不停地做无规则运动着,因此,象一切运动着的物体具有动能一样,做无规则运动的分子也具有动能。由于每个分子无规则运动的速度一般是不同的,每个分子的动能也不同。在研究热现象时,有意义的不是一个分子的动能,而是物体内所有分子的动能的平均值,我们把物体内分子动能的平均值叫做分子的平均动能。物体的温度跟物体内分子无规则运动的激烈程度有关,分子运动越激烈,分子的平均动能越大,物体的温度就越高。所以,从分子运动论的观点来看,温度是物体中大量分子做无规则运动的平均动能的标志量。

   二、 内能

我们知道,分子不停地做无规则运动的同时,分子间同时存在有引力和斥力。因此,分子除了具有动能,还具有因为分子间存在相互作用力而引起的分子势能,物体的内能就是分子动能和分子势能的总和。

大量分子无规则运动的剧烈程度与温度有着密切的关系,因此,物体内部分子的动能与温度有关;分子的势能与分子间的作用力有关,而分子间作用力又与物体的状态有关。所以,物体内能大小是由物体的温度和状态来决定的。温度越高,物体内部的分子无规则运动越剧烈,物体的内能就越大;同样,一个物体的状态改变了,它的内能随之改变。而且,一切物体都是由不停做无规则运动和相互作用着的分子组成的,因此任何物体都有内能,物体的内能永远不会为零。从物理意义来说,内能是物体的一个状态量。

    三、热量

热量的本质是什么?这曾是历史上长期争论过的问题。英国物理学家焦耳在1840~1879年内,进行了大量的实验,以确凿的证据证明热量就是传递着的能量,同时为能量守恒定律奠定了基础,成为公认的真理。从此,人们认识到:物体的温度实质上就是物体内部大量分子做无规则运动的宏观表现,物体内部的能量就是前面讲过的内能。热量就是物体在热传递过程中,被传递的那部分能量,由此可见,热量是一个过程量。

     四、联系与区别

综上所述,温度、内能、热量三个概念既有着密切的联系又有着根本的区别。

温度是物体内部大量分子做无规则运动的平均动能的标志,而内能就是物体内部所有分子的总能量,它决定于物体的温度和状态(与分子数量也有关)。例如:1100℃的水蒸气的内能比1100℃的水的内能大(因为1100℃的水蒸气的分子势能比1100℃的水的分子势能大);又如:10100℃的水的内能比1100℃的水的内能大(因为10100℃的水的分子数比1克要多);1100℃的水的内能比150℃的水的内能大(因为1100℃的水比150℃的水温度高)。

    物体的内能是可以改变的。改变物体内能的物理过程有:做功和热传递。在热传递过程中,高温物体内能减少,低温物体内能增加,热量就是量度热传递过程中物体内能的变化的物理量。

    需要注意的是:热量表示的是传递的那部分能量的多少,而不是表示物体内能的多少,所以,不能说某个物体具有或含有多少热量,只能说某个物体吸收或放出了多少热量。热量总是跟内能改变的过程联系在一起的,没有这个过程,没有热传递,就没有“热量”问题。在实际中常常发现学生错误地认为“热的物体热量多,温度高的物体热量多”,要注意纠正。

    同时,教学中还要引导学生正确认识一个物体吸收或放出热量的多少只跟物体温度的变化(升高或降低)多少有关,而跟物体本身温度的高低无关。在做功过程中,物体通过宏观变化来改变物体的内能,是由物体外部的运动来改变物体内部分子的运动,从而改变物体的内能。做功和热传递在改变物体内能上是等效的,换句话说,如果没有看见物体内能改变的过程,我们是无法根据结果来判断内能改变的原因是什么的。

    例:一根锯条的温度升高,内能增加了,这可能是由于摩擦,也可能是由于放在火上烤了一会儿。做功和热传递在改变物体内能的方式和本质上是不同的,我们对物体做功或物体对外界做功时,物体本身的内能只是可能会发生改变,不是一定会发生改变,还需要看做功的方法。

    例如:甲同学将一根锯条举高,乙同学用一根锯条锯木块。两同学都有对锯条做功,但只有乙同学的锯条的内能发生改变。而物体发生热传递时,它本身的内能一定会改变,也就是说,物体只要有吸收或放出热量,它本身的内能一定会改变,但这时物体的温度可能没有变化,而是物体状态改变。

    例如:一杯水的温度从10℃升高到20℃,水的内能一定增加;又如:冰块熔化过程,吸收热量,温度不变,内能增大。

    由此可见,内能、做功、热量三者之间存在着一定的关系,这就是“热力学第一定律”所描述的热学规律: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量即WQ=ΔE


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