“機(jī)械能和內(nèi)能”常見問題問與答

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)
    由于內(nèi)能的概念很抽象,并且與溫度、做功、熱傳遞之間存在著較為復(fù)雜的關(guān)系,同學(xué)們對(duì)于內(nèi)能概念的理解往往是片面的,表現(xiàn)在處理具體問題時(shí)常常顧此失彼。本文對(duì)于內(nèi)能和機(jī)械能的理解出現(xiàn)的常見問題分析如下:
  
 。.物體的溫度不變時(shí),其內(nèi)能是否改變?
  
  溫度越高,物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈,物體的內(nèi)能就越大。所以學(xué)生容易產(chǎn)生“物體的溫度不變,內(nèi)能也就保持不變”的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。物體的內(nèi)能是由物體的溫度、物態(tài)、體積等因素共同決定的,只要其中一個(gè)因素改變時(shí),就會(huì)引起內(nèi)能的改變。物體的溫度變化,內(nèi)能一定變化。物體的溫度不變,內(nèi)能可以不變,也可以增加,還可以減小。例如,晶體在熔化過程中,吸收熱量,溫度保持不變,內(nèi)能增加;相反在凝固過程中,放出熱量,溫度保持不變,內(nèi)能減小。所以物體在只有溫度改變時(shí),其內(nèi)能一定會(huì)改變;但物體的內(nèi)能改變時(shí),其溫度卻不一定改變。任何溫度下的物體的分子都在不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),它們都有內(nèi)能,不要認(rèn)為低溫物體沒有內(nèi)能。
  
  2.做功或熱傳遞時(shí),內(nèi)能一定發(fā)生改變嗎?
  
  做功和熱傳遞對(duì)于改變物體的內(nèi)能是等效的,在解決具體問題時(shí)往往會(huì)顧此失彼。例如,認(rèn)為“物體吸收熱量?jī)?nèi)能一定增加,物體對(duì)外做功內(nèi)能一定減小”等。因?yàn)闊醾鬟f是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移,所以在沒有做功參與的情況下,物體吸收熱量?jī)?nèi)能一定增加,放出熱量?jī)?nèi)能一定減小;做功的過程也是能量轉(zhuǎn)化的過程,在沒有熱傳遞參與的情況下,外界對(duì)物體做功,物體的內(nèi)能不一定增加,即機(jī)械能不一定轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。例如,用力提起物體,對(duì)物體做功使得物體的機(jī)械能增加,而內(nèi)能本身沒有變化。如果是做功使物體內(nèi)能發(fā)生變化,則外界對(duì)物體做功會(huì)使物體的內(nèi)能增加,這是其他形式的能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能;若是物體對(duì)外界做功則內(nèi)能減小,是內(nèi)能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能。例如用活塞壓縮空氣,就是活塞運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為空氣內(nèi)能;摩擦生熱是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;壓縮空氣推動(dòng)活塞而做功,就是空氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為活塞運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能。
  
 。常疅崃烤褪莾(nèi)能嗎?
  
  這個(gè)認(rèn)識(shí)是錯(cuò)誤的。熱量和內(nèi)能是兩個(gè)不同的物理量,內(nèi)能是物體的狀態(tài)量,它是物體在某一狀態(tài)某一時(shí)刻所具有的一種能量;熱量是過程量,它是在某一段過程中物體之間發(fā)生熱交換的那一部分能量,是物體在熱傳遞的過程中其內(nèi)能改變量的量度,只有在熱傳遞的過程中才有意義。在只發(fā)生熱傳遞的過程中,物體吸收(放出)多少熱量,其內(nèi)能就增加(減少)多少.熱量不屬于哪一個(gè)物體,它量度的是流通量、交換量。說某一物體具有多少熱量,就如同說某一物體具有多少功一樣不正確。
  
  4.物體的運(yùn)動(dòng)速度越大,它的內(nèi)能就越大嗎?
  
  這個(gè)認(rèn)識(shí)也是錯(cuò)誤的,這是由于沒有把宏觀和微觀區(qū)分開的緣故。物體宏觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)情況決定物體的機(jī)械能,物體微觀的分子熱運(yùn)動(dòng)和分子間的相互作用決定物體的內(nèi)能。物體的內(nèi)能大小與物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動(dòng)以及分子間的相互作用情況有關(guān),是物體能量的微觀表現(xiàn),這種無規(guī)則運(yùn)動(dòng)是分子在物體內(nèi)部自身不停地運(yùn)動(dòng),而不是隨著物體整體一起所做的運(yùn)動(dòng)。物體的機(jī)械能則與整個(gè)物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)情況及相對(duì)位置有關(guān),是物體能量的宏觀表現(xiàn),兩者涉及的范疇不同,所以物體的運(yùn)動(dòng)速度和它的內(nèi)能沒有直接的關(guān)系。物體的內(nèi)能在任何情況下都不會(huì)為零,而物體的機(jī)械能可以相對(duì)為零。例如,拋到空中的球,離開地面,具有重力勢(shì)能;它在空中飛行,具有動(dòng)能;球內(nèi)部的分子做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng),而且分子之間有相互作用,因此球還具有內(nèi)能。
  
  5.物體的內(nèi)能和機(jī)械能都能計(jì)算嗎?
  
  物體的內(nèi)能是無法確定或者說無法計(jì)算(測(cè)試)出來的,只有當(dāng)物體的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)內(nèi)能的變化量才可以通過做功或熱傳遞來衡量,而一個(gè)物體的機(jī)械能在其狀態(tài)確定時(shí)就對(duì)應(yīng)有一個(gè)確定的值。
  
  6.內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能嗎?
  
  機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,如具有一定初速度的物體在粗糙水平面上滑行一段距離后停下來,損失的機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(以該水平面為零勢(shì)面);反過來,要實(shí)現(xiàn)內(nèi)能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化需通過一定的機(jī)械設(shè)備才能實(shí)施,任何一種機(jī)械的效率都不可能達(dá)到100%,即內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能但不能100%的轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
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