物理热学教学让学生必须弄清几个关系

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  1.应弄清分子运动与布朗运动的关系
  布朗运动是大量液体分子对固体微粒撞击的集体行为的结果,个别分子对固体微粒的碰撞不会产生布朗运动。而布朗运动的激烈程度与固体微粒的大小、液体的温度等有关,固体微粒越小,液体分子对它各部分碰撞的不均匀性性越明显;质量越小,它的惯性越小,越容易改变运动状态,所以运动越激烈。液体温度越高,固体微粒周围的液体分子运动越不规则,对微粒碰撞的不均匀性越明显,布朗运动越激烈,但要注意布朗运动是悬浮的固体微粒的运动,不是单个分子的运动,但布朗运动证实了周围液体分子无规则运动。
  2.应弄清分子力与引力和斥力的关系
  分子之间虽然有空隙,大量分子却能聚集在一起或固体或液体,说明分子之间还存在着引力,而分子间有空隙,没有紧紧吸在一起,说明分子之间还存在着斥力。分子间同时存在着引力和斥力,且都随分子之间距离的变化而变化,但是,由于斥力比引力变化得快,便出现了“斥力大于引力”、“斥力和引力恰好相等”、“引力大于斥力”等情况,当分子间距离R很大时,可认为引力和斥力均等于零,而分子力是指分子引力和斥力的合力,分子间距离为R0时分子力为零,并不是分子间无引力和斥力。
  3.应弄清分子力做功与分子势能变化得关系
  与重力、弹力相似,分子力做功与路径无关,可以引进分子势能的概念。分子间所具有的势能由他们的相对位置决定,分子力做正功时分子势能减小,分子力做负功时分子势能增加。通常选取无穷远处(分子间距离R>>R0),分子势能为零,当两分子逐渐移近时(R>R0),分子做正功,分子势能减小;当分子距离R=R0时,分子势能最小(且为负值),;当两个分子靠近是(R< R0)时,分子力作负功,分子势能增大。
  4.应弄清温度与分子动能的关系
  物质分子由于不停地运动而具有的能叫分子动能。分子运动是杂乱的,同一物体内各个分子的速度大小和方向是不同的,从大量分子的总体来看,速率越大和速率越小的分子数比较少,具有中等速率的分子数比较多。在研究热现象时,有意义的不是一个分子的动能,而是大量分子的平均动能。从分子运动理论观点来看,温度是物质分子热运动平均动能的标志,温度越高,分子的平均动能就越大;注意同一温度下,不同物质分子的平均动能都相同,但由于不同物质的分子质量不同,所以分子运动的平均速率不一定相同。
  5.应弄清物体内能与状态参量的关系
  物体内能是指组成物体的所有分子热运动的动能与分子势能的总和。由于温度越高,分子平均动能越大,所以物体的内能与物体的温度有关;由于分子势能与分子间距离有关,分子间距离又与物体体积有关,所以物体的内能与物体的体积有关;由于物体的摩尔数不同,物体包含的分子数目就不同,分子热运动的总动能和分子势能的总和也会不同,所以物体的内能与物体的摩尔系有关,总之,物体内能的多少与物体的温度、体积和摩尔数有关。
  对于理想气体来说,由于分子之间没有相互作用力,就不存在分子势能,因此,理想气体的内能就是气体所有分子热运动的动能的总和。理想气体的内能只跟理想气体的质量、温度有关,而与理想气体的体积无关,即理想气体的质量和温度保持不变,其内能就保持不变。
  6.应弄清物体内能的变化与做功、热传递的关系
  改变物体内能的途径就是改变物体的分子动能和分子势能,最终达到改变物体内能,能够改变物体内能的物理过程有两种:做功和热传递。
  做功使物体的内能发生变化的时候,内能的变化可以用功的数值来量度,外界对物体做多少功,物体内能的变化就增加多少,物体对外界做多少功,物体内能就减少多少。
  热传递使物体内能发生变化的时候,内能的变化是用热量来量度的,外界给物体传递了多少热量,或者说物体吸收了多少热量,物体的内能就增加多少;物体传递给外界多少热量,或者说物体放出多少热量,物体内能就减少多少。
  做功和热传递对改变物体的内能是等效的,功和热量都可以用来量度内能的变化,它们的区别是,做功是其它形式的能(如电能、机械能等)和内能之间的转化;热传递是物体之间内能的转移。
  
  收稿日期:2011-04-09
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