第2章　热　学

2.1　考点精讲

一、分子动理论的基本内容

1．宏观物体是由大量分子所组成的

分子非常微小，分子直径的数量级是10-10m，例如，水分子的直径约为4×10-10m。一些有机物的高分子，直径比较大。

1mol（摩尔）的任何物质都含有相同的微粒数，这个数值就叫做阿伏加德罗常量，用N_A表示，大小为

【例】一个氢分子的质量是____kg。

【答案】

【解析】因为氢分子的摩尔质量为

而1mol氢的分子数为

所以一个氢分子的质量是

2．分子永不停息地做无规则的热运动

（1）布朗运动

物质的分子太小，不易直接观察它们的运动。在显微镜下可以观察到悬浮在液体中的微小颗粒，如花粉、石墨微粒等，都在不停息地做无规则的运动，这种运动叫做布朗运动。观察表明，颗粒越小，布朗运动越剧烈；温度越高，布朗运动越剧烈。

布朗运动是悬浮在液体中的颗粒不断地受到来自各个方向的液体分子撞击的结果。布朗运动的无规则性反映了液体内部分子运动的无规则性。

（2）大量实验表明，分子的无规则运动与温度有关。温度越高，分子无规则运动越剧烈。因此，把分子无规则运动又叫做热运动。事实上，宏观上物质与温度有关的现象都与组成物质的大量分子无规则的热运动有关。

3．分子力

要把物体拉伸或压缩都需要用力，这表明分子之间既有斥力又有引力。

分子间的引力和斥力是同时存在的。当分子之间的距离等于某一数值r₀时（r₀的数量级是l0-10m），它们之间的引力与斥力正好相等，合力为零，分子处于平衡状态。当分子间距离小于r₀时，斥力大于引力，分子力表现为斥力；当分子间距离大于r₀时，斥力小于引力，分子力表现为引力。当分子间距离比r₀大得多时，分子力近似为零。

固体的分子力很大，液体次之，气体由于分子间距离较大，分子力很小，有时可以忽略。

二、物体的内能

1．分子的动能

物体是由大量分子组成的。由于分子总是在不停地做无规则的热运动，因此分子具有动能。物体内所有分子热运动动能的平均值叫做分子的平均动能。分子的平均动能与物体的温度有关，物体的温度越高，分子热运动越剧烈，分子平均动能越大。

2．分子的势能

由于分子之间存在着分子力的作用，因此分子还具有势能。分子的势能与分子间的距离有关。物体中所有分子的势能与物体的体积有关。

3．物体的内能组成

物体所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。分子的动能与温度有关，分子的势能与体积有关，因此物体的内能与温度和体积都有关。必须指出，物体的内能是不同于机械能的另一种形式的能量。

【例】物体的内能是(　  )。

A．物体所具有的热量

B．物体中所有分子的动能之和

C．物体中所有分子的势能之和

D．物体中所有分子的动能与势能之和

【答案】D

【解析】物体的内能是指组成物体的所有分子无规则热运动的动能与分子之间相互作用的势能之和。

三、改变物体内能的两种方式

1．外界对物体做功可以使物体的内能增加

例如，用手把两块木块相互摩擦，木块会发热，温度升高，内能增加。对于一个单一的做功过程，物体内能的增加量等于外界对物体做功的数值。

2．外界对物体传递热量，也可以使物体的内能增加

例如，把一锅水放在灼热的火炉上，由于火炉把热量传递给水，使水的温度升高，内能增加。在一个单一的热传递的过程中，物体内能的增加量等于外界传递给物体的热量的数值。

做功和热传递是改变物体内能的两种物理过程。做功与热传递，就改变物体内能这一点上来讲，是等效的。

功、热量、能量都采用焦耳作单位，符号为J。

【例】气体在绝热的气缸中膨胀，气体的内能(　  )。

A．增加

B．减小

C．不变

D．既可能增加，也可能减小

【答案】B

【解析】气体在绝热的气缸中膨胀时，体积增大，对外界做功。因为是绝热过程，所以气体与外界之间没有热传递。因此，气体的内能减小。

四、理想气体等温过程中的做功与热传递的关系

一定质量的理想气体的内能只决定于温度，因此理想气体在等温过程中内能始终不变，当理想气体等温膨胀时，体积增大，气体对外界做功，因为气体内能不变，所以它对外做功的同时必须吸收热量；反之，理想气体等温压缩时，体积减小，外界对气体做功，气体放出热量。由此可见，理想气体等温过程是功热的转变过程。

五、能量守恒定律

各种不同形式的能量可以互相转化，能量在转化过程中既不能消失，也不能创生，只能从一种形式转变为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体。这就是能量守恒定律。

在力学中讨论过的机械能守恒定律，是能量守恒定律在机械运动范围内的特例。

【例】质量为0.05kg的子弹以300m／s的水平速度射入放置在桌面上的静止木块，并以200m／s的速度射出，木块的质量为5kg。若损失的机械能全部转变为内能，内能增加多少?

【答案】系统内能增加了1248J

【解析】子弹击穿木块的过程是非弹性碰撞，动量守恒。设子弹的质量为m，木块质量为m＇,子弹击入木块前速度为v₀，出木块时的速度为v，木块运动的速度为v＇。根据动量守恒有

Mv₀＝mv+m＇ｖ＇

由此得

代入题给数据得

碰撞过程中系统机械能的损失为

按题意，这些能量全部转变为内能，因此系统内能增加了1248J。