走出理解内能的误区

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走出理解内能的误区

    内能是初中热学部分的重要概念之一,是初中物理教学中的一个难点。由于内能的概念很抽象,并且与温度、做功、热传递之间存在着较为复杂的关系,所以学生对于内能概念的理解往往是片面的,表现在处理具体问题时常有顾此失彼和捉摸不定的感觉。本文对于理解内能的常见误区进行简要分析,供参考。
    误区一:关于“吸收热量和温度”
    由于受到生活“经验”的干扰,大多数学生都认为“物体吸收热量温度一定升高”。部分学生能够理解“物体吸收热量温度可以保持不变”,但是很少学生对“物体吸收热量温度可以降低”表示认同。
    事实上,在不涉及做功的情况下,物体吸收热量有的温度升高,还有的可以不变或降低。例如,一般情况,物体吸收热量温度升高。但是晶体熔化、液体沸腾的过程中吸收热量温度保持不变;汽化、升华的过程中吸收热量的物体温度降低,汽化、升华的物理过程都有致冷作用。
    误区二:关于“温度和内能”
    教材中介绍物体的内能和温度有关,温度越高,物体内部分子的热运动越剧烈,物体的内能就越大。所以学生容易产生“物体的温度不变,内能也就保持不变”的错误认识。
    物体的温度变化,内能一定变化。但是物体的温度不变,内能可以不变,也可以增加,还可以减小。例如,一般情况下,物体的温度不变,内能不变;但是晶体在熔化过程中,吸收热量,温度保持不变,内能增加;相反在凝固过程中,放出热量,温度保持不变,内能减小。
    误区三:关于“做功、热传递和内能”
    1.改变物体的内能有两种方式;做功和热传递,并且做功和热传递对于改变物体的内能是等效的。初中学生的思维缺乏严密性,在解决具体问题时往往顾此失彼。例如,认为“物体吸收热量内能一定增加,物体对外做功内能一定减小”等。
    2.因为热传递是内能间的转移,所以在没有做功的参与情况下,物体吸收热量内能一定增加,放出热量内能一定减小;但是在没有热传递的情况下,外界对物体做功,物体的内能不一定增加,即机械能不一定转化为内能。例如,用力提起物体,对物体做功使得物体的机械能增加,而内能本身没有变化。如果是做功使物体内能变化。外界对物体做功物体的内能增加,物体对外界做功内能减小。常见做功使物体内能增加的情况有:压缩气体做功,克服摩擦做功。物体对外做功使物体内能减小的情况是气体膨胀对外做功。
    误区四:关于“热量和内能”
    有的学生认为“热量就是内能”。
    热量和内能是两个不同的物理量。热量是在热传递过程中传送能量的多少,是一个过程量,只有在热传递的过程中才有意义。不能说“物体含有热量,具有热量”。内能是物体内所有分子做无规则运动的动能和分子间相互作用的势能的总和,它和物体的质量、温度等因素有关。一切物体都有内能。
    误区五:关于“机械能和内能”
    1.部分学生认为“物体的运动速度越大,它的内能就越大”这个错误认识是由于学生没有把宏观概念和微观概念区分开的缘故。物体宏观的机械运动情况决定物体的机械能,物体微观的分子热运动和分子间的相互作用决定物体的内能。所以物体的运动速度和它的内能没有直接的关系。
    2.一个物体的内能减少,一定有另一个物体的内能增加”。这个错误的产生反映学生对于能量之间的转化或转移关系模糊不清,可以从以下几个方面来认识:
    首先,机械能和内能可以相互转化,主要通过做功来实现。例如,物体沿粗糙的斜面滑下;流星坠落和大气层摩擦等情况下机械能都减小转化为物体间的内能。再如,壶内热汽推动塞子运动,自身内能减小,转化为塞子的机械能。
    其次,有时机械能不转化为内能。例如,人造卫星在大气层外运动;忽略空气阻力的物体的下落运动都只有动能和势能间的相互转化,而机械能的总量保持不变,不转化为内能。
    再次,物体的内能减少,可以转化为机械能或其他形式的能。例如,热蒸汽膨胀推动活塞运动,对外做功,自身内能减小,部分转化为活塞的机械能。部分转化为活塞的内能。