在2013年的高考物理中,涉及到內能的知識點包括:
1. 分子熱運動和分子動能(包括分子平均動能和分子間勢能)
2. 物體的內能(包括分子動能和分子勢能)
3. 熱力學第一定律(能量守恒定律)
其中,熱力學第一定律的基本內容是:一個熱力學系統的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它做的功之和。這個定律可以幫助我們理解物體的內能變化是如何發生的。
題目:
一個質量為m的物體,在恒定合外力F的作用下,從靜止開始運動,并逐漸遠離平衡位置。假設物體在運動過程中只受到重力和恒定合外力F的作用,且物體與平衡位置的距離r與時間t的關系為r = at^2 + b。其中a為常量,且a>0。求物體在運動過程中的內能變化。
解析:
物體在運動過程中,受到重力和恒定合外力F的作用。由于物體在運動過程中逐漸遠離平衡位置,因此合外力F的方向與速度方向相同,合外力對物體做正功。同時,物體受到重力作用,重力做負功。物體的動能增加,內能減少。
物體在運動過程中的動能變化可以通過動能定理得到:合外力對物體的功等于物體動能的增量。由于物體在運動過程中只受到重力和恒定合外力F的作用,因此物體的動能變化只與合外力做功有關。
根據題意,物體在運動過程中受到的合外力為F = mgtanθ,其中θ為物體與豎直方向的夾角。物體在運動過程中的加速度為a = gtanθ,因此物體在t時刻的速度為v = at。
物體在t時刻與平衡位置的距離為r = at^2 + b,其中b為初始距離。由于物體逐漸遠離平衡位置,因此物體在運動過程中合外力F的方向與速度方向相同,合外力對物體做正功。
根據動能定理,物體的動能變化等于合外力對物體的功:
ΔEk = W = Fs = mgtanθ(at^2 + b)
由于物體受到重力作用,重力做負功:
-ΔG = -mgΔh = -mg(b - at^2)
因此物體的內能變化為:
ΔU = ΔEk - ΔG = mgtanθ(at^2 + b) - mgb + mga^2t^2
由于a>0,因此物體的內能逐漸減少。
答案:物體的內能逐漸減少。