在2013年的高考物理中,涉及到内能的知识点包括:
1. 分子热运动和分子动能(包括分子平均动能和分子间势能)
2. 物体的内能(包括分子动能和分子势能)
3. 热力学第一定律(能量守恒定律)
其中,热力学第一定律的基本内容是:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它做的功之和。这个定律可以帮助我们理解物体的内能变化是如何发生的。
题目:
一个质量为m的物体,在恒定合外力F的作用下,从静止开始运动,并逐渐远离平衡位置。假设物体在运动过程中只受到重力和恒定合外力F的作用,且物体与平衡位置的距离r与时间t的关系为r = at^2 + b。其中a为常量,且a>0。求物体在运动过程中的内能变化。
解析:
物体在运动过程中,受到重力和恒定合外力F的作用。由于物体在运动过程中逐渐远离平衡位置,因此合外力F的方向与速度方向相同,合外力对物体做正功。同时,物体受到重力作用,重力做负功。物体的动能增加,内能减少。
物体在运动过程中的动能变化可以通过动能定理得到:合外力对物体的功等于物体动能的增量。由于物体在运动过程中只受到重力和恒定合外力F的作用,因此物体的动能变化只与合外力做功有关。
根据题意,物体在运动过程中受到的合外力为F = mgtanθ,其中θ为物体与竖直方向的夹角。物体在运动过程中的加速度为a = gtanθ,因此物体在t时刻的速度为v = at。
物体在t时刻与平衡位置的距离为r = at^2 + b,其中b为初始距离。由于物体逐渐远离平衡位置,因此物体在运动过程中合外力F的方向与速度方向相同,合外力对物体做正功。
根据动能定理,物体的动能变化等于合外力对物体的功:
ΔEk = W = Fs = mgtanθ(at^2 + b)
由于物体受到重力作用,重力做负功:
-ΔG = -mgΔh = -mg(b - at^2)
因此物体的内能变化为:
ΔU = ΔEk - ΔG = mgtanθ(at^2 + b) - mgb + mga^2t^2
由于a>0,因此物体的内能逐渐减少。
答案:物体的内能逐渐减少。