（江蘇專版）2018版高中物理 第七章 分子動理論 5 內(nèi)能學(xué)案 新人教版選修3-3

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1、 5　內(nèi)能 [學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.知道溫度是分子平均動能的標(biāo)志.2.明確分子勢能與分子間距離的關(guān)系.3.理解內(nèi)能的概念及其決定因素． 一、分子動能 [導(dǎo)學(xué)探究]　 分子處于永不停息的無規(guī)則運動中，因而具有動能．(1)為什么研究分子動能的時候主要關(guān)心大量分子的平均動能？ (2)物體溫度升高時，物體內(nèi)每個分子的動能都增大嗎？ (3)物體運動的速度越大，其分子的平均動能也越大嗎？ 答案　(1)分子動能是指單個分子熱運動的動能，但分子是無規(guī)則運動的，因此各個分子的動能以及一個分子在不同時刻的動能都不盡相同，所以研究單個分子的動能沒有意義，我們主要關(guān)心的是大量分子的平均動能． (2)溫

2、度是大量分子無規(guī)則熱運動的集體表現(xiàn)，含有統(tǒng)計的意義，對于個別分子，溫度是沒有意義的．所以物體溫度升高時，個別分子的動能可能減小，也可能不變． (3)不是．分子的平均動能與宏觀物體運動的動能無關(guān)． [知識梳理] 1．分子動能：由于分子永不停息地做無規(guī)則運動而具有的能量． 2．溫度的理解 (1)在宏觀上：溫度是物體冷熱程度的標(biāo)志． (2)在微觀上：溫度是物體分子熱運動的平均動能的標(biāo)志． 3．分子動能的理解 (1)由于分子熱運動的速率大小不一，因而重要的不是系統(tǒng)中某個分子的動能大小，而是所有分子的動能的平均值，即分子熱運動的平均動能． (2)溫度是大量分子平均動能的標(biāo)志，對個別分子

3、沒有意義．同一溫度下，各個分子的動能不盡相同． (3)分子的平均動能與宏觀上物體的運動速度無關(guān)．(填“有”或“無”)． 二、分子勢能 [導(dǎo)學(xué)探究]　(1)功是能量轉(zhuǎn)化的量度，分子力做功對應(yīng)什么形式的能量變化呢？(2)若分子力表現(xiàn)為引力，分子間距離增大時，分子力做什么功？分子勢能如何變化？分子間距離減小時，分子力做什么功？分子勢能如何變化？(3)若分子力表現(xiàn)為斥力，分子力做功情況以及分子勢能的變化情況又如何呢？ 答案　(1)分子力做功對應(yīng)分子勢能的變化．(2)負(fù)功　分子勢能增加　正功　分子勢能減小　(3)分子間距離增大時，分子力做正功，分子勢能減??；分子間距離減小時，分子力做負(fù)功，分子勢

4、能增大． [知識梳理]　 1．分子勢能的大小是由分子間的相互位置決定的． 2．決定因素 (1)宏觀上：分子勢能的大小與物體的體積有關(guān)． (2)微觀上：分子勢能與分子之間的距離有關(guān)． 3．分子力、分子勢能與分子間距離的關(guān)系 分子間距離 r＝r0 r＞r0，r增大 r＜r0，r減小 分子力 等于零 表現(xiàn)為引力 表現(xiàn)為斥力 分子力做功 分子力做負(fù)功 分子力做負(fù)功 分子勢能 最小 隨分子間距離的增大而增大 隨分子間距離的減小而增大 分子勢能與分子間的距離的關(guān)系如圖1所示． 圖1 三、內(nèi)能 [導(dǎo)學(xué)探究]　(1)結(jié)合影響分子動能和分子勢能的因素

5、，從微觀和宏觀角度討論影響內(nèi)能的因素有哪些？(2)物體的內(nèi)能隨機械能的變化而變化嗎？內(nèi)能可以為零嗎？ 答案　(1)①微觀上：物體的內(nèi)能取決于物體所含分子的總數(shù)、分子的平均動能和分子間的距離． ②宏觀上：物體的內(nèi)能取決于物體所含物質(zhì)的量、溫度和體積及物態(tài)． (2)物體的機械能變化時其溫度和體積不一定變化，因此其內(nèi)能不一定變化，兩者之間沒有必然聯(lián)系．組成物體的分子在做永不停息的無規(guī)則運動，因此物體的內(nèi)能不可能為零． [知識梳理] 1．內(nèi)能：物體中所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和． 2．普遍性：組成任何物體的分子都在做著無規(guī)則的熱運動，所以任何物體都具有內(nèi)能． 3．相關(guān)因素 (1

6、)物體所含的分子總數(shù)由物質(zhì)的量決定． (2)分子熱運動的平均動能由溫度決定． (3)分子勢能與物體的體積有關(guān)． 故物體的內(nèi)能由物質(zhì)的量、溫度、體積共同決定，同時受物態(tài)變化的影響． 4．機械能與內(nèi)能 物體具有內(nèi)能的同時也可以具有機械能．當(dāng)物體的機械能增加時，內(nèi)能不一定(填“一定”或“不一定”)增加，但機械能與內(nèi)能之間可以相互轉(zhuǎn)化． 一、分子動能 1．溫度是分子平均動能的標(biāo)志．溫度越高，分子的平均動能越大，但個別分子的動能可能減小，也可能不變． 2．由于分子永不停息地做無規(guī)則運動，所以分子平均動能不能為零． 3．分子的平均動能與宏觀物體運動的動能無關(guān)． 例1　下列說法正確的

7、是(　　) A．只要溫度相同，任何物體分子的平均動能都相同 B．分子動能指的是由于分子定向移動具有的動能 C．100個分子的動能和分子勢能的總和就是這100個分子的內(nèi)能 D．溫度高的物體中每一個分子的運動速率大于溫度低的物體中每一個分子的運動速率 答案　A 解析　溫度相同，物體分子的平均動能相同，A正確；分子動能是由于分子無規(guī)則運動而具有的動能，B錯誤；物體內(nèi)能是對大量分子而言，對100個分子毫無意義，C錯誤；相同物質(zhì)，溫度高的物體分子平均速率大，溫度是分子平均動能大小的標(biāo)志，對單個分子沒有意義，D錯誤． 二、分子勢能 如果取兩個分子間相距無窮遠(yuǎn)時(此時分子間作用力可忽略不計)

8、的分子勢能為零，分子勢能Ep與分子間距離r的關(guān)系可用如圖2所示的實線表示(分子力F與分子間距離r的關(guān)系如圖中虛線所示) 圖2 由圖可知，當(dāng)r＝r0時，F(xiàn)＝0，此時分子勢能最小，且小于0；當(dāng)r>r0，隨著r的增大，分子勢能增大；當(dāng)r

9、斷增大 B．分子勢能不斷減小 C．分子勢能先增大后減小 D．分子勢能先減小后增大 答案　D 解析　r>r0時，靠近時引力做正功，Ep減?。籸

10、子勢能減小 答案　B 解析　從a到c的過程中，分子力表現(xiàn)為引力，做正功，故分子勢能減小，分子力先增大后減小，從c到d過程中，分子力表現(xiàn)為斥力，分子力做負(fù)功，故分子勢能增加，分子力增大，B正確． 分子勢能圖象問題的解題技巧 (1)要明確分子勢能、分子力與分子間距離關(guān)系圖象中拐點的不同意義.分子勢能圖象的最低點(最小值)對應(yīng)的距離是分子平衡距離r0，分子力圖象與r軸交點的橫坐標(biāo)表示平衡距離r0. (2)要把圖象上的信息轉(zhuǎn)化為分子間距離，再求解其他問題. 三、內(nèi)能 1．溫度、內(nèi)能的區(qū)別 (1)溫度宏觀上表示物體的冷熱程度，是分子平均動能的標(biāo)志． (2)內(nèi)能是物體中所有分子的熱運

11、動動能與分子勢能的總和． 2．內(nèi)能和機械能的區(qū)別與聯(lián)系 內(nèi)能 機械能 對應(yīng)的運動形式 微觀分子熱運動 宏觀物體機械運動 常見的能量形式 分子動能、分子勢能 物體動能、重力勢能或彈性勢能 影響因素 物質(zhì)的量、物體的溫度和體積及物態(tài) 物體的機械運動的速度、相對于零勢能面的高度或彈性形變量 大小 永遠(yuǎn)不等于零 一定條件下可以等于零 聯(lián)系 在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化 例4　下列說法正確的是(　　) A．鐵塊熔化成鐵水的過程中，溫度不變，內(nèi)能也不變 B．物體運動的速度增大，則物體中分子熱運動的平均動能增大，物體的內(nèi)能增大 C．A、B兩物體接觸時有熱量從物體

12、A傳到物體B，這說明物體A的內(nèi)能大于物體B的內(nèi)能 D．A、B兩物體的溫度相同時，A、B兩物體的內(nèi)能可能不同，分子的平均速率也可能不同 答案　D 解析　解答本題的關(guān)鍵是對溫度和內(nèi)能這兩個概念的理解．溫度是分子平均動能的標(biāo)志，內(nèi)能是所有分子熱運動動能和分子勢能的總和，故溫度不變時，內(nèi)能可能變化，A項錯誤；兩物體溫度相同，內(nèi)能可能不同，分子的平均動能相同，但由k＝m2知，分子的平均速率可能不同，故D項正確；最易出錯的是認(rèn)為有熱量從A傳到B，A的內(nèi)能肯定大，其實有熱量從A傳到B，只說明A的溫度高，內(nèi)能大小還要看它們的總分子數(shù)和分子勢能這些因素，故C項錯誤；機械運動的速度與分子熱運動的平均動能無必

13、然關(guān)系，故B項錯誤．故選D. 1．(分子動能)當(dāng)氫氣和氧氣的質(zhì)量和溫度都相同時，下列說法中正確的是(　　) A．兩種氣體分子的平均動能相等 B．氫氣分子的平均速率大于氧氣分子的平均速率 C．兩種氣體分子熱運動的總動能相等 D．兩種氣體分子熱運動的平均速率相等 答案　AB 解析　因溫度是分子平均動能的標(biāo)志，所以選項A正確；因為氫氣分子和氧氣分子的質(zhì)量不同，且mH2

14、勢能的說法正確的是(　　) A．當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的增大而增大 B．當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的增大而減小 C．當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的減小而增大 D．當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的減小而減小 答案　C 3．(分子勢能與分子力做功)如圖4所示，設(shè)有甲、乙兩分子，甲固定在O點，r0為其平衡位置間的距離，今使乙分子由靜止開始只在分子力作用下，由距甲0.5r0處開始沿x方向運動，則(　　) 圖4 A．乙分子的加速度先減小，后增大 B．乙分子到達(dá)r0處時速度最

15、大 C．分子力對乙一直做正功，分子勢能減小 D．乙分子在r0處時，分子勢能最小 答案　BD 解析　兩分子間的斥力和引力的合力F與分子距離的關(guān)系如圖中曲線所示，曲線與r軸交點的橫坐標(biāo)為r0. 由圖可知，乙分子受到的分子力先變小，位于平衡位置時，分子力為零，大于平衡位置時，分子力先變大再變小，故乙分子的加速度是先變小再反向變大，再變小，故A錯誤；當(dāng)r小于r0時，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力，F(xiàn)做正功，分子動能增加，勢能減小，當(dāng)r等于r0時，動能最大，勢能最??；當(dāng)r大于r0時，分子間作用力表現(xiàn)為引力，分子力做負(fù)功，動能減小，勢能增加，故B、D正確，C錯誤，故選B、D. 4．(內(nèi)能)關(guān)于物

16、體的內(nèi)能，下列說法中正確的是(　　) A．機械能可以為零，但內(nèi)能永遠(yuǎn)不為零 B．溫度相同、質(zhì)量相同的物體具有相同的內(nèi)能 C．溫度越高，物體的內(nèi)能越大 D．0 ℃的冰的內(nèi)能與等質(zhì)量的0 ℃的水的內(nèi)能相等 答案　A 解析　機械能是宏觀能量，當(dāng)物體的動能和勢能均為零時，機械能就為零；而物體內(nèi)的分子在永不停息地做無規(guī)則運動，且存在相互作用力，所以物體的內(nèi)能永不為零，A項對；物體的內(nèi)能與物質(zhì)的量、溫度和體積及物態(tài)有關(guān)，B、C、D錯誤． 題組一　分子動能 1．關(guān)于溫度與分子動能的關(guān)系，下列說法正確的是(　　) A．某物體的溫度為0 ℃，說明物體中分子的平均動能為零 B．溫度是分子熱

17、運動平均動能的標(biāo)志 C．溫度較高的物體，其分子平均動能較大，則分子的平均速率也較大 D．物體的運動速度越大，則物體的溫度越高 答案　B 解析　某物體溫度是0 ℃，物體中分子的平均動能并不為零，因為分子在永不停息地做無規(guī)則運動，A錯誤；溫度是分子熱運動平均動能的標(biāo)志，溫度越高，分子的平均動能越大，由Ek＝mv2，知分子平均速率不一定大，B正確，C錯誤；物體內(nèi)分子無規(guī)則熱運動的速度與機械運動的速度無關(guān)，物體的運動速度越大，不能代表物體內(nèi)部分子的熱運動越激烈，所以物體的溫度不一定高，D錯誤． 題組二　分子勢能 2．關(guān)于分子勢能和物體體積的關(guān)系，下列說法中正確的是(　　) A．當(dāng)物體體積

18、增大時，其分子勢能必定增大 B．當(dāng)物體體積增大時，其分子勢能不一定增大 C．當(dāng)物體體積減小時，其分子勢能必定減小 D．當(dāng)物體體積不變時，其分子勢能一定不變 答案　BD 3．下列分子勢能一定減小的情況是(　　) A．分子間距離減小時 B．分子間表現(xiàn)為斥力且分子間距離增大時 C．分子動能增大時 D．分子間作用力做負(fù)功時 答案　B 解析　當(dāng)分子間距離減小時，分子間的作用力可能做正功，也可能做負(fù)功，所以分子勢能可能增大，也可能減小，A錯誤；當(dāng)分子間表現(xiàn)為斥力且分子間距離增大時，分子間的作用力做正功，分子勢能減小，B正確；分子動能與分子勢能沒有關(guān)系，C錯誤；分子間的作用力做負(fù)功時，

19、分子勢能增大，D錯誤． 4．以r、F、Ep分別表示分子間距、分子力和分子勢能，而當(dāng)r＝r0時，F(xiàn)＝0，于是有(　　) A．當(dāng)r>r0時，r越大，F(xiàn)越大，Ep越大 B．當(dāng)r>r0時，r越大，F(xiàn)越大，Ep越小 C．當(dāng)rr0時，隨著r的增大，F(xiàn)先增大后減小，而Ep是單調(diào)增大的，故A、B錯誤；當(dāng)r

20、Ep隨分子間距離r變化關(guān)系的圖線是(　　) 答案　B 解析　當(dāng)rr0時，分子力表現(xiàn)為引力，隨分子間距離r增大，分子勢能Ep增大；當(dāng)r＝r0時，分子力為零，此時分子勢能最?。蔬x項B正確． 題組三　內(nèi)能 6．下列說法正確的是(　　) A．分子的動能與分子的勢能的和叫做這個分子的內(nèi)能 B．物體的分子勢能由物體的溫度和體積決定 C．物體的速度增大時，物體的內(nèi)能增大 D．物體的動能減小時，物體的溫度可能增加 答案　D 解析　內(nèi)能是對物體內(nèi)所有分子而言的，單個分子無內(nèi)能可言，選項A錯誤；物體的分子勢能由分

21、子間距離決定，宏觀上表現(xiàn)為由物體的體積決定，所以選項B錯誤；物體的宏觀速度與物體的內(nèi)能沒有關(guān)系，物體的動能與物體的溫度沒有關(guān)系，故選項C錯誤，D正確． 7．關(guān)于物體的內(nèi)能，以下說法正確的是(　　) A．箱子運動的速度減小，其內(nèi)能也減小 B．籃球的容積不變，內(nèi)部氣體的溫度降低，其氣體的內(nèi)能將減小 C．物體的溫度和體積均發(fā)生變化，其內(nèi)能一定變化 D．對于一些特殊的物體，可以沒有內(nèi)能 答案　B 解析　物體的內(nèi)能與物體的機械運動無關(guān)，故A錯誤；當(dāng)氣體的體積不變而溫度降低時，氣體的分子勢能不變，分子的平均動能減小，氣體的內(nèi)能減小，故B正確；物體的體積和溫度均發(fā)生變化時，物體內(nèi)的分子勢能和分

22、子的平均動能都發(fā)生變化，其內(nèi)能可能不變，故C錯誤；任何物體都有內(nèi)能，故D錯誤． 8．下列關(guān)于物體內(nèi)能和機械能的說法正確的是(　　) A．物體的內(nèi)能大，則機械能也一定大 B．一切物體都具有內(nèi)能 C．當(dāng)物體靜止時，物體的內(nèi)能為零 D．內(nèi)能是物體的機械能的另一種說法 答案　B 解析　內(nèi)能和機械能是兩種不同形式的能，二者沒有必然的聯(lián)系，A、C、D錯誤；由于分子永不停息地做無規(guī)則運動，故一切物體皆有內(nèi)能，B正確． 9．三個瓶子分別盛有質(zhì)量相同的氫氣、氧氣和氮氣，它們的溫度相同，則分子平均速率最大的是__________；在不計分子勢能的情況下，氣體內(nèi)能最大的是__________． 答

23、案　氫氣　氫氣 解析　它們的平均動能相同，即mOv＝mNv＝mHv，而分子質(zhì)量的大小關(guān)系為mO>mN>mH，所以有vH>vN>vO，又因三種氣體的質(zhì)量相同，氫氣的分子總數(shù)最多，由氣體內(nèi)能E內(nèi)＝Nk可知，氫氣內(nèi)能最大． 10．(1)1 kg的40 ℃的水跟1 kg的80 ℃的水哪個內(nèi)能多？ (2)1 kg的40 ℃的水跟2 kg的40 ℃的水哪個內(nèi)能多？ (3)一小杯100 ℃的開水跟一池塘常溫下的水哪個內(nèi)能多？ (4)1 kg的100 ℃的水跟1 kg的100 ℃的水蒸氣哪個內(nèi)能多？ 答案　(1)1 kg的80 ℃的水　(2)2 kg的40 ℃的水 (3)一池塘常溫下的水　(4)

24、1 kg的100 ℃的水蒸氣 解析　(1)兩者質(zhì)量一樣，同種物質(zhì)，所以分子數(shù)目一樣，而80 ℃的水比40 ℃的水的水分子平均動能大，所以1 kg的80 ℃的水的分子總動能比1 kg的40 ℃的水大，若不考慮水的膨脹引起的體積微小變化，則1 kg的80 ℃的水的內(nèi)能多． (2)1 kg的40 ℃的水跟2 kg的40 ℃的水比較，2 kg的40 ℃的水內(nèi)能多，因為后者分子數(shù)目多． (3)雖然100 ℃的開水的水分子平均動能較大，但池塘的水的分子數(shù)比一小杯水的分子數(shù)多得多，故一池塘常溫下的水的內(nèi)能比一小杯100 ℃的開水的內(nèi)能多． (4)它們的質(zhì)量相等，因而所含分子數(shù)相等，分子的平均動能也相同，但100 ℃的水蒸氣分子勢能比100 ℃的水大，故1 kg的100 ℃的水蒸氣的內(nèi)能比1 kg的100 ℃的水的內(nèi)能多． 10