5　内能

黄欢克孜勒镇第一中学 第5讲内能 目标定位1 知道温度是分子热运动平均动能的标志 渗透统计的方法 2 知道什么是分子势能 分子势能随分子距离变化的关系 理解分子势能与物体的体积有关 3 知道什么是内能 知道物体的内能跟物体的物质的量 温度和体积有关 4 能够区别内能和机械能 预习导学梳理 识记 点拨 1 定义 由于分子永不停息地做而具有的能 2 分子的平均动能 所有分子的热运动动能的 3 温度的微观意义 温度是分子热运动的的标志 一 分子动能 无规则运动 平均值 平均动能 二 分子势能 1 定义 分子间由分子力和分子间的决定的势能 2 分子势能的决定因素 1 宏观上 分子势能的大小与物体的有关 2 微观上 分子势能与分子之间的有关 相对位置 体积 距离 三 内能 1 定义 物体中所有分子的热运动动能与的总和 2 决定因素 物体所含的分子总数由决定 分子的热运动平均动能由决定 分子势能与物体的有关 故物体的内能由 共同决定 同时受物态变化的影响 3 物体的内能跟物体的机械运动状态 分子势能 物质的量 温度 体积 物质的量 温度 体积 无关 想一想在高空中高速飞行的飞机中的物体 内能一定大吗 答案不一定 内能包括分子动能和分子势能 分子动能取决于温度 分子势能取决于体积 物体的内能与机械能是完全不同的概念 物体速度大 高度大 只是机械能大 内能不一定大 课堂讲义理解 深化 探究 一 对分子动能的理解 1 单个分子的动能由于分子运动的无规则性 在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一 就是同一个分子 在不同时刻的动能也是不同的 所以单个分子的动能没有意义 2 分子的平均动能 1 温度是大量分子无规则热运动的客观表现 具有统计意义 温度升高 分子平均动能增大 但不是每个分子的动能都增大 有的分子动能甚至还减小 个别分子的动能大小与温度没有关系 但总体上所有分子动能的总和随温度的升高而增加 2 分子的平均动能只由温度决定 与物质种类 质量 压强 体积无关 只要温度相同 分子的平均动能就相等 由于不同物质的分子质量不同 所以同一温度下 不同物质的分子运动的平均速率一般不同 3 温度的意义 1 宏观 描述物体的冷热程度 2 微观 分子平均动能的标志 例1下列关于物体的温度与分子动能的关系 正确的说法是 A 某物体的温度是0 说明物体中分子的平均动能为零B 物体温度升高时 每个分子的动能都增大C 物体温度升高时 分子平均动能增加D 物体的运动速度越大 则物体的温度越高 解析某种气体温度是0 物体中分子的平均动能并不为零 因为分子在永不停息地运动 A错误 当温度升高时 分子运动加剧 平均动能增大 但并不是所有分子的动能都增大 B错 C对 物体的运动速度越大 物体的动能越大 这并不能代表物体内部分子的热运动越剧烈 所以物体的温度不一定高 D错 答案C 借题发挥 1 虽然温度是分子平均动能的标志 但是零度 0 时物体中分子的平均动能却不为零 2 物体内分子做无规则热运动的速度和物体做机械运动的速度是完全不同的两个概念 针对训练当氢气和氧气的质量和温度都相同时 下列说法中正确的是 A 两种气体分子的平均动能相等B 氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率C 两种气体分子热运动的总动能相等D 两种气体分子热运动的平均速率相等 解析因温度是分子平均动能的标志 所以选项A正确 因为氢气分子和氧气分子的质量不同 且 平均动能又相等 所以分子质量大的平均速率小 故选项D错 选项B正确 虽然气体质量和分子平均动能都相等 但由于气体摩尔质量不同 所以分子数目也就不相等 因此选项C错 答案AB 二 对分子势能的深化理解 1 分子势能由分子间的相对位置决定的能叫分子势能 2 分子势能的变化与分子间距离的关系分子势能是由分子间的相对位置决定的 当分子间的距离发生变化时 分子力要做功 当分子力做正功时 分子势能减小 当分子力做负功时 分子势能增大 由分子间的 作用力F与分子间的距离r之间的关系 如图1所示 可知 取r 时分子势能为零 图1 1 当r r0 r0表示两分子间的平衡距离 下同 时 分子间的作用力小到可忽略不计 可以认为分子间没有相互作用力 这时的分子势能为零 没有分子势能 2 当r r0时 分子力表现为引力 当r增大时 分子力做负功 因此分子势能随分子间距离的增大而增大 3 当r r0时 分子力表现为斥力 当r减小时 分子力做负功 分子势能增大 因此分子势能随分子间距离的减小而增大 4 当r r0时 分子力表现为零 当r增大时 分子力做负功 分子势能增大 当r减小时 分子力做负功 分子势能增大 因此r r0时分子势能最小 分子势能与分子间的距离的关系如图2所示 图2 例2甲 乙两分子相距较远 此时它们之间的分子力可以忽略 设甲固定不动 在乙逐渐向甲靠近直到不能再靠近的过程中 关于分子势能的变化情况 下列说法正确的是 A 分子势能不断增大B 分子势能不断减小C 分子势能先增大后减小D 分子势能先减小后增大 解析r r0时 靠近时引力做正功 Ep减小 r r0时 靠近时斥力做负功 Ep增大 D 借题发挥 1 分子势能的变化情况只与分子力做功相联系 分子力做正功 分子势能减小 分子力做负功 分子势能增大 分子力做功的值等于分子势能的变化量 2 讨论分子势能变化时 绝不能简单地由物体体积的增大 减小得出结论 导致分子势能变化的原因是分子力做功 针对训练如图3所示 甲分子固定在坐标原点O处 乙分子位于x轴上 甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示 F 0为斥力 F 0为引力 a b c d为x轴上四个特定的位置 现把乙分子从a处由静止释放 则 A 乙分子由a到b做加速运动 由b到c做减速运动B 乙分子由a到c做加速运动 到达c时速度最大C 乙分子由a到c的过程 动能先增大后减小D 乙分子由b到d的过程 两分子间的分子势能一直增加 图3 解析乙分子由a运动到c的过程 一直受到甲分子的引力作用而做加速运动 到c时速度达到最大 而后受到甲分子的斥力做减速运动 A错误 B正确 乙分子由a到c的过程所受引力做正功 分子势能一直减小 分子的动能一直增大 C错误 乙分子由b到d的过程中 先是引力做正功 分子势能减小 后来克服斥力做功 分子势能增加 D错误 答案B 三 对内能的理解 1 因为一切物体都是由不停地做无规则热运动且相互作用着的分子所组成的 所以任何物体都具有内能 2 物体的内能与机械能的区别和联系 1 物体的机械运动对应着机械能 热运动对应着内能 内能和机械能是两种不同形式的能量 2 内能是物体内所有分子热运动的动能和分子间的相对位置决定的势能的总和 而不是分子定向移动的动能 它与物体的温度 体积等因素有关 而机械能是物体的动能及重力势能和弹性势能的总和 它是对宏观物体来说的 3 物体具有内能的同时又可以具有机械能 当物体的机械能增加时 内能不一定增加 但机械能与内能之间可以相互转化 例3下列说法正确的是 A 铁块熔化成铁水的过程中 温度不变 内能也不变B 物体运动的速度增大 则物体中分子热运动的平均动能增大 物体的内能增大C A B两物体接触时有热量从物体A传到物体B 这说明物体A的内能大于物体B的内能D A B两物体的温度相同时 A B两物体的内能可能不同 分子的平均速率也可能不同 解析铁块熔化成铁水的过程中要吸收热量 所以内能增加 故A错 有热量从A传到B 只说明A的温度高 内能大小还要看它们的总分子数和分子势能这些因素 故C错 机械运动的速度增大 动能增加 与分子热运动的平均动能无关系 内能也不一定增加 故B错 答案D 对点练习巩固 应用 反馈 分子动能与温度 1 下列有关 温度 的概念的说法中正确的是 A 温度反映了每个分子热运动的剧烈程度B 温度是分子平均动能的标志C 一定质量的某种物质 内能增加 温度一定升高D 温度升高时物体的每个分子的动能都将增大 1 2 3 4 解析温度是分子平均动能的标志 而对某个确定的分子来说 其热运动的情况无法确定 不能用温度反映 故A D错 B对 温度不升高而仅使分子的势能增加 也可以使物体内能增加 冰熔化为同温度的水就是一个例证 故C错 答案B 1 2 3 4 2 两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图4中曲线所示 曲线与r轴交点的横坐标为r0 相距很远的两分子在分子力作用下 由静止开始相互接近 若两分子相距无穷远时分子势能为零 下列说法正确的是 A 在r r0阶段 F做正功 分子动能增加 势能减小 1 2 3 4 分子势能与分子力做功 图4 B 在r r0阶段 F做负功 分子动能减小 势能也减小C 在r r0时 分子势能最小 动能最大D 在r r0时 分子势能为零E 分子动能和势能之和在整个过程中不变 1 2 3 4 解析由图可知 在r r0阶段 当r减小时F做正功 分子势能减小 分子动能增加 故选项A正确 在r r0阶段 当r减小时F做负功 分子势能增加 分子动能减小 故选项B错误 在r r0时 分子势能最小 动能最大 故选项C正确 在r r0时 分子势能最小 但不为零 故选项D错误 在整个相互接近的过程中 分子动能和势能之和保持不变 故选项E正确 故正确答案为A C E 答案ACE 1 2 3 4 3 下列关于分子力和分子势能的说法正确的是 A 当分子力表现为引力时 分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大B 当分子力表现为引力时 分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小C 当分子力表现为斥力时 分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大D 当分子力表现为斥力时 分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小 1 2 3 4 解析当分子力表现为引力时 分子间距离增大 分子力减小 分子力做负功 分子势能增大 所以A B不正确 当分子力表现为斥力时 分子间距离减小 分子力增大 分子力做负功 分子势能增大 所以C正确 D不正确 答案C 1 2 3 4 物体的内能与机械能 4 下列关于物体内能的说法正确的是 A 同一个物