高中物理鲁科版3第一章分子动理论第3节温度与内能 第1章第3节温度与内能

第3节温度与内能学习目标知识脉络1.了解分子的动能、平均动能，认识温度是分子平均动能的标志．(重点)2．知道分子势能跟物体的体积有关，了解分子势能随分子间距离变化而变化的定性规律．(难点)3．理解内能的概念，了解物体的内能与哪些宏观量有关，知道改变内能的两种方式．(难点)温度与分子平均动能eq\a\vs4\al([先填空])1．分子动能：分子由于做热运动所具有的动能．2．平均动能：大量分子动能的平均值．3．温度与平均动能的关系(1)温度升高，分子的平均动能增大；温度降低，分子的平均动能减小．(2)分子热运动的平均动能与物体的热力学温度成正比．(3)温度的微观本质：温度是物体内分子热运动平均动能的标志．eq\a\vs4\al([再判断])1．温度是分子平均动能的标志．(√)2．温度升高时，物体的每个分子的动能都将增大．(×)3．分子的平均动能的大小与物质的种类有关．(×)eq\a\vs4\al([后思考])为什么研究分子动能时主要关心平均动能？【提示】分子动能是指单个分子热运动的动能，但分子是无规则运动的，因此各个分子的动能以及一个分子在不同时刻的动能也不尽相同，所以研究单个分子的动能没有意义，我们主要关心的是大量分子的平均动能．eq\a\vs4\al([合作探讨])探讨1：做热运动的分子具有动能，各个分子的动能相同吗？【提示】不相同．因为物体中分子热运动的速率大小不一，各个分子的动能有大有小，所以不相同．探讨2：物体分子运动的总动能为所有分子热运动动能的总和，试从微观和宏观两个角度分析分子的总动能与哪些因素有关．【提示】微观上：与分子的平均动能和分子数有关．宏观上：由于温度是分子平均动能的标志，所以与物体的温度和物质的量有关．eq\a\vs4\al([核心点击])1．温度的微观含义温度是分子平均动能的标志，因不同的分子具有的速率一般不同，且不同时刻同一分子的速率一般也不相同，故单个分子的动能无意义．温度是物体内大量分子热运动的集体表现．只要温度相同，分子的平均动能就相同，但分子平均速率不一定相同．2．分子热运动的平均动能(1)分子的平均动能永远不可能为零，因为分子无规则运动是永不停息的．(2)平均动能与平均速率的关系可简单地理解为：Ek＝eq\f(1,2)mv2，m为该物质分子的质量．(通常提到的分子速率一般是指分子的平均速率，单个分子的速率无意义)(3)分子的动能与宏观物体的运动无关，也就是分子热运动的平均动能与宏观物体运动的动能无关．3．温度与分子动能、分子平均动能的关系在宏观上温度是表示物体冷热程度的物理量．在微观上温度是物体中分子热运动的平均动能的标志．在相同温度下，各种物质分子的平均动能都相同，温度升高，分子平均动能增加；温度降低，分子平均动能减少．在同一温度下，虽然不同物质分子的平均动能都相同，但由于不同物质的分子质量不一定相同，所以分子热运动的平均速率不一定相同．1．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．氢气分子的平均动能大于氧气分子的平均动能D．两种气体分子热运动的总动能不相等E．两种气体分子热运动的平均速率相等【解析】温度相同，两种气体分子的平均动能相等，A对，C错；因两种气体分子的质量不同，平均动能又相等，所以分子质量大的(氧气)分子平均速率小，故B对，E错；由于两种气体的摩尔质量不同，物质的量不同(质量相同)，分子数目就不等，故总动能不相等，选项D对．【答案】ABD2．关于物体的温度与分子动能的关系，正确的说法是()【导学号：30110011】A．某种物体的温度是0℃，说明物体中分子的平均动能为零B．物体温度升高时，某个分子的动能可能减小C．物体温度升高时，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多D．物体的运动速度越大，则物体的温度越高E．物体的温度与物体的速度无关【解析】某种物体温度是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，从微观上讲，分子运动快慢是有差别的，各个分子运动的快慢无法跟踪测量，而温度的概念是建立在统计规律的基础上的，在一定温度下，分子速率大小按一定的统计规律分布，当温度升高时，说明分子运动剧烈，平均动能增大，但并不是所有分子的动能都增大；物体的运动速度越大，说明物体的动能越大，这并不表示物体内部分子的热运动加剧，则物体的温度不一定高，所以BCE正确．【答案】BCE关于温度的两个注意事项1．因为温度是分子平均动能的唯一标志，所以会误认为0℃的物体中分子的平均动能也为零，要正确理解0℃的意义．2．温度是物体分子平均动能的标志，而不是物体分子动能的标志．分子势能eq\a\vs4\al([先填空])1．定义：由于分子间存在分子力，分子具有的由分子间的相对位置决定的势能．2．分子势能的决定因素(1)宏观上：与物体的体积有关．(2)微观上：与分子间的距离有关．①若r＞r0，当r增大时，分子势能增加．②若r＜r0，当r减小时，分子势能增加．③若r＝r0，分子势能最小．eq\a\vs4\al([再判断])1．分子势能与体积有关．(√)2．当r＝r0时，分子势能最小为0.(×)3．分子势能与重力势能类似可以取负值．(√)eq\a\vs4\al([后思考])物体的体积增大时，其分子势能一定增大吗？【提示】不一定．当分子间距离r>r0时，分子间作用力表现为引力，物体的体积增大，分子间距离增大，分子力做负功，分子势能增大；当r<r0时，分子间作用力表现为斥力，物体的体积增大，分子间距离增大，分子力做正功，分子势能减小．eq\a\vs4\al([合作探讨])探讨1：分子势能最小的位置在哪儿？最小等于零吗？【提示】当分子位于平衡位置时，分子势能最小；由于分子势能有相对性，所以分子势能最小时不一定等于零．探讨2：分子势能的正负能表示分子势能的大小吗？【提示】能．正的分子势能总比负的分子势能大．eq\a\vs4\al([核心点击])影响分子势能大小的因素如图1­3­1所示，随着分子间距离的变化，分子力做功，分子势能发生变化，分子势能的变化微观上决定于分子间的距离，宏观上与物体的体积有关．图1­3­1分子间距离r＝r0r>r0r<r0分子力等于零表现为引力表现为斥力分子力做功分子间距增大时，分子力做负功分子间距减小时，分子力做负功分子势能最小随分子间距的增大而增大随分子间距的减小而增大3．设r＝r0时分子间的作用力为零，则一个分子从远处以某一动能向另一个固定的分子靠近的过程中，下列说法中正确的是()A．r＞r0时，分子力做正功，动能不断增大，势能减小B．r＝r0时，动能最大，势能最小C．r＜r0时，分子力做负功，动能减小，势能增大D．r>r0时，分子势能是负的E．r<r0时，分子势能是正的【解析】当两个分子从远处开始靠近的过程中，r＞r0时两者之间是引力，引力对分子做正功，分子势能减小，由动能定理可知，分子动能增大，故A项正确．当r＜r0时两者之间是斥力，对分子做负功，分子势能增大，由动能定理可知，分子动能减小，故C项正确．由上两种情况分析可知，当r＝r0时，分子的动能最大，分子势能最小，B项正确．因没有说明分子零势能的位置，故D、E中的分子势能正、负不好确定，D、E错误．【答案】ABC4．如图1­3­2为两分子系统的势能EP与两分子间距离r的关系曲线，下列说法正确的是()【导学号：30110012】图1­3­2A．当r>r1时，分子间的作用力表现为引力B．当r<r1时，分子间的作用力表现为斥力C．当r＝r2时，分子间的作用力为零D．在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做负功E．当r<r1时，随着r的减小，分子势能增大，分子间相互作用的引力和斥力也增大【解析】当r＝r2时，分子力为零，分子势能最小，则当r大于r2时，分子间的作用力表现为引力，故A错误，C正确；当r<r1<r2时，分子间的作用力表现为斥力，故B正确；Ep在r由r1变到r2的过程中，分子力是斥力，则分子力做正功，故D错误；当r<r1时，随着r的减小，分子势能增大，分子间相互作用的引力和斥力也增大，E正确．【答案】BCE分子势能图象问题的两点提醒(1)分子势能图象的最低点(最小值)对应的距离是分子平衡距离r0，而分子力图象的最低点(引力最大值)对应的距离大于r0；(2)分子势能图象与r轴交点表示的距离小于r0，分子力图象与r轴交点表示平衡距离r0.物体的内能eq\a\vs4\al([先填空])1．定义物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和．2．普遍性物体中的分子永不停息地做无规则运动，分子间有相互作用力，所以任何物体都具有内能．3．相关因素(1)物体含有的分子数目与物体的质量有关．(2)分子热运动的平均动能与温度有关．(3)分子势能与体积有关．所以，物体的内能与物体的质量、温度和体积有关．4．改变内能的方式：做功和热传递．(1)通过做功改变物体的内能时，内能的变化量可用做功的多少来量度．(2)通过热传递而改变物体内能时，内能的变化量由热量来量度．热量和内能变化的过程相联系，热量是过程量．eq\a\vs4\al([再判断])1．任何物体都具有内能．(√)2．物体内能只与温度有关．(×)3．做功和热传递改变内能时，本质是相同的．(×)eq\a\vs4\al([后思考])温度升高，物体的内能一定增大吗？【提示】不一定．温度升高，物体内分子的平均动能增大．而分子势能与分子之间的距离有关，分子势能如何变化不确定，而物体的内能等于分子动能和分子势能之和，故温度升高，物体的内能不一定增大．eq\a\vs4\al([合作探讨])探讨：做功和热传递都能改变物体的内能．做功和热传递在改变物体内能上的本质是否相同？【提示】本质不同．做功改变物体的内能是其他形式的能和内能之间的转化，而热传递改变物体的内能是物体之间能量的转移．eq\a\vs4\al([核心点击])1．内能的决定因素(1)宏观因素：物体内能的大小由物体的质量、温度和体积三个因素决定，同时也受物态变化的影响．(2)微观因素：物体内能的大小由物体所含的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定．2．内能与机械能的比较能量名称内能机械能对应的运动形式微观分子热运动宏观物体机械运动能量常见的形式分子动能、分子势能物体的动能、重力势能或弹性势能能量存在的原因由物体内大量分子的无规则热运动和分子间相对位置决定由物体做机械运动、与地球相对位置或物体形变决定影响因素物体的质量、物体的温度和体积物体做机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度)或弹性形变是否为零永远不能等于零一定条件下可以等于零联系在一定条件下可以相互转化3.物态变化对内能的影响：一些物质在物态发生变化时，如冰的熔化、水在沸腾时变为水蒸气，温度不变．此过程中分子的平均动能不变，由于分子间的距离变化，分子势能变化，所以物体的内能变化．5．有关分子的热运动和内能，下列说法正确的是()A．一定质量的气体，温度不变，分子的平均动能不变B．物体的温度越高，分子热运动越剧烈C．物体的内能是物体中所有分子热运动动能和分子势能的总和D．布朗运动是由悬浮在液体中的微粒之间的相互碰撞引起的E．外界对物体做功，物体的内能必定增加【解析】温度是分子平均动能的标志，所以温度不变，分子的平均动能不变，A正确；物体的温度越高，分子热运动越剧烈，B正确；物体的内能就是物体内部所有分子的动能和分子势能的总和，C正确；布朗运动是由液体分子的无规则运动引起的，D错误；改变内能的方式有做功和热传递，外界对物体做功，物体的内能不一