第12.1节 物体的内能（解析版）

第十二章热力学定律12.1物体的内能🧭目标导航学问要点难易度1.分子平均动能：只与温度有关2.分子势能：r=r0时分子势能最小，总势能与体积有关3.内能=分子动能+分子势能4.做功和热传递：两种转变内能的方式，等效5.气体体积增大，对外做功；气体体积减小，外界对气体做功★★

★★★★★★★★★📚学问精讲一、物体的内能1.分子动能；(1)定义：分子永不停息的做无规章运动所具有的动能。表达式：(2)分子热运动的平均动能：大量分子热运动动能的平均值。表达式：(3)温度是分子热运动平均动能的唯一标志。温度越高，分子热运动平均动能越大。温度是宏观物理量，分子平均动能是微观物理量。温度不变时，单个分子动能不断变化，但分子平均动能不变。2.分子势能：(1)定义：分子间有相互作用力，作用力的大小和方向与相对位置有关，与位置相关的能量叫分子势能。(2)分子势能模型当分子从无限远处渐渐靠近的过程中，r0为平衡位置，分子引力=分子斥力①当r>r0时，分子力为引力，力的方向与位移方向相同，分子力做正功，动能增加，势能减小。②当r<r0时，分子力为斥力，力的方向与位移方向相反，分子力做负功，动能减小，势能增加。所以，在r=r0时，势能最小，动能最大。以无限远处分子势能为0点，则r0处分子势能为负值。(3)分子势能和体积有关：体积变化，分子间距变化，分子势能变化。5.内能(1)定义：物体全部大量分子动能和分子势能的总和称为内能，通常用U表示。总动能=分子数×分子平均动能。(2)内能是宏观物理量，与物体温度、体积有关。(3)由于分子热运动永不停息，所以物体内部永久大于0。(4)抱负气体：分子间距比较大，分子势能可以忽视，内能等于分子动能总和。另一说法：温度不太低、压强不太大时可看作抱负气体。(5)内能和机械能的区分：热运动具有内能，机械运动具有机械能（动能和势能）。例1.右图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（A）当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力（B）当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力（C）当r等于r1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答案：B解析：r=r2为势能最小值，即平衡位置，r=r1时为斥力，B正确。二、物体内能的变化1.转变物体内能的两种方式：做功和热传递，两种方式是等效的。①对物体做功，物体内能增加；物体对外做功（对物体做负功），物体内能削减。气体：气体膨胀，体积增大，对外界做功；（自由膨胀除外）压缩气体，体积减小，外界对气体做功。➁热传递：热量从高温物体传递给低温物体，或从物体的高温部分传递给低温部分。热平衡：热传递最终达到温度相等的状态。在热传递过程中，物体吸热，内能增加；物体放热，内能削减。➂做功和热传递，对转变物体的内能等效的。物体内能的变化与做功和热传递两个因素有关，即吸热不肯定升温。2.做功是其它形式能和内能之间的转化，热传递是内能在不同物体之间转移。例2.推断下列说法是否正确：(1)质量和温度都相同的气体，内能肯定相同。（）(2)气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大。（）(3)气体被压缩时，内能可能不变。（）(4)肯定量的某种抱负气体的内能只与温度有关。（）(5)肯定量的某种抱负气体在等压膨胀过程中，内能肯定增加。（）答案：×，×，√，√，√解析：(1)质量与温度都相同的不同抱负气体，分子的平均动能相同，但气体的摩尔质量不同，因此分子个数不同，气体的内能不同，错误；(2)气体的温度不变，气体分子的平均动能不变，内能不变，整体运动速度增大，内能也不会转变，错误；(3)气体被压缩时，假犹如时放热，放出的热量等于外界对气体做的功，则气体内能不变，正确;(4)抱负气体的分子势能为零，内能等于全部分子的动能之和，分子数肯定，总动能只与温度有关，正确；(5)由抱负气体状态方程可知，在等压膨胀过程中，气体压强不变，体积增大，温度上升，内能增加，正确。例3.关于温度和内能的理解，下列说法中正确的是()A．温度是分子平均动能的标志，物体温度上升，则物体每一个分子的动能都增大B．不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能C．1g100℃水的内能小于1g100℃水蒸气的内能D．做功和热传递对转变物体内能是等效的，也就是说做功和热传递的实质是相同的答案：C解析：物体温度上升分子的平均动能增加，但不是每一个分子的动能都增大，A错误；质量相等的氢气和氧气温度相同，分子的平均动能相同，而氢气的分子数多，则氢气的内能较大，B错误；水变成水蒸气要吸热，则同质量水的内能小于水蒸气的内能，C正确；做功和热传递对转变物体内能实质不同，做功是其他能和内能的转化，热传递是内能的转移，D错误。例4.如图所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气．以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向左拉的过程中()A．E甲不变，E乙减小 B．E甲不变，E乙增大C．E甲增大，E乙不变 D．E甲增大，E乙减小答案：D解析：在拉杆缓慢向左拉的过程中，活塞左移，压缩甲室内的气体，对甲室内的气体做功，其内能应增大；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，乙室内的气体对外界做功，内能应减小，D正确。✏️巩固练习1．关于物体的内能，下列说法中正确的是（）A．不同物体，温度相等，内能也相等B．要使气体分子的平均动能增大，外界必需向气体传热C．做功和热传递过程都能转变物体的内能，但两种过程的本质不同D．1g0℃的水与1g0℃的冰内能相等答案：C解析：A．温度相等，只是说明分子的平均动能相等，而分子数不肯定相同，因而全部分子热运动的动能也就不会相同，全部分子的势能一般也不会相同，故内能不肯定相同，A错误；B．可以是由外界向气体传热，也可以是外界对物体做功，B错误；C．做功是内能与其他形式能的相互转化，而热传递则是物体之间内能转移，两者的本质不同，C正确；D．冰熔化为水的过程中需要从外界吸取热量，转化成分子势能，所以内能较大，D错误。2.由分子动理论可知，下列说法正确的（）A.液体分子的无规章运动称为布朗运动B.物体的内能跟物体的温度和体积有关C.分子间引力总是随着分子间距离的减小而减小D.分子热运动越猛烈，物体内每个分子的动能越大答案：B解析：布朗运动是微粒的运动，不是分子的无规章运动，A错误；物体内能由分子动能和分子势能构成，分子动能和温度有关，分子势能与体积有关，B正确；分子间引力随分子间距减小而增大，C错误；分子热运动越猛烈，平均动能越大，但不表示每个分子动能越大，D错误。3．在争辩气体性质时，若分子间距离足够大，可以不计分子大小和分子间相互作用力，我们把它叫做抱负气体。对于肯定质量的某种抱负气体，下列说法正确的是（）A．气体温度上升，每一个分子的动能都增大B．气体温度上升，气体分子的平均动能增大C．外界对气体做功，气体内能肯定增大D．气体对外界放热，气体内能肯定减小答案：B解析：A．气体温度上升，绝大多数气体分子的动能都增大，但个别分子的动能也可能减小，A错误；B．温度是分子平均动能的标志，因此温度上升，气体分子的平均动能肯定增大，B正确；C．外界对气体做功，同时物体有可能向外界放出热量，内能有可能不变甚至减小，C错误；D．气体对外界放热，同时也有可能外界对气体做功，气体的内能不肯定减小，D错误。4.物体分子热运动平均动能取决于物体的（）（A）压强（B）温度（C）体积（D）状态答案：B解析：温度是分子热运动平均动能的唯一标志，B正确。5.一个密闭容器由固定导热板分隔为体积相同的两部分，分别装有质量不等的同种气体。当两部分气体稳定后，它们的（）（A）密度相同（B）分子数相同（C）分子平均速率相同（D）分子间平均距离相同答案：C解析：热平衡时温度相等，即分子平均动能相等，又由于是同种气体，所以分子平均速率相等，C正确。6.如图（a），竖直放置的气缸内有一质量不行忽视的光滑活塞，封闭了肯定质量的抱负气体，处于平衡状态。现保持温度不变，把气缸如图（b）放置，重新平衡后，气缸内气体分子的（）（A）平均速率变大 （B）平均速率变小（C）平均间距变大 （D）平均间距变小答案：C解析：温度不变，分子平均动能不变，平均速率不变；压强减小，体积增大，分子平均间距变大，C正确。7.如图，绝热气缸内封闭肯定质量的气体，气缸内壁光滑。当外界大气压变化时，下列物理量中始终保持不变的是（ ）（A）密封气体压强（B）密封气体体积（C）密封气体温度（D）弹簧的弹力答案：D解析：整体法受力分析，弹簧的拉力=总重力，不变，D正确；对活塞进行受力分析：P0S=PS+mg,外界压强P0增大，内外压强差不变，所以气体压强也增大，体积缩小，外界对气体做功，又由于是绝热系统，所以内能增加，温度上升，ABC错误。8.一个猛烈冷却的空瓶子，放入热水中，一段时间后瓶塞被弹出，瓶塞被弹出的缘由是（ ）（A）瓶内气体分子数增加 （B）瓶内全部气体分子的运动更猛烈（C） 瓶塞所受气体分子的平均作用力变大 （D）瓶塞所受外力变小答案：C解析：吸热升温，压强增大，分子撞击瓶塞的平均作用力增大，C正确。9.将相同质量，相同温度的同种抱负气体放入不同体积的容器，则这两部分气体（）（A）平均动能相同，压强相同 （B）平均动能不同，压强相同（C）平均动能相同，压强不同 （D）平均动能不同，压强不同答案：C解析：温度相同，即分子平均动能相同。质量相等的同种气体温度相等即PV乘积相等，V不等，则P不等。10.（多选）（）（A）分子力先增大后减小 （B）分子力先做正功后做负功（C）分子势能先增大后减小 （D）分子动能先增大后减小答案：BD解析：分子力先减小后增大，A错误；分子力先是引力后是斥力，所以先做正功后做负功，分子势能先减小后增大，动能先增大后减小，所以BD正确，C错误。11.如图所示，甲分子固定在坐标原点O，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，选项中四个图分别表示乙分子的速度、加速度、势能、动能与两分子间距离的关系，其中大致正确的是()答案：B解析：乙分子的运动方向始终不变，A错误；加速度与力的大小成正比，方向与力相同，故B正确；乙分子从A处由静止释放，分子势能不行能增大到正值，故C错误；分子动能不行能为负值，故D错误。12.某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成。开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽视气体分子间相互作用，则（）A．缸内气体对外做功，分子的平均动能减小B．缸内气体对外做功，内能增大C．外界对缸内气体做功，分子的平均动能增大D．外界对缸内气体做功，内能减小答案：A解析：缸内气体体积变大，对外做功，缸内气体与外界无热交换，可知气体的内能减小，温度降低，则分子的平均动能减小。13.如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图．M、N两筒间密闭了肯定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中()A．外界对气体做功，气体内能增大 B．外界对气体做功，气体内能减小C．气体对外界做功，气体内能增大 D．气体对外界做功，气体内能减小答案：A解析：筒内气体不与外界发生热交换，当M向下滑动时，筒内气体体积变小，外界对气体做功，使气体的内能增大，故A正确。14.（多选）夏季，长春市的天气温差比较大，充分气的车胎经过正午阳光的暴晒简洁爆胎．若车胎内的气体可视为抱负气体，爆胎前车胎内气体体积及质量均不变，爆胎过程时间极短．关于车胎内的气体，下列说法正确的是()A．爆胎前随着气温的上升，车胎内气体压强增大B．爆胎前随着气温的上升，车胎内气体吸取热量，内能增大C．爆胎过程中，车胎内气体对外做功，内能减小D．爆胎过程中，车胎内气体分子平均动能不变答案：ABD解析：爆胎前气体体积不变，温度上升时，压强增大，内能增大，A、B正确；爆胎过程时间极短，气体来不及与外界热交换，其体积膨胀对外做功，则气体内能减小，温度降低，气体分子平均动能减小，故C正确，D错误。15.将肯定质量的0℃的冰溶为0℃的水，此时分子的总动能________，分子的总势能_________（填“减小”、“不变”或“增大”）。答案：不变变大解析：温度不变，分子总动能不变；吸取热量，内能增加，即分子总势能增加。16.一个气泡自池塘底浮起，上升到水面的过程中，气泡体积渐渐变大。若水底和水面温度相同，则上升过程中，气泡内气体（不行看作抱负气体）的分子动能_______，气体的内