2024-2025学年高中物理第七章分子动理论5内能学案新人教版选修3-3

PAGE9-5内能一、分子动能1．分子动能：做热运动的分子跟运动的物体一样，也具有动能，这就是分子动能．2．分子的平均动能：热现象探讨的是大量分子运动的宏观表现，重要的不是系统中某个分子的动能大小，而是全部分子的动能的平均值，叫做分子的平均动能．3．温度的微观说明：温度是物体分子热运动平均动能的标记．铁球运动得越来越快，则铁分子的平均动能越来越大，对吗？提示：不对．铁球的速度变大，是指其机械运动的速度，即其机械运动的动能变大，而分子的平均动能是指分子热运动的动能，只与温度有关．二、分子势能1．分子势能：由于分子间存在着相互作用的分子力，所以分子间也有相互作用的势能，这就是分子势能．2．影响分子势能大小的因素：微观上，分子势能的大小由分子间的相互位置确定；宏观上，分子势能的大小跟物体的体积有关．分子势能跟以前学过的哪种能量具有相像的特点？提示：分子势能同弹性势能相像，是由于分子间或物体间存在相互作用，又由其相对位置确定的能量．三、物体的内能1．定义：物体中全部分子热运动的动能与分子势能的总和叫做物体的内能．2．任何物体都具有内能．3．内能的确定因素：物体的内能跟物体的温度和体积有关．温度发生变更，分子的平均动能发生变更；物体的体积发生变更，分子势能发生变更．还要留意，物体的内能还与物体所含的分子数有关，因为内能是物体中全部分子的动能和分子势能的总和．杀虫剂从喷雾器中射出时变成雾状液体，设其温度不变，杀虫剂的内能是否变更，为什么？提示：内能增大．因为液体射出时变成雾状，原来相邻的分子被分割在不同的液滴中，其间距在r0的基础上变大了，分子势能的总和变大了(在r0时分子势能最小)，又因为温度不变，所以内能增大．考点一对分子动能和分子势能的理解1．分子动能单个分子的动能(1)物体由大量分子组成，每个分子都有分子动能且不为零(2)分子在永不停息地做无规则热运动，每个分子的动能大小不同，并且时刻在变更(3)热现象是大量分子无规则运动的统计结果，个别分子的动能没有实际意义分子的平均动能(1)温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义．温度上升，分子的平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大，个别分子的动能可能增大，也可能减小，但总体上全部分子的动能之和肯定是增加的(2)虽然同一温度下，不同物质的分子热运动的平均动能相同，但由于不同物质的分子质量不尽相同，平均速率大小一般不相同2.分子势能：分子势能的大小与分子间的距离有关，宏观上与物体的体积有关．当分子间的距离发生变更时，分子力做功，分子势能发生变更．(1)当分子间的距离r>r0时，分子间的作用力表现为引力，分子间的距离增大时，分子力做负功，因此分子势能随分子间距离的增大而增大．(2)当分子间的距离r<r0时，分子间的作用力表现为斥力，分子间的距离减小时，分子力做负功，因此分子势能随分子间距离的减小而增大．(3)假如取两个分子间相距无限远时(此时分子间作用力可忽视不计)的分子势能为零，分子势能Ep与分子间距离r的关系可用如图所示的曲线表示．从图线上看出，当r＝r0时，分子势能最小．(4)分子势能随分子间距离的变更规律类似于弹簧的弹性势能与弹簧长度的变更规律，弹簧在原长的基础上无论拉伸还是压缩，势能都会增加．【例1】(多选)用r表示两分子间的距离，Ep表示两个分子间相互作用的势能，当r＝r0时，两个分子间引力等于斥力，设两分子间距离很远时，Ep＝0，则()A．当10r0>r>r0时，Ep随r的增大而增大B．当r<r0时，Ep随r的减小而增大C．当r＝r0时，Ep最小D．当r＝r0时，Ep＝0有关分子势能及其变更的问题，应与分子力做功联系起来，分子力做正功，分子势能减小，分子力做负功，分子势能增大．【解析】当10r0>r>r0时，分子力表现为引力，分子间距离r增大时，需克服分子引力做功，即分子力做负功，所以分子势能Ep增大；当r<r0时，分子力表现为斥力，分子间距离r减小时，需克服斥力做功，即分子力做负功，分子势能Ep增大．从上述解析可知，从r＝r0动身，无论增大距离或减小距离，分子势能均增大，所以在r＝r0处，分子势能最小，由于题中已规定两分子距离很远时，Ep＝0，所以r＝r0处肯定是Ep<0.故选项A、B、C正确．【答案】ABC总结提能留意区分“分子势能最小”和“分子势能为零”是两个不同的概念，“最小”不肯定是“等于零”；反之，“等于零”也不肯定是“最小”．当然由于分子势能数值的相对性，也可以取“分子势能最小”的位置作为“分子势能为零”的位置．如下图所示为两分子间相互作用的分子势能Ep随分子间距离r变更的Ep－r图象．图(a)为取无穷远处Ep＝0时的Ep－r图象；图(b)为取r＝r0处Ep＝0时的Ep－r图象．(多选)如图所示，甲分子固定于坐标原点，乙分子位于横轴上，甲、乙两分子间引力、斥力及分子势能的大小变更状况分别如图中三条曲线所示，A、B、C、D为横轴上的四个特别的位置；E为两虚线a、b的交点，现把乙分子从A处由静止释放，则由图象可知(AB)A．虚线a为分子间斥力变更图线，交点E的横坐标代表乙分子到达该点时分子力为零B．虚线b为分子间引力变更图线，表明分子间引力随距离增大而减小C．实线c为分子势能的变更图线，乙分子到达C点时分子势能最小D．乙分子从A到C的运动过程中始终做加速运动解析：分子间的引力和斥力都随分子间距离r的增大而减小，随分子间距离r的减小而增大，但斥力变更得快，故虚线a为分子间斥力变更图线，虚线b为分子间引力变更图线，交点E说明分子间的引力、斥力大小相等，分子力为零，A、B两项正确；实线c为分子势能的变更图线，乙分子到达B点时分子势能最小，为负值，C项错误；乙分子从A到C的运动过程中分子力先表现为引力，到达B点后表现为斥力，所以乙分子先做加速运动，后做减速运动，D项错误．考点二物体的内能1．任何物体都具有内能，因为一切物体都是由永不停息地做无规则热运动且相互作用着的分子组成的．内能是对一个宏观物体而言的，不存在某个分子内能的说法．2．内能的确定因素物体的内能跟物体的温度和体积有关，温度发生变更，分子的平均动能发生变更；物体的体积发生变更，分子势能发生变更，还要留意，物体的内能还与物体所含的分数有关，因为内能是物体全部分子的动能和分子势能的总和．3．内能与机械能的区分和联系项目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形式分子动能、分子势能物体动能、重力势能或弹性势能能量存在缘由由物体内大量分子的热运动和分子间相对位置确定由于物体做机械运动和物体形变或被举高影响因素物质的量、物体的温度和体积及物态物体的机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度或弹性形变)是否为零恒久不能等于零肯定条件下可以等于零联系在肯定条件下可以相互转化1物体温度上升，内能不肯定增加；温度不变，内能可能变更；温度降低，内能可能增加.2探讨热现象时，一般不考虑机械能，在机械运动中有滑动摩擦力时，一般考虑内能.【例2】下列说法正确的是()A．温度低的物体内能小B．温度低的物体分子运动的平均速率小C．物体做加速运动时速度越来越大，物体内分子的平均动能也越来越大D．物体体积变更，内能可能不变【解析】内能是指物体内部全部分子的热运动动能和分子势能的总和，温度是分子平均动能的标记，故温度低的物体内能不肯定小；温度低的物体分子平均动能小，但由于不同物质分子质量不同，所以温度低的物体分子平均速率不肯定小；物体做加速运动时，物体的速度增大，机械能中的动能增大，但分子热运动的平均动能与机械能无关，只与温度有关；物体体积变更，分子势能变更，但内能不肯定变更；所以只有选项D正确．【答案】D总结提能内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关的能量形式，与物体宏观有序运动状态无关，它取决于物质的量、温度、体积及物态．而温度是分子平均动能的标记，与单个分子的动能以及物体的动能无任何关系．(多选)关于内能和机械能的下列说法中不正确的是(AB)A．内能和机械能各自包含动能和势能，因此，它们在本质上是一样的B．运动物体的内能和机械能均不为零C．一个物体的机械能可以为零，但它们的内能恒久不行能为零D．物体的机械能变更时，它的内能可以保持不变解析：机械能是指宏观物体动能、重力势能、弹性势能等，内能是指分子动能、分子势能，有本质的区分，A错；物体的分子运动永不停息，内能不能为零，但物体机械能可以为零，B错，C对；机械能内能在肯定条件下可相互转化，但没有转化时，一个可以变更，另一个可以不变，D对．常见误区例析对内能理解的四个误区误区1：误认为分子间距离越大，分子势能越大产生误区的缘由是没有正确相识分子势能与分子间距离的关系．若r<r0，则r越大，分子势能越小；若r>r0，则r越大，分子势能越大．误区2：误认为温度越高，分子平均速率越大产生误区的缘由是没弄清温度与分子平均动能、分子平均速率的关系．不同的物体分子质量不同，温度相同时，分子平均动能相同，但分子平均速率不同．不同的物质，温度高的其分子的动能可能要小．误区3：误认为温度越高，内能越大这是由于没弄清影响内能大小的因素．温度越高，分子平均动能越大，但比较两个物体内能时，还要考虑分子个数和分子势能．在宏观上，物体的内能由温度、体积和物质的量共同确定．误区4：误认为机械能越大的物体内能越大产生该错误的缘由是没有正确区分机械能和内能．影响机械能和内能的因素不同，机械能变更时，内能不肯定变更，反之亦然．【典例】下列说法正确的是()A．分子的动能与分子的势能之和叫做分子的内能B．物体的分子势能由物体的温度和体积确定C．物体的速度增大时，物体的内能增大D．物体的动能减小时，物体的温度可能增加【解析】通过以下表格进行逐项分析：选项情景与过程分析推断A物体的内能是全部分子动能和分子势能的总和，对单个分子而言分子势能和分子内能无意义×B物体的分子势能与分子间距离有关，宏观上由体积确定，而与温度无关×C物体速度增大时，物体的动能增大，而内能并不肯定增大×D物体的动能减小时，物体的温度可能增加√【答案】D1.如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲、乙两分子间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，现将乙分子从a移动到d的过程中，两分子间的分子力和分子势能同时都增大的阶段是(D)A．从a到bB．从b到cC．从b到dD．从c到d解析：依据分子力做功与分子势能的关系，分子力做正功分子势能削减，分子力做负功分子势能增加，故D选项正确．2．对于物体的“热胀冷缩”现象下列说法正确的是(A)A．物体受热后温度上升，分子的平均动能增大；降低温度后，分子的平均动能减小B．受热后物体膨胀，体积增大，分子势能增大；收缩后，体积减小，分子势能减小，分子的平均动能不会变更C．受热膨胀，温度上升，分子平均动能增大，体积增大，分子势能也增大；遇冷收缩，温度降低，分子平均动能减小，体积减小，分子势能也减小D．受热膨胀，分子平均动能增大，分子势能也增大；遇冷收缩，分子平均动能减小，但分子势能增大解析：温度上升，分子平均动能增加，反之，温度降低，分子平均动能减小，而体积与分子势能间关系困难，因而选A.3．容器中盛有冰水混合物，冰的质量和水的质量相等且保持不变，则容器内(C)A．冰的分子平均动能大于水的分子平均动能B．水的分子平均动能大于冰的分子平均动能C．水的内能大于冰的内能D．冰的内能大于水的内能解析：冰水混合物温度为0℃，冰、水温度相同，故二者分子平均动能相同，A、B错；水分子势能大于冰分子势能，故等质量的冰、水内能相比较，水的内能大于冰的内能，C对，D错．4．假如取分子间距离r＝r0(r0＝10－10m)时为分子势能的零势能点，则r<r0时，分子势能为正值；r>r0时，分子势能为正值．并试着在图中画出Ep－r答案：如图所示5．一架飞机在空中以某一速率飞行，由于飞机中全部分子都具有飞机的速度，所以