高中物理人教版3第七章分子动理论5内能 第7章

5内能学习目标知识脉络1.知道分子热运动的动能跟温度有关．知道温度是分子热运动平均动能的标志．渗透统计的方法．(重点)2．掌握分子势能的概念，分子力做功对应分子势能的变化．知道分子势能跟物体体积有关．(重点、难点)3．理解分子势能与分子间距离的变化关系曲线．(难点)4．知道什么是内能，知道物体的内能跟温度和体积有关．(重点)分子动能eq\a\vs4\al([先填空])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研究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，而是所有分子的动能的平均值，叫做分子平均动能．3．温度的微观解释温度是物体分子热运动平均动能的标志．eq\a\vs4\al([再判断])1．某种物体的温度是0℃，说明物体中分子的平均动能为零．(×)2．物体的温度升高时，物体每个分子的动能都大．(×)3．10℃的水和10℃的铜的分子平均动能相同．(√)eq\a\vs4\al([后思考])1．在热现象的研究中，为什么研究单个分子的动能没有意义，而是要研究所有分子的动能的平均值？【提示】物体内分子是大量的，各个分子的速度大小不同，因此，每个分子的动能大小不同，并且还在不断地改变．由于热现象是大量分子热运动的结果，因此研究单个分子运动的动能没有意义，而是要研究大量分子运动的平均动能．2．运动的铁球速度越来越大，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，而分子平均动能是指分子热运动的动能，与温度有关．eq\a\vs4\al([核心点击])1．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，每个分子动能大小不同并且时刻在变化．(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．2．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．温度升高，分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大．个别分子动能可能增大也可能减小，个别分子甚至几万个分子热运动的动能大小与温度是没有关系的，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的．(2)只要温度相同，任何分子的平均动能都相同．由于不同物质的分子质量不尽相同，所以同一温度下，不同物质的分子运动平均速率大小一般不相同．1．下列说法中正确的是()A．只要温度相同，任何物体分子的平均动能都相同B．分子动能指的是由于分子做无规则运动而具有的能C．物体中10个分子的动能很大，这10个分子的温度很高D．温度低的物体中的每一个分子的运动速率一定小于温度高的物体中的每一个分子的运动速率E．物体温度升高时，速度小的分子数减少，速度大的分子数增多【解析】温度相同，物体分子平均动能相同，故A正确；分子动能指的是由于分子做无规则运动而具有的能，B正确；物体温度是对大量分子而言，对于10个这样少的分子无意义，故C错；温度低的物体分子的平均速率小(相同物质)，但具体到每一个分子的速率是不确定的，可能大于平均速率，也可能小于平均速率，故D错；温度概念是建立在统计规律的基础上的，当温度升高时，速率小的分子数减小，速度大的分子数增加，故E正确．【答案】ABE2．对不同的物体而言，下列说法中不正确的是()A．高温物体内分子的平均动能一定比低温物体内分子的平均动能大B．高温物体内每一个分子的动能一定大于低温物体内每一个分子的动能C．高温物体内分子运动的平均速率一定比低温物体内分子运动的平均速率大D．高温物体内每一个分子运动的速率一定大于低温物体内每一个分子运动的速率E．若两物体的质量和温度都相同，两物体分子热运动的总动能不一定相等【解析】温度是分子平均动能的标志，温度高的物体，分子的平均动能一定大，但分子的平均速率不一定大，因为不同物质分子的质量不同；对单个分子的速率、动能讨论温度是没有意义的，因为温度是大量分子表现出的宏观规律；虽然物体质量和分子平均动能都相等，由于摩尔质量不同，分子数目不同，总动能不一定相等．【答案】BCD3．相同质量的氧气和氢气温度相同，下列说法不正确的是()A．每个氧分子的动能都比氢分子的动能大B．每个氢分子的速率都比氧分子的速率大C．两种气体的分子平均动能一定相等D．两种气体的分子平均速率一定相等E．氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率【解析】温度是分子平均动能的标志，氧气和氢气的温度相同，其分子的平均动能应相同；但分子的运动速率有的大、有的小，各个分子的动能并不相同，只是所有分子的动能的平均值相同；两种分子的分子质量不同，则平均速率不同，因m(H)<m(O)，平均动能相等，分子质量大的平均速率小，则E正确；答案A、B、D【答案】ABD理解分子动能的三点注意(1)温度是分子平均动能的“标志”或者说“量度”，温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对应，与单个分子的动能没有关系．(2)每个分子都有分子动能且不为零，热现象是大量分子无规则运动的统计结果，个别分子动能没有实际意义．(3)温度高的物体，分子的平均速率不一定大，还与分子质量有关．分子势能eq\a\vs4\al([先填空])1．定义：由分子间的分子力和分子间的相互位置决定的能．2．决定因素(1)宏观上：分子势能的大小与物体的体积有关．(2)微观上：分子势能与分子之间的距离有关．3．分子势能与分子间距离的关系(1)当r>r0时，分子力表现为引力，若r增大，需克服引力做功，分子势能增加．(2)当r<r0时，分子力表现为斥力，若r减小，需克服斥力做功，分子势能增加．(3)当r＝r0时，分子力为零，分子势能最小．eq\a\vs4\al([再判断])1．当分子力做正功时，分子势能一定减小．(√)2．当分子间距离为r<r0时，分子力为斥力，这时减小分子间的距离，分子势能增大．(√)3．物体的体积增大，分子势能增大；体积减小，分子势能减小．(×)eq\a\vs4\al([后思考])1．分子势能与以前学过的哪种能量具有相似的特点？【提示】分子势能同重力势能、电势能相似，是由于分子间或物体间、电荷间存在相互作用，又由其相对位置决定的能量．2．在宏观上，物体的势能与物体的体积有关，当物体的体积增大时，分子势能一定增大吗？【提示】不一定．当分子间距离小于平衡距离时，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([核心点击])1．分子势能与分子力做功的关系(1)分子力做正功，分子势能减少，分子力做了多少正功，分子势能就减少多少．(2)分子力做负功，分子势能增加，克服分子力做了多少功，分子势能就增加多少．2．分子势能与分子间距的关系如图7­5­1为分子间作用力F合和分子势能Ep随r变化的图象．可以看到：图7­5­1(1)当r＝r0时，F合＝0，Ep最小(若以分子间距无限远处为0势能点，则此时Ep<0)．(2)当r>r0时，F合<0，即为引力，所以此时增大r，克服分子力做功，Ep增大．(3)当r<r0时，F合>0即为斥力，所以此时减小r，克服分子力做功，Ep增大．3．分子势能与体积的关系分子势能与体积有关，一般体积变化，势能就变化(气体除外)，但不能说体积变大，势能就变大．4．分子间有相互作用势能，规定两分子相距无穷远时两分子间的势能为零．设分子a固定不动，分子b以某一初速度从无穷远处向a运动，直至它们之间的距离最小．此过程中的下列说法不正确的是()A．a、b之间的势能先减小，后增大，再减小B．a、b之间的势能先增大，后减小，再增大C．a、b间的势能先减小，后增大D．分子b的加速度先增大，后减小，再增大E．分子b的加速度先减小，后增大，再减小【解析】此过程由两个阶段组成：相距无穷远到r0，r0到距离最小．第一阶段分子引力先增大后减小，则加速度先增大，后减小，引力对b做正功，a、b之间的势能减小；第二阶段分子斥力一直增大，分子b的加速度一直增大，斥力对b做负功，a、b之间的势能增大．a、b之间的势能先减小，后增大；分子b的加速度先增大，后减小，再增大．答案A、B、E.【答案】ABE5．关于分子势能，下列说法正确的是()A．分子间表现为引力时，分子间距离越小，分子势能越小B．分子间表现为斥力时，分子间距离越小，分子势能越小C．物体在热胀冷缩时，分子势能发生变化D．物体在做自由落体运动时，分子势能越来越小E．分子间分子力为零时；分子势能最小【解析】分子间的作用力表现为引力，分子间的距离减小时，分子力做正功，因此分子势能随分子间距离的减小而减小，所以A正确；分子力为斥力，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，所以B错误；物体在热胀冷缩时，物体体积发生变化，说明分子势能发生变化，所以C正确；物体在做自由落体运动时，物体重力势能减小，但分子势能与重力势能无关，所以D错误．【答案】ACE6．如图7­5­2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的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()图7­5­2A．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b的过程中，两分子间的分子势能一直减小D．乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能一直增大E．乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能先减小后增加【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，而后受甲的斥力作用做减速运动，A错，B对；乙分子由a到b的过程所受引力做正功，分子势能一直减小，C正确；而乙分子从b到d的过程，先是引力做正功，分子势能减少，后来克服斥力做功，分子势能增加，故D错，E对．【答案】BCE分子势能图象问题的解题技巧(1)首先要明确分子势能、分子力与分子间距离关系图象中拐点意义的不同．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.分子势能图象与r轴交点的距离小于r0，分子力图象与r轴交点表示平衡距离r0.(2)其次要把图象上的信息转化为分子间距离，再求解其他问题．内能eq\a\vs4\al([先填空])1．定义：物体中所有分子热运动动能与分子势能的总和．2．内能的普遍性：组成任何物体的分子都在做无规则的热运动，所以任何物体都具有内能．3．决定因素(1)物体所含的分子总数由物质的量决定．(2)分子的热运动平均动能由温度决定．(3)分子势能与物体的体积有关，故物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定，同时受物态变化的影响．eq\a\vs4\al([再判断])1．物体运动的越快，其内能一定越大．(×)2．物体的温度降低体积变大时，物体的内能一定变大．(×)3．物体的温度和体积变化时，内能一般要发生改变．(√)eq\a\vs4\al([后思考])1．0℃的冰熔化为0℃的水时，内能是否发生变化？【提示】0℃的冰熔化为0℃的水，温度不变，分子的平均动能不变，但由于冰的体积减小，变成水后分子势能发生变化，故内能发生变化．2．流星在向地球坠落时，如果不考虑其质量的变化，其内能与机械能如何变化？【提示】流星在向地球坠落时，其机械能转化为内能，所以机械能减小，内能增加．eq\a\vs4\al([核心点击])1．内能的决定因素(1)从宏观上看：物体内能的大小由物体的物质的量、温度和体积三个因素决定．(2)从微观上看：物体的内能由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定．2．内能与机械能的区别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的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的原因物体内大量分子的热运动和分子间存在相互作用力由于物体做机械运动和物体发生弹性形变或被举高影响因素物质的量、物体的温度和体积物体的机械运动的速度、离地高度(或相对于参考平面的高度)或弹性形变能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7．下列叙述正确的是()A．若分子间距离r＝r0时，两分子间分子力F＝0，则当两分子间距离由小于r0逐渐增大到10r0过程中，分子间相互作用的势能先减小后增大B．对一定质量气体加热，其内能一定增加C．物体的温度越高，其分子的平均动能越大D．布朗运动就是液体分子热运动E．气体体积增大时气体分子势能一定增大【解析】(1)当r<r0增大到r0的过程中，分子力表现为斥力，分子力作正功，分子势能减小；当r由r0增大到10r0时，分子力表现为引力，分子力作负功，分子势能增大．故选项A正确．(2)在对气体加热的同时，如果气体体积变大，其内能的变化情况不能确定，故选项B错误．(3)温度是分子平均动能的标志，物体温度越高，其分子的平均动能越大，C正确．(4)布朗运动是布朗微粒在液体分子撞击下的无规则运动，而不是液体分子的运动，D错误；由于气体分子间的距离一定大于r0，体积增大时分子间距离增大，分子力做负功．分子势能增大．