高中物理 1.5 物体的内能课件 粤教版选修33.ppt

第五节物体的内能 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 知道理想气体微观模型 知道理想气体的内能只跟温度有关 跟体积无关 一 分子动能和分子势能 相对位置 分子间的距离 二 物体的内能 定义 物体中所有分子的与的总和 决定因素 1 分子的热运动平均动能由决定 分子总动能还与分子总数即有关 2 分子的势能与物体的有关 3 物体的内能由 共同决定 热运动动能 分子势能 温度 物质的量 体积 物质的量 温度 体积 温馨提示 1 跟重力势能 电势能一样 当距离变化时 若它们的作用力做正功 势能都会减小 反之 作用力做负功 势能都要增大 2 分子间的距离变化 客观上表现为物体的体积变化 故微观上分子势能的变化对应于客观的物体体积变化 一般说来 物体体积变化了 其对应的分子势能也变化了 一 温度的微观解释 单个分子的动能 1 物体由大量分子组成 每个分子都做无规则热运动 都有动能且时刻发生变化 2 热现象是大量分子无规则热运动的统计结果 研究个别分子动能 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 任何分子的平均动能都相等 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大小一般不同 特别提醒 1 温度是分子平均动能的标志 温度只与分子的平均动能相对应 与分子的平均速率无关 2 温度高的物体 分子平均动能一定大 而平均速率不一定大 二 分子势能与分子间距离的关系由于分子与分子之间的相互作用 分子力 并且由其相对位置决定的能 叫分子势能 分子势能与分子间的距离有关 宏观上与物体的体积有关 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 如果取两个分子间相距无限远时的分子势能为零 分子势能ep与分子间距离r的关系如图1 5 1所示 从图线可以看出 当r r0时 分子势能最小 4 分子势能的类比 弹簧模型分子势能随分子间距离的变化类似于弹簧的弹性势能随弹簧长度的变化规律 弹簧在原长的基础上无论拉伸 还是压缩 势能都会增加 图1 5 1 三 对物体内能的理解 内能概念及决定因素 1 物体的内能 物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和 2 任何物体都具有内能 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 3 决定物体内能的因素 从宏观上看 物体内能的大小由物体的摩尔数 温度和体积三个因素决定 从微观上看 物体内能的大小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 内能与机械能的区别和联系 特别提醒 1 分子势能同重力势能 弹性势能 电势能一样 都是与某种力对应又由相对位置决定的能量 且该种力做功等于对应势能的变化 2 物体的内能与机械能的区别与联系 内能属于微观量 机械能属于宏观量 它们的大小无必然的联系 在一定条件下 内能 机械能可以相互转化 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 分子动能与温度的关系 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 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 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 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 所以物体的温度不一定高 答案c 借题发挥 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 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 变式1 当物体的温度升高时 下列说法中正确的是 a 每个分子的温度都升高b 每个分子的热运动都加剧c 每个分子的动能都增大d 物体分子的平均动能增大解析温度是分子平均动能的标志 对单个分子无意义 物体温度升高 分子运动剧烈 分子平均动能增大 但不否认某些分子动能减小 故正确答案选d 答案d 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c 分子势能先增大后减小d 分子势能先减小后增大 分子势能与分子力做功 解析从分子间的作用力与分子间的距离的关系知道 当分子间距离大于r0时 分子间表现为引力 当分子间距离小于r0时 分子间表现为斥力 当分子间距离大于10r0时 分子间的作用力十分小 可以忽略 所以 当乙从较远处向甲靠近的过程中 分子力先是对乙做正功 而由分子力做功与分子势能变化的关系知道 分子力做正功 分子势能减小 后是分子力对乙做负功或者乙克服分子力做功 而由做功与分子势能变化的关系知道 分子力做负功 分子势能增加 因此在乙逐渐向甲靠近的过程中 分子势能是先减小后增大 答案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 分子势能增加 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 减小就得出结论 导致分子势能变化的原因是分子力做功情况 变式2 关于分子势能 下列说法中正确的是 设两分子相距无穷远时分子势能为零 a 体积增大 分子势能增大 体积缩小 分子势能减小b 当分子间距离r r0时 分子间合力为零 所以分子势能为零c 当分子间作用力为引力时 体积越大 分子势能越大d 当分子间作用力为斥力时 体积越大 分子势能越大 解析设想两个分子相距无穷远 r 10 9m 时分子间势能为零 当两个分子越来越近时 分子间引力做正功 分子势能减小 当r r0时 分子势能减小到最小为负值 故b错误 分子力为引力时 体积越大 分子间距越大 分子间引力做负功 分子势能增大 故c正确 分子力为斥力时 体积越大 分子间距越大 分子间斥力做正功 分子势能减小 故a d错误 答案c 例3 关于物体的内能 下列说法中正确的是 a 水分子的内能比冰分子的内能大b 物体所处的位置越高 分子势能就越大 内能越大c 一定质量的0 的水结成的0 的冰 内能一定减少d 相同质量的两个同种物体 运动物体的内能一定大于静止物体的内能 物体的内能及变化 解析因内能是指组成物体的所有分子的热运动的动能与分子势能的总和 说单个分子的内能没有意义 故选项a错误 内能与机械能是两种不同性质的能 它们之间无直接联系 内能与 位置 高低 运动 还是 静止 没有关系 故选项b d错误 一定质量的0 的水结成0 的冰 放出热量 使得内能减小 答案c 借题发挥分析物体内能变化的基本方法有两种 1 根据内能的定义来分析 抓住三个方面 一看物质的量 二看温度 三看体积 2 从能量的观点分析 特别是遇到物态变化时 用第二种方法更优越 变式3 下列关于物体内能的说法中 正确的有 a 0 的水比0 的冰的内能大b 物体运动的速度越大 则内能越大c 水分子的速率一定比冰分子