高中物理第七章分子动理论5内能学案新人教选修.docx

5内能1分子动能(1)分子动能：做热运动的分子，都具有动能，这就是分子动能。分子动能是指单个分子热运动的动能，但是物体内各个分子的动能不尽相同，在研究热现象时，我们研究的是大量分子的行为，所以对单个分子的动能的研究没有意义，我们关心的是大量分子的平均动能。分子热运动的平均动能是所有分子动能的平均值，温度是分子平均动能的标志，这就是温度的微观含义。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。分子运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和，它等于分子的平均动能与分子数的乘积，即它与物体的温度和所含的分子数目有关。(2)分子平均动能：所有分子的动能的平均值，即分子的平均动能。设质量为m的n个分子，其速度大小分别为v1、v2、v3、vn，则其动能的平均值为k。(3)温度的意义：温度在宏观上的意义是表示物体的冷热程度。而它又是大量分子热运动平均动能大小的标志，这是温度的微观含义。同一温度下，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也不一定相同。温度反映的是大量分子平均动能的大小，不是反映个别分子的动能大小，同一温度下，各个分子的动能不尽相同。温度的本质：温度是分子热运动的平均动能的标志。温度是大量分子热运动的集体表现：平均动能大，在宏观上表现为物体的温度高，温度是大量分子热运动的集体表现，是含有统计意义的，对于个别分子来说，温度是没有意义的。温度与平均动能温度升高，分子的平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大。【例1】 一块100 的铁与一块100 的铝相比，以下说法中正确的是()A铁的分子动能之和与铝的分子动能之和相等B铁的每个分子动能与铝的每个分子动能相等C铁分子的平均速率与铝分子的平均速率相等D以上说法均不正确解析：两物体温度相等，说明它们分子的平均动能相等，因为温度是分子运动平均动能的标志；由于没有说明铁与铝的质量，只有当它们所含分子数目一样时，分子总动能才相等，故A错；分子平均动能相等，但对每个分子而言，它运动的速率是变化的，且每个分子的速率都是不同的，有的快也有的慢，所以每个分子的动能相等的说法不正确，故B错；虽然分子的平均动能相等，但铁分子、铝分子质量不同，因此分子平均速率不等，所以C错。故只有D正确。答案：D平均速率与平均动能平均速率与分子种类有关，平均动能只与温度有关。1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，对于个别分子或几十个、几百个分子热运动的动能大小与温度是没有确定关系的。2分子的平均动能大小只由温度决定，与物质的种类无关。也就是说，只要处于同一温度下，任何物质分子做热运动的平均动能都相同。由于不同物质分子的质量不尽相同，因此，在同一温度下，不同物质分子运动的平均速率大小也不相同。2.分子势能(1)分子势能：组成物质的分子间存在相互作用力，分子间具有由它们的相对位置决定的势能，这种势能叫做分子势能。(2)分子势能的特点：由分子间相对位置决定的能量，随分子间距的变化而变化。分子势能是标量。(3)变化分析依据：由于分子间既存在引力，又存在斥力，分子间距离变化时，既要考虑引力做功，又要考虑斥力做功，为简化起见，用分子间的合力做功分析势能变化，W0，势能减少，W0，势能增加。(4)分子势能的大小和分子间距离的关系当分子间的距离rr0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。当分子间的距离rr0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。如果取两个分子间相距无限远时(此时分子间作用力可忽略不计)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rr0时，分子势能最小。说明：(1)势能的大小与物体间距离的关系有一个共同的规律：不论是重力势能、弹性势能、分子势能，还是电势能，当它们之间的距离发生变化时，它们之间的相互作用力如果是做正功，势能都要减小；如果是做负功，势能都要增大。(2)由于物体分子距离变化的宏观表现为物体的体积变化，所以微观的分子势能变化对应于宏观的物体体积变化。但是，同样是物体体积增大，有时体现为分子势能增大(在rr0范围内)；有时体现为分子势能减小(在rr0范围内)。一般来说，物体体积变化了，其对应的分子势能也变化了。(3)分子势能最小与分子势能为零绝不是一回事。分子势能1.分子势能的变化规律：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。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分子势能与物体体积的关系：分子势能与物体的体积有关，但不能理解成物体体积越大，分子势能就越大。因为分子势能除了与物体的体积有关外，还与物态有关。如0 的水结成0 的冰后，体积变大，但分子势能却减小了(分子平均动能不变)。3分子平均动能与速率的关系：温度是分子平均动能的标志，但并不是分子平均速率的标志，在相同温度下，各种物质的平均动能相同，而平均速率一般是不同的。由Ekm 2可知，不同物质的分子，其质量一般不同，故不同物质分子的平均速率也一般不同。【例2】 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，分子势能越大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错误；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，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，分子势能与重力势能无关，所以D错误。答案：C分子力做功由于物体分子间距离变化的宏观表现为物体的体积变化，所以微观的分子势能变化对应着宏观的物体体积变化。但是，同样是物体体积增大(或减小)，有时表现为分子势能增大(或减小)(在一定范围内)；有时表现为分子势能减小(或增大)(在一定范围内)。分子势能与物体体积有关，但不能简单理解成物体体积越大，分子势能就越大；体积越小，分子势能就越小。如0 的水变成0 的冰后，体积变大，但分子势能减小。所以一般来说，物体体积变化了，其对应的分子势能也将发生变化。具体怎么变化，关键要看在变化过程中分子力做正功还是负功。3物体的内能(1)物体的内能：物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和叫做物体的内能。一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互作用着的分子组成的，因此任何物体都是有内能的。(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。(3)内能的决定因素物体的内能跟物体的温度和体积有关。温度发生变化，分子的平均动能发生变化；物体的体积发生变化，分子势能发生变化。还要注意，物体的内能还与物体所含的分子数有关，因为内能是物体内所有分子的动能和分子势能的总和。辨误区内能和热量的区别内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下含有不同的内能，而热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程中转移的能量，即内能的改变量。如果没有热传递，就无所谓热量，但此时物体仍有一定的内能，例如，我们可以说“某物体在某温度时具有多少内能”而不能说“某物体在某温度时具有多少热量。”【例31】 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，内能就越大C一定质量的0 的水结成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解析：因内能是指组成物体的所有分子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，内能减少。答案：C析规律分析物体内能变化的基本方法(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(即根据后面将要学习的热力学第一定律)，特别是遇到物态变化时，用此方法更优越。【例32】 下列说法正确的是()A分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能B物体内分子势能由物体的温度和体积决定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：内能是指整个物体的，是从宏观上而言的，一个分子无内能可言，选项A是错误的；物体的分子势能由分子间距离决定，宏观上反映为物体体积的变化，所以选项B也是错误的；物体的内能与物体做宏观机械运动的速度无关，故选项C也是错误的；物体的温度由分子的平均动能决定，与物体宏观运动的动能无关，因此选项D是正确的。答案：D4内能与机械能的区别与联系物体的内能是不同于机械能的另一种形式的能。内能是由大量分子做热运动和分子间相对位置所决定的能，机械能是由物体做机械运动和物体形变所决定的能；机械能在一定条件下可以为零。但内能永远不为零，它们的区别与联系如下表所示。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决定因素物质的量、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等于零一定条件下可以等于零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联系在一定条件下可以相互转化5.图象法分析分子势能的变化分子势能与距离的关系可用下表来表示，用此表来帮助解题，抓住距离为r0时，分子势能最小的特点，解题非常简捷。【例41】 关于机械能和内能，下列说法中正确的是()A机械能大的物体，其内能一定很大B物体的机械能损失时，内能却可以增加C物体的内能损失时，机械能必然减小D物体的内能为零时，机械能不可以为零解析：内能和机械能是两种不同形式的能量，两者并不存在必然的联系。只有在系统的能量转化形式只发生在机械能与内能之间时，机械能的损失才等于内能的增加，故A、C错，B对；因为物质分子总在不停地做无规则运动，故内能不可能为零，D错。答案：B【例42】 一辆汽车的车厢内有一瓶氧气，当汽车以60 km/h的速度行驶起来后，气瓶内氧气的内能是否一定增加？解析：内能是所有分子热运动的动能和分子势能的总和，而不是分子定向移动的动能。另一方面，物体机械能增加，内能不一定增加。所以气瓶内氧气的内能不一定增加。答案：不一定机械能、内能对同一物体，不考虑形变时，机械能由其宏观速度和相对地面的高度决定；内能则与其内部分子的无规则运动及其分子间距有关，跟物体整体的宏观速度和高度无直接关系。【例51】 甲、乙两个分子相距较远(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，关于分子势能变化情况的下列说法正确的是()A分子势能不断增大B分子势能不断减小C分子势能先增大后减小 D分子势能先减小后增大解析：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尽量靠近的过程中，分子力先是对乙做正功，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，若分子力做正功，分子势能减小，若分子力做负功，分子势能增加。因此当乙尽量向甲靠近的过程中，分子势能是先减小后增大。答案：D【例52】 在某变化过程中，两个分子间相互作用的势能在增大，则()A两个分子之间的距离可能保持不变B两个分子之间的距离一定在增大C两个分子之间的距离一定在减小D两个分子之间的距离可能在增大也可能在减小解析：若分子从平衡位置开始移动，不论距离增大，还是减小，分子力都做负功，两个分子间相互作用的势能都在增大；反之，两个分子间相互作用的势能都在增大，分子间距离可能增大，也可能减小，应选择D。答案：D6内能重点内容和思想方法本节内容综合性较强，分子势能与分子间作用力与距离关系问题涉及力做功和能量转化的内容，在高考当中还常常把物体内能与其他形式能的转化也作为考查要点，要引起足够重视。本节学习的重点是使学生掌握三个概念(分子平均动能、分子势能、物体内能)，掌握三个物理规律(温度与分子平均动能的关系、分子势能与分子间距离的关系、热传递与功的关系)。在对分子平均动能与温度关系的学习中，渗透统计的方法。分子间势能与分子间距离关系和做功与热传递关系要相互渗透归纳。综合应用：以给出图象为背景提示的题目，考查分子间作用力(分子动理论)、分子势能(内能的确定因素之一)以及有关的力学规律等综合知识。图象反映的变化曲线是分子力的变化规律，其决定了分子运动过程中加速度的变化规律，而加速度是反映速度变化快慢的物理