高中物理 第1章 第5节 物体的内能 第6节 气体分子运动的统计规律精品课件 粤教版选修33.ppt

第五节物体的内能第六节气体分子运动的统计规律 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第五节 第六节 课前自主学案 课标定位 课标定位 学习目标 1 知道分子的动能 分子的平均动能及温度是分子平均动能大小的标志 2 知道分子的势能跟物体的体积有关 分子势能随分子间距离变化而变化的定性规律 3 知道什么是物体的内能 物体的内能与哪些宏观量有关 能区别物体的内能和机械能 4 知道什么是统计规律及气体分子运动的统计规律 重点难点 1 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关系 分子势能与分子之间距离的关系 热传递与功的关系 2 区分温度 内能 热量三个物理量是一个难点 分子势能随分子间距离变化的势能曲线是另一难点 课前自主学案 一 物体的内能1 分子的动能温度 1 分子动能 做无规则运动的分子具有动能 各个分子动能 每个分子在不同时刻动能也 2 平均动能 物体内所有分子的动能的 3 温度与平均动能的关系 温度越高 分子热运动的平均动能 温度越低 分子热运动的平均动能 温度是物体分子热运动的 的标志 不同 不相等 平均值 越大 越小 平均动能 2 分子势能 1 定义 分子间存在相互作用力 分子间具有由它们的 决定的势能 2 分子势能的决定因素 宏观上 分子势能跟物体的 有关 微观上 分子势能与分子间的 有关 a 当r r0时 分子力表现为 若r增大 需克服分子的 做功 分子势能增大 b 当r r0时 分子力表现为 若r减小 需克服分子的 做功 分子势能增大 c 当r r0时 分子势能 相对位置 体积 距离 引力 引力 斥力 斥力 最小 3 结论 物体的体积变化时 分子间的 发生变化 发生变化 因此 分子势能与物体的 有关 3 物体的内能 1 定义 物体中所有分子做热运动的 和 的总和 2 相关因素 物体的内能跟物体的 和体积都有关系 升高时 分子平均动能增加 物体的内能 变化时 分子势能发生变化 物体的内能也会发生 距离 分子势能 体积 动能 分子势能 温度 温度 增加 体积 变化 3 理想气体 理想气体微观模型 忽略了气体分子的相互作用力和 一定质量的气体 温度 压强 气体越 就越接近理想气体 理想气体的内能只跟温度有关 温度越高 理想气体的内能 分子势能 越高 越小 稀薄 越大 思考感悟图1 5 1分子之间也存在着引力和斥力 就像被弹簧连着的小球 那么分子之间是否也存在着势能呢 提示 分子间存在着相互作用力 所以分子间存在着势能 二 气体分子运动的统计规律1 分子沿各个方向运动的机会相等 1 在气体中 大量分子的频繁碰撞 使某个分子何时何地向何处运动是 的 2 对大量分子的整体来说 在任一时刻分子沿各个方向运动的机会是 的 2 分子速率按一定的规律分布 1 大量分子整体的速率分布遵从一定的 在一定的 下 各种不同速率范围内的分子数在总分子数中所占的比率是 的 偶然 均等 统计规律 温度 确定 2 气体分子中 速率很大的和速率很小的分子数占总分子数的比率是 的 气体中大多数分子的速率都接近某个数值 与这个数值相差越多 分子数 表现出 中间 两头 的分布规律 3 温度升高时 分子数最多的速率区间移向 的一方 速率小的分子数 速率大的分子数 分子的平均动能 总体上仍表现出 中间 两头 的分布规律 很小 越少 多 少 速率大 减少 增加 增大 多 少 核心要点突破 一 对于分子动能应该明确的问题1 分子动能是指单个分子热运动的动能 但分子是无规则运动的 因此各个分子的动能不尽相同 所以单个分子的动能没有意义 我们主要研究的是大量分子的平均动能 2 分子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唯一标志 这是温度的微观意义 在相同温度下 各种物质分子的平均动能都相同 但平均速率却可能是不同的 3 温度升高 分子的平均动能一定增大 温度降低 分子的平均动能一定减小 温度不变 分子的平均动能一定不变 4 物体内分子运动的总动能是所有分子热运动的动能总和 它等于分子的平均动能与分子数的乘积 特别提醒 1 温度是大量分子无规则热运动的集体表现 含有统计的意义 对于个别分子 温度是没有意义的 2 同一温度下 不同物质 如铁 铜 水 木 的分子平均动能都相同 但由于不同物质分子的质量不尽相同 所以分子运动的平均速率大小不尽相同 3 分子做热运动的平均动能不涉及宏观物体运动的动能 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 单选 关于物体的温度与分子动能的关系 正确的说法是 a 某种物体的温度是0 说明物体中分子的平均动能为零b 物体温度降低时 每个分子的动能都减小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 解析 选c 温度是分子平均动能的标志 温度是0 物体中分子的平均动能并非为零 因为分子无规则运动不会停止 a错 温度降低时分子的平均动能减小 并非每个分子动能都减小 b错 物体温度升高时 分子的平均动能增大 分子的平均速度增大 速率小的分子数目减少 速率大的分子数目增多 c项正确 物体的运动速率增大 宏观机械能 动能 增大 但物体内分子的热运动不一定加剧 温度不一定升高 d错 二 分子势能与分子间距离的关系1 分子势能的变化规律是 分子力做正功 分子势能减小 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 分子势能曲线如图1 5 2所示 规定无穷远处分子势能为零 分子间距离从无穷远处逐渐减小至r0的过程中 分子间的合力为引力 合力做正功 分子势能不断减小 其数值将比零还小 为负值 当分子间距离达到r0以后再继续减小 分子间的合力为斥力 在分子间距离减小的过程中 合力做负功 分子势能增大 其数值将从负值逐渐增大至零 然后为正值 故r r0时 分子势能最小 注意分子势能最小与分子势能为零是不相同的 图1 5 2 3 宏观上 分子势能与物体的体积有关 物体的体积发生变化时 分子间的相对位置也发生变化 因而分子势能也发生变化 由于物体分子间距的变化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 例如 同样是物体体积增大 有时体现为分子势能增大 在r r0范围内 有时体现为分子势能减小 在r r0范围内 一般我们说 物体体积变化了 其对应的分子势能也变化了 特别提醒 1 分子势能最小与分子势能为零不是一回事 分子势能的正负代表大于或小于零势能点的分子势能 如ep 10j ep 0j 则ep ep 2 体积越大 分子势能不一定越大 如相同质量的0 的水与0 的冰 冰体积大 但水的分子势能大于冰的分子势能 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 单选 关于分子势能 下列说法中正确的是 a 分子间表现为斥力时 分子间距离越小 分子势能越大b 分子间表现为引力时 分子间距离越小 分子势能越大c 当r 时 分子势能最小d 将物体以一定初速度竖直向上抛出 物体在上升阶段其分子势能越来越大 解析 选a 分子力做正功 分子势能减小 分子力做负功 分子势能增加 由此判断a正确 b错误 从r 0到r 过程中 分子力先做正功 后做负功 势能先减小后增大 r r0时 势能最小 c错 分子势能与重力势能无关 d错 三 物体的内能1 影响因素 1 宏观因素 物体内能大小由物体的摩尔数 温度和体积三个因素决定 2 微观因素 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 2 内能与机械能的区别和联系 特别提醒 1 内能是对一个宏观物体而言 不存在某个分子内能的说法 2 物体的内能跟物体的运动状态无关 3 组成任何物体的分子都在做无规则的热运动 分子间都有相互作用 所以任何物体都有内能 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 单选 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 机械能必然减少d 物体的内能为零时 机械能可以不为零 解析 选b 内能和机械能是两种不同形式的能量 两者并不存在必然联系 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 课堂互动讲练 双选 下列有关温度与分子动能 物体内能的说法中正确的是 a 温度升高 每个分子的动能一定都变大b 温度升高 分子的平均速率一定变大c 温度降低 物体的内能必然变小d 温度降低 物体的内能可能增大 精讲精析 温度升高时 分子的平均动能一定变大 即平均速率增大 但每个分子的动能不一定变大 所以a错 b对 决定物体内能的是组成物体的分子个数 温度和体积三个因素 温度降低 内能可能减小 还有可能不变 甚至增加 所以c错 d对 答案 bd 方法总结 1 温度升高 表明分子的平均速率变大 而不能说明每个分子的运动速率变大 2 考虑物体内能变化时应考虑影响它的三个因素而不能仅考虑温度这一个因素 双选 如图1 5 3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1 5 3 a 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 精讲精析 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 答案 bc 方法总结 分子受力方向与运动方向相同还是相反决定分子是加速还是减速 分子力做正功还是负功决定分子势能增加还是减小 单选 下列叙述正确的是 a 分子的动能与分子的势能之和 叫做这个分子的内能b 物体的内能由物体的动能和势能决定c 物体做加速运动时 其内能也一定增大d 物体的动能减少时 其温度可能升高 精讲精析 内能是大量分子组成的物体具有的 单个分子无内能可言 a项错 物体的内能是物体内所有分子热运动动能和分子势能的总和 由物体的温度 体积决定 与整个物体宏观机械运动的动能和势能无关 故b错 物体做加速运动时 其动能增大 但内能不一定增大 故c错 当物体运动的动能减少时 其温度可能升高 如物体在粗糙的水平面上滑行 因摩擦生热 动能减少温度升高 故d项正确 答案 d 方法总结 解有关 内能 的题目时 应把握以下几点 1 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 2 温度是分子平均动能的标志 与单个分子的动能 以及物体的动能无任何关系 单选 在一定温度下 某种理想气体的速率分布应该是 a 每个分子速率都相等b 每个分子速率一般都不相等 速率很大和速率很小的分子数目都很少c 每个分子速率一般都不相等 但在不同速率范围内 分子数的分布是均匀的d 每个分子速率一般都不相等 速率很大和速率很小的分子数目很多 思路点拨 分子运动规律是统计规律 单独某一个分子速率的变化情况是无物理意义的 自主解答 由麦克斯韦气体分子速率分布规律知 气体分子速率大部分集中在某个数值附近 速率很大的和速率很小的分子数目都很少 所以b正确 答案 b 变式训练 双选 关于气体的运动情况 下列说法中正确的是 a 某一时刻具有任一速率的分子数目是相等的b 某一时刻一个分子速度的大小和方向是偶然的c 某一时刻向任意一个方向运动的分子数目相等d 某