高考物理 物体的内能知识和经典试题解析

问题1：关于物体的内能，初中已经get了哪些知识点？

答：如图所示，在初中物理人教版九年级全一册第十三章和北师大版八年级全一册（郭玉英主编）第七章中关于内能我们get了以下知识点：①分子由于做热运动而具有的能量称为分子动能。②分子间由于存在相互作用力而具有的能量称为分子势能。③物体内所有分子动能和势能的总和叫做物体的内能。一切物体都具有内能。

④内能和机械能是能量的不同形式，两者之间可以相互转化。⑤如图所示，做功和热传递都可以改变物体的内能。做功的过程是能量的转化过程，热传递的过程是能量的转移过程，热传递过程中的能量转移的多少叫做热量。问题2：关于分子的动能，高中阶段在认识上需要实现怎样的进阶？答：假设物质分子的质量为m，分子运动的速率为v，根据动能的定义可知分子的动能：由于物体分子的运动是无规则的，因此研究单个分子的动能意义不大。考虑到大量分子运动的速率分布具有统计规律，因此研究热现象时大量分子做热运动时动能的平均值更有意义，我们把这个平均值称为分子的平均动能，用符号表示如下：根据《1.3

气体分子速率分布规律》一节中麦克斯韦利用概率理论推理得出的气体分子速率分布的函数可以推算出气体分子速率平方的平均值（推导过程需要更多数学基础，此处不做详细介绍），进而得到气体分子的平均动能：上述表达式说明温度是分子热运动平均动能的唯一量度。这一结论不仅与分子动理论中描述的物体温度越高，组成物质的分子运动的越剧烈，分子的平均动能越大完全一致，还可以通过本书第三章中气体实验定律及气体压强的微观解释加以验证。问题3：关于分子势能，高中阶段在认识上需要实现怎样的进阶？答：分子间由于存在相互作用力而具有的能量称为分子势能，用符号EP表示。《1.1

分子动理论》中指出，分子间作用力与分子间距离有关。因此分子势能也一定与分子间距离有关。关于分子势能，你可能存在以下疑问：子问题1：为什么与分子间作用力对应的能量为势能？答：如图所示，在《1.1

分子动理论》中我们认识到分子作用力是由于组成物质的原子核与核外电子之间的相互作用产生的，这种相互作用的本质是电磁相互作用。由于电场力做功与路径无关，所以与电场力相对应的能量为势能。分子力的本质是电磁相互作用，因此与分子间作用力对应的能量为势能，也就是我们说的分子势能。子问题2：分子势能与分子间距离具有怎样的关系？答：在必修2中，我们通过研究重力做功的特点定义了重力势能，并明确了重力做功和重力势能的关系；在必修3中，我们通过研究电场力做功的特点定义了电势能，也明确了电场力做功和电势能的关系。类比重力势能和电势能的定义可知，研究分子势能与分子间距离的关系也应当从研究分子力做功入手。如图所示，分子间距离从无穷远开始减小：在r

>

r0

时，分子力F表现为引力，

r减小分子力做正功，分子势能减小；当r

<

r0后，分子力F表现为斥力，r减小分子力做负功，分子势能开始增大；因此当r＝r0时，分子势能为最小值。用图像表示分子力与分子势能的关系如图所示。问题4：如何从微观与宏观的联系层面深入理解分子动能、分子势能？答：在学习《1.3

气体速率分布规律》时提到：人们猜想大量分子组成的热力学系统一定服从某种统计规律，运用统计的方法研究分子的微观量（大小、质量、速度、能量等），就可以解释物质的宏观性质（温度、压强、热容等）。大量分子热运动的平均动能是一个微观角度的统计平均值，分子势能也是微观角度的物理量之一，这两个微观角度物理量的大小可以解释物质的哪种宏观性质呢？科学研究表明：分子势能部分会使分子趋于团聚，而分子动能会使分子趋于飞散，分子平均动能与分子势能最小值的大小关系决定了物质处于何种物态。假设分子最小势能的绝对值为

Epmin。问题5：关于物体的内能，高中阶段需要实现怎样的进阶？答：物体的内能定义为物体内所有分子动能和势能的总和，用符号U表示。与对应物体宏观运动的机械能不同，物体的内能对应着微观上分子的运动。根据内能的定义可知从微观角度来看，物体所含物质分子的多少是物体内能的影响因素之一，根据分子动理论可知，物体所含物质分子的多少宏观上取决于物质的量的多少，也就是物体质量的大小。微观角度来看分子平均动能的大小也是物体内能的影响因素之一，物体分子平均动能的大小宏观表现为物体的温度。微观角度来看分子势能的大小也是物体内能的影响因素之一，分子势能的大小与分子间距离有关，物质所含物质分子数目的多少和分子间的距离决定了物体的宏观体积。综上所述，物体的内能与物体的质量、温度和体积都有关系。

在研究实际问题时，不需要也难以计算物体在一个确定状态下