选修3-3（高中物理旧教材同步讲义）第7章 5 内能同步讲义

5内能

［学科素养与目标要求］

物理观念：1.知道温度是分子平均动能的标志2明确分子势能与分子间距离的关系.3.理解内

能的概念及其决定因素4了解内能和机械能的区别.

科学思维：通过分析分子力做功情况，判断分子势能的变化情况，从而确定分子势能与分子

间距离的关系.

自主预习------------------预习新知夯实基础

一、分子动能

1.分子动能：由于分子永不停息地做无规则运动而具有的能量.

2.分子的平均动能

所有分子热运动动能的平均值.

3.温度是物体分子热运动的平均动能大小的唯一标志.

二、分子势能

1.分子势能：由分子间的相互位置决定的能.

2.决定因素

⑴宏观上：分子势能的大小与物体的住积有关.

⑵微观上：分子势能与分子之间的里宣有关.

三、内能

1.内能：物体中所有分了的热运动动能与分了势能的总和.

2.普遍性：组成任何物体的分子都在做着无规则的热运动，所以任何物体都具有内能.

3.相关因素

（1）物体所含的分子总数由物质的量决定.

⑵分子热运动的平均动能力温度决定.

⑶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.

。即学即用

1.判断下列说法的正误.

⑴温度反映了每个分子热运动的剧烈程度.（X）

⑵温度是分子平均动能的标志.（V）

⑶分子的势能是由分子间相互位置决定的能量，随分子间距的变化而变化.（J）

⑷温度高的物体内能大.(X)

2.(1)1千克10℃的水比10千克2c的铁的分子的平均动能.

⑵质量和体积一定的同种气体，温度高时气体的内能.

答案⑴大(2)大

|重点探究--------------------------------------------启迪思维探究重点

一、分子动能

叵导学探究

⑴为什么研究分子动能的时候主要关心大量分子的平均动能？

⑵物体温度升高时，物体为每个分子的动能都增大吗？

⑶物体运动的速度越大，其分子的平均动能也越大吗？

答案(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

能以及-个分子在不同时刻的动能都不尽相同，所以研究单个分子的动能没有意义，我们主

要关心的是大量分子的平均动能.

(2)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.所以物体温度升高时，个别分了•的动能可能减个，也可能不变.

(3)不是.分子的平均动能与宏观物体运动的速度无关.

[・知识深化

1.单个分子的动能

⑴定义：组成物体的每个分子都在不停地运动，因此每个分子都具有动能.

(2)由于分子运动的无规则性，在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一，就是同一个分子,

在不同时刻的动能也可能是不同的，所以单个分子的动能没有意义.

2.分子的平均动能

⑴定义：物体内所有分子的动能的平均值.

(2)决定因素：温度是分子热运动的平均动能的标志.温度升高，分子的平均动能增大，但不

是每个分子的动能都增大，个别分子的动能可能减小或不变，但总体上所有分子的动能之和

一定是增加的.

3.物体内分子的总动能

物体内分子运动的总动能是指所有分子热运动的动能总和，它等于分子热运动的平均却能与

分子数的乘积.物体内分子的总动能与物体的温度和所含分子总数有关.

【例1】(多选)当氢气和氧气的质量和温度都相同时，卜.到说法正确的是()

A.两种气体分子的平均均能相等

B.氢气分子的平均速率大于氯气分子的平均速率

C.两种气体分子热运动的总动能相等

D.两种气体分子热运动的平均速率相等

答案AB

解析因为温度是分子平均动能的标志，温度相同，则分子平均动能相同，故选项A正确.因

为氨气分子的质量小于氧气分子的质量，而分子平均动能又相等，所以氢气分子的平均速率

大，故选项D错误，B正确.虽然气体质量和分子平均动能(温度)都相等，但由于气体摩尔

质量不同，分子数目就不相等，故选项C错误.

■总结提升■-------------------------------------------------------------------------

由于不同物质的分子质量一般不同，所以同一温度下，不同物质的分子热运动的平均动能相

同，但平均速率一般不同.

二、分子势能

叵导学探究

(1)功是能量转化的量度，分子力做功对应什么形式的能量变化呢？

(2)若分子力表现为引力，分子间距离增大时，分子力做什么功？分子势能如何变化？分子间

距离减小时，分子力做什么功？分子势能如何变化？

(3)若分子力表现为斥力，分子力做功情况以及分子势能的变化情况又如何呢？

答案(1)分子力做功对应分子势能的变化(2)负功分子势能增加正功分子势能减小

(3)分子间距离增大时，分子力做正功，分子势能减小；分子间距离减小时，分子力做负功，

分子势能增大.

|盲知识深化

1.分子力、分子势能与分子间距离的关系

分子间距离r=ror>r0,/•增大r<ro>r减小

分子力等于零表现为引力表现为斥力

分子力做功一分子力做负功分子力做负功

分子势能最小随分子间距离的增大而增大随分子间距离的减小而增大

分子势能与分子间的距离的关系图象如图I所示.

图1

答案BCE

解析因为两分子相距无穷远时分子势能为零，在尸=冲时，斥力和引力大小相等，方向相

反，分子力合力为零，分子势能最小，但不为塞，A错误，B正确；在r>ro阶段，随着两分

子的靠近，分子间表现为引力，引力做正功，分子势能一直减小，C正确；在Km阶段，分

子间作用力表现为斥力，在两分子靠近的过程中，分子刀做负功，分子势能一直增加，D错

误；由以上分析可知，当两分子距离变小的过程中，在，>ro的阶段，分子力做正功，在/<ro

的阶段，分子力做负功，故分子力先做正功后做负功，E正确.

■总结提升■-------------------------------------------------------------------------

分子势能图象问题的解题技巧

1.要明确分子势能、分子力与分子间的距离关系图象中彳另点的不同意义.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八)，分子力图象与「轴交点的横坐标表示平衡距离

小

2.要把图象上的信息转化为分子间的距离，再求解其他问题.

三、内能

叵导学探究

(1)结合影响分子动能和分子势能的因素，从微观和宏观角度讨论影响内能的因素有哪些？

⑵物体的内能随机械能的变化而变化吗？内能可以为零吗？

答案(1)微观上：物体的内能取决于物体所含分子的总数、分子的平均动能和分子间的柜离.

宏观上：物体的内能取决于物体所含物质的量、温度和体枳及物态.

(2)物体的机械能变化时其温度和体积不一定变化，因此其内能不一定变化，两者之间没有必

然联系.组成物体的分子在做永不停息的无规则运动，因此物体的内能不可能为零.

知识深化

1.内能的决定因素

⑴宏观因素：物体内能的大小由物质的量、温度和体积三个因素决定，同时也受物态变化的

影响.

(2)微观因素：物体内能的大小由物体所含的分了•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.温度、内能和热量的比较

(1)温度宏观上表示物体的冷热程度，是分子平均动能的标志.

⑵内能是物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和.

⑶热量指在热传递过程中,物体吸收或放出热的多少，等于物体内能的变化量.

3.内能和机械能的区别与联系

内能机械能

对应的运动形式微观分子热运动宏观物体机械运动

常见的能量形式分子动能、分子势能物体动能、重力势能、弹性势能

物质的量、物体的温度、体积物体的质量、机械运动的速度、相

影响因素

及物态对于零势能面的高度、弹性形变量

大小永远不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

4.物态变化对内能的影响

一些物质在物态发生变化时，如冰的熔化、水在沸腾时变为水蒸气，温度不变，此过程中分

子的平均动能不变，由于分子间的距离变化，分子势能变化，所以物体的内能变化.

m4］下列说法正确的是()

A.铁块熔化成铁水的过程中，温度不变，内能也不变

B.物体运动的速度增大，则物体中分子热运动的平均动能增大，物体的内能增大

C.4、4两物体接触时有热量从物体A传到物体从这说明物体月的内能大于物体6的内能

D.八、8两物体的温度相司时，A、B两物体的内能可能不同，分子的平均速率也可能不同

答案D

解析温度是分子平均动能的标志，内能是所有分子热运动动能和分子势能的总和，故温度

不变时，内能可能变化，A项错误；两物体温度相同，内能可能不同，分子的平均动能相同，

但分子的平均速率可能不同，故D项正确；最易出错的是认为有热量从A传到B,A的内能

肯定大，其实有热量从A芍到8,只说明A的温度高，内能大小还要看它们的总分子数和分

子势能等因素，故C项错误：机械运动的速度与分子热运动的平均动能无关，故B项错误.

■总结提升--------------------------------------------------------------------------

比较物体内能的大小和判断内能改变的方法

具体比较和判断时，必须抓住物体内能的大小与分子总数、温度、物体的体积及物态等因素

有关，结合能量守恒定律，综合进行分析.

(1)当物体质量加一定时(相同物质的摩尔质量M相等)，物体所含分子数〃就一定.

(2)当物体温度一定时，物体内部分子的平均动能就一定.

(3)当物体的体积不变时，物体内部分子间的相对位置就不变，分子势能也不变.

⑷当物体发生物态变化时，要吸收或放出热量，使物体的温度或体积发生改变，物体的内能

也随之变化.

达标检测-----------------检测评价达标过关

1.（分子动能）关于温度与分子动能的关系，下列说法正的的是（）

A.某物体的温度为0°C,说明物体中分子的平均动能为零

B.温度是分子热运动平均动能的标志

C.温度较高的物体，其分子平均动能较大，则分子的平均速率也较大

D.物体的运动速度越大，则物体的温度越高

答案B

解析某物体温度是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俶无规

则运动，A错误；温度是分子热运动平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大，但

由于分子的质量不一定相同，则分子平均速率不一定大，B正确，C错误；物体内分子无规

则热运动的速度与机械运动的速度无关，物体的运动速度越大，不能代表物体内部分子的热

运动越激烈，所以物体的温度不一定高，D错误.

2.（分子力和分子势能）下列关于分子力和分子势能的说法正确的是（）

A.当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大

B.当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小

C.当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大

D.当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小

答案C

解析当分子力表现为引力时，分子间距离增大，分子刀可能先增大后减小，也可能一直减

小，分子力做负功，分子势能增大，所以A、B错误；当分子力表现为斥力时，分子间距离

减小，分子力增大，分子力做负功，分子势能增大，所以C正确，D错误.

3.（分子力和分子势能）卜列四幅图中，能正确反映分子间作用力”和分子势能礴随分子间

距离「变化关系的图线是（）

答案B

解析当，ym时，分子力表现为斥力，随分子间距离「增大，分子势能Ep减小；当r>ro时，

分子力表现为引力，随分子间距离r增大，分子势能£p增大；当/•=/•（）时，分子力为零，此

时分于势能最小，故选项B止确.

4.（内能）关于物体的内能，下列说法中正确的是（）

A.机械能可以为零，但内能永远不为零

B.温度相同、质量相同的物体具有相同的内能

C.温度越高，物体的内能越大

D.0℃的冰的内能与等质量的0°C的水的内能相等

答案A

解析机械能是宏观能量，可以为零，而物体内的分子在永不停息地做无规则运动，E存在

相互作用力，所以物体的内能永不为零，A项正确；物体的内能与物质的量、温度和体积及

物态有关，B、C、D错误.

|课时对点练------------------------------------------注重双基强化落实

一、选择题

考点一分子动能

1.（多选）对于20℃的水和20℃的水银，下列说法正确的是（）

A.两种物体的分子的平均动能相同

B.水银分子的平均动能比水的大

C.两种物体的分子的平均速率相同

D.水银分子的平均速率比水分子的平均速率小

答案AD

解析温度是分子平均动空的标志，温度相同的物体的分子的平均动能相同，故A对，B错:

由水银的摩尔质量大于水的摩尔质量，知D对，C错.

2.（多选）下列关于分子动能的说法，正确的是（）

A.物体的温度升高，每个分子的动能都增加

B.物体的温度升高，分子的平均动能增加

C.如果分子的质量为/”，平均速率为小则平均动能为%"

D.分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与所有分子的总数之比

答案BD

解析温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的三均动能增加，但是其中个别分子的

动能却有可能减小，A错，B对；分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与所有分

子总数的比值，所以C错，D对.

3.若一气泡从湖底上升到湖面的过程中，温度保持不变，体积增大，则在此过程中关于气泡

中的气体，下列说法中正确的是（）

A.气体分子间的作用力增大

B.气体分子的平均速率增大

C.气体分子的平均动能减小

D.气体分子的平均动能不变

答案D

解析气泡在上升的过程中，内部气体温度不变，分子的平均动能不变，平均速率不变，体

积增大，分子间的作用力成小，故D正确.

4.下列说法正确的是（）

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定向移动具有的动能

C.10个分子动能和势能的总和就是这10个分子的内能

D.温度高的物体分子平均速率小于温度低的同种物质组成的物体分子平均速率

答案A

解析温度是分子平均动能的标志，温度相同，则物体分子的平均动能相同，A正确；分子

功能是分子做无规则运动而具有的动能，B错误；物体内能是对大量分子而言的，对于10

个分子而言毫无意义，C错误：若组成物体的物质相同，温度高的物体分子平均速率大，D

错误.

考点二分子势能与分子力的功

5.分了•具有与分了•间距离有关的势能，这种势能叫做分了•势能.关于分了•势能下列说法中正

确的是（）

A.分子间作用力做负功，分子势能一定减少

B.分子间作用力做正功，分子势能一定减少

C.分子间距离增大时，分子势能一定增加

D.分子间距离减小时，分子势能一定增加

答案B

解析分子力做正功，分子的动能增加，分子的势能减少，分子力做负功，分子动能减少，

分子势能增加，A错误，B正确；在平衡位羞以内，分子间距离增大时，分子势能减少，C

错误；在平衡位置以外，分子间距离减小时，分子势能成少，D错误.

6.如图1所示，甲分子固定在坐标原点。，乙分子位于二轴上，甲、乙两分子间的作用力与

两分子间距离的关系如图中曲线所示，Q0为斥力，为引力.。、〃、c、d为x轴上四个

特定的位置，现将乙分子从〃移动到d的过程中，两分子间的分子力和分子势能同时都增大

的阶段是（）

O

图I

A.从a到。B.从。到c

C.从2至dD.从c到d

答案D

解析根据分子力做功与分子势能的关系，分子力做正功分子势能减少，分子力做负功分子

势能增加，故D选项正确.

7.（2019•上海市宝山区模拟）当两分子间距变化时分子势能变大了，则可以判定在此过程

（）

A.分子力一定做了功

B.分子力一定增大

C.分子间距一定变大

D.分子力一定是引力

答案A

8.（多选）图2甲、乙两图分别表示两个分子之间分子力和分子势能随分子间距离变化的图

A.当分子间距离为电时，分子力和分子势能均最小且为零

B.当分子间距离「＞坨时，分子力随分子间距离的增大•而增大

C.当分子间距离厂＞广。时・，分子势能随分子间距离的增大而增大

D.当分子间距离74时，随着分子间距离逐渐减小，分子力和分子势能都逐渐增大

答案CD

解析由题图可知，当分子间距离为「（）时，分子力和分子势能均达到最小，但此时分子力为

零，而分子势能不为零，为负值：当分子间距离厂＞%时，分子力随分子间距离的增大先增大

后减小，此时分子力做负功，分子势能增大：当分子间距离r＜ro时，随着分子间距离逐渐减

小，分亍力逐渐增大，而此过程中分子力做负功，分亍势能增大，由此知选项C、D正确.

考点三内能、物体的机械能及综合应用

9.（多选）（2018•全国卷H）对于实际的气体，下列说法正确的是（）

A.气体的内能包括气体分子的重力势能

B.气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能

C.气体的内能包括气体整体运动的动能

D.气体的体积变化时，其内能可能不变

E,气体的内能包括气体分子热运动的动能

答案BDE

解析实际气体的内能包括气体分子间相互作用的势能和分子热运动的动能，当气体体积变

化时影响的是气体的分子势能，内能可能不变，所以B、D、E正确，A、C错误.

10.关于物体的内能，以下说法正确的是()

A.箱子运动的速度减小，其内能也减小

B.篮球的容积不变，内部气体的温度降低，其气体的内能将减小

C.物体的温度和体积均发生变化，其内能一定变化

D.对于一些特殊的物体，可以没有内能

答案B

解析物体的内能与物体的机械运动无关，故A错误；当气体的体积不变而温度降低时，气

体的分子势能不变，分子的平均动能减小，气体的内能减小，故B正确：物体的温度和体积

均发生变化时，物体内的分子势能和分子的平均动能都发生变化，其内能可能不变，故C错

误；任何物体都有内能，故D错误.

11.(2018.安阳市高二检测)关于物体的内能和机械能，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.物体的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