高中物理 第七章 分子动理论 第五节 内能课堂探究学案(新人教版)选修3-3

1、第五节 内能课堂探究探究一分子动能问题导引1在热现象的研究中，为什么研究单个分子的动能没有意义，而是要研究所有分子动能的平均值？提示：物体内分子是大量的，各个分子的速度大小不同，方向不一。因此，每个分子的动能大小不同，并且还在不断地改变。由于热现象是大量分子热运动的结果，因此研究单个分子运动的动能没有意义，而是要研究大量分子运动的平均动能。2温度与分子平均动能的关系是怎样的？同一温度下，不同物质(如：空气、水、铁块、木头等)分子的平均动能都相同吗？提示：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大小的标志，在相同的温度下，各种物质分子的平均动能都相同。3物体内分子热运动的总动能由

2、哪两个因素决定？提示：物体内分子运动的总动能等于所有分子热运动的动能之和。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。名师精讲1单个分子的动能(1)物体由大量分子组成，每个分子都有分子动能且不为零。(2)分子在永不停息地做无规则热运动，每个分子动能大小不同，并且时刻在变化。(3)热现象是大量分子无规则运动的统计结果，个别分子动能没有实际意义。2分子的平均动能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标志，这是温度的微观含义。宏观上物体的冷热程度是微观上大量分子热运动的集体表现。温度越高，分子热运动的平均动能就越大。温度不反映单个分子的特性，两个物体

3、只要温度相同，它们的分子平均动能就相同，但是它们单个分子动能不一定相同，温度高的物体内部也存在着动能很小的分子；物质种类不同的物体，如果温度相同，它们分子的平均动能就相同，但它们的平均速率不同，因为分子质量不同。3分子的总动能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，即它与物体的温度和所含的分子数目有关。【例题1】 当氢气和氧气温度相同时，下列说法中正确的是()A两种气体分子的平均动能相等B氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率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解析：因为温度是分子平均动能的标志，所以A项正确。因为氢

4、气和氧气的分子质量不同，平均动能又相等，所以两种气体分子的平均速率不同，由Ek可得，分子质量大的平均速率小，故B项正确，D项错误。虽然两种气体分子平均动能相等，但由于两种气体的质量不清楚，即分子数目关系不清楚，故C项错误。答案：AB题后反思温度是物体分子平均动能大小的唯一标志，因此温度相同的所有物体的分子平均动能都相等，但温度并不是分子平均速率的标志，所以即使温度相同，分子平均速率也不一定相同。探究二分子势能问题导引1为什么说分子组成的系统具有分子势能？分子势能的大小由什么因素决定？提示：如果宏观物体之间存在着引力或斥力，它们组成的系统就具有势能，分子之间存在着分子力，因此分子组成的系统具有分

5、子势能。分子势能的大小由分子间的相互位置决定。2分子势能为零和分子势能最小的含义相同吗？提示：分子势能为零和分子势能最小的含义不同，前者与选择的零势能点有关，一般选无穷远处为分子势能的零点，而后者的位置是确定的，在rr0处。可见，如果选rr0处为分子势能的零点，这两者的位置是相同的。名师精讲1分子势能的变化规律及判断依据分子力做正功，分子势能减小，分子力做了多少正功，分子势能就减小多少；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。(1)rr0时，r增大，分子势能增大，反之，减小。(2)rr0时，r增大，分子势能减小，反之，增大。(3)r时，分子势能为零；rr0时，分子

6、势能最小。2分子势能的“弹簧小球”模型分子势能随分子间距离的变化类似于弹簧，弹簧为原长相当于分子间的距离为r0。弹簧在原长的基础上无论拉伸还是压缩，势能都会增加。3分子势能曲线分子势能曲线如图所示，规定无穷远处分子势能为零。分子间距离从无穷远逐渐减小至r0以前的过程，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。当分子间距离到达r0以后再继续减小，分子作用的合力为斥力，在分子间距离减小过程中，合力做负功，分子势能增大，其数值将从负值逐渐变大至零，甚至为正值，故rr0时分子势能最小。从曲线上可看出：(1)在rr0处，曲线比较缓，这是因为分子间的引力随分子间距的增大而

7、变化得慢，分子势能的增加也就慢；(3)在rr0处，分子势能最小，但不一定为零，因为零势能的位置是任意选定的。一般取无穷远处分子势能为零，则分子势能最小位置是在rr0处，且为负值，故分子势能最小与分子势能为零绝不是一回事。4分子势能与体积的关系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rr0范围内)；有时体现为分子势能减小(在rr0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。但分析与判定的关键要看体积变化过程中分子力是做正功，还是做负功。【例题2】 甲分子固定在坐标原点

8、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距离的关系如图中曲线所示，F0为斥力，F0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()A乙分子从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少D乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能一直增加解析：乙分子从a到b再到c的过程中，分子间的作用力一直表现为引力(F0)，所以该过程由于分子力的作用会使乙分子做加速运动，分子力做正功、分子势能减少；乙分子到达c处时分子力为零，加速度为零，此时分子的动能最大、分子势能最小；乙分子

9、再从c到d的过程中，分子力表现为斥力，由于分子力的作用会使乙分子做减速运动，直至速度减为零，该过程分子力做负功、分子势能增加、分子动能减少。答案：BC题后反思分子势能的变化只与分子力做功有关。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。这与“重力(弹力或电场力)做的功等于重力(弹性或电)势能变化量的负值”是一样的。探究三内能问题导引1为什么说任何物体在任何情况下都有内能？提示：内能是物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和，由于组成物体的分子永不停息地做无规则运动，所以任何物体的分子都具有动能；分子间有相互作用的引力和斥力，因此分子间还有分子势

10、能，所以说任何物体在任何情况下都有内能。2一般来说，气体分子间作用力很小，可以忽略不计，这种情况下气体的内能由哪些因素决定呢？提示：气体分子间作用力为零，则分子势能不变，气体内能的变化就是指所有气体分子动能总和的变化，所以这种情况下温度和分子数目决定气体的内能。若是一定质量的某种气体，其内能就只与温度有关。名师精讲1内能的决定因素(1)从宏观上看：物体内能的大小由物体的物质的量、温度和体积三个因素决定，同时也受物态变化的影响。(2)从微观上看：物体的内能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能量存在的原因物体内大量分子的热运动和分子间存在相互作用力由于物体做机械运动和物体发生弹性形变或被举高3.物态变化对内能的影响一些物质在物态发生变化时，例如冰的熔化、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。【例题3】 下列说法正确的是()A分子的动能与分子的势能的和叫作这个分子的内能B物体的分子势能由物体的温度和体积决定C物体的温度不变，其内能就不变D物体的动能减小时，物体的温度可能增大解析：内能是指物体的内能，单个分子无内能可