2019-2020年高中物理 第七章 分子動理論 第5講 內(nèi)能學(xué)案 新人教版選修3-3目標(biāo)定位1.知道溫度是分子熱運(yùn)動平均動能的標(biāo)志，滲透統(tǒng)計的方法.2.知道什么是分子勢能，分子勢能隨分子距離變化的關(guān)系理解分子勢能與物體的體積有關(guān).3.知道什么是內(nèi)能，知道物體的內(nèi)能跟物體的物質(zhì)的量、溫度和體積有關(guān).4.能夠區(qū)別內(nèi)能和機(jī)械能一、分子動能1定義：由于分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動而具有的能2分子的平均動能：所有分子的熱運(yùn)動動能的平均值3溫度的微觀意義：溫度是分子熱運(yùn)動的平均動能的標(biāo)志二、分子勢能1定義：分子間由分子力和分子間的相對位置決定的勢能2分子勢能的決定因素(1)宏觀上：分子勢能的大小與物體的體積有關(guān)(2)微觀上：分子勢能與分子之間的距離有關(guān)三、內(nèi)能1定義：物體中所有分子的熱運(yùn)動動能與分子勢能的總和2決定因素：物體所含的分子總數(shù)由物質(zhì)的量決定，分子的熱運(yùn)動平均動能由溫度決定，分子勢能與物體的體積有關(guān)，故物體的內(nèi)能由物質(zhì)的量、溫度、體積共同決定，同時受物態(tài)變化的影響3物體的內(nèi)能跟物體的機(jī)械運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)想一想在高空中高速飛行的飛機(jī)中的物體，內(nèi)能一定大嗎？答案不一定內(nèi)能包括分子動能和分子勢能，分子動能取決于溫度，分子勢能取決于體積，物體的內(nèi)能與機(jī)械能是完全不同的概念物體速度大，高度大，只是機(jī)械能大，內(nèi)能不一定大一、對分子動能的理解1單個分子的動能由于分子運(yùn)動的無規(guī)則性，在某時刻物體內(nèi)部各個分子的動能大小不一，就是同一個分子，在不同時刻的動能也是不同的，所以單個分子的動能沒有意義2分子的平均動能(1)溫度是大量分子無規(guī)則熱運(yùn)動的客觀表現(xiàn)，具有統(tǒng)計意義，溫度升高，分子平均動能增大，但不是每個分子的動能都增大，有的分子動能甚至還減小，個別分子的動能大小與溫度沒有關(guān)系，但總體上所有分子動能的總和隨溫度的升高而增加(2)分子的平均動能只由溫度決定，與物質(zhì)種類、質(zhì)量、壓強(qiáng)、體積無關(guān)，只要溫度相同，分子的平均動能就相等，由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不同，所以同一溫度下，不同物質(zhì)的分子運(yùn)動的平均速率一般不同3溫度的意義(1)宏觀：描述物體的冷熱程度(2)微觀：分子平均動能的標(biāo)志例1下列關(guān)于物體的溫度與分子動能的關(guān)系，正確的說法是()A某物體的溫度是0 ，說明物體中分子的平均動能為零B物體溫度升高時，每個分子的動能都增大C物體溫度升高時，分子平均動能增加D物體的運(yùn)動速度越大，則物體的溫度越高答案C解析某種氣體溫度是0 ，物體中分子的平均動能并不為零，因為分子在永不停息地運(yùn)動，A錯誤；當(dāng)溫度升高時，分子運(yùn)動加劇，平均動能增大，但并不是所有分子的動能都增大，B錯，C對；物體的運(yùn)動速度越大，物體的動能越大，這并不能代表物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動越劇烈，所以物體的溫度不一定高，D錯借題發(fā)揮(1)雖然溫度是分子平均動能的標(biāo)志，但是零度(0 )時物體中分子的平均動能卻不為零(2)物體內(nèi)分子做無規(guī)則熱運(yùn)動的速度和物體做機(jī)械運(yùn)動的速度是完全不同的兩個概念針對訓(xùn)練當(dāng)氫氣和氧氣的質(zhì)量和溫度都相同時，下列說法中正確的是()A兩種氣體分子的平均動能相等B氫氣分子的平均速率大于氧氣分子的平均速率C兩種氣體分子熱運(yùn)動的總動能相等D兩種氣體分子熱運(yùn)動的平均速率相等答案AB解析因溫度是分子平均動能的標(biāo)志，所以選項A正確；因為氫氣分子和氧氣分子的質(zhì)量不同，且mH2<mO2，平均動能又相等，所以分子質(zhì)量大的平均速率小，故選項D錯，選項B正確；雖然氣體質(zhì)量和分子平均動能都相等，但由于氣體摩爾質(zhì)量不同，所以分子數(shù)目也就不相等，因此選項C錯二、對分子勢能的深化理解1分子勢能由分子間的相對位置決定的能叫分子勢能2分子勢能的變化與分子間距離的關(guān)系分子勢能是由分子間的相對位置決定的當(dāng)分子間的距離發(fā)生變化時，分子力要做功當(dāng)分子力做正功時，分子勢能減??；當(dāng)分子力做負(fù)功時，分子勢能增大由分子間的作用力F與分子間的距離r之間的關(guān)系(如圖1所示)可知(取r時分子勢能為零)：圖1(1)當(dāng)rr0(r0表示兩分子間的平衡距離，下同)時，分子間的作用力小到可忽略不計，可以認(rèn)為分子間沒有相互作用力，這時的分子勢能為零(沒有分子勢能)(2)當(dāng)r>r0時，分子力表現(xiàn)為引力當(dāng)r增大時，分子力做負(fù)功，因此分子勢能隨分子間距離的增大而增大(3)當(dāng)r<r0時，分子力表現(xiàn)為斥力當(dāng)r減小時，分子力做負(fù)功，分子勢能增大，因此分子勢能隨分子間距離的減小而增大(4)當(dāng)rr0時，分子力表現(xiàn)為零當(dāng)r增大時，分子力做負(fù)功，分子勢能增大；當(dāng)r減小時，分子力做負(fù)功，分子勢能增大，因此rr0時分子勢能最小分子勢能與分子間的距離的關(guān)系如圖2所示圖2例2甲、乙兩分子相距較遠(yuǎn)(此時它們之間的分子力可以忽略)，設(shè)甲固定不動，在乙逐漸向甲靠近直到不能再靠近的過程中，關(guān)于分子勢能的變化情況，下列說法正確的是()A分子勢能不斷增大 B分子勢能不斷減小C分子勢能先增大后減小 D分子勢能先減小后增大答案D解析r>r0時，靠近時引力做正功，Ep減??；r<r0時，靠近時斥力做負(fù)功，Ep增大借題發(fā)揮(1)分子勢能的變化情況只與分子力做功相聯(lián)系分子力做正功，分子勢能減??；分子力做負(fù)功，分子勢能增大分子力做功的值等于分子勢能的變化量(2)討論分子勢能變化時，絕不能簡單地由物體體積的增大、減小得出結(jié)論導(dǎo)致分子勢能變化的原因是分子力做功針對訓(xùn)練如圖3所示，甲分子固定在坐標(biāo)原點O處，乙分子位于x軸上，甲分子對乙分子的作用力與兩分子間距離的關(guān)系如圖中曲線所示F0為斥力，F(xiàn)0為引力，a、b、c、d為x軸上四個特定的位置，現(xiàn)把乙分子從a處由靜止釋放，則()圖3A乙分子由a到b做加速運(yùn)動，由b到c做減速運(yùn)動B乙分子由a到c做加速運(yùn)動，到達(dá)c時速度最大C乙分子由a到c的過程，動能先增大后減小D乙分子由b到d的過程，兩分子間的分子勢能一直增加答案B解析乙分子由a運(yùn)動到c的過程，一直受到甲分子的引力作用而做加速運(yùn)動，到c時速度達(dá)到最大，而后受到甲分子的斥力做減速運(yùn)動，A錯誤，B正確；乙分子由a到c的過程所受引力做正功，分子勢能一直減小，分子的動能一直增大，C錯誤；乙分子由b到d的過程中，先是引力做正功，分子勢能減小，后來克服斥力做功，分子勢能增加，D錯誤三、對內(nèi)能的理解1因為一切物體都是由不停地做無規(guī)則熱運(yùn)動且相互作用著的分子所組成的，所以任何物體都具有內(nèi)能2物體的內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別和聯(lián)系(1)物體的機(jī)械運(yùn)動對應(yīng)著機(jī)械能，熱運(yùn)動對應(yīng)著內(nèi)能內(nèi)能和機(jī)械能是兩種不同形式的能量(2)內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子熱運(yùn)動的動能和分子間的相對位置決定的勢能的總和，而不是分子定向移動的動能，它與物體的溫度、體積等因素有關(guān)；而機(jī)械能是物體的動能及重力勢能和彈性勢能的總和，它是對宏觀物體來說的(3)物體具有內(nèi)能的同時又可以具有機(jī)械能當(dāng)物體的機(jī)械能增加時，內(nèi)能不一定增加，但機(jī)械能與內(nèi)能之間可以相互轉(zhuǎn)化例3下列說法正確的是()A鐵塊熔化成鐵水的過程中，溫度不變，內(nèi)能也不變B物體運(yùn)動的速度增大，則物體中分子熱運(yùn)動的平均動能增大，物體的內(nèi)能增大CA、B兩物體接觸時有熱量從物體A傳到物體B，這說明物體A的內(nèi)能大于物體B的內(nèi)能DA、B兩物體的溫度相同時，A、B兩物體的內(nèi)能可能不同，分子的平均速率也可能不同答案D解析鐵塊熔化成鐵水的過程中要吸收熱量，所以內(nèi)能增加，故A錯；兩物體溫度相同，內(nèi)能可能不同，分子的平均動能相同，但由km2知，平均速率可能不同，故D對；有熱量從A傳到B，只說明A的溫度高，內(nèi)能大小還要看它們的總分子數(shù)和分子勢能這些因素，故C錯；機(jī)械運(yùn)動的速度增大，動能增加，與分子熱運(yùn)動的平均動能無關(guān)系，內(nèi)能也不一定增加，故B錯分子動能與溫度1下列有關(guān)“溫度”的概念的說法中正確的是()A溫度反映了每個分子熱運(yùn)動的劇烈程度B溫度是分子平均動能的標(biāo)志C一定質(zhì)量的某種物質(zhì)，內(nèi)能增加，溫度一定升高D溫度升高時物體的每個分子的動能都將增大答案B解析溫度是分子平均動能的標(biāo)志，而對某個確定的分子來說，其熱運(yùn)動的情況無法確定，不能用溫度反映故A、D錯，B對；溫度不升高而僅使分子的勢能增加，也可以使物體內(nèi)能增加，冰熔化為同溫度的水就是一個例證，故C錯分子勢能與分子力做功2兩分子間的斥力和引力的合力F與分子間距離r的關(guān)系如圖4中曲線所示，曲線與r軸交點的橫坐標(biāo)為r0.相距很遠(yuǎn)的兩分子在分子力作用下，由靜止開始相互接近若兩分子相距無窮遠(yuǎn)時分子勢能為零，下列說法正確的是()圖4A在r>r0階段，F(xiàn)做正功，分子動能增加，勢能減小B在r<r0階段，F(xiàn)做負(fù)功，分子動能減小，勢能也減小C在rr0時，分子勢能最小，動能最大D在rr0時，分子勢能為零E分子動能和勢能之和在整個過程中不變答案ACE解析由圖可知：在r>r0階段，當(dāng)r減小時F做正功，分子勢能減小，分子動能增加，故選項A正確；在r<r0階段，當(dāng)r減小時F做負(fù)功，分子勢能增加，分子動能減小，故選項B錯誤；在rr0時，分子勢能最小，動能最大，故選項C正確；在rr0時，分子勢能最小，但不為零，故選項D錯誤；在整個相互接近的過程中，分子動能和勢能之和保持不變，故選項E正確故正確答案為A、C、E.3下列關(guān)于分子力和分子勢能的說法正確的是()A當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的增大而增大B當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的增大而減小C當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的減小而增大D當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的減小而減小答案C解析當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時，分子間距離增大，分子力減小，分子力做負(fù)功，分子勢能增大，所以A、B不正確；當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時，分子間距離減小，分子力增大，分子力做負(fù)功，分子勢能增大，所以C正確，D不正確物體的內(nèi)能與機(jī)械能4下列關(guān)于物體內(nèi)能的說法正確的是()A同一個物體，運(yùn)動時比靜止時的內(nèi)能大B1 kg 0 的水的內(nèi)能比1 kg 0 的冰的內(nèi)能大C靜止的物體的分子平均動能為零D物體被舉得越高，其分子勢能越大答案B解析物體的內(nèi)能與其宏觀運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)，A錯；1 kg 0 的水變成1 kg 0 的冰要放出熱量，故1 kg 0 的水的內(nèi)能大，B對；靜止的物體的動能為零，但分子在永不停息地運(yùn)動，其分子平均動能不為零，同理被舉高的物體，勢能增加，但其體積不變，分子勢能不變，故C、D錯(時間：60分鐘)題組一分子動能與溫度1下列關(guān)于物體的溫度、內(nèi)能和熱量的說法中正確的是()A物體的溫度越高，所含熱量越多B物體的內(nèi)能越大，所含熱量越多C物體的溫度越高，它的分子熱運(yùn)動的平均動能越大D物體的溫度不變，其內(nèi)能就不變答案C解析分子熱運(yùn)動的平均動能只與溫度有關(guān)，溫度越高，分子熱運(yùn)動的平均動能越大，內(nèi)能由物質(zhì)的量、溫度和體積共同決定，并且內(nèi)能是狀態(tài)量，而熱量是過程量，它表示由于熱傳遞而引起的內(nèi)能變化過程中轉(zhuǎn)移的能量2若一氣泡從湖底上升到湖面的過程中，溫度保持不變，體積增大，則在此過程中關(guān)于氣泡中的氣體，下列說法中正確的是()A氣體分子間的作用力增大B氣體分子的平均速率增大C氣體分子的平均動能減小D氣體分子的平均動能不變答案D解析氣體在上升的過程中，溫度不變，分子的平均動能不變，平均速率不變，體積增大，分子間的作用力減小，氣體的分子勢能增大3下列關(guān)于分子動能的說法，正確的是()A物體的溫度升高，每個分子的動能都增加B物體的溫度升高，分子的總動能增加C如果分子的質(zhì)量為m，平均速率為v，則平均動能為mv2D分子的平均動能等于物體內(nèi)所有分子的動能之和與所有分子的總數(shù)之比答案BD解析溫度是分子平均動能的標(biāo)志，溫度升高，分子的平均動能增加，但是其中個別分子的動能卻有可能減小，A錯，B對；分子的平均動能等于物體內(nèi)所有分子的動能之和與所有分子總數(shù)的比值，所以C錯，D對題組二分子勢能與分子力的功4分子間距增大時，分子勢能將()A增大 B減小 C不變 D不能確定答案D解析分子勢能的變化與分子力做功緊密聯(lián)系當(dāng)分子力做正功時，分子勢能減??；當(dāng)分子力做負(fù)功時，分子勢能增大(1)當(dāng)r>r0時，分子間的作用力為引力，分子間距離增大時，分子力做負(fù)功，分子勢能增大(2)當(dāng)r<r0時，分子間的作用力為斥力，分子間距離增大時，分子力做正功，分子勢能減小經(jīng)以上分析可知D選項正確5在兩個分子間的距離由r0(平衡位置)變?yōu)?0r0的過程中，關(guān)于分子間的作用力F和分子間的勢能Ep的說法中，正確的是()AF不斷減小，Ep不斷減小BF先增大后減小，Ep不斷增大CF不斷增大，Ep先減小后增大DF、Ep都是先減小后增大答案B解析分子間距rr0時，分子力F0；隨r的增大，分子力表現(xiàn)為引力，F(xiàn)0；當(dāng)r10r0時，F(xiàn)0，所以F先增大后減小在分子間距由r0至10r0的過程中，始終克服分子引力做功，所以分子勢能一直增大，所以選項B正確，其他選項錯誤6如圖1所示，甲分子固定在坐標(biāo)原點O，乙分子沿x軸運(yùn)動，兩分子間的分子勢能Ep與兩分子間距離的變化關(guān)系如圖中曲線所示圖中分子勢能的最小值為E0.若兩分子所具有的總能量為0，則下列說法中正確的是()圖1A乙分子在P點(xx2)時，加速度最大B乙分子在P點(xx2)時，其動能為E0C乙分子在Q點(xx1)時，處于平衡狀態(tài)D乙分子的運(yùn)動范圍為xx1答案BD解析分子勢能最小時，分子處于平衡位置，所以P點是分子的平衡位置乙分子在P點的加速度為零，故選項A、C錯誤，選項B正確；由于兩分子所具有的總能量為零，而Q點的分子勢能為零，故選項D正確7兩個相距較遠(yuǎn)的分子僅在分子力作用下由靜止開始運(yùn)動，直至不再靠近在此過程中，下列說法正確的是()A分子力先增大，后一直減小B分子力先做正功，后做負(fù)功C分子動能先增大，后減小D分子勢能先增大，后減小E分子勢能和動能之和不變答案BCE8下列四幅圖中，能正確反映分子間作用力F和分子勢能Ep隨分子間距離r變化關(guān)系的圖線是()答案B解析當(dāng)r<r0時，分子力表現(xiàn)為斥力，隨分子間距離r增大，分子勢能Ep減??；當(dāng)r>r0時，分子力表現(xiàn)為引力，隨分子間距離r增大；分子勢能Ep增大；當(dāng)rr0時，分子力為零，此時分子勢能最小故選項B正確題組三物體的內(nèi)能與機(jī)械能9關(guān)于內(nèi)能和機(jī)械能，下列說法正確的是()A物體的機(jī)械能損失時，內(nèi)能卻可能增加B物體的內(nèi)能損失時，機(jī)械能必然會減小C物體內(nèi)能為零時，機(jī)械能可以不為零D物體的機(jī)械能為零時，內(nèi)能可以不為零答案AD解析在空中下降的物體由于克服空氣阻力做功，機(jī)械能損失，因摩擦物體的溫度升高，內(nèi)能增加，A正確；物體靜止時，溫度降低，內(nèi)能減少，而機(jī)械能可能不變，B錯；分子運(yùn)動永不停息而且分子間有相互作用，內(nèi)能不可能為零，但機(jī)械能可以為零，C錯，D正確10關(guān)于物體的內(nèi)能，下列敘述中正確的是()A溫度高的物體比溫度低的物體內(nèi)能大B物體的體積增大時，內(nèi)能也增大C內(nèi)能相同的物體，它們的分子平均動能一定相同D內(nèi)能不相同的物體，它們的分子平均動能可能相同答案D解析溫度高的物體與溫度低的物體相比較，溫度低的物體的分子平均動能小，但所有分子的熱運(yùn)動動能和分子勢能的總和不一定小，即物體的內(nèi)能不一定小，A錯；物體的體積增大時，分子間的距離增大，分子勢能發(fā)生變化，但不能確定分子勢能是增大還是減小即使分子勢能增大而分子的平均動能不能確定是否變化，也不能說明內(nèi)能增大，B錯；內(nèi)能相同的物體是指物體內(nèi)所有分子的動能和分子勢能的總和相同，而它們的分子平均動能卻不一定相同，C錯；內(nèi)能不相同的物體，它們的溫度卻可能相同，即它們的分子平均動能可能相同，D正確11關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說法中正確的是()A水分子的內(nèi)能比冰分子的內(nèi)能大B物體所處的位置越高，分子勢能就越大，內(nèi)能越大C一定質(zhì)量的0 的水結(jié)成0 的冰，內(nèi)能一定減少D相同質(zhì)量的兩個同種物體，運(yùn)動物體的內(nèi)能一定大于靜止物體的內(nèi)能答案C解析因內(nèi)能是指組成物體的所有分子的熱運(yùn)動的動能與分子勢能的總和，說單個分子的內(nèi)能沒有意義，故選項A錯誤；內(nèi)能與機(jī)械能是兩種不同性質(zhì)的能，它們之間無直接聯(lián)系，內(nèi)能與“位置”高低、“運(yùn)動”還是“靜止”沒有關(guān)系，故選項B、D錯誤；一定質(zhì)量的0 的水結(jié)成0 的冰，放出熱量，使得內(nèi)能減少，故選項C正確