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1、第五节 内能,梳理知识 突破难点,课前自主学习,知识回顾 1分子是具有各种物质的化学性质的最小粒子，或是原子(如金属)、或是离子(如盐类)、或是分子(如有机物) 2用油膜法测得分子直径(有机物质的大分子除外)的数量级为1010 m，说明分子的体积极其微小 3一般分子质量的数量级为10271026 kg. 4分子间有间隙,5阿伏加德罗常数：1 mol的任何物质都含有相同的粒子数，这个数的测量值NA6.021023 mol1.,要点深化 1如何理解固、液、气三态分子的体积 在固体和液体分子大小的估算中，每个分子的体积也就是每个分子所占据的空间，虽然采用正方体模型和球形模型计算出分子直径的数量级是相
2、同的，但考虑到误差因素，采用球形模型更准确一些针对气体分子来说，因为气体没有一定的体积和形状，分子间的平均距离比较大，气体分子占据的空间并非气体分子的实际体积,基础自测 在国际单位制中，金属铜的密度为，它的摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，则下列结论正确的是( ) A1 kg铜所含铜原子的数目是NA B1 m3的铜所含铜原子的数目是NA/M C1个铜原子占有的体积是M/NA D1个铜原子的质量是/NA,答案：BC,知识回顾 1扩散现象：相互接触的物质彼此进入对方的现象，温度越高，扩散越快 2布朗运动：在显微镜下看到的悬浮在液体中的固体颗粒的永不停息的无规则运动，它是大量的液体分子对固体颗粒的
3、撞击而产生的颗粒越小，运动越明显；温度越高，运动越激烈布朗运动不是液体分子的运动，是分子热运动的反映,要点深化 如何理解布朗运动？ (1)布朗运动是指悬浮小颗粒的运动，布朗运动不是一个单一的分子的运动单个分子是看不见的，悬浮小颗粒是千万个分子组成的粒子，形成布朗运动的原因是悬浮小颗粒受到周围液体、气体分子紊乱的碰撞和来自各个方向碰撞效果的不平衡因此，布朗运动不是分子运动，但它间接证明了周围液体、气体分子在永不停息地做无规则运动,(2)布朗运动在相同温度下，悬浮颗粒越小，它的线度越小，表面积亦小，在某一瞬间跟它相撞的分子数越少，颗粒受到来自各个方向的撞击力越不平衡；另外，颗粒线度小，它的体积和质
4、量比表面积减小得更快，因而冲击力引起的加速度更大；因此悬浮颗粒越小，布朗运动就越显著 (3)相同的颗粒悬浮在同种液体中，液体温度升高，分子运动的平均速率大，对悬浮颗粒的撞击作用也越大，颗粒受到来自各个方向的撞击力越不平衡，由撞击力引起的加速度越大，所以温度越高，布朗运动就越显著 由此可见影响布朗运动是否剧烈的因素是温度高低及颗粒的大小,基础自测 下列关于布朗运动的说法中正确的是( ) A布朗运动就是分子的无规则运动 B布朗运动是液体分子无规则运动的反映 C悬浮颗粒越小，布朗运动就越明显 D温度越高，布朗运动就越明显,解析：理解布朗运动包括：用光学显微镜看不见水分子，而悬浮颗粒是由大量分子组成的
5、在光学显微镜下能观察到的布朗运动，是悬浮颗粒的无规则运动水分子的无规则运动，从各个方向对颗粒的不均等撞击，使悬浮颗粒做无规则运动，所以，悬浮颗粒永不停息的无规则运动反映了水分子永不停息的无规则运动温度越高、悬浮颗粒越小，布朗运动就越明显，所以分子的无规则运动又称热运动 答案：BCD,知识回顾 1分子间同时存在相互作用的引力和斥力，合力叫分子力 2特点：分子间的引力和斥力都随分子间的距离增大而减小，随分子间距离的减小而增大，但斥力比引力变化更快,要点深化 1分子间作用力与分子间距的关系 分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小、随分子间距离的减小而增大，但总是斥力变化得较快如图1所示，虚线分
6、别表示引力F引、斥力F斥随距离r的变化关系，实线表示分子力F随距离r的变化关系,当rr0时，F引F斥，F0； 当rr0时，F引和F斥都随距离的增大而减小，但F引F斥，F表现为引力； 当r10r0时，F引和F斥都已经十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力(F0) 2分子力本质上是电磁力 分子是由原子组成的，原子内部有带正电的原子核和带负电的电子分子间的作用力就是由这些带电粒子的相互作用引起的,基础自测 如图2所示，纵坐标表示两个分子间引力、斥力的大小，横坐标表示两个分子间的距离，图中两条曲线分别表示两分子间引力、斥力的大小随分子间距离的变化关系，e为两曲线的交点，则下列说法正确的是( ) Aab
7、为斥力曲线，cd为引力曲线，e点横坐标的数量级为1010 m,Bab为引力曲线，cd为斥力曲线，e点横坐标的数量级为1010 m C若两个分子间距离大于e点的横坐标，则分子间作用力表现为斥力 D若两个分子距离越来越大，则分子势能亦越来越大 解析：此图线是分子间作用力与分子间距离的关系图线，分子间作用力包括分子间引力与分子间斥力，其中分子间斥力随距离变化比较快，所以图象中F随r变化快的是斥力曲线，变化慢的是引力曲线，交点处表示引力与斥力相等的位置 答案：B,知识回顾 1温度 两种意义：宏观上表示物体的冷热程度；微观上标志物体内分子热运动的剧烈程度它是物体分子平均动能的标志 2两种温标 摄氏温标t
8、：单位，在1个标准大气压下，水的冰点作为0，沸点作为100. 热力学温标T：单位K.把273.15作为0 K绝对零度(0 K)是低温的极限，只能接近不能达到,要点深化 1平衡态与状态参量 (1)系统：把所研究的对象称为系统 (2)物理学中描述物体状态的常用参量为压强、体积、温度通常用体积描述其几何性质，用压强描述其力学性质，用温度描述其热学性质 (3)平衡态：对于一个不受外界影响的系统，无论其初始状态如何，经过足够长的时间后，必将达到一个宏观性质不再随时间变化的状态，这种状态叫平衡态,2温度与温标 (1)热平衡定律：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡
9、 (2)处于热平衡的系统之间有“共同特性”，即温度相同 (3)为了定量描述温度，需引入温标，常见温标有摄氏温标和热力学温标 (4)热力学温标单位为开，热力学温度与摄氏温度的换算关系为Tt273.15 K.,基础自测 关于热力学温度与摄氏温度，下列说法中正确的是( ) A33240 K B温度变化1，也就是温度变化1 K C摄氏温度与热力学温度都可能取负值 D温度由t升高到2t，对应的热力学温度由T K升高到2T K,解析：热力学温度与摄氏温度两者之间的关系为：Tt273，Tt.由此可见A、B正确摄氏温度能取负值，热力学温度总是大于零的，选项C错误当摄氏温度从t升高到2t时，热力学温度从273t
10、变化至2732t，D错误 答案：AB,知识回顾 1分子的平均动能：物体内分子动能的平均值叫分子平均动能温度是分子平均动能的标志温度越高，分子平均动能越大 2分子势能：由分子间的相互作用和相对位置决定的能量叫分子势能 分子势能的大小与物体的体积有关 (1)当分子间的距离rr0时，分子势能随分子间的距离增大而增大；,(2)当rr0时，分子势能随分子间的距离减小而增大； (3)rr0时，分子势能最小 3物体的内能：物体内所有分子的动能和势能的总和叫物体的内能,(4)分子平均动能与物体的机械运动状态无关，物体速度大，分子平均动能不一定大 2分子势能的理解 分子势能与分子之间的距离(宏观表现为物体的体积
11、)有关分子势能的大小随距离的变化如图3所示由图可知：,(1)当分子力为零时，即rr0时，分子势能不是为零，而是最小 (2)当rr0，分子力表现为引力时，随着分子间的距离增大，分子需要不断克服分子力做功，分子势能增大 (3)rr0，分子力表现为斥力，随着分子间距离减小，分子需要不断克服分子力做功，分子势能增大 (4)分子势能的数值和其他势能一样，也具有相对意义由图可知，选无穷远处为零分子势能时，分子势能可以大于零，可以小于零，也可以等于零,如果选rr0处为零势能点，则分子势能只能大于等于零，但是无论选哪个位置为零分子势能点，rr0处分子势能都最低 物体体积改变，物体的分子势能必定发生改变大多数物
12、质是体积越大，分子势能越大；也有少数反常物质(如冰、铸铁等)，体积大，分子势能反而小,3内能的决定因素 物体的内能与物体的温度、体积、物态和分子数有关 一般说来物体的内能决定因素可从两个方面判定：微观决定因素和宏观决定因素 (1)微观决定因素：分子的势能、分子的平均动能、分子的个数 (2)宏观决定因素：物体的体积、物体的温度、物体所含物质的多少，即物质的量,基础自测 对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是( ) A温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大 B一定质量的理想气体在等温变化时，内能不改变，因而与外界不发生热交换 C布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规
13、则运动 D扩散现象说明分子间存在斥力,解析：从宏观上决定物体内能的是物体的摩尔数、温度和体积三个因素温度是分子平均动能的标志，温度低的物体，分子平均动能小，选项A正确；理想气体在等温变化时，内能不改变，但并不是不与外界进行热交换，而是吸收或放出的热量与对外做功或外界对气体做的功恰好相等，B不正确；布朗运动不是液体分子的运动，而是悬浮在液体中的颗粒的运动，所以C错误；扩散现象说明分子在不停地做无规则的运动，不能说明分子间存在作用力，所以D错误 答案：A,师生互动 规律总结,课堂讲练互动,例1 铜的摩尔质量6.35102 kg/mol，密度为8.9103 kg/m3，求： (1)铜原子的质量和体积
14、 (2)1 m3铜所含的原子数 (3)估算铜原子的直径,答案 (1)1.051025 kg 1.191029 m3 (2)8.41028个 (3)2.81010 m,变式11 已知汞的摩尔质量为M200.5103 kg/mol，密度为13.6103 kg/m3，阿伏加德罗常数NA 601023 /mol.求： (1)一个汞原子的质量(用相应的字母表示即可)； (2)一个汞原子的体积(结果保留一位有效数字)； (3)体积为1 cm3的汞中汞原子的个数(结果保留一位有效数字),例2 如图4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距离的关系如图中曲线所示，F0
15、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 从图中知，乙分子在c时，甲、乙分子间的分子力为零乙分子从a到c的过程中，甲、乙分子间为引力分子力大小在变化，但力和运动方向相同，因此一直做正功分子力做正功，分子势能减小乙分子从a到b的过程中，分子力是做正功，分子势能减小，选C.且乙分子从a到c的过程中，分子力都是做正功，分子势能也一直减小，乙分子
16、的动能逐渐增大,从图4知乙分子从b到c的过程受引力，从c到d的过程受斥力即乙分子从b到c的过程受引力做正功，从c到d的过程受斥力做负功分子势能先减小后增大不选D. 答案 BC 题后反思 与分子力特点有关的习题主要有三类：一是判断对分子力特点的描述是否正确二是利用分子力特点研究分子力做功，分子的加速度三是与实际相关联的问题要正确分析这些问题，必须准确把握分子力的特点，熟知分子间斥力、引力及合力随分子间距离的变化规律,变式21 如图5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
17、把乙分子从A处由静止释放，选项中四个图分别表示乙分子的速度、加速度、势能、动能与两分子间距离的关系，其中大致正确的是( ),解析：乙分子的运动方向始终不变，A错误；加速度与力的大小成正比，方向与力相同，故B正确；乙分子从A处由静止释放，分子势能不可能增大到正值，故C错误；分子动能不可能为负值，故D错误 答案：B,例3 一颗炮弹在空中以某一速度v飞行，有人说：由于炮弹中所有分子都具有这一速度，所以分子具有动能；又由于分子都处于高处，所以分子又具有势能，因此分子的上述动能和势能的总和就是炮弹的内能，试分析这种说法是否正确 解析 物体的内能和机械能是两个不同的概念物体的内能是指物体内所有分子无规则热
18、运动的动能和分子势能的总和，而机械能是指物体运动的动能和势能的总和,答案 不正确,题后反思 解有关“内能”的题目，应把握以下几点： (1)温度是分子平均动能的标志，而不是分子平均速率的标志，它与单个分子的动能及物体的动能无任何关系； (2)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，与物体宏观有序的运动状态无关，它取决于物质的量、温度、体积及物态,变式31 关于物体内能，下列说法中正确的是( ) A相同质量的两个物体，升高相同的温度内能增量一定相同 B在一定条件下，一定量0的水结成0的冰，内能一定减小 C一定量的气体体积增大，但既不吸热也不放热，内能一定减小 D一定量的气体吸收热量而
19、保持体积不变，内能一定减小,解析：升高相同的温度，分子的平均动能增量相同，而物体的内能是物体内所有的分子的动能和势能的总和分子的平均动能增量相同，分子数不同，分子的势能也不一定相同，所以内能增量一定相等是不正确的，即A错.0的水变成0的冰，需放出热量，因温度不变，所以分子的动能不变，分子的势能就必须减少，因而内能就一定减少，即B正确一定质量的气体体积增大，气体对外做功，又因不吸热不放热，所以内能一定减少，即C正确对一定量气体吸热但体积不变，即不对外做功，外界也不对气体做功，内能一定增加，即D错 答案：BC,感悟真题 检验技能,随堂巩固训练,1(2010全国卷)图7为两分子系统的势能Ep与两分子
20、间距离r的关系曲线下列说法正确的是( ) A当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力 B当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力 C当r等于r2时，分子间的作用力为零 D在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做负功,解析：分子间距离为r0(即分子力为零)时分子势能最低，由题图可知r2r0，所以rr2时表现为斥力，选项A错误、B正确；当rr2时分子间作用力为零，选项C正确；在r由r1变到r2的过程中，分子力(表现为斥力)做正功，选项D错误 答案：BC,2(2010四川高考)下列现象中不能说明分子间存在分子力的是( ) A两铅块能被压合在一起 B钢绳不易被拉断 C水不容易被压缩 D空气容易被压
21、缩 解析：两铅块能被压合在一起，说明分子间存在引力；钢绳不易被拉断说明分子间存在引力；水不易被压缩，说明分子间存在斥力；空气容易被压缩，是因为分子间距离很大，作用力近似为零综上所述，应选D. 答案：D,3(2009北京高考)做布朗运动实验，得到某个观测记录如图8.图中记录的是( ) A分子无规则运动的情况 B某个微粒做布朗运动的轨迹 C某个微粒做布朗运动的速度时间图线 D按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线,解析：图中的折线记录的是某个做布朗运动的微粒按相等时间间隔依次记录的位置连线，不是分子无规则运动的情况，也不是微粒做布朗运动的轨迹，更不是微粒运动的vt图线，故D对，A、B、C错
22、答案：D,4(1)如图9所示，把一块洁净的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平地接触水面如果你想使玻璃板离开水面，必须用比玻璃板重力_的拉力向上拉橡皮筋原因是水分子和玻璃的分子间存在_作用,(2)往一杯清水中滴入一滴红墨水，一段时间后，整杯水都变成了红色这一现象在物理学中称为_现象，是由于分子的_而产生的，这一过程是沿着分子热运动的无序性_的方向进行的 解析：(1)水分子对玻璃板下表面分子有吸引力作用，要拉起必须施加大于重力和分子吸引力合力的拉力(2)红墨水分子进入水中为扩散现象，是分子热运动的结果，并且分子热运动朝着熵增大，即无序性增大的方向进行 答案：(1)大 引力 (2)扩散 热运动 增大,5(2009江苏高考)已知气泡内气体的密度为1.29 kg/m3，平均摩尔质量为0.029 kg/mol.阿伏加德罗常数NA6.021023mol1，取气体分子的平均直径为21010m.若气泡内的气体能完全变为液体，请估算液体体积与原来气体体积的比值(结果保留一位有效数字),答案：1104,温,示,提,馨,请做：课时作业（31）,课时作业堂堂清 （点击进入）,