《山东省专用2018_2019学年高中物理第七章分子动理论第5节内能讲义含解析新人教版选修3_3.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山东省专用2018_2019学年高中物理第七章分子动理论第5节内能讲义含解析新人教版选修3_3.pdf（11页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第 5 节 内能第 5 节 内能 1.做热运动的分子具有的动能，即为分子动能。 2所有分子动能的平均值叫分子热运动的平均动 能，温度是分子热运动的平均动能的标志。 3分子势能由分子间的相互位置决定，从宏观上 看，分子势能与物体的体积有关。 4物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总 和叫做物体的内能。 5物体的内能大小由物质的量、物体的温度及物 体的体积共同决定。 一、分子动能 1定义 由于分子永不停息地做无规则热运动而具有的能。 2分子的平均动能 所有分子热运动动能的平均值。 3温度的微观意义 温度是分子热运动的平均动能的标志。 二、分子势能 1定义：由分子间的分子力和分子间的相互位置决定的
2、能。 2决定因素 (1)宏观上：分子势能的大小与物体的体积有关。 (2)微观上：分子势能的大小与分子之间的距离有关。 3分子势能与分子间距离的关系 (1)当rr0时，分子力表现为引力，若r增大，需克服引力做功，分子势能增大。 (2)当rr0时，分子力表现为斥力，若r减小，需克服斥力做功，分子势能增大。 (3)当rr0时，分子势能最小。 三、内能 1定义 物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。 2决定因素 物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定。 1自主思考判一判 (1)温度高的物体的每个分子的动能都大。() (2)20 的水和 20 的铜的分子平均动能相同。() (3)物体的体积增大，
3、分子势能一定增大，体积减小，分子势能一定减小。() (4)物体运动的速度越快，内能越大。() (5)某种物体的温度是 0 ，说明物体中分子的平均动能为零。() (6)分子力做正功，分子势能减小。() 2合作探究议一议 (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的动 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，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)物体做加速运动时，其内能是否一定增大？ 提示：不一定。物体的内能是
4、指物体内所有分子的热运动动能和分子势能之和。物体做 加速运动对应物体的动能增大，但物体的内能有可能增大、不变或减小。 (3)为什么说任何物体在任何情况下都具有内能？ 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能，所以说任何物体在任何情况下都具有内能。 对温度及分子动能的理解 1单个分子的动能 (1)分子在永不停息地做无规则热运动，每个分子的动能时刻发生变化。 (2)热现象是大量分子无规则运动的统计结果，研究单个分子的动能没有实际意义。 2分子的平均动能 (
5、1)温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义。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，但总体上所有分子的动 能之和一定是增加的。 (2)同一温度下，不同物质的分子热运动的平均动能相同，由于不同物质的分子质量一般 不同，所以平均速率一般不同。 (3)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。 3对温度的理解 (1)宏观意义：温度表示物体的冷热程度。 (2)微观意义：温度是物体分子的热运动平均动能大小的标志。 (3)温度是一个“统计”概念：它的研究对象是组成物体的所有分子整体，对单个分子说 温度高低是没有意义的，故
6、说“某个分子的温度升高”是不科学的。 1当物体的温度升高时，下列说法中正确的是( ) A每个分子的温度都升高 B每个分子的热运动都加剧 C每个分子的动能都增大 D物体分子的平均动能增大 解析：选 D 温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子平均动能增加；温度降低，分 子平均动能减少；但并不是每个分子的动能都变化，温度是大量分子的统计结果，对少数几 个分子谈温度是没有意义的，故 D 对。 2有甲、乙两种气体，如果甲气体内分子平均速率比乙气体内平均速率大，则( ) A甲气体的温度一定高于乙气体的温度 B甲气体的温度一定低于乙气体的温度 C甲气体的温度可能高于也可能低于乙气体的温度 D甲气体的每个分
7、子运动都比乙气体每个分子运动得快 解析：选 C 认为气体分子平均速率大，温度就高，这是对气体温度的微观本质的错误认 识，气体温度是气体分子平均动能的标志，而分子的平均动能不仅与分子的平均速率有关， 还与分子的质量有关。本题涉及两种不同气体(分子质量不同)，它们的分子质量无法比较， 因而无法比较两种气体温度的高低，故 A、B 错误，C 正确；速率的平均值大，并不一定每个 分子速率都大，故 D 错误。 3一块 100 的铁与一块 100 的铝相比，以下说法中正确的是( ) A铁的分子动能之和与铝的分子动能之和相等 B铁的每个分子动能与铝的每个分子动能相等 C铁分子的平均速率与铝分子的平均速率相等
8、D以上说法均不正确 解析：选 D 两物体温度相等，说明它们分子的平均动能相等，因为温度是分子运动平均 动能的标志；由于没有说明铁与铝的质量，只有当它们所含分子数目一样时，分子总动能才 相等，故 A 错；分子平均动能相等，但对每个分子而言，它运动的速率是变化的，且每个分 子的速率都是不同的，有的快也有的慢，所以每个分子的动能相等的说法不正确，故 B 错； 虽然分子的平均动能相等，但铁分子、铝分子质量不同，因此分子平均速率不等，所以 C 错。 故选 D。 对分子势能的理解 1分子势能与分子间距离的关系 分子势能的大小与分子间的距离有关， 距离发生变化时， 分子力做功， 分 子势能发生变化。分子势能
9、随分子间距离的变化情况如图所示(取无穷远处Ep为 0)。 (1)当分子间的距离rr0时，分子势能随分子间距离的增大而增大。 (2)当分子间的距离rr0时，分子势能随分子间距离的减小而增大。 (3)当rr0时，分子势能最小。 注意 应注意“分子势能最小”和“分子势能为零”是两个不同的概念，“最 小” 不一定是 “等于零” ； 反之， “等于零” 也不一定是 “最小” 。由于分子势能具 有相对性 ， 也可以取“分子势能最小”的位置作为“分子势能为零”的位置。 图甲为取无穷远处Ep0时的Epr图像；图乙为取rr0处Ep0时的Epr图像。 2分子势能的变化与分子力做功的关系 (1)分子力做正功，分子势
10、能减少； 分子力做负功，分子势能增加。 (2)数量关系：WEpEp1Ep2 典例 如图所示，甲分子固定于坐标原点O，乙分子从无穷远a处由静止释放，在分子 力的作用下靠近甲。图中b点合外力表现为引力，且为数值最大处，d点是分子靠得最近处。 则下列说法正确的是( ) A乙分子在a点势能最小 B乙分子在b点动能最大 C乙分子在c点动能最大 D乙分子在d点加速度为零 解析 乙分子由a运动到c，分子力表现为引力，分子力做正功，动能增大，分子势能 减小，所以乙分子在c处分子势能最小，在c处动能最大，故 A、B 错误，C 正确 ； 由题图可知， 乙在d点时受到的分子力最大，所以乙分子在d处的加速度最大，故
11、D 错误。 答案 C (1)分子势能在平衡位置有最小值，无论分子间距离如何变化，靠近平衡位置，分子势能 减小，反之增大。 (2)判断分子势能的变化有两种方法 看分子力的做功情况。 直接由分子势能与分子间距离的关系图线判断，但要注意其和分子力与分子间距离的 关系图线的区别。 1由于两个分子间的距离变化而使得分子势能变小，可确定在这一过程中( ) A两分子间的相互作用力一定表现为引力 B一定克服分子间的相互作用力做功 C两分子间距离一定增大 D两分子间的相互作用力可能增大 解析：选 D 由分子力做功与分子势能变化关系可知，分子力做正功时，分子势能减小， 有两种可能性：一是rr0，分子力表现为斥力，
12、且分子间距离增大，二是rr0，分子间表 现为引力，且分子间距离减小。综上分析可知 A、B、C 选项错误，D 选项正确。 2.多选如图所示，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的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轴上的四个特定的位置。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小 D乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能一直增大 解析：选 BC 乙分子由a运动到c的过程，一直受
13、到甲分子的引力作用而做加速运动， 到c时速度达到最大，而后受甲的斥力作用做减速运动，A 错误 B 正确。乙分子由a到b的过 程所受引力做正功，分子势能一直减小，C 正确。而乙分子从b到d的过程，先是引力做正功， 分子势能减少，后来克服斥力做功，分子势能增加，故 D 错误。 3下列四幅图中，能正确反映分子间作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的 图线是( ) 解析：选 B 当rr0时引力与斥力的合力为零，即分子力为零，A、D 错；当分子间的距 离大于或小于r0时，分子力做负功，分子势能增加，rr0时分子势能最小，B 对，C 错。 对内能的理解 1对内能的理解 (1)内能是对大量分子而言的
14、，对单个分子来说无意义。 (2)某个物体的内能在宏观上是由物质的量、温度和体积决定的；微观上由分子数、分子 平均动能和分子势能决定。 (3)物体的内能跟物体的机械运动状态无关。 2内能与机械能的区别和联系 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 能量常见 形式 分子动能、分子势能物体动能、重力或弹性势能 能量存在 原因 由物体内大量分子的无规则热运动和 分子间相对位置决定 由物体做机械运动和物体形变或与地 球的相对位置决定 影响因素物质的量、物体的温度和体积及物态物体的机械运动的速度、 离地高度或相 对于零势能面的高度或弹性形变 是否为零永远不能等于零一定条件下可以等于零
15、 联系在一定条件下可以相互转化 典例 多选关于内能和机械能的下列说法，正确的是 ( ) A机械能增大的物体，其内能一定增大 B物体的机械能损失时，内能却可能增加 C物体的内能损失时，机械能必然会减小 D物体的机械能可以为零，内能不可以为零 思路点拨 (1)物体的动能与质量和速度有关，分子平均动能与温度有关，两者没有必然联系。 (2)物体的机械能可以全部转化为内能，但分子平均动能不可能变为零，故内能不可能全 部转化为机械能。 解析 内能和机械能是两种不同形式的能，内能由物体分子状态决定，而机械能由物 体的质量、宏观速度、相对地面高度或弹性形变程度决定，二者决定因素是不同的。物体被 举高，机械能增
16、大，若温度降低，内能可能减小，故 A 错误；物体克服空气阻力匀速下降， 机械能减小，而摩擦生热，物体温度升高，内能会增大，故 B 正确；物体静止时，温度降低， 内能减小，而物体的机械能不变，故 C 错误；物体内分子永不停息地运动，内能不可能为零， 故 D 正确。 答案 BD 内能与热量的区别 (1)内能：物体内所有分子的动能和势能的总和，内能是由大量分子的热运动和分子之间 相对位置所决定的能量。 (2)热量 ： 是指热传递过程中内能的改变量。热量用来量度热传递过程中内能转移的数量。 一个物体的内能是无法测定的，而在某种过程中物体内能的变化却是可以测定的，热量就是 用来测定在热传递过程中内能变化
17、的一个物理量。 1以下说法正确的是( ) A内能不可能为零 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 D0 的冰的内能比等质量的 0 的水的内能大 解析：选 A 内能是所有分子的热运动动能和分子势能的总和，而分子动能又是由分子无 规则运动引起的，所以分子动能不可能为零，那么物体的内能当然也不可能为零，A 正确；物 体的内能与物体的温度、体积和质量(物质的量)有关，B、C 错误；因为 0 的冰熔化为 0 的水要吸收热量， 所以冰熔化为水， 内能增加， 0 的水的内能比等质量的 0 的冰的内能大，D 错误。 2关于物体的内能，下列说法中正确的是( ) A水分子的内能比冰
18、分子的内能大 B物体所处的位置越高，分子势能就越大，内能越大 C一定质量的 0 的水结成 0 的冰，内能一定减少 D相同质量的两个同种物体，运动物体的内能一定大于静止物体的内能 解析：选 C 因内能是指组成物体的所有分子的热运动的动能与分子势能的总和，说单个 分子的内能没有意义，故选项 A 错误。内能与机械能是两种不同性质的能，它们之间无直接 联系，内能与“位置”高低、“运动”还是“静止”没有关系，故选项 B、D 错误。一定质量 的 0 的水结成 0 的冰，放出热量，使得内能减小，故选项 C 正确。 3多选关于质量和温度均相同的一杯水和一个钢球，下列说法正确的是( ) A它们的内能一定相同 B
19、它们的分子平均动能一定相同 C它们的分子的平均速率一定相同 D把钢球置于水中，它们各自的内能一定不变 解析：选 BD 水和钢球温度相同，分子的平均动能相同，故 B 对；但水分子、钢球分子 质量不同，平均速率不同，C 错；水和钢球分子势能不一定相同，内能可能不同，故 A 错；由 于两者温度相等，不会发生热传递现象，所以它们的内能各自保持不变，D 对。 1关于物体的内能、温度和分子的平均动能，下列说法正确的是( ) A温度低的物体内能一定小 B温度低的物体分子运动的平均动能一定小 C外界对物体做功时，物体的内能一定增加 D做加速运动的物体，由于速度越来越大，因此物体分子的平均动能越来越大 解析：选
20、 B 温度低的物体分子平均动能小，内能不一定小，选项 A 错误 B 正确；外界对 物体做功时，若同时散热，物体的内能不一定增加，选项 C 错误；做加速运动的物体，由于 速度越来越大， 动能越大， 但温度不一定升高， 物体分子的平均动能不一定增大， 选项 D 错误。 2关于物体的温度与分子动能的关系，正确的说法是( ) A某种物体的温度是 0 ，说明物体中分子的平均动能为零 B物体温度降低时，每个分子的动能都减小 C物体温度升高时速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多 D物体的运动速度越大，则物体的温度越高 解析 ： 选 C 温度是分子平均动能的标志。 温度是 0 ， 物体中分子的平均动能并
21、非为零， 因为分子无规则运动不会停止，A 错误；温度降低时分子的平均动能减小，并非每个分子动能 都减小，B 错误；物体温度升高时，分子的平均动能增大，分子的平均速率增大，速率小的分 子数目减少，速率大的分子数目增多，C 正确 ； 物体的运动速度增大，宏观机械能(动能)增大， 但物体内分子的热运动不一定加剧，温度不一定升高，D 错误。 3下面有关机械能和内能的说法中正确的是( ) A机械能大的物体，内能一定也大 B物体做加速运动时，其运动速度越来越大，物体内分子平均动能必增大 C物体降温时，其机械能必减少 D摩擦生热是机械能向内能的转化 解析：选 D 机械能与内能有着本质的区别，对于同一物体，机
22、械能是由其宏观运动速度 和相对高度决定的， 而内能是由物体内部分子无规则运动和聚集状态决定的， 故 A、 B、 C 错误， 摩擦生热是机械能向内能的转化，故 D 正确。 4.多选两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中 曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0。相距很远的两分子在分子力作用 下，由静止开始相 互接近。若两 分子相距无穷远处时分子势能为零，下列说 法正确的是( ) A在rr0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小 B在rr0阶段，F做负功，分子动能减小，势能也减小 C在rr0时，分子势能最小，动能最大 D.在rr0时，分子势能为零 解析：选 AC 在rr0阶段，两分子
23、间的斥力和引力的合力F表现为引力，两分子在分 子力作用下， 由静止开始相互接近，F做正功， 分子动能增加， 势能减小， 选项 A 正确 ； 在rr0 阶段，两分子间的斥力和引力的合力F表现为斥力，F做负功，分子动能减小，势能增大，选 项 B 错误；在rr0时，分子势能最小，动能最大，选项 C 正确；在整个过程中，只有分子力 做功，分子动能和势能之和保持不变，在rr0时，分子势能为负值，选项 D 错误。 5.多选如图所示， 甲分子固定于坐标原点， 乙分子位于横轴上， 甲、 乙两分子间引力、 斥力及分子势能的大小变化情况分别如图中三条曲线所 示，A、B、C、D为横轴上四个特殊的位置；E为两虚线a、
24、b的交点，现 把乙分子从A处由静止释放，则由图像可知( ) A虚线a为分子间斥力变化图线，交点E的横坐标代表乙分子到达 该点时分子力为零 B虚线b为分子间引力变化图线，表明分子间引力随距离增大而减小 C实线c为分子势能的变化图线，乙分子到达C点时分子势能最小 D乙分子从A到C的运动过程中一直做加速运动 解析：选 AB 分子间的引力和斥力都随分子间距离r的增大而减小，随分子间距离r的 减小而增大，但斥力变化得快，故虚线a为分子间斥力变化图线，虚线b为分子间引力变化 图线，交点E说明分子间的引力、斥力大小相等，分子力为零，选项 A、B 正确；实线c为分 子势能的变化图线，乙分子到达B点时分子势能最
25、小，为负值，选项 C 错误 ； 乙分子从A到C 的运动过程中分子力先表现为引力，到达B点后表现为斥力，所以乙分子先做加速运动，后 做减速运动，选项 D 错误。 6多选设有甲、乙两分子，甲固定在 0 点，r0为其与平衡位置间的距离，今使乙分子 由静止开始只在分子力作用下由距甲 0.5r0处开始沿x方向运动(如图)，则( ) A乙分子的加速度先减小，后增大 B乙分子到达r0处时速度最大 C分子力对乙一直做正功，分子势能减小 D乙分子在r0处时，分子势能最小 解析：选 BD 两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如 图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0。由图可知，乙 分子受到的分子力
26、先变小，位于平衡位置时，分子力为零，过平衡位置 后，分子力先变大再变小，故乙分子的加速度先变小再反向变大，再变小，故 A 错误。当r 小于r0时， 分子间的作用力表现为斥力，F做正功， 分子动能增加， 势能减小， 当r等于r0时， 动能最大，势能最小，当r大于r0时，分子间作用力表现为引力，分子力做负功，动能减小， 势能增加。故 B、D 正确，C 错误。 7 一木块静止在光滑的水平面上， 被水平方向飞来的子弹击中， 子弹进入木块的深度为d， 此时木块相对于水平面移动了L，设木块对子弹的阻力恒为F，求产生的内能和子弹损失的动 能之比。 解析：产生的内能等于阻力与两者相对位移大小的乘积，即 QFd
27、 子弹损失的动能等于它克服阻力所做的功，在子弹受到阻力的过程，它发生的位移等于 打入深度d与木块移动的距离L之和，则有E损F(dL) 所以 Q：E损d：(dL) 答案：d：(dL) 8重 1 000 kg 的气锤从 2.5 m 高处落下，打在质量为 200 kg 的铁块上，要使铁块的温度 升高 40 ，气锤至少应落下多少次？设气锤撞击铁块时 60%的机械能损失用来升高铁块的温 度取g10 m/s2，铁的比热容c0.462103 J/(kg)。 解析：气锤从 2.5 m 高处下落到铁块上损失的机械能：Emgh1 000102.5 J 2.5104 J。 气锤撞击铁块后用来升高铁块温度的能量为： WW60%1.5104 J。 使铁块温度升高 40 所需的热量 Qcmt0.46210320040 J 3.696106 J。 设气锤应下落n次，才能使铁块温度升高 40 ，则由能的转化和守恒定律得nWQ。 所以，n246.4。 Q W 3.696 106 1.5 104 所以至少需要 247 次才能使铁块温度升高 40 。 答案：247 次