高中物理魯科版3第一章分子動理論第3節(jié)溫度與內(nèi)能 第1章第3節(jié)溫度與內(nèi)能

第3節(jié)溫度與內(nèi)能學(xué)習(xí)目標(biāo)知識脈絡(luò)1.了解分子的動能、平均動能，認(rèn)識溫度是分子平均動能的標(biāo)志．(重點(diǎn))2．知道分子勢能跟物體的體積有關(guān)，了解分子勢能隨分子間距離變化而變化的定性規(guī)律．(難點(diǎn))3．理解內(nèi)能的概念，了解物體的內(nèi)能與哪些宏觀量有關(guān)，知道改變內(nèi)能的兩種方式．(難點(diǎn))溫度與分子平均動能eq\a\vs4\al([先填空])1．分子動能：分子由于做熱運(yùn)動所具有的動能．2．平均動能：大量分子動能的平均值．3．溫度與平均動能的關(guān)系(1)溫度升高，分子的平均動能增大；溫度降低，分子的平均動能減?。?2)分子熱運(yùn)動的平均動能與物體的熱力學(xué)溫度成正比．(3)溫度的微觀本質(zhì)：溫度是物體內(nèi)分子熱運(yùn)動平均動能的標(biāo)志．eq\a\vs4\al([再判斷])1．溫度是分子平均動能的標(biāo)志．(√)2．溫度升高時(shí)，物體的每個(gè)分子的動能都將增大．(×)3．分子的平均動能的大小與物質(zhì)的種類有關(guān)．(×)eq\a\vs4\al([后思考])為什么研究分子動能時(shí)主要關(guān)心平均動能？【提示】分子動能是指單個(gè)分子熱運(yùn)動的動能，但分子是無規(guī)則運(yùn)動的，因此各個(gè)分子的動能以及一個(gè)分子在不同時(shí)刻的動能也不盡相同，所以研究單個(gè)分子的動能沒有意義，我們主要關(guān)心的是大量分子的平均動能．eq\a\vs4\al([合作探討])探討1：做熱運(yùn)動的分子具有動能，各個(gè)分子的動能相同嗎？【提示】不相同．因?yàn)槲矬w中分子熱運(yùn)動的速率大小不一，各個(gè)分子的動能有大有小，所以不相同．探討2：物體分子運(yùn)動的總動能為所有分子熱運(yùn)動動能的總和，試從微觀和宏觀兩個(gè)角度分析分子的總動能與哪些因素有關(guān)．【提示】微觀上：與分子的平均動能和分子數(shù)有關(guān)．宏觀上：由于溫度是分子平均動能的標(biāo)志，所以與物體的溫度和物質(zhì)的量有關(guān)．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．溫度的微觀含義溫度是分子平均動能的標(biāo)志，因不同的分子具有的速率一般不同，且不同時(shí)刻同一分子的速率一般也不相同，故單個(gè)分子的動能無意義．溫度是物體內(nèi)大量分子熱運(yùn)動的集體表現(xiàn)．只要溫度相同，分子的平均動能就相同，但分子平均速率不一定相同．2．分子熱運(yùn)動的平均動能(1)分子的平均動能永遠(yuǎn)不可能為零，因?yàn)榉肿訜o規(guī)則運(yùn)動是永不停息的．(2)平均動能與平均速率的關(guān)系可簡單地理解為：Ek＝eq\f(1,2)mv2，m為該物質(zhì)分子的質(zhì)量．(通常提到的分子速率一般是指分子的平均速率，單個(gè)分子的速率無意義)(3)分子的動能與宏觀物體的運(yùn)動無關(guān)，也就是分子熱運(yùn)動的平均動能與宏觀物體運(yùn)動的動能無關(guān)．3．溫度與分子動能、分子平均動能的關(guān)系在宏觀上溫度是表示物體冷熱程度的物理量．在微觀上溫度是物體中分子熱運(yùn)動的平均動能的標(biāo)志．在相同溫度下，各種物質(zhì)分子的平均動能都相同，溫度升高，分子平均動能增加；溫度降低，分子平均動能減少．在同一溫度下，雖然不同物質(zhì)分子的平均動能都相同，但由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不一定相同，所以分子熱運(yùn)動的平均速率不一定相同．1．當(dāng)氫氣和氧氣的質(zhì)量和溫度都相同時(shí)，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．氫氣分子的平均動能大于氧氣分子的平均動能D．兩種氣體分子熱運(yùn)動的總動能不相等E．兩種氣體分子熱運(yùn)動的平均速率相等【解析】溫度相同，兩種氣體分子的平均動能相等，A對，C錯(cuò)；因兩種氣體分子的質(zhì)量不同，平均動能又相等，所以分子質(zhì)量大的(氧氣)分子平均速率小，故B對，E錯(cuò)；由于兩種氣體的摩爾質(zhì)量不同，物質(zhì)的量不同(質(zhì)量相同)，分子數(shù)目就不等，故總動能不相等，選項(xiàng)D對．【答案】ABD2．關(guān)于物體的溫度與分子動能的關(guān)系，正確的說法是()【導(dǎo)學(xué)號：30110011】A．某種物體的溫度是0℃，說明物體中分子的平均動能為零B．物體溫度升高時(shí)，某個(gè)分子的動能可能減小C．物體溫度升高時(shí)，速率小的分子數(shù)目減少，速率大的分子數(shù)目增多D．物體的運(yùn)動速度越大，則物體的溫度越高E．物體的溫度與物體的速度無關(guān)【解析】某種物體溫度是0℃，物體中分子的平均動能并不為零，因?yàn)榉肿釉谟啦煌Ｏ⒌剡\(yùn)動，從微觀上講，分子運(yùn)動快慢是有差別的，各個(gè)分子運(yùn)動的快慢無法跟蹤測量，而溫度的概念是建立在統(tǒng)計(jì)規(guī)律的基礎(chǔ)上的，在一定溫度下，分子速率大小按一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律分布，當(dāng)溫度升高時(shí)，說明分子運(yùn)動劇烈，平均動能增大，但并不是所有分子的動能都增大；物體的運(yùn)動速度越大，說明物體的動能越大，這并不表示物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動加劇，則物體的溫度不一定高，所以BCE正確．【答案】BCE關(guān)于溫度的兩個(gè)注意事項(xiàng)1．因?yàn)闇囟仁欠肿悠骄鶆幽艿奈ㄒ粯?biāo)志，所以會誤認(rèn)為0℃的物體中分子的平均動能也為零，要正確理解0℃的意義．2．溫度是物體分子平均動能的標(biāo)志，而不是物體分子動能的標(biāo)志．分子勢能eq\a\vs4\al([先填空])1．定義：由于分子間存在分子力，分子具有的由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：與物體的體積有關(guān)．(2)微觀上：與分子間的距離有關(guān)．①若r＞r0，當(dāng)r增大時(shí)，分子勢能增加．②若r＜r0，當(dāng)r減小時(shí)，分子勢能增加．③若r＝r0，分子勢能最?。甧q\a\vs4\al([再判斷])1．分子勢能與體積有關(guān)．(√)2．當(dāng)r＝r0時(shí)，分子勢能最小為0.(×)3．分子勢能與重力勢能類似可以取負(fù)值．(√)eq\a\vs4\al([后思考])物體的體積增大時(shí)，其分子勢能一定增大嗎？【提示】不一定．當(dāng)分子間距離r>r0時(shí)，分子間作用力表現(xiàn)為引力，物體的體積增大，分子間距離增大，分子力做負(fù)功，分子勢能增大；當(dāng)r<r0時(shí)，分子間作用力表現(xiàn)為斥力，物體的體積增大，分子間距離增大，分子力做正功，分子勢能減小．eq\a\vs4\al([合作探討])探討1：分子勢能最小的位置在哪兒？最小等于零嗎？【提示】當(dāng)分子位于平衡位置時(shí)，分子勢能最小；由于分子勢能有相對性，所以分子勢能最小時(shí)不一定等于零．探討2：分子勢能的正負(fù)能表示分子勢能的大小嗎？【提示】能．正的分子勢能總比負(fù)的分子勢能大．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])影響分子勢能大小的因素如圖1-3-1所示，隨著分子間距離的變化，分子力做功，分子勢能發(fā)生變化，分子勢能的變化微觀上決定于分子間的距離，宏觀上與物體的體積有關(guān)．圖1-3-1分子間距離r＝r0r>r0r<r0分子力等于零表現(xiàn)為引力表現(xiàn)為斥力分子力做功分子間距增大時(shí)，分子力做負(fù)功分子間距減小時(shí)，分子力做負(fù)功分子勢能最小隨分子間距的增大而增大隨分子間距的減小而增大3．設(shè)r＝r0時(shí)分子間的作用力為零，則一個(gè)分子從遠(yuǎn)處以某一動能向另一個(gè)固定的分子靠近的過程中，下列說法中正確的是()A．r＞r0時(shí)，分子力做正功，動能不斷增大，勢能減小B．r＝r0時(shí)，動能最大，勢能最小C．r＜r0時(shí)，分子力做負(fù)功，動能減小，勢能增大D．r>r0時(shí)，分子勢能是負(fù)的E．r<r0時(shí)，分子勢能是正的【解析】當(dāng)兩個(gè)分子從遠(yuǎn)處開始靠近的過程中，r＞r0時(shí)兩者之間是引力，引力對分子做正功，分子勢能減小，由動能定理可知，分子動能增大，故A項(xiàng)正確．當(dāng)r＜r0時(shí)兩者之間是斥力，對分子做負(fù)功，分子勢能增大，由動能定理可知，分子動能減小，故C項(xiàng)正確．由上兩種情況分析可知，當(dāng)r＝r0時(shí)，分子的動能最大，分子勢能最小，B項(xiàng)正確．因沒有說明分子零勢能的位置，故D、E中的分子勢能正、負(fù)不好確定，D、E錯(cuò)誤．【答案】ABC4．如圖1-3-2為兩分子系統(tǒng)的勢能EP與兩分子間距離r的關(guān)系曲線，下列說法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：30110012】圖1-3-2A．當(dāng)r>r1時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為引力B．當(dāng)r<r1時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力C．當(dāng)r＝r2時(shí)，分子間的作用力為零D．在r由r1變到r2的過程中，分子間的作用力做負(fù)功E．當(dāng)r<r1時(shí)，隨著r的減小，分子勢能增大，分子間相互作用的引力和斥力也增大【解析】當(dāng)r＝r2時(shí)，分子力為零，分子勢能最小，則當(dāng)r大于r2時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為引力，故A錯(cuò)誤，C正確；當(dāng)r<r1<r2時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力，故B正確；Ep在r由r1變到r2的過程中，分子力是斥力，則分子力做正功，故D錯(cuò)誤；當(dāng)r<r1時(shí)，隨著r的減小，分子勢能增大，分子間相互作用的引力和斥力也增大，E正確．【答案】BCE分子勢能圖象問題的兩點(diǎn)提醒(1)分子勢能圖象的最低點(diǎn)(最小值)對應(yīng)的距離是分子平衡距離r0，而分子力圖象的最低點(diǎn)(引力最大值)對應(yīng)的距離大于r0；(2)分子勢能圖象與r軸交點(diǎn)表示的距離小于r0，分子力圖象與r軸交點(diǎn)表示平衡距離r0.物體的內(nèi)能eq\a\vs4\al([先填空])1．定義物體中所有分子熱運(yùn)動的動能和分子勢能的總和．2．普遍性物體中的分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動，分子間有相互作用力，所以任何物體都具有內(nèi)能．3．相關(guān)因素(1)物體含有的分子數(shù)目與物體的質(zhì)量有關(guān)．(2)分子熱運(yùn)動的平均動能與溫度有關(guān)．(3)分子勢能與體積有關(guān)．所以，物體的內(nèi)能與物體的質(zhì)量、溫度和體積有關(guān)．4．改變內(nèi)能的方式：做功和熱傳遞．(1)通過做功改變物體的內(nèi)能時(shí)，內(nèi)能的變化量可用做功的多少來量度．(2)通過熱傳遞而改變物體內(nèi)能時(shí)，內(nèi)能的變化量由熱量來量度．熱量和內(nèi)能變化的過程相聯(lián)系，熱量是過程量．eq\a\vs4\al([再判斷])1．任何物體都具有內(nèi)能．(√)2．物體內(nèi)能只與溫度有關(guān)．(×)3．做功和熱傳遞改變內(nèi)能時(shí)，本質(zhì)是相同的．(×)eq\a\vs4\al([后思考])溫度升高，物體的內(nèi)能一定增大嗎？【提示】不一定．溫度升高，物體內(nèi)分子的平均動能增大．而分子勢能與分子之間的距離有關(guān)，分子勢能如何變化不確定，而物體的內(nèi)能等于分子動能和分子勢能之和，故溫度升高，物體的內(nèi)能不一定增大．eq\a\vs4\al([合作探討])探討：做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能．做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上的本質(zhì)是否相同？【提示】本質(zhì)不同．做功改變物體的內(nèi)能是其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化，而熱傳遞改變物體的內(nèi)能是物體之間能量的轉(zhuǎn)移．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．內(nèi)能的決定因素(1)宏觀因素：物體內(nèi)能的大小由物體的質(zhì)量、溫度和體積三個(gè)因素決定，同時(shí)也受物態(tài)變化的影響．(2)微觀因素：物體內(nèi)能的大小由物體所含的分子總數(shù)、分子熱運(yùn)動的平均動能和分子間的距離三個(gè)因素決定．2．內(nèi)能與機(jī)械能的比較能量名稱內(nèi)能機(jī)械能對應(yīng)的運(yùn)動形式微觀分子熱運(yùn)動宏觀物體機(jī)械運(yùn)動能量常見的形式分子動能、分子勢能物體的動能、重力勢能或彈性勢能能量存在的原因由物體內(nèi)大量分子的無規(guī)則熱運(yùn)動和分子間相對位置決定由物體做機(jī)械運(yùn)動、與地球相對位置或物體形變決定影響因素物體的質(zhì)量、物體的溫度和體積物體做機(jī)械運(yùn)動的速度、離地高度(或相對于零勢能面的高度)或彈性形變是否為零永遠(yuǎn)不能等于零一定條件下可以等于零聯(lián)系在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化3.物態(tài)變化對內(nèi)能的影響：一些物質(zhì)在物態(tài)發(fā)生變化時(shí)，如冰的熔化、水在沸騰時(shí)變?yōu)樗魵?，溫度不變．此過程中分子的平均動能不變，由于分子間的距離變化，分子勢能變化，所以物體的內(nèi)能變化．5．有關(guān)分子的熱運(yùn)動和內(nèi)能，下列說法正確的是()A．一定質(zhì)量的氣體，溫度不變，分子的平均動能不變B．物體的溫度越高，分子熱運(yùn)動越劇烈C．物體的內(nèi)能是物體中所有分子熱運(yùn)動動能和分子勢能的總和D．布朗運(yùn)動是由懸浮在液體中的微粒之間的相互碰撞引起的E．外界對物體做功，物體的內(nèi)能必定增加【解析】溫度是分子平均動能的標(biāo)志，所以溫度不變，分子的平均動能不變，A正確；物體的溫度越高，分子熱運(yùn)動越劇烈，B正確；物體的內(nèi)能就是物體內(nèi)部所有分子的動能和分子勢能的總和，C正確；布朗運(yùn)動是由液體分子的無規(guī)則運(yùn)動引起的，D錯(cuò)誤；改變內(nèi)能的方式有做功和熱傳遞，外界對物體做功，物體的內(nèi)能不一