第12.1節(jié) 物體的內能（解析版）

第十二章熱力學定律12.1物體的內能??目標導航學問要點難易度1.分子平均動能：只與溫度有關2.分子勢能：r=r0時分子勢能最小，總勢能與體積有關3.內能=分子動能+分子勢能4.做功和熱傳遞：兩種轉變內能的方式，等效5.氣體體積增大，對外做功；氣體體積減小，外界對氣體做功★★

★★★★★★★★★??學問精講一、物體的內能1.分子動能；(1)定義：分子永不停息的做無規(guī)章運動所具有的動能。表達式：(2)分子熱運動的平均動能：大量分子熱運動動能的平均值。表達式：(3)溫度是分子熱運動平均動能的唯一標志。溫度越高，分子熱運動平均動能越大。溫度是宏觀物理量，分子平均動能是微觀物理量。溫度不變時，單個分子動能不斷變化，但分子平均動能不變。2.分子勢能：(1)定義：分子間有相互作用力，作用力的大小和方向與相對位置有關，與位置相關的能量叫分子勢能。(2)分子勢能模型當分子從無限遠處漸漸靠近的過程中，r0為平衡位置，分子引力=分子斥力①當r>r0時，分子力為引力，力的方向與位移方向相同，分子力做正功，動能增加，勢能減小。②當r<r0時，分子力為斥力，力的方向與位移方向相反，分子力做負功，動能減小，勢能增加。所以，在r=r0時，勢能最小，動能最大。以無限遠處分子勢能為0點，則r0處分子勢能為負值。(3)分子勢能和體積有關：體積變化，分子間距變化，分子勢能變化。5.內能(1)定義：物體全部大量分子動能和分子勢能的總和稱為內能，通常用U表示?？倓幽?分子數(shù)×分子平均動能。(2)內能是宏觀物理量，與物體溫度、體積有關。(3)由于分子熱運動永不停息，所以物體內部永久大于0。(4)抱負氣體：分子間距比較大，分子勢能可以忽視，內能等于分子動能總和。另一說法：溫度不太低、壓強不太大時可看作抱負氣體。(5)內能和機械能的區(qū)分：熱運動具有內能，機械運動具有機械能（動能和勢能）。例1.右圖為兩分子系統(tǒng)的勢能Ep與兩分子間距離r的關系曲線，下列說法正確的是（A）當r大于r1時，分子間的作用力表現(xiàn)為引力（B）當r小于r1時，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力（C）當r等于r1時，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功答案：B解析：r=r2為勢能最小值，即平衡位置，r=r1時為斥力，B正確。二、物體內能的變化1.轉變物體內能的兩種方式：做功和熱傳遞，兩種方式是等效的。①對物體做功，物體內能增加；物體對外做功（對物體做負功），物體內能削減。氣體：氣體膨脹，體積增大，對外界做功；（自由膨脹除外）壓縮氣體，體積減小，外界對氣體做功。?熱傳遞：熱量從高溫物體傳遞給低溫物體，或從物體的高溫部分傳遞給低溫部分。熱平衡：熱傳遞最終達到溫度相等的狀態(tài)。在熱傳遞過程中，物體吸熱，內能增加；物體放熱，內能削減。?做功和熱傳遞，對轉變物體的內能等效的。物體內能的變化與做功和熱傳遞兩個因素有關，即吸熱不肯定升溫。2.做功是其它形式能和內能之間的轉化，熱傳遞是內能在不同物體之間轉移。例2.推斷下列說法是否正確：(1)質量和溫度都相同的氣體，內能肯定相同。（）(2)氣體溫度不變，整體運動速度越大，其內能越大。（）(3)氣體被壓縮時，內能可能不變。（）(4)肯定量的某種抱負氣體的內能只與溫度有關。（）(5)肯定量的某種抱負氣體在等壓膨脹過程中，內能肯定增加。（）答案：×，×，√，√，√解析：(1)質量與溫度都相同的不同抱負氣體，分子的平均動能相同，但氣體的摩爾質量不同，因此分子個數(shù)不同，氣體的內能不同，錯誤；(2)氣體的溫度不變，氣體分子的平均動能不變，內能不變，整體運動速度增大，內能也不會轉變，錯誤；(3)氣體被壓縮時，假猶如時放熱，放出的熱量等于外界對氣體做的功，則氣體內能不變，正確;(4)抱負氣體的分子勢能為零，內能等于全部分子的動能之和，分子數(shù)肯定，總動能只與溫度有關，正確；(5)由抱負氣體狀態(tài)方程可知，在等壓膨脹過程中，氣體壓強不變，體積增大，溫度上升，內能增加，正確。例3.關于溫度和內能的理解，下列說法中正確的是()A．溫度是分子平均動能的標志，物體溫度上升，則物體每一個分子的動能都增大B．不計分子之間的分子勢能，質量和溫度相同的氫氣和氧氣具有相同的內能C．1g100℃水的內能小于1g100℃水蒸氣的內能D．做功和熱傳遞對轉變物體內能是等效的，也就是說做功和熱傳遞的實質是相同的答案：C解析：物體溫度上升分子的平均動能增加，但不是每一個分子的動能都增大，A錯誤；質量相等的氫氣和氧氣溫度相同，分子的平均動能相同，而氫氣的分子數(shù)多，則氫氣的內能較大，B錯誤；水變成水蒸氣要吸熱，則同質量水的內能小于水蒸氣的內能，C正確；做功和熱傳遞對轉變物體內能實質不同，做功是其他能和內能的轉化，熱傳遞是內能的轉移，D錯誤。例4.如圖所示，活塞將汽缸分成甲、乙兩氣室，汽缸、活塞(連同拉桿)是絕熱的，且不漏氣．以E甲、E乙分別表示甲、乙兩氣室中氣體的內能，則在將拉桿緩慢向左拉的過程中()A．E甲不變，E乙減小 B．E甲不變，E乙增大C．E甲增大，E乙不變 D．E甲增大，E乙減小答案：D解析：在拉桿緩慢向左拉的過程中，活塞左移，壓縮甲室內的氣體，對甲室內的氣體做功，其內能應增大；對乙室內的氣體，活塞左移，氣體膨脹，乙室內的氣體對外界做功，內能應減小，D正確。??鞏固練習1．關于物體的內能，下列說法中正確的是（）A．不同物體，溫度相等，內能也相等B．要使氣體分子的平均動能增大，外界必需向氣體傳熱C．做功和熱傳遞過程都能轉變物體的內能，但兩種過程的本質不同D．1g0℃的水與1g0℃的冰內能相等答案：C解析：A．溫度相等，只是說明分子的平均動能相等，而分子數(shù)不肯定相同，因而全部分子熱運動的動能也就不會相同，全部分子的勢能一般也不會相同，故內能不肯定相同，A錯誤；B．可以是由外界向氣體傳熱，也可以是外界對物體做功，B錯誤；C．做功是內能與其他形式能的相互轉化，而熱傳遞則是物體之間內能轉移，兩者的本質不同，C正確；D．冰熔化為水的過程中需要從外界吸取熱量，轉化成分子勢能，所以內能較大，D錯誤。2.由分子動理論可知，下列說法正確的（）A.液體分子的無規(guī)章運動稱為布朗運動B.物體的內能跟物體的溫度和體積有關C.分子間引力總是隨著分子間距離的減小而減小D.分子熱運動越猛烈，物體內每個分子的動能越大答案：B解析：布朗運動是微粒的運動，不是分子的無規(guī)章運動，A錯誤；物體內能由分子動能和分子勢能構成，分子動能和溫度有關，分子勢能與體積有關，B正確；分子間引力隨分子間距減小而增大，C錯誤；分子熱運動越猛烈，平均動能越大，但不表示每個分子動能越大，D錯誤。3．在爭辯氣體性質時，若分子間距離足夠大，可以不計分子大小和分子間相互作用力，我們把它叫做抱負氣體。對于肯定質量的某種抱負氣體，下列說法正確的是（）A．氣體溫度上升，每一個分子的動能都增大B．氣體溫度上升，氣體分子的平均動能增大C．外界對氣體做功，氣體內能肯定增大D．氣體對外界放熱，氣體內能肯定減小答案：B解析：A．氣體溫度上升，絕大多數(shù)氣體分子的動能都增大，但個別分子的動能也可能減小，A錯誤；B．溫度是分子平均動能的標志，因此溫度上升，氣體分子的平均動能肯定增大，B正確；C．外界對氣體做功，同時物體有可能向外界放出熱量，內能有可能不變甚至減小，C錯誤；D．氣體對外界放熱，同時也有可能外界對氣體做功，氣體的內能不肯定減小，D錯誤。4.物體分子熱運動平均動能取決于物體的（）（A）壓強（B）溫度（C）體積（D）狀態(tài)答案：B解析：溫度是分子熱運動平均動能的唯一標志，B正確。5.一個密閉容器由固定導熱板分隔為體積相同的兩部分，分別裝有質量不等的同種氣體。當兩部分氣體穩(wěn)定后，它們的（）（A）密度相同（B）分子數(shù)相同（C）分子平均速率相同（D）分子間平均距離相同答案：C解析：熱平衡時溫度相等，即分子平均動能相等，又由于是同種氣體，所以分子平均速率相等，C正確。6.如圖（a），豎直放置的氣缸內有一質量不行忽視的光滑活塞，封閉了肯定質量的抱負氣體，處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)保持溫度不變，把氣缸如圖（b）放置，重新平衡后，氣缸內氣體分子的（）（A）平均速率變大 （B）平均速率變?。–）平均間距變大 （D）平均間距變小答案：C解析：溫度不變，分子平均動能不變，平均速率不變；壓強減小，體積增大，分子平均間距變大，C正確。7.如圖，絕熱氣缸內封閉肯定質量的氣體，氣缸內壁光滑。當外界大氣壓變化時，下列物理量中始終保持不變的是（ ）（A）密封氣體壓強（B）密封氣體體積（C）密封氣體溫度（D）彈簧的彈力答案：D解析：整體法受力分析，彈簧的拉力=總重力，不變，D正確；對活塞進行受力分析：P0S=PS+mg,外界壓強P0增大，內外壓強差不變，所以氣體壓強也增大，體積縮小，外界對氣體做功，又由于是絕熱系統(tǒng)，所以內能增加，溫度上升，ABC錯誤。8.一個猛烈冷卻的空瓶子，放入熱水中，一段時間后瓶塞被彈出，瓶塞被彈出的緣由是（ ）（A）瓶內氣體分子數(shù)增加 （B）瓶內全部氣體分子的運動更猛烈（C） 瓶塞所受氣體分子的平均作用力變大 （D）瓶塞所受外力變小答案：C解析：吸熱升溫，壓強增大，分子撞擊瓶塞的平均作用力增大，C正確。9.將相同質量，相同溫度的同種抱負氣體放入不同體積的容器，則這兩部分氣體（）（A）平均動能相同，壓強相同 （B）平均動能不同，壓強相同（C）平均動能相同，壓強不同 （D）平均動能不同，壓強不同答案：C解析：溫度相同，即分子平均動能相同。質量相等的同種氣體溫度相等即PV乘積相等，V不等，則P不等。10.（多選）（）（A）分子力先增大后減小 （B）分子力先做正功后做負功（C）分子勢能先增大后減小 （D）分子動能先增大后減小答案：BD解析：分子力先減小后增大，A錯誤；分子力先是引力后是斥力，所以先做正功后做負功，分子勢能先減小后增大，動能先增大后減小，所以BD正確，C錯誤。11.如圖所示，甲分子固定在坐標原點O，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系如圖中曲線所示。F＞0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，選項中四個圖分別表示乙分子的速度、加速度、勢能、動能與兩分子間距離的關系，其中大致正確的是()答案：B解析：乙分子的運動方向始終不變，A錯誤；加速度與力的大小成正比，方向與力相同，故B正確；乙分子從A處由靜止釋放，分子勢能不行能增大到正值，故C錯誤；分子動能不行能為負值，故D錯誤。12.某汽車后備箱內安裝有撐起箱蓋的裝置，它主要由汽缸和活塞組成。開箱時，密閉于汽缸內的壓縮氣體膨脹，將箱蓋頂起，如圖所示。在此過程中，若缸內氣體與外界無熱交換，忽視氣體分子間相互作用，則（）A．缸內氣體對外做功，分子的平均動能減小B．缸內氣體對外做功，內能增大C．外界對缸內氣體做功，分子的平均動能增大D．外界對缸內氣體做功，內能減小答案：A解析：缸內氣體體積變大，對外做功，缸內氣體與外界無熱交換，可知氣體的內能減小，溫度降低，則分子的平均動能減小。13.如圖為某種椅子與其升降部分的結構示意圖．M、N兩筒間密閉了肯定質量的氣體，M可沿N的內壁上下滑動，設筒內氣體不與外界發(fā)生熱交換，在M向下滑動的過程中()A．外界對氣體做功，氣體內能增大 B．外界對氣體做功，氣體內能減小C．氣體對外界做功，氣體內能增大 D．氣體對外界做功，氣體內能減小答案：A解析：筒內氣體不與外界發(fā)生熱交換，當M向下滑動時，筒內氣體體積變小，外界對氣體做功，使氣體的內能增大，故A正確。14.（多選）夏季，長春市的天氣溫差比較大，充分氣的車胎經過正午陽光的暴曬簡潔爆胎．若車胎內的氣體可視為抱負氣體，爆胎前車胎內氣體體積及質量均不變，爆胎過程時間極短．關于車胎內的氣體，下列說法正確的是()A．爆胎前隨著氣溫的上升，車胎內氣體壓強增大B．爆胎前隨著氣溫的上升，車胎內氣體吸取熱量，內能增大C．爆胎過程中，車胎內氣體對外做功，內能減小D．爆胎過程中，車胎內氣體分子平均動能不變答案：ABD解析：爆胎前氣體體積不變，溫度上升時，壓強增大，內能增大，A、B正確；爆胎過程時間極短，氣體來不及與外界熱交換，其體積膨脹對外做功，則氣體內能減小，溫度降低，氣體分子平均動能減小，故C正確，D錯誤。15.將肯定質量的0℃的冰溶為0℃的水，此時分子的總動能________，分子的總勢能_________（填“減小”、“不變”或“增大”）。答案：不變變大解析：溫度不變，分子總動能不變；吸取熱量，內能增加，即分子總勢能增加。16.一個氣泡自池塘底浮起，上升到水面的過程中，氣泡體積漸漸變大。若水底和水面溫度相同，則上升過程中，氣泡內氣體（不行看作抱負氣體）的分子動能_______，氣體的內