高中物理人教版選修3-3教案 《內(nèi)能》

內(nèi)能

目標(biāo)導(dǎo)航

(1)知道分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能跟溫度有關(guān)，知道'溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)

，士匕、O

(2)知道什么是分子的勢(shì)能；知道改變分子間的距離，分子勢(shì)能就發(fā)生變化；

知道分子勢(shì)能跟物體體積有關(guān)。

(3)知道什么是內(nèi)能，知道物體的內(nèi)能跟溫度和體積有關(guān)。

(4)能夠區(qū)別內(nèi)能和機(jī)械能。

誘思導(dǎo)學(xué)

1.分子動(dòng)能

(1)分子平均動(dòng)能

做熱運(yùn)動(dòng)的分子，都具有動(dòng)能，這就是分子動(dòng)能。由于分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)則性,

若想研究單個(gè)分子的動(dòng)能是非常困難、也是沒(méi)有必要的。熱現(xiàn)象研究的是大量分

子運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)，所以，重要的不是系統(tǒng)中某個(gè)分子的動(dòng)能大小，而是所有分

子的動(dòng)能的平均值，即分子平均動(dòng)能。

(2)溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志。

說(shuō)明：①溫度是大量分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)，含有統(tǒng)計(jì)的意義，對(duì)于

個(gè)別分子，溫度是沒(méi)有意義的。分子平均動(dòng)能的大小由溫度高低決定：溫度升高,

分子的平均動(dòng)能增大；溫度降低，分子的平均動(dòng)能減小；溫度不變，分子的平均

動(dòng)能不變。溫度升高，分子的平均動(dòng)能增大，但不是每一個(gè)分子的動(dòng)能都增大，

可能有個(gè)別的分子動(dòng)能反而減小。

②分子的平均動(dòng)能大小只由溫度決定，與物質(zhì)的種類無(wú)關(guān)。也就是說(shuō)，只要

處于同一溫度下，任何物質(zhì)分子做熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能都相同。由于不同物質(zhì)分子

的質(zhì)量不盡相同，因此，在同一溫度下，不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)的平均速率大小也不

相同。

2.分子勢(shì)能

(1)分子勢(shì)能

由于分子間存在著相互作用力，所以分子間也有相互作用的勢(shì)能。這就是分

子勢(shì)能。分子勢(shì)能的大小有分子間的相互位置決定。分子勢(shì)能的變化非常類似于

長(zhǎng)度變化的彈簧中的彈性勢(shì)能的變化。

(2)影響分子勢(shì)能大小的因素

分子勢(shì)能的大小與分子間的距離有關(guān)，即與物體的體積有關(guān)。分子勢(shì)能的變

化與分子間的距離發(fā)生變化時(shí)分子力做正功還是負(fù)功有關(guān)。具體情況如下：

①當(dāng)分子間的距離r>r0時(shí)（此時(shí)類似于被拉伸的彈簧），分子間的作用力表現(xiàn)

為引力，分子間的距離增大時(shí)，分子力做負(fù)功，因此分子勢(shì)能隨分子間距離的增

大而增大。

②當(dāng)分子間的距離r<r0時(shí)（此時(shí)類似于被壓縮的彈簧），分子間的作用力表現(xiàn)

為斥力，分子間的距離減小時(shí)，分子力做負(fù)功，因此分子勢(shì)能隨分子間距離的減

小而增大。

③當(dāng)r=r0時(shí)（此時(shí)相當(dāng)于彈簧處于自由伸長(zhǎng)狀態(tài)），分子勢(shì)能最小。

（3）分子勢(shì)能變化曲線如下圖7.5-1所示。

說(shuō)明：①由于物體分子距離變化的宏觀表現(xiàn)為物體的體積變化，所以微觀的

分子勢(shì)能變化對(duì)應(yīng)于宏觀的物體體積變化。但是，同樣是物體體積增大（或減?。?

有時(shí)體現(xiàn)為分子勢(shì)能增大（或減?。ㄔ趓>r°范圍內(nèi)）；有時(shí)體現(xiàn)為分子勢(shì)能減小

（或增大）（在r<r。范圍內(nèi)）。

②分子勢(shì)能與物體體積有關(guān)，但不能簡(jiǎn)單理解成物體體積越大，分子勢(shì)能就

越大；體積越小，分子勢(shì)能就越小。如0℃的水變成0℃的冰后，體積變大，但分

子勢(shì)能減少。所以一般來(lái)說(shuō)，物體體積變化了，其對(duì)應(yīng)的分子勢(shì)能也將發(fā)生變化。

具體怎么變化，關(guān)鍵要看在變化過(guò)程中分子力做正功還是負(fù)功。

③分子勢(shì)能最小并不一定是分子勢(shì)能為零。

3.內(nèi)能

物體中所有分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和叫做物體的內(nèi)能。

（1）任何物體都具有內(nèi)能

（2））內(nèi)能的決定因素

物體的內(nèi)能跟物體的溫度和體積有關(guān)。溫度發(fā)生變化，分子的平均動(dòng)能發(fā)生

變化；物體的體積發(fā)生變化，分子勢(shì)能發(fā)生變化。還要注意，物體的內(nèi)能還與物

體所含的分子數(shù)有關(guān)，因?yàn)閮?nèi)能是物體內(nèi)所有分子的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。

（3）內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別

內(nèi)能與機(jī)械能是兩個(gè)不同的物理概念。內(nèi)能是由物體內(nèi)大量分子的熱運(yùn)動(dòng)和

分子間的相對(duì)位置所決定的能；機(jī)械能是物體整體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)或物體形變所產(chǎn)生

的能，它對(duì)物體的內(nèi)能沒(méi)有貢獻(xiàn)。在熱現(xiàn)象的研究中，一般不考慮物體的機(jī)械能。

典例探究

例1有甲、乙兩個(gè)分子，甲分子固定不動(dòng)，乙分子由無(wú)窮遠(yuǎn)處逐漸向甲靠

（）

A.不斷增大

B

C.先增大后減小

D

解析：分子力做功與分子勢(shì)能變化的關(guān)系和彈簧非常相似，即分子力做正功

分子勢(shì)能減小，分子力做負(fù)功分子勢(shì)能增加。當(dāng)乙分子由無(wú)窮遠(yuǎn)處向n移動(dòng)時(shí)，

分子力做正功，分子勢(shì)能減??；當(dāng)乙分子由八向甲分子繼續(xù)靠近時(shí)，要克服分子

斥力做功，分子勢(shì)能增大。所以移動(dòng)的整個(gè)過(guò)程，分子勢(shì)能是先減小、后增大。

也可知當(dāng)分子間的距離為八

本題的正確選項(xiàng)為Do

友情提示：①有關(guān)分子勢(shì)能隨分子間距離變化來(lái)判定分子勢(shì)能變化的問(wèn)題，

首先要明確是在北范圍內(nèi)，還是在范圍內(nèi)變化的。

例2下列說(shuō)法正確的是（）

A.分子的動(dòng)能與分子的勢(shì)能的和叫做這個(gè)分子的內(nèi)能

B.物體內(nèi)分子勢(shì)能由物體的溫度和體積決定

C.物體的速度增大時(shí)，物體的內(nèi)能增大

D.物體的動(dòng)能減小時(shí)，物體的溫度可能增加

分析：內(nèi)能是指物體的，一個(gè)分子無(wú)內(nèi)能可言，選項(xiàng)A是錯(cuò)誤的；物體的分

子勢(shì)能由分子間距離決定，宏觀上反映為由物體的體積決定，所以選項(xiàng)B也是錯(cuò)

誤的；物體的內(nèi)能與物體做宏觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度無(wú)關(guān)，故選項(xiàng)c也是錯(cuò)誤的；

物體的溫度由分子的平均動(dòng)能決定，與物體宏觀運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能無(wú)關(guān)，因此選項(xiàng)D是

正確的。

答案：Do

友情提示：分子動(dòng)能、勢(shì)能、內(nèi)能的變化特點(diǎn)及影響因素要非常熟練。

例31g100°C的水與1g100°C的水蒸氣相比較，下述說(shuō)法中正確的是

（）

A

B

D.1g100℃的水的內(nèi)能小于1g100

解析：溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，因而在相同的溫度下，分子的平均動(dòng)能

相同，又1g水與1g水蒸氣的分子數(shù)相同，因而分子總動(dòng)能相同，選項(xiàng)A正確。

當(dāng)從100℃的水變成100C的水蒸氣的過(guò)程中，分子距離變大，分子要克服分子

引力做功，因而分子勢(shì)能增加，所以100°C的水的內(nèi)能小于100°C水蒸氣的內(nèi)能,

選項(xiàng)DADo

友情提示：解決該題的關(guān)鍵是搞清物體的內(nèi)能與哪些因素有關(guān)（從宏觀、微

觀兩個(gè)角度）。

例4氫氣和氧氣的質(zhì)量、溫度都相同，在不計(jì)分子勢(shì)能的情況下，下列說(shuō)

法正確的是（）

A.氧氣的內(nèi)能較大B.氫氣的內(nèi)能較大

C.兩者的內(nèi)能相等D.氫氣分子的平均速率較大

解析：氫氣與氧氣的溫度相同，分子的平均動(dòng)能相同，由于氧分子質(zhì)量比氫

分子質(zhì)量大，所以氫分子的平均速率更大。又因?yàn)閮煞N氣體的總質(zhì)量相等，氫分

子質(zhì)量比氧分子質(zhì)量小，所以氫分子數(shù)大于氧分子數(shù)，氫氣的分子動(dòng)能總和大于

氧氣的分子動(dòng)能總和，由于氣體分子間距離比較大，不計(jì)分子勢(shì)能，所以氫氣的

內(nèi)能更大。

答案：BDo

友情提示：本題在不考慮分子間勢(shì)能的條件下，物體的內(nèi)能等于所有的分子

動(dòng)能之和，僅由溫度決定。

課后問(wèn)題與練習(xí)點(diǎn)擊

1.解析：（1）彈簧處于自然長(zhǎng)度時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)的彈性勢(shì)能最??；

（2）如果把彈簧拉長(zhǎng)，放開(kāi)時(shí)小球的運(yùn)動(dòng)使系統(tǒng)的勢(shì)能減小；如果把彈簧

壓縮，結(jié)論相同。如果系統(tǒng)不受外力，處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)勢(shì)能取最小值。

2.正值，變小；負(fù)值，變小

解析：如果以無(wú)窮遠(yuǎn)處的電勢(shì)能為0,當(dāng)兩個(gè)同號(hào)電荷由無(wú)窮遠(yuǎn)處逐漸靠近

的過(guò)程中，電荷要克服兩者間斥力做功，電勢(shì)能逐漸增大，因此，當(dāng)兩個(gè)同號(hào)電

荷的距離為r時(shí)，電勢(shì)能是正值；由于同號(hào)電荷之間具有斥力，它們具有相互遠(yuǎn)

離的趨勢(shì)，它們運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)將使系統(tǒng)的勢(shì)能變小。如果以無(wú)窮遠(yuǎn)處的電勢(shì)能為0,

當(dāng)兩個(gè)異號(hào)電荷由無(wú)窮遠(yuǎn)處逐漸靠近的過(guò)程中，兩電荷間引力要做功，電勢(shì)能逐

漸變小，因此，當(dāng)兩個(gè)異號(hào)電荷的距離為r時(shí)，電勢(shì)能是負(fù)值；由于異號(hào)電荷之

間具有引力，它們具有相互靠近的趨勢(shì)，它們運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)將使系統(tǒng)的勢(shì)能變小。

3.這種說(shuō)法是錯(cuò)誤的。

解析：在這段時(shí)間內(nèi)，飛機(jī)中乘客的勢(shì)能、動(dòng)能確實(shí)都增大了，但他的所有

分子的動(dòng)能和勢(shì)能并沒(méi)有變化。這是因?yàn)?，首先人的體溫基本是恒定的，每個(gè)分

子的動(dòng)能基本不變，并不因飛機(jī)高速航行而改變；其次，乘客的體積無(wú)論在地面

上還是在飛機(jī)中也基本相同，他的分子間距離基本不變，分子勢(shì)能也不變。

基礎(chǔ)訓(xùn)練

一、選擇題

1.關(guān)于分子勢(shì)能，下列說(shuō)法正確的是（）

A.分子間表現(xiàn)為引力時(shí)，分子間距離越小，分子勢(shì)能越大

B.分子間表現(xiàn)為斥力時(shí)，分子間距離越小，分子勢(shì)能越小

C.物體在熱脹冷縮時(shí)，分子勢(shì)能發(fā)生變化

D.物體在做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，分子勢(shì)能越來(lái)越小

2.關(guān)于物體內(nèi)能的下述說(shuō)法中，正確的是（）

A

3.一定質(zhì)量的0℃的水在凝結(jié)成0C的冰的過(guò)程中，體積變大，它內(nèi)能的

變化是（）

B

c

D.因?yàn)椴恢纑

）

A

B

C

D.分子的平均動(dòng)能越大，物體的溫度越高

6.以下說(shuō)法正確的是（）

A.物體的機(jī)械能可以為零，而內(nèi)能不可能為零

B.溫度相同且質(zhì)量也相同的物體具有相同的內(nèi)能

C.溫度越高，物體的內(nèi)能越大

D.0℃的冰的內(nèi)能比等質(zhì)量的0℃的水的內(nèi)能大

7.關(guān)于溫度的概念，下述說(shuō)法中正確的是（）

A.溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，物質(zhì)溫度高，則分子的平均動(dòng)能大

B.溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度升高，則物體內(nèi)每一個(gè)分子的動(dòng)能都增

大

C.當(dāng)某物體內(nèi)能增大時(shí)，則該物體的溫度一定升高

D.甲物體的溫度比乙物體高，則甲物體分子平均速率比乙物體分子平均速率

大

8.關(guān)于內(nèi)能和機(jī)械能的說(shuō)法正確的是（）

A.物體有內(nèi)能，必有機(jī)械能

B.物體的內(nèi)能為零時(shí)，機(jī)械能可以不為零

C.物體的機(jī)械能可以為零，內(nèi)能卻不能為零

D.光滑水平面上加速運(yùn)行的物體，由于速度增大，每個(gè)分子速度也增大了，

所以分子的平均動(dòng)能增大，內(nèi)能和機(jī)械能都增大

9.溫度相同的氧氣和氫氣，它們的分子平均動(dòng)能之比為（）

A.1：1B.8：1

C.1：8D.無(wú)法確定

10.由分子間作用力和分子間距離的關(guān)系可知（）

A.當(dāng)r<r（）時(shí)，r越小，則E0越小

B.當(dāng)r>r0時(shí)，r越小，則E0越大

C.當(dāng)「=%時(shí)，Ep最小

D.當(dāng)rf8時(shí)，E?最小

11.關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說(shuō)法正確的是（）

A.相同質(zhì)量的兩種物體，升高相同的溫度，內(nèi)能增量一定相同

B.一定量0℃的水結(jié)成0℃的冰，內(nèi)能一定增大

C.一定量氣體體積增大，但既不吸熱也不放熱，內(nèi)能一定減少

D.一定量氣體吸收熱量而保持體積不變，內(nèi)能一定減少

12.下列說(shuō)法正確的是（）。

A.物體內(nèi)所有分子的動(dòng)能之和叫做這個(gè)物體的動(dòng)能

B.物體的分子勢(shì)能由物體的溫度和體積決定

C.自行車(chē)輪胎充氣后輪胎膨脹，主要原因是由于氣體分子間有斥力

D.物體的內(nèi)能和其機(jī)械能沒(méi)有必然聯(lián)系，但兩者可以相互轉(zhuǎn)化

13.關(guān)于溫度的概念下列說(shuō)法正確的是（）

A.某物體的溫度為0℃,則其中每個(gè)分子的溫度都為0℃

B.溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率的標(biāo)志

C.溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志

D.溫度可從高溫物體傳遞到低溫物體，達(dá)到熱平衡時(shí)，兩物體溫度相等

14.下列關(guān)于溫度、熱量和內(nèi)能的說(shuō)法正確的是（）

A.溫度是分子動(dòng)能的標(biāo)志，動(dòng)能越大的分子其溫度也就越高

B.靜止的物體沒(méi)有內(nèi)能

C.溫度高的物體比溫度低的物體含有的熱量多

D.分子的勢(shì)能跟物體的體積有關(guān)

15.關(guān)于物體的內(nèi)能的下列敘述中，正確的是（）

A.物體運(yùn)動(dòng)速度越大，其內(nèi)能就越大

B.物體被舉得越高，其內(nèi)能就越大

C.物體的溫度越高，其內(nèi)能就越大

D.以上說(shuō)法都不對(duì)

16.關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說(shuō)法正確的是（）

A.一定質(zhì)量的氧氣(不計(jì)其分子間引力和斥力)，其溫度不變時(shí)，它的內(nèi)能

就不變

B.兩杯溫度相同的水，它們的內(nèi)能一定相等

C.0℃的物體內(nèi)能為零

D.物體的內(nèi)能是由它的溫度和體積決定的

二、填空題

17.通常情況下的固體被壓縮時(shí)，其分子勢(shì)能將；若膨脹時(shí)，其分

子勢(shì)能又將o

18.晶體在熔解過(guò)程中，溫度，分子平均動(dòng)能,其內(nèi)

能0

19.兩個(gè)分子相距為r。時(shí)，分子勢(shì)能為零。當(dāng)分子距離由r。增大時(shí)，分子勢(shì)

能;當(dāng)分子距離由r。減小時(shí)，分子勢(shì)能o

20.三個(gè)瓶子分別盛有質(zhì)量相同的氫氣、氧氣和氮?dú)猓鼈兊臏囟认嗤?，則

分子平均速率最大的是；在不計(jì)分子勢(shì)能的情況下氣體內(nèi)能最大的是

三、回答、計(jì)算題

21.在一列火車(chē)上放一杯水，火車(chē)靜止和勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，水的內(nèi)能是否變化