2024-2025學年高中物理第七章分子動理論5內(nèi)能學案新人教版選修3-3

PAGE9-5內(nèi)能一、分子動能1．分子動能：做熱運動的分子跟運動的物體一樣，也具有動能，這就是分子動能．2．分子的平均動能：熱現(xiàn)象探討的是大量分子運動的宏觀表現(xiàn)，重要的不是系統(tǒng)中某個分子的動能大小，而是全部分子的動能的平均值，叫做分子的平均動能．3．溫度的微觀說明：溫度是物體分子熱運動平均動能的標記．鐵球運動得越來越快，則鐵分子的平均動能越來越大，對嗎？提示：不對．鐵球的速度變大，是指其機械運動的速度，即其機械運動的動能變大，而分子的平均動能是指分子熱運動的動能，只與溫度有關(guān)．二、分子勢能1．分子勢能：由于分子間存在著相互作用的分子力，所以分子間也有相互作用的勢能，這就是分子勢能．2．影響分子勢能大小的因素：微觀上，分子勢能的大小由分子間的相互位置確定；宏觀上，分子勢能的大小跟物體的體積有關(guān)．分子勢能跟以前學過的哪種能量具有相像的特點？提示：分子勢能同彈性勢能相像，是由于分子間或物體間存在相互作用，又由其相對位置確定的能量．三、物體的內(nèi)能1．定義：物體中全部分子熱運動的動能與分子勢能的總和叫做物體的內(nèi)能．2．任何物體都具有內(nèi)能．3．內(nèi)能的確定因素：物體的內(nèi)能跟物體的溫度和體積有關(guān)．溫度發(fā)生變更，分子的平均動能發(fā)生變更；物體的體積發(fā)生變更，分子勢能發(fā)生變更．還要留意，物體的內(nèi)能還與物體所含的分子數(shù)有關(guān)，因為內(nèi)能是物體中全部分子的動能和分子勢能的總和．殺蟲劑從噴霧器中射出時變成霧狀液體，設(shè)其溫度不變，殺蟲劑的內(nèi)能是否變更，為什么？提示：內(nèi)能增大．因為液體射出時變成霧狀，原來相鄰的分子被分割在不同的液滴中，其間距在r0的基礎(chǔ)上變大了，分子勢能的總和變大了(在r0時分子勢能最小)，又因為溫度不變，所以內(nèi)能增大．考點一對分子動能和分子勢能的理解1．分子動能單個分子的動能(1)物體由大量分子組成，每個分子都有分子動能且不為零(2)分子在永不停息地做無規(guī)則熱運動，每個分子的動能大小不同，并且時刻在變更(3)熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運動的統(tǒng)計結(jié)果，個別分子的動能沒有實際意義分子的平均動能(1)溫度是大量分子無規(guī)則熱運動的宏觀表現(xiàn)，具有統(tǒng)計意義．溫度上升，分子的平均動能增大，但不是每一個分子的動能都增大，個別分子的動能可能增大，也可能減小，但總體上全部分子的動能之和肯定是增加的(2)雖然同一溫度下，不同物質(zhì)的分子熱運動的平均動能相同，但由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不盡相同，平均速率大小一般不相同2.分子勢能：分子勢能的大小與分子間的距離有關(guān)，宏觀上與物體的體積有關(guān)．當分子間的距離發(fā)生變更時，分子力做功，分子勢能發(fā)生變更．(1)當分子間的距離r>r0時，分子間的作用力表現(xiàn)為引力，分子間的距離增大時，分子力做負功，因此分子勢能隨分子間距離的增大而增大．(2)當分子間的距離r<r0時，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力，分子間的距離減小時，分子力做負功，因此分子勢能隨分子間距離的減小而增大．(3)假如取兩個分子間相距無限遠時(此時分子間作用力可忽視不計)的分子勢能為零，分子勢能Ep與分子間距離r的關(guān)系可用如圖所示的曲線表示．從圖線上看出，當r＝r0時，分子勢能最?。?4)分子勢能隨分子間距離的變更規(guī)律類似于彈簧的彈性勢能與彈簧長度的變更規(guī)律，彈簧在原長的基礎(chǔ)上無論拉伸還是壓縮，勢能都會增加．【例1】(多選)用r表示兩分子間的距離，Ep表示兩個分子間相互作用的勢能，當r＝r0時，兩個分子間引力等于斥力，設(shè)兩分子間距離很遠時，Ep＝0，則()A．當10r0>r>r0時，Ep隨r的增大而增大B．當r<r0時，Ep隨r的減小而增大C．當r＝r0時，Ep最小D．當r＝r0時，Ep＝0有關(guān)分子勢能及其變更的問題，應(yīng)與分子力做功聯(lián)系起來，分子力做正功，分子勢能減小，分子力做負功，分子勢能增大．【解析】當10r0>r>r0時，分子力表現(xiàn)為引力，分子間距離r增大時，需克服分子引力做功，即分子力做負功，所以分子勢能Ep增大；當r<r0時，分子力表現(xiàn)為斥力，分子間距離r減小時，需克服斥力做功，即分子力做負功，分子勢能Ep增大．從上述解析可知，從r＝r0動身，無論增大距離或減小距離，分子勢能均增大，所以在r＝r0處，分子勢能最小，由于題中已規(guī)定兩分子距離很遠時，Ep＝0，所以r＝r0處肯定是Ep<0.故選項A、B、C正確．【答案】ABC總結(jié)提能留意區(qū)分“分子勢能最小”和“分子勢能為零”是兩個不同的概念，“最小”不肯定是“等于零”；反之，“等于零”也不肯定是“最小”．當然由于分子勢能數(shù)值的相對性，也可以取“分子勢能最小”的位置作為“分子勢能為零”的位置．如下圖所示為兩分子間相互作用的分子勢能Ep隨分子間距離r變更的Ep－r圖象．圖(a)為取無窮遠處Ep＝0時的Ep－r圖象；圖(b)為取r＝r0處Ep＝0時的Ep－r圖象．(多選)如圖所示，甲分子固定于坐標原點，乙分子位于橫軸上，甲、乙兩分子間引力、斥力及分子勢能的大小變更狀況分別如圖中三條曲線所示，A、B、C、D為橫軸上的四個特別的位置；E為兩虛線a、b的交點，現(xiàn)把乙分子從A處由靜止釋放，則由圖象可知(AB)A．虛線a為分子間斥力變更圖線，交點E的橫坐標代表乙分子到達該點時分子力為零B．虛線b為分子間引力變更圖線，表明分子間引力隨距離增大而減小C．實線c為分子勢能的變更圖線，乙分子到達C點時分子勢能最小D．乙分子從A到C的運動過程中始終做加速運動解析：分子間的引力和斥力都隨分子間距離r的增大而減小，隨分子間距離r的減小而增大，但斥力變更得快，故虛線a為分子間斥力變更圖線，虛線b為分子間引力變更圖線，交點E說明分子間的引力、斥力大小相等，分子力為零，A、B兩項正確；實線c為分子勢能的變更圖線，乙分子到達B點時分子勢能最小，為負值，C項錯誤；乙分子從A到C的運動過程中分子力先表現(xiàn)為引力，到達B點后表現(xiàn)為斥力，所以乙分子先做加速運動，后做減速運動，D項錯誤．考點二物體的內(nèi)能1．任何物體都具有內(nèi)能，因為一切物體都是由永不停息地做無規(guī)則熱運動且相互作用著的分子組成的．內(nèi)能是對一個宏觀物體而言的，不存在某個分子內(nèi)能的說法．2．內(nèi)能的確定因素物體的內(nèi)能跟物體的溫度和體積有關(guān)，溫度發(fā)生變更，分子的平均動能發(fā)生變更；物體的體積發(fā)生變更，分子勢能發(fā)生變更，還要留意，物體的內(nèi)能還與物體所含的分數(shù)有關(guān)，因為內(nèi)能是物體全部分子的動能和分子勢能的總和．3．內(nèi)能與機械能的區(qū)分和聯(lián)系項目內(nèi)能機械能對應(yīng)的運動形式微觀分子熱運動宏觀物體機械運動能量常見形式分子動能、分子勢能物體動能、重力勢能或彈性勢能能量存在緣由由物體內(nèi)大量分子的熱運動和分子間相對位置確定由于物體做機械運動和物體形變或被舉高影響因素物質(zhì)的量、物體的溫度和體積及物態(tài)物體的機械運動的速度、離地高度(或相對于零勢能面的高度或彈性形變)是否為零恒久不能等于零肯定條件下可以等于零聯(lián)系在肯定條件下可以相互轉(zhuǎn)化1物體溫度上升，內(nèi)能不肯定增加；溫度不變，內(nèi)能可能變更；溫度降低，內(nèi)能可能增加.2探討熱現(xiàn)象時，一般不考慮機械能，在機械運動中有滑動摩擦力時，一般考慮內(nèi)能.【例2】下列說法正確的是()A．溫度低的物體內(nèi)能小B．溫度低的物體分子運動的平均速率小C．物體做加速運動時速度越來越大，物體內(nèi)分子的平均動能也越來越大D．物體體積變更，內(nèi)能可能不變【解析】內(nèi)能是指物體內(nèi)部全部分子的熱運動動能和分子勢能的總和，溫度是分子平均動能的標記，故溫度低的物體內(nèi)能不肯定??；溫度低的物體分子平均動能小，但由于不同物質(zhì)分子質(zhì)量不同，所以溫度低的物體分子平均速率不肯定??；物體做加速運動時，物體的速度增大，機械能中的動能增大，但分子熱運動的平均動能與機械能無關(guān)，只與溫度有關(guān)；物體體積變更，分子勢能變更，但內(nèi)能不肯定變更；所以只有選項D正確．【答案】D總結(jié)提能內(nèi)能是一種與分子熱運動及分子間相互作用相關(guān)的能量形式，與物體宏觀有序運動狀態(tài)無關(guān)，它取決于物質(zhì)的量、溫度、體積及物態(tài)．而溫度是分子平均動能的標記，與單個分子的動能以及物體的動能無任何關(guān)系．(多選)關(guān)于內(nèi)能和機械能的下列說法中不正確的是(AB)A．內(nèi)能和機械能各自包含動能和勢能，因此，它們在本質(zhì)上是一樣的B．運動物體的內(nèi)能和機械能均不為零C．一個物體的機械能可以為零，但它們的內(nèi)能恒久不行能為零D．物體的機械能變更時，它的內(nèi)能可以保持不變解析：機械能是指宏觀物體動能、重力勢能、彈性勢能等，內(nèi)能是指分子動能、分子勢能，有本質(zhì)的區(qū)分，A錯；物體的分子運動永不停息，內(nèi)能不能為零，但物體機械能可以為零，B錯，C對；機械能內(nèi)能在肯定條件下可相互轉(zhuǎn)化，但沒有轉(zhuǎn)化時，一個可以變更，另一個可以不變，D對．常見誤區(qū)例析對內(nèi)能理解的四個誤區(qū)誤區(qū)1：誤認為分子間距離越大，分子勢能越大產(chǎn)生誤區(qū)的緣由是沒有正確相識分子勢能與分子間距離的關(guān)系．若r<r0，則r越大，分子勢能越小；若r>r0，則r越大，分子勢能越大．誤區(qū)2：誤認為溫度越高，分子平均速率越大產(chǎn)生誤區(qū)的緣由是沒弄清溫度與分子平均動能、分子平均速率的關(guān)系．不同的物體分子質(zhì)量不同，溫度相同時，分子平均動能相同，但分子平均速率不同．不同的物質(zhì)，溫度高的其分子的動能可能要?。`區(qū)3：誤認為溫度越高，內(nèi)能越大這是由于沒弄清影響內(nèi)能大小的因素．溫度越高，分子平均動能越大，但比較兩個物體內(nèi)能時，還要考慮分子個數(shù)和分子勢能．在宏觀上，物體的內(nèi)能由溫度、體積和物質(zhì)的量共同確定．誤區(qū)4：誤認為機械能越大的物體內(nèi)能越大產(chǎn)生該錯誤的緣由是沒有正確區(qū)分機械能和內(nèi)能．影響機械能和內(nèi)能的因素不同，機械能變更時，內(nèi)能不肯定變更，反之亦然．【典例】下列說法正確的是()A．分子的動能與分子的勢能之和叫做分子的內(nèi)能B．物體的分子勢能由物體的溫度和體積確定C．物體的速度增大時，物體的內(nèi)能增大D．物體的動能減小時，物體的溫度可能增加【解析】通過以下表格進行逐項分析：選項情景與過程分析推斷A物體的內(nèi)能是全部分子動能和分子勢能的總和，對單個分子而言分子勢能和分子內(nèi)能無意義×B物體的分子勢能與分子間距離有關(guān)，宏觀上由體積確定，而與溫度無關(guān)×C物體速度增大時，物體的動能增大，而內(nèi)能并不肯定增大×D物體的動能減小時，物體的溫度可能增加√【答案】D1.如圖所示，甲分子固定在坐標原點O，乙分子位于x軸上，甲、乙兩分子間的作用力與兩分子間距離的關(guān)系如圖中曲線所示，F(xiàn)>0為斥力，F(xiàn)<0為引力．a(chǎn)、b、c、d為x軸上四個特定的位置，現(xiàn)將乙分子從a移動到d的過程中，兩分子間的分子力和分子勢能同時都增大的階段是(D)A．從a到bB．從b到cC．從b到dD．從c到d解析：依據(jù)分子力做功與分子勢能的關(guān)系，分子力做正功分子勢能削減，分子力做負功分子勢能增加，故D選項正確．2．對于物體的“熱脹冷縮”現(xiàn)象下列說法正確的是(A)A．物體受熱后溫度上升，分子的平均動能增大；降低溫度后，分子的平均動能減小B．受熱后物體膨脹，體積增大，分子勢能增大；收縮后，體積減小，分子勢能減小，分子的平均動能不會變更C．受熱膨脹，溫度上升，分子平均動能增大，體積增大，分子勢能也增大；遇冷收縮，溫度降低，分子平均動能減小，體積減小，分子勢能也減小D．受熱膨脹，分子平均動能增大，分子勢能也增大；遇冷收縮，分子平均動能減小，但分子勢能增大解析：溫度上升，分子平均動能增加，反之，溫度降低，分子平均動能減小，而體積與分子勢能間關(guān)系困難，因而選A.3．容器中盛有冰水混合物，冰的質(zhì)量和水的質(zhì)量相等且保持不變，則容器內(nèi)(C)A．冰的分子平均動能大于水的分子平均動能B．水的分子平均動能大于冰的分子平均動能C．水的內(nèi)能大于冰的內(nèi)能D．冰的內(nèi)能大于水的內(nèi)能解析：冰水混合物溫度為0℃，冰、水溫度相同，故二者分子平均動能相同，A、B錯；水分子勢能大于冰分子勢能，故等質(zhì)量的冰、水內(nèi)能相比較，水的內(nèi)能大于冰的內(nèi)能，C對，D錯．4．假如取分子間距離r＝r0(r0＝10－10m)時為分子勢能的零勢能點，則r<r0時，分子勢能為正值；r>r0時，分子勢能為正值．并試著在圖中畫出Ep－r答案：如圖所示5．一架飛機在空中以某一速率飛行，由于飛機中全部分子都具有飛機的速度，所以