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

PAGE9-5內(nèi)能一、分子動(dòng)能1．分子動(dòng)能：做熱運(yùn)動(dòng)的分子跟運(yùn)動(dòng)的物體一樣，也具有動(dòng)能，這就是分子動(dòng)能．2．分子的平均動(dòng)能：熱現(xiàn)象探討的是大量分子運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)，重要的不是系統(tǒng)中某個(gè)分子的動(dòng)能大小，而是全部分子的動(dòng)能的平均值，叫做分子的平均動(dòng)能．3．溫度的微觀說(shuō)明：溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)記．鐵球運(yùn)動(dòng)得越來(lái)越快，則鐵分子的平均動(dòng)能越來(lái)越大，對(duì)嗎？提示：不對(duì)．鐵球的速度變大，是指其機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度，即其機(jī)械運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能變大，而分子的平均動(dòng)能是指分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，只與溫度有關(guān)．二、分子勢(shì)能1．分子勢(shì)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(shì)能，這就是分子勢(shì)能．2．影響分子勢(shì)能大小的因素：微觀上，分子勢(shì)能的大小由分子間的相互位置確定；宏觀上，分子勢(shì)能的大小跟物體的體積有關(guān)．分子勢(shì)能跟以前學(xué)過(guò)的哪種能量具有相像的特點(diǎn)？提示：分子勢(shì)能同彈性勢(shì)能相像，是由于分子間或物體間存在相互作用，又由其相對(duì)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(yùn)動(dòng)的動(dòng)能與分子勢(shì)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(dòng)能發(fā)生變更；物體的體積發(fā)生變更，分子勢(shì)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?yàn)閮?nèi)能是物體中全部分子的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和．殺蟲(chóng)劑從噴霧器中射出時(shí)變成霧狀液體，設(shè)其溫度不變，殺蟲(chóng)劑的內(nèi)能是否變更，為什么？提示：內(nèi)能增大．因?yàn)橐后w射出時(shí)變成霧狀，原來(lái)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(shì)能的總和變大了(在r0時(shí)分子勢(shì)能最小)，又因?yàn)闇囟炔蛔?，所以?nèi)能增大．考點(diǎn)一對(duì)分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的理解1．分子動(dòng)能單個(gè)分子的動(dòng)能(1)物體由大量分子組成，每個(gè)分子都有分子動(dòng)能且不為零(2)分子在永不停息地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，每個(gè)分子的動(dòng)能大小不同，并且時(shí)刻在變更(3)熱現(xiàn)象是大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，個(gè)別分子的動(dòng)能沒(méi)有實(shí)際意義分子的平均動(dòng)能(1)溫度是大量分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)，具有統(tǒng)計(jì)意義．溫度上升，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，個(gè)別分子的動(dòng)能可能增大，也可能減小，但總體上全部分子的動(dòng)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(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)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(shì)能：分子勢(shì)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(dāng)分子間的距離發(fā)生變更時(shí)，分子力做功，分子勢(shì)能發(fā)生變更．(1)當(dāng)分子間的距離r>r0時(shí)，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)，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)假如取兩個(gè)分子間相距無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)(此時(shí)分子間作用力可忽視不計(jì))的分子勢(shì)能為零，分子勢(shì)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(dāng)r＝r0時(shí)，分子勢(shì)能最?。?4)分子勢(shì)能隨分子間距離的變更規(guī)律類似于彈簧的彈性勢(shì)能與彈簧長(zhǎng)度的變更規(guī)律，彈簧在原長(zhǎng)的基礎(chǔ)上無(wú)論拉伸還是壓縮，勢(shì)能都會(huì)增加．【例1】(多選)用r表示兩分子間的距離，Ep表示兩個(gè)分子間相互作用的勢(shì)能，當(dāng)r＝r0時(shí)，兩個(gè)分子間引力等于斥力，設(shè)兩分子間距離很遠(yuǎn)時(shí)，Ep＝0，則()A．當(dāng)10r0>r>r0時(shí)，Ep隨r的增大而增大B．當(dāng)r<r0時(shí)，Ep隨r的減小而增大C．當(dāng)r＝r0時(shí)，Ep最小D．當(dāng)r＝r0時(shí)，Ep＝0有關(guān)分子勢(shì)能及其變更的問(wèn)題，應(yīng)與分子力做功聯(lián)系起來(lái)，分子力做正功，分子勢(shì)能減小，分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增大．【解析】當(dāng)10r0>r>r0時(shí)，分子力表現(xiàn)為引力，分子間距離r增大時(shí)，需克服分子引力做功，即分子力做負(fù)功，所以分子勢(shì)能Ep增大；當(dāng)r<r0時(shí)，分子力表現(xiàn)為斥力，分子間距離r減小時(shí)，需克服斥力做功，即分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能Ep增大．從上述解析可知，從r＝r0動(dòng)身，無(wú)論增大距離或減小距離，分子勢(shì)能均增大，所以在r＝r0處，分子勢(shì)能最小，由于題中已規(guī)定兩分子距離很遠(yuǎn)時(shí)，Ep＝0，所以r＝r0處肯定是Ep<0.故選項(xiàng)A、B、C正確．【答案】ABC總結(jié)提能留意區(qū)分“分子勢(shì)能最小”和“分子勢(shì)能為零”是兩個(gè)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(dāng)然由于分子勢(shì)能數(shù)值的相對(duì)性，也可以取“分子勢(shì)能最小”的位置作為“分子勢(shì)能為零”的位置．如下圖所示為兩分子間相互作用的分子勢(shì)能Ep隨分子間距離r變更的Ep－r圖象．圖(a)為取無(wú)窮遠(yuǎn)處Ep＝0時(shí)的Ep－r圖象；圖(b)為取r＝r0處Ep＝0時(shí)的Ep－r圖象．(多選)如圖所示，甲分子固定于坐標(biāo)原點(diǎn)，乙分子位于橫軸上，甲、乙兩分子間引力、斥力及分子勢(shì)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(gè)特別的位置；E為兩虛線a、b的交點(diǎn)，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(diǎn)E的橫坐標(biāo)代表乙分子到達(dá)該點(diǎn)時(shí)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(shí)線c為分子勢(shì)能的變更圖線，乙分子到達(dá)C點(diǎn)時(shí)分子勢(shì)能最小D．乙分子從A到C的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終做加速運(yùn)動(dòng)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(diǎn)E說(shuō)明分子間的引力、斥力大小相等，分子力為零，A、B兩項(xiàng)正確；實(shí)線c為分子勢(shì)能的變更圖線，乙分子到達(dá)B點(diǎn)時(shí)分子勢(shì)能最小，為負(fù)值，C項(xiàng)錯(cuò)誤；乙分子從A到C的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中分子力先表現(xiàn)為引力，到達(dá)B點(diǎn)后表現(xiàn)為斥力，所以乙分子先做加速運(yùn)動(dòng)，后做減速運(yùn)動(dòng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤．考點(diǎn)二物體的內(nèi)能1．任何物體都具有內(nèi)能，因?yàn)橐磺形矬w都是由永不停息地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)且相互作用著的分子組成的．內(nèi)能是對(duì)一個(gè)宏觀物體而言的，不存在某個(gè)分子內(nèi)能的說(shuō)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(dòng)能發(fā)生變更；物體的體積發(fā)生變更，分子勢(shì)能發(fā)生變更，還要留意，物體的內(nèi)能還與物體所含的分?jǐn)?shù)有關(guān)，因?yàn)閮?nèi)能是物體全部分子的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和．3．內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)分和聯(lián)系項(xiàng)目?jī)?nèi)能機(jī)械能對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)形式微觀分子熱運(yùn)動(dòng)宏觀物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)能量常見(jiàn)形式分子動(dòng)能、分子勢(shì)能物體動(dòng)能、重力勢(shì)能或彈性勢(shì)能能量存在緣由由物體內(nèi)大量分子的熱運(yùn)動(dòng)和分子間相對(duì)位置確定由于物體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)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(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度、離地高度(或相對(duì)于零勢(shì)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(shí)，一般不考慮機(jī)械能，在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中有滑動(dòng)摩擦力時(shí)，一般考慮內(nèi)能.【例2】下列說(shuō)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(yùn)動(dòng)的平均速率小C．物體做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)速度越來(lái)越大，物體內(nèi)分子的平均動(dòng)能也越來(lái)越大D．物體體積變更，內(nèi)能可能不變【解析】?jī)?nèi)能是指物體內(nèi)部全部分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)記，故溫度低的物體內(nèi)能不肯定小；溫度低的物體分子平均動(dòng)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小；物體做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的速度增大，機(jī)械能中的動(dòng)能增大，但分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能與機(jī)械能無(wú)關(guān)，只與溫度有關(guān)；物體體積變更，分子勢(shì)能變更，但內(nèi)能不肯定變更；所以只有選項(xiàng)D正確．【答案】D總結(jié)提能內(nèi)能是一種與分子熱運(yùn)動(dòng)及分子間相互作用相關(guān)的能量形式，與物體宏觀有序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)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(dòng)能的標(biāo)記，與單個(gè)分子的動(dòng)能以及物體的動(dòng)能無(wú)任何關(guān)系．(多選)關(guān)于內(nèi)能和機(jī)械能的下列說(shuō)法中不正確的是(AB)A．內(nèi)能和機(jī)械能各自包含動(dòng)能和勢(shì)能，因此，它們?cè)诒举|(zhì)上是一樣的B．運(yùn)動(dòng)物體的內(nèi)能和機(jī)械能均不為零C．一個(gè)物體的機(jī)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(jī)械能變更時(shí)，它的內(nèi)能可以保持不變解析：機(jī)械能是指宏觀物體動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能等，內(nèi)能是指分子動(dòng)能、分子勢(shì)能，有本質(zhì)的區(qū)分，A錯(cuò)；物體的分子運(yùn)動(dòng)永不停息，內(nèi)能不能為零，但物體機(jī)械能可以為零，B錯(cuò)，C對(duì)；機(jī)械能內(nèi)能在肯定條件下可相互轉(zhuǎn)化，但沒(méi)有轉(zhuǎn)化時(shí)，一個(gè)可以變更，另一個(gè)可以不變，D對(duì)．常見(jiàn)誤區(qū)例析對(duì)內(nèi)能理解的四個(gè)誤區(qū)誤區(qū)1：誤認(rèn)為分子間距離越大，分子勢(shì)能越大產(chǎn)生誤區(qū)的緣由是沒(méi)有正確相識(shí)分子勢(shì)能與分子間距離的關(guān)系．若r<r0，則r越大，分子勢(shì)能越??；若r>r0，則r越大，分子勢(shì)能越大．誤區(qū)2：誤認(rèn)為溫度越高，分子平均速率越大產(chǎn)生誤區(qū)的緣由是沒(méi)弄清溫度與分子平均動(dòng)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(shí)，分子平均動(dòng)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(dòng)能可能要小．誤區(qū)3：誤認(rèn)為溫度越高，內(nèi)能越大這是由于沒(méi)弄清影響內(nèi)能大小的因素．溫度越高，分子平均動(dòng)能越大，但比較兩個(gè)物體內(nèi)能時(shí)，還要考慮分子個(gè)數(shù)和分子勢(shì)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(rèn)為機(jī)械能越大的物體內(nèi)能越大產(chǎn)生該錯(cuò)誤的緣由是沒(méi)有正確區(qū)分機(jī)械能和內(nèi)能．影響機(jī)械能和內(nèi)能的因素不同，機(jī)械能變更時(shí)，內(nèi)能不肯定變更，反之亦然．【典例】下列說(shuō)法正確的是()A．分子的動(dòng)能與分子的勢(shì)能之和叫做分子的內(nèi)能B．物體的分子勢(shì)能由物體的溫度和體積確定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【解析】通過(guò)以下表格進(jìn)行逐項(xiàng)分析：選項(xiàng)情景與過(guò)程分析推斷A物體的內(nèi)能是全部分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，對(duì)單個(gè)分子而言分子勢(shì)能和分子內(nèi)能無(wú)意義×B物體的分子勢(shì)能與分子間距離有關(guān)，宏觀上由體積確定，而與溫度無(wú)關(guān)×C物體速度增大時(shí)，物體的動(dòng)能增大，而內(nèi)能并不肯定增大×D物體的動(dòng)能減小時(shí)，物體的溫度可能增加√【答案】D1.如圖所示，甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)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(gè)特定的位置，現(xiàn)將乙分子從a移動(dòng)到d的過(guò)程中，兩分子間的分子力和分子勢(shì)能同時(shí)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(shì)能的關(guān)系，分子力做正功分子勢(shì)能削減，分子力做負(fù)功分子勢(shì)能增加，故D選項(xiàng)正確．2．對(duì)于物體的“熱脹冷縮”現(xiàn)象下列說(shuō)法正確的是(A)A．物體受熱后溫度上升，分子的平均動(dòng)能增大；降低溫度后，分子的平均動(dòng)能減小B．受熱后物體膨脹，體積增大，分子勢(shì)能增大；收縮后，體積減小，分子勢(shì)能減小，分子的平均動(dòng)能不會(huì)變更C．受熱膨脹，溫度上升，分子平均動(dòng)能增大，體積增大，分子勢(shì)能也增大；遇冷收縮，溫度降低，分子平均動(dòng)能減小，體積減小，分子勢(shì)能也減小D．受熱膨脹，分子平均動(dòng)能增大，分子勢(shì)能也增大；遇冷收縮，分子平均動(dòng)能減小，但分子勢(shì)能增大解析：溫度上升，分子平均動(dòng)能增加，反之，溫度降低，分子平均動(dòng)能減小，而體積與分子勢(shì)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(dòng)能大于水的分子平均動(dòng)能B．水的分子平均動(dòng)能大于冰的分子平均動(dòng)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(dòng)能相同，A、B錯(cuò)；水分子勢(shì)能大于冰分子勢(shì)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(duì)，D錯(cuò)．4．假如取分子間距離r＝r0(r0＝10－10m)時(shí)為分子勢(shì)能的零勢(shì)能點(diǎn)，則r<r0時(shí)，分子勢(shì)能為正值；r>r0時(shí)，分子勢(shì)能為正值．并試著在圖中畫(huà)出Ep－r答案：如圖所示5．一架飛機(jī)在空中以某一速率飛行，由于飛機(jī)中全部分子都具有飛機(jī)的速度，所以