高中物理人教版3第七章分子動理論5內能 第7章

5內能學習目標知識脈絡1.知道分子熱運動的動能跟溫度有關．知道溫度是分子熱運動平均動能的標志．滲透統(tǒng)計的方法．(重點)2．掌握分子勢能的概念，分子力做功對應分子勢能的變化．知道分子勢能跟物體體積有關．(重點、難點)3．理解分子勢能與分子間距離的變化關系曲線．(難點)4．知道什么是內能，知道物體的內能跟溫度和體積有關．(重點)分子動能eq\a\vs4\al([先填空])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)象研究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，而是所有分子的動能的平均值，叫做分子平均動能．3．溫度的微觀解釋溫度是物體分子熱運動平均動能的標志．eq\a\vs4\al([再判斷])1．某種物體的溫度是0℃，說明物體中分子的平均動能為零．(×)2．物體的溫度升高時，物體每個分子的動能都大．(×)3．10℃的水和10℃的銅的分子平均動能相同．(√)eq\a\vs4\al([后思考])1．在熱現(xiàn)象的研究中，為什么研究單個分子的動能沒有意義，而是要研究所有分子的動能的平均值？【提示】物體內分子是大量的，各個分子的速度大小不同，因此，每個分子的動能大小不同，并且還在不斷地改變．由于熱現(xiàn)象是大量分子熱運動的結果，因此研究單個分子運動的動能沒有意義，而是要研究大量分子運動的平均動能．2．運動的鐵球速度越來越大，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，而分子平均動能是指分子熱運動的動能，與溫度有關．eq\a\vs4\al([核心點擊])1．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，每個分子動能大小不同并且時刻在變化．(3)熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運動的統(tǒng)計結果，個別分子的動能沒有實際意義．2．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．溫度升高，分子平均動能增大，但不是每一個分子的動能都增大．個別分子動能可能增大也可能減小，個別分子甚至幾萬個分子熱運動的動能大小與溫度是沒有關系的，但總體上所有分子的動能之和一定是增加的．(2)只要溫度相同，任何分子的平均動能都相同．由于不同物質的分子質量不盡相同，所以同一溫度下，不同物質的分子運動平均速率大小一般不相同．1．下列說法中正確的是()A．只要溫度相同，任何物體分子的平均動能都相同B．分子動能指的是由于分子做無規(guī)則運動而具有的能C．物體中10個分子的動能很大，這10個分子的溫度很高D．溫度低的物體中的每一個分子的運動速率一定小于溫度高的物體中的每一個分子的運動速率E．物體溫度升高時，速度小的分子數減少，速度大的分子數增多【解析】溫度相同，物體分子平均動能相同，故A正確；分子動能指的是由于分子做無規(guī)則運動而具有的能，B正確；物體溫度是對大量分子而言，對于10個這樣少的分子無意義，故C錯；溫度低的物體分子的平均速率小(相同物質)，但具體到每一個分子的速率是不確定的，可能大于平均速率，也可能小于平均速率，故D錯；溫度概念是建立在統(tǒng)計規(guī)律的基礎上的，當溫度升高時，速率小的分子數減小，速度大的分子數增加，故E正確．【答案】ABE2．對不同的物體而言，下列說法中不正確的是()A．高溫物體內分子的平均動能一定比低溫物體內分子的平均動能大B．高溫物體內每一個分子的動能一定大于低溫物體內每一個分子的動能C．高溫物體內分子運動的平均速率一定比低溫物體內分子運動的平均速率大D．高溫物體內每一個分子運動的速率一定大于低溫物體內每一個分子運動的速率E．若兩物體的質量和溫度都相同，兩物體分子熱運動的總動能不一定相等【解析】溫度是分子平均動能的標志，溫度高的物體，分子的平均動能一定大，但分子的平均速率不一定大，因為不同物質分子的質量不同；對單個分子的速率、動能討論溫度是沒有意義的，因為溫度是大量分子表現(xiàn)出的宏觀規(guī)律；雖然物體質量和分子平均動能都相等，由于摩爾質量不同，分子數目不同，總動能不一定相等．【答案】BCD3．相同質量的氧氣和氫氣溫度相同，下列說法不正確的是()A．每個氧分子的動能都比氫分子的動能大B．每個氫分子的速率都比氧分子的速率大C．兩種氣體的分子平均動能一定相等D．兩種氣體的分子平均速率一定相等E．氫氣分子的平均速率大于氧氣分子的平均速率【解析】溫度是分子平均動能的標志，氧氣和氫氣的溫度相同，其分子的平均動能應相同；但分子的運動速率有的大、有的小，各個分子的動能并不相同，只是所有分子的動能的平均值相同；兩種分子的分子質量不同，則平均速率不同，因m(H)<m(O)，平均動能相等，分子質量大的平均速率小，則E正確；答案A、B、D【答案】ABD理解分子動能的三點注意(1)溫度是分子平均動能的“標志”或者說“量度”，溫度只與物體內大量分子熱運動的統(tǒng)計意義上的平均動能相對應，與單個分子的動能沒有關系．(2)每個分子都有分子動能且不為零，熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運動的統(tǒng)計結果，個別分子動能沒有實際意義．(3)溫度高的物體，分子的平均速率不一定大，還與分子質量有關．分子勢能eq\a\vs4\al([先填空])1．定義：由分子間的分子力和分子間的相互位置決定的能．2．決定因素(1)宏觀上：分子勢能的大小與物體的體積有關．(2)微觀上：分子勢能與分子之間的距離有關．3．分子勢能與分子間距離的關系(1)當r>r0時，分子力表現(xiàn)為引力，若r增大，需克服引力做功，分子勢能增加．(2)當r<r0時，分子力表現(xiàn)為斥力，若r減小，需克服斥力做功，分子勢能增加．(3)當r＝r0時，分子力為零，分子勢能最?。甧q\a\vs4\al([再判斷])1．當分子力做正功時，分子勢能一定減?。?√)2．當分子間距離為r<r0時，分子力為斥力，這時減小分子間的距離，分子勢能增大．(√)3．物體的體積增大，分子勢能增大；體積減小，分子勢能減?。?×)eq\a\vs4\al([后思考])1．分子勢能與以前學過的哪種能量具有相似的特點？【提示】分子勢能同重力勢能、電勢能相似，是由于分子間或物體間、電荷間存在相互作用，又由其相對位置決定的能量．2．在宏觀上，物體的勢能與物體的體積有關，當物體的體積增大時，分子勢能一定增大嗎？【提示】不一定．當分子間距離小于平衡距離時，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?。甧q\a\vs4\al([核心點擊])1．分子勢能與分子力做功的關系(1)分子力做正功，分子勢能減少，分子力做了多少正功，分子勢能就減少多少．(2)分子力做負功，分子勢能增加，克服分子力做了多少功，分子勢能就增加多少．2．分子勢能與分子間距的關系如圖7-5-1為分子間作用力F合和分子勢能Ep隨r變化的圖象．可以看到：圖7-5-1(1)當r＝r0時，F(xiàn)合＝0，Ep最小(若以分子間距無限遠處為0勢能點，則此時Ep<0)．(2)當r>r0時，F(xiàn)合<0，即為引力，所以此時增大r，克服分子力做功，Ep增大．(3)當r<r0時，F(xiàn)合>0即為斥力，所以此時減小r，克服分子力做功，Ep增大．3．分子勢能與體積的關系分子勢能與體積有關，一般體積變化，勢能就變化(氣體除外)，但不能說體積變大，勢能就變大．4．分子間有相互作用勢能，規(guī)定兩分子相距無窮遠時兩分子間的勢能為零．設分子a固定不動，分子b以某一初速度從無窮遠處向a運動，直至它們之間的距離最?。诉^程中的下列說法不正確的是()A．a、b之間的勢能先減小，后增大，再減小B．a、b之間的勢能先增大，后減小，再增大C．a、b間的勢能先減小，后增大D．分子b的加速度先增大，后減小，再增大E．分子b的加速度先減小，后增大，再減小【解析】此過程由兩個階段組成：相距無窮遠到r0，r0到距離最?。谝浑A段分子引力先增大后減小，則加速度先增大，后減小，引力對b做正功，a、b之間的勢能減??；第二階段分子斥力一直增大，分子b的加速度一直增大，斥力對b做負功，a、b之間的勢能增大．a、b之間的勢能先減小，后增大；分子b的加速度先增大，后減小，再增大．答案A、B、E.【答案】ABE5．關于分子勢能，下列說法正確的是()A．分子間表現(xiàn)為引力時，分子間距離越小，分子勢能越小B．分子間表現(xiàn)為斥力時，分子間距離越小，分子勢能越小C．物體在熱脹冷縮時，分子勢能發(fā)生變化D．物體在做自由落體運動時，分子勢能越來越小E．分子間分子力為零時；分子勢能最小【解析】分子間的作用力表現(xiàn)為引力，分子間的距離減小時，分子力做正功，因此分子勢能隨分子間距離的減小而減小，所以A正確；分子力為斥力，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，所以B錯誤；物體在熱脹冷縮時，物體體積發(fā)生變化，說明分子勢能發(fā)生變化，所以C正確；物體在做自由落體運動時，物體重力勢能減小，但分子勢能與重力勢能無關，所以D錯誤．【答案】ACE6．如圖7-5-2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的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，則()圖7-5-2A．乙分子由a到b做加速運動，由b到c做減速運動B．乙分子由a到c做加速運動，到達c時速度最大C．乙分子由a到b的過程中，兩分子間的分子勢能一直減小D．乙分子由b到d的過程中，兩分子間的分子勢能一直增大E．乙分子由b到d的過程中，兩分子間的分子勢能先減小后增加【解析】乙分子由a運動到c的過程，一直受到甲分子的引力作用而做加速運動，到c時速度達到最大，而后受甲的斥力作用做減速運動，A錯，B對；乙分子由a到b的過程所受引力做正功，分子勢能一直減小，C正確；而乙分子從b到d的過程，先是引力做正功，分子勢能減少，后來克服斥力做功，分子勢能增加，故D錯，E對．【答案】BCE分子勢能圖象問題的解題技巧(1)首先要明確分子勢能、分子力與分子間距離關系圖象中拐點意義的不同．分子勢能圖象的最低點(最小值)對應的距離是分子平衡距離r0，而分子力圖象的最低點(引力最大值)對應的距離大于r0.分子勢能圖象與r軸交點的距離小于r0，分子力圖象與r軸交點表示平衡距離r0.(2)其次要把圖象上的信息轉化為分子間距離，再求解其他問題．內能eq\a\vs4\al([先填空])1．定義：物體中所有分子熱運動動能與分子勢能的總和．2．內能的普遍性：組成任何物體的分子都在做無規(guī)則的熱運動，所以任何物體都具有內能．3．決定因素(1)物體所含的分子總數由物質的量決定．(2)分子的熱運動平均動能由溫度決定．(3)分子勢能與物體的體積有關，故物體的內能由物質的量、溫度、體積共同決定，同時受物態(tài)變化的影響．eq\a\vs4\al([再判斷])1．物體運動的越快，其內能一定越大．(×)2．物體的溫度降低體積變大時，物體的內能一定變大．(×)3．物體的溫度和體積變化時，內能一般要發(fā)生改變．(√)eq\a\vs4\al([后思考])1．0℃的冰熔化為0℃的水時，內能是否發(fā)生變化？【提示】0℃的冰熔化為0℃的水，溫度不變，分子的平均動能不變，但由于冰的體積減小，變成水后分子勢能發(fā)生變化，故內能發(fā)生變化．2．流星在向地球墜落時，如果不考慮其質量的變化，其內能與機械能如何變化？【提示】流星在向地球墜落時，其機械能轉化為內能，所以機械能減小，內能增加．eq\a\vs4\al([核心點擊])1．內能的決定因素(1)從宏觀上看：物體內能的大小由物體的物質的量、溫度和體積三個因素決定．(2)從微觀上看：物體的內能由組成物體的分子總數、分子熱運動的平均動能和分子間的距離三個因素決定．2．內能與機械能的區(qū)別和聯(lián)系項目內能機械能對應的運動形式微觀分子熱運動宏觀物體的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的原因物體內大量分子的熱運動和分子間存在相互作用力由于物體做機械運動和物體發(fā)生彈性形變或被舉高影響因素物質的量、物體的溫度和體積物體的機械運動的速度、離地高度(或相對于參考平面的高度)或彈性形變能否為零永遠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化7．下列敘述正確的是()A．若分子間距離r＝r0時，兩分子間分子力F＝0，則當兩分子間距離由小于r0逐漸增大到10r0過程中，分子間相互作用的勢能先減小后增大B．對一定質量氣體加熱，其內能一定增加C．物體的溫度越高，其分子的平均動能越大D．布朗運動就是液體分子熱運動E．氣體體積增大時氣體分子勢能一定增大【解析】(1)當r<r0增大到r0的過程中，分子力表現(xiàn)為斥力，分子力作正功，分子勢能減小；當r由r0增大到10r0時，分子力表現(xiàn)為引力，分子力作負功，分子勢能增大．故選項A正確．(2)在對氣體加熱的同時，如果氣體體積變大，其內能的變化情況不能確定，故選項B錯誤．(3)溫度是分子平均動能的標志，物體溫度越高，其分子的平均動能越大，C正確．(4)布朗運動是布朗微粒在液體分子撞擊下的無規(guī)則運動，而不是液體分子的運動，D錯誤；由于氣體分子間的距離一定大于r0，體積增大時分子間距離增大，分子力做負功．分子勢能增大．