高中物理人教版3第七章分子動(dòng)理論5內(nèi)能 第7章

5內(nèi)能學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)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)志．滲透統(tǒng)計(jì)的方法．(重點(diǎn))2．掌握分子勢(shì)能的概念，分子力做功對(duì)應(yīng)分子勢(shì)能的變化．知道分子勢(shì)能跟物體體積有關(guān)．(重點(diǎn)、難點(diǎn))3．理解分子勢(shì)能與分子間距離的變化關(guān)系曲線．(難點(diǎn))4．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)．(重點(diǎn))分子動(dòng)能eq\a\vs4\al([先填空])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)象研究的是大量分子運(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，而是所有分子的動(dòng)能的平均值，叫做分子平均動(dòng)能．3．溫度的微觀解釋溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)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(dòng)能為零．(×)2．物體的溫度升高時(shí)，物體每個(gè)分子的動(dòng)能都大．(×)3．10℃的水和10℃的銅的分子平均動(dòng)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(gè)分子的動(dòng)能沒有意義，而是要研究所有分子的動(dòng)能的平均值？【提示】物體內(nèi)分子是大量的，各個(gè)分子的速度大小不同，因此，每個(gè)分子的動(dòng)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(yùn)動(dòng)的結(jié)果，因此研究單個(gè)分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能沒有意義，而是要研究大量分子運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能．2．運(yùn)動(dòng)的鐵球速度越來越大，則鐵分子的平均動(dòng)能越來越大，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，而分子平均動(dòng)能是指分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，與溫度有關(guān)．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．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規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，每個(gè)分子動(dòng)能大小不同并且時(shí)刻在變化．(3)熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，個(gè)別分子的動(dòng)能沒有實(shí)際意義．2．分子的平均動(dòng)能(1)溫度是大量分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)，具有統(tǒng)計(jì)意義．溫度升高，分子平均動(dòng)能增大，但不是每一個(gè)分子的動(dòng)能都增大．個(gè)別分子動(dòng)能可能增大也可能減小，個(gè)別分子甚至幾萬個(gè)分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能大小與溫度是沒有關(guān)系的，但總體上所有分子的動(dòng)能之和一定是增加的．(2)只要溫度相同，任何分子的平均動(dòng)能都相同．由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不盡相同，所以同一溫度下，不同物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)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(dòng)能都相同B．分子動(dòng)能指的是由于分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)而具有的能C．物體中10個(gè)分子的動(dòng)能很大，這10個(gè)分子的溫度很高D．溫度低的物體中的每一個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速率一定小于溫度高的物體中的每一個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速率E．物體溫度升高時(shí)，速度小的分子數(shù)減少，速度大的分子數(shù)增多【解析】溫度相同，物體分子平均動(dòng)能相同，故A正確；分子動(dòng)能指的是由于分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)而具有的能，B正確；物體溫度是對(duì)大量分子而言，對(duì)于10個(gè)這樣少的分子無意義，故C錯(cuò)；溫度低的物體分子的平均速率小(相同物質(zhì))，但具體到每一個(gè)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(cuò)；溫度概念是建立在統(tǒng)計(jì)規(guī)律的基礎(chǔ)上的，當(dāng)溫度升高時(shí)，速率小的分子數(shù)減小，速度大的分子數(shù)增加，故E正確．【答案】ABE2．對(duì)不同的物體而言，下列說法中不正確的是()A．高溫物體內(nèi)分子的平均動(dòng)能一定比低溫物體內(nèi)分子的平均動(dòng)能大B．高溫物體內(nèi)每一個(gè)分子的動(dòng)能一定大于低溫物體內(nèi)每一個(gè)分子的動(dòng)能C．高溫物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)的平均速率一定比低溫物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)的平均速率大D．高溫物體內(nèi)每一個(gè)分子運(yùn)動(dòng)的速率一定大于低溫物體內(nèi)每一個(gè)分子運(yùn)動(dòng)的速率E．若兩物體的質(zhì)量和溫度都相同，兩物體分子熱運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能不一定相等【解析】溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度高的物體，分子的平均動(dòng)能一定大，但分子的平均速率不一定大，因?yàn)椴煌镔|(zhì)分子的質(zhì)量不同；對(duì)單個(gè)分子的速率、動(dòng)能討論溫度是沒有意義的，因?yàn)闇囟仁谴罅糠肿颖憩F(xiàn)出的宏觀規(guī)律；雖然物體質(zhì)量和分子平均動(dòng)能都相等，由于摩爾質(zhì)量不同，分子數(shù)目不同，總動(dòng)能不一定相等．【答案】BCD3．相同質(zhì)量的氧氣和氫氣溫度相同，下列說法不正確的是()A．每個(gè)氧分子的動(dòng)能都比氫分子的動(dòng)能大B．每個(gè)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(dòng)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(dòng)能的標(biāo)志，氧氣和氫氣的溫度相同，其分子的平均動(dòng)能應(yīng)相同；但分子的運(yùn)動(dòng)速率有的大、有的小，各個(gè)分子的動(dòng)能并不相同，只是所有分子的動(dòng)能的平均值相同；兩種分子的分子質(zhì)量不同，則平均速率不同，因m(H)<m(O)，平均動(dòng)能相等，分子質(zhì)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(dòng)能的三點(diǎn)注意(1)溫度是分子平均動(dòng)能的“標(biāo)志”或者說“量度”，溫度只與物體內(nèi)大量分子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)意義上的平均動(dòng)能相對(duì)應(yīng)，與單個(gè)分子的動(dòng)能沒有關(guān)系．(2)每個(gè)分子都有分子動(dòng)能且不為零，熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，個(gè)別分子動(dòng)能沒有實(shí)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(zhì)量有關(guān)．分子勢(shì)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(shì)能的大小與物體的體積有關(guān)．(2)微觀上：分子勢(shì)能與分子之間的距離有關(guān)．3．分子勢(shì)能與分子間距離的關(guān)系(1)當(dāng)r>r0時(shí)，分子力表現(xiàn)為引力，若r增大，需克服引力做功，分子勢(shì)能增加．(2)當(dāng)r<r0時(shí)，分子力表現(xiàn)為斥力，若r減小，需克服斥力做功，分子勢(shì)能增加．(3)當(dāng)r＝r0時(shí)，分子力為零，分子勢(shì)能最?。甧q\a\vs4\al([再判斷])1．當(dāng)分子力做正功時(shí)，分子勢(shì)能一定減?。?√)2．當(dāng)分子間距離為r<r0時(shí)，分子力為斥力，這時(shí)減小分子間的距離，分子勢(shì)能增大．(√)3．物體的體積增大，分子勢(shì)能增大；體積減小，分子勢(shì)能減?。?×)eq\a\vs4\al([后思考])1．分子勢(shì)能與以前學(xué)過的哪種能量具有相似的特點(diǎn)？【提示】分子勢(shì)能同重力勢(shì)能、電勢(shì)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(duì)位置決定的能量．2．在宏觀上，物體的勢(shì)能與物體的體積有關(guān)，當(dāng)物體的體積增大時(shí)，分子勢(shì)能一定增大嗎？【提示】不一定．當(dāng)分子間距離小于平衡距離時(shí)，物體的體積增大，分子間距離增大，分子力做正功，分子勢(shì)能減?。甧q\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．分子勢(shì)能與分子力做功的關(guān)系(1)分子力做正功，分子勢(shì)能減少，分子力做了多少正功，分子勢(shì)能就減少多少．(2)分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加，克服分子力做了多少功，分子勢(shì)能就增加多少．2．分子勢(shì)能與分子間距的關(guān)系如圖7-5-1為分子間作用力F合和分子勢(shì)能Ep隨r變化的圖象．可以看到：圖7-5-1(1)當(dāng)r＝r0時(shí)，F(xiàn)合＝0，Ep最小(若以分子間距無限遠(yuǎn)處為0勢(shì)能點(diǎn)，則此時(shí)Ep<0)．(2)當(dāng)r>r0時(shí)，F(xiàn)合<0，即為引力，所以此時(shí)增大r，克服分子力做功，Ep增大．(3)當(dāng)r<r0時(shí)，F(xiàn)合>0即為斥力，所以此時(shí)減小r，克服分子力做功，Ep增大．3．分子勢(shì)能與體積的關(guān)系分子勢(shì)能與體積有關(guān)，一般體積變化，勢(shì)能就變化(氣體除外)，但不能說體積變大，勢(shì)能就變大．4．分子間有相互作用勢(shì)能，規(guī)定兩分子相距無窮遠(yuǎn)時(shí)兩分子間的勢(shì)能為零．設(shè)分子a固定不動(dòng)，分子b以某一初速度從無窮遠(yuǎn)處向a運(yùn)動(dòng)，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(chǎn)、b之間的勢(shì)能先減小，后增大，再減小B．a(chǎn)、b之間的勢(shì)能先增大，后減小，再增大C．a(chǎn)、b間的勢(shì)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(gè)階段組成：相距無窮遠(yuǎn)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(duì)b做正功，a、b之間的勢(shì)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(duì)b做負(fù)功，a、b之間的勢(shì)能增大．a(chǎn)、b之間的勢(shì)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(guān)于分子勢(shì)能，下列說法正確的是()A．分子間表現(xiàn)為引力時(shí)，分子間距離越小，分子勢(shì)能越小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)能越來越小E．分子間分子力為零時(shí)；分子勢(shì)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(shí)，分子力做正功，因此分子勢(shì)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(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，所以B錯(cuò)誤；物體在熱脹冷縮時(shí)，物體體積發(fā)生變化，說明分子勢(shì)能發(fā)生變化，所以C正確；物體在做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體重力勢(shì)能減小，但分子勢(shì)能與重力勢(shì)能無關(guān)，所以D錯(cuò)誤．【答案】ACE6．如圖7-5-2所示，甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O，乙分子位于x軸上，甲分子對(duì)乙分子的作用力與兩分子間的距離的關(guān)系如圖中曲線所示．F＞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)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(yùn)動(dòng)，由b到c做減速運(yùn)動(dòng)B．乙分子由a到c做加速運(yùn)動(dòng)，到達(dá)c時(shí)速度最大C．乙分子由a到b的過程中，兩分子間的分子勢(shì)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(shì)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(shì)能先減小后增加【解析】乙分子由a運(yùn)動(dòng)到c的過程，一直受到甲分子的引力作用而做加速運(yùn)動(dòng)，到c時(shí)速度達(dá)到最大，而后受甲的斥力作用做減速運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)，B對(duì)；乙分子由a到b的過程所受引力做正功，分子勢(shì)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(shì)能減少，后來克服斥力做功，分子勢(shì)能增加，故D錯(cuò)，E對(duì)．【答案】BCE分子勢(shì)能圖象問題的解題技巧(1)首先要明確分子勢(shì)能、分子力與分子間距離關(guān)系圖象中拐點(diǎn)意義的不同．分子勢(shì)能圖象的最低點(diǎn)(最小值)對(duì)應(yīng)的距離是分子平衡距離r0，而分子力圖象的最低點(diǎn)(引力最大值)對(duì)應(yīng)的距離大于r0.分子勢(shì)能圖象與r軸交點(diǎn)的距離小于r0，分子力圖象與r軸交點(diǎn)表示平衡距離r0.(2)其次要把圖象上的信息轉(zhuǎn)化為分子間距離，再求解其他問題．內(nèi)能eq\a\vs4\al([先填空])1．定義：物體中所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和．2．內(nèi)能的普遍性：組成任何物體的分子都在做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，所以任何物體都具有內(nèi)能．3．決定因素(1)物體所含的分子總數(shù)由物質(zhì)的量決定．(2)分子的熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能由溫度決定．(3)分子勢(shì)能與物體的體積有關(guān)，故物體的內(nèi)能由物質(zhì)的量、溫度、體積共同決定，同時(shí)受物態(tài)變化的影響．eq\a\vs4\al([再判斷])1．物體運(yùn)動(dòng)的越快，其內(nèi)能一定越大．(×)2．物體的溫度降低體積變大時(shí)，物體的內(nèi)能一定變大．(×)3．物體的溫度和體積變化時(shí)，內(nèi)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(shí)，內(nèi)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(dòng)能不變，但由于冰的體積減小，變成水后分子勢(shì)能發(fā)生變化，故內(nèi)能發(fā)生變化．2．流星在向地球墜落時(shí)，如果不考慮其質(zhì)量的變化，其內(nèi)能與機(jī)械能如何變化？【提示】流星在向地球墜落時(shí)，其機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以機(jī)械能減小，內(nèi)能增加．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．內(nèi)能的決定因素(1)從宏觀上看：物體內(nèi)能的大小由物體的物質(zhì)的量、溫度和體積三個(gè)因素決定．(2)從微觀上看：物體的內(nèi)能由組成物體的分子總數(shù)、分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能和分子間的距離三個(gè)因素決定．2．內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別和聯(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)宏觀物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)能量常見形式分子動(dòng)能、分子勢(shì)能物體動(dòng)能、重力勢(shì)能或彈性勢(shì)能能量存在的原因物體內(nèi)大量分子的熱運(yùn)動(dòng)和分子間存在相互作用力由于物體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)和物體發(fā)生彈性形變或被舉高影響因素物質(zhì)的量、物體的溫度和體積物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度、離地高度(或相對(duì)于參考平面的高度)或彈性形變能否為零永遠(yuǎn)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(zhuǎn)化7．下列敘述正確的是()A．若分子間距離r＝r0時(shí)，兩分子間分子力F＝0，則當(dāng)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(shì)能先減小后增大B．對(duì)一定質(zhì)量氣體加熱，其內(nèi)能一定增加C．物體的溫度越高，其分子的平均動(dòng)能越大D．布朗運(yùn)動(dòng)就是液體分子熱運(yùn)動(dòng)E．氣體體積增大時(shí)氣體分子勢(shì)能一定增大【解析】(1)當(dāng)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(shì)能減??；當(dāng)r由r0增大到10r0時(shí)，分子力表現(xiàn)為引力，分子力作負(fù)功，分子勢(shì)能增大．故選項(xiàng)A正確．(2)在對(duì)氣體加熱的同時(shí)，如果氣體體積變大，其內(nèi)能的變化情況不能確定，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤．(3)溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，物體溫度越高，其分子的平均動(dòng)能越大，C正確．(4)布朗運(yùn)動(dòng)是布朗微粒在液體分子撞擊下的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，而不是液體分子的運(yùn)動(dòng)，D錯(cuò)誤；由于氣體分子間的距離一定大于r0，體積增大時(shí)分子間距離增大，分子力做負(fù)功．分子勢(shì)能增大．