高中物理人教版選修3-3教案 《內(nèi)能》

內(nèi)能

目標導(dǎo)航

(1)知道分子熱運動的動能跟溫度有關(guān)，知道'溫度是分子熱運動平均動能的標

，士匕、O

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

知道分子勢能跟物體體積有關(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)能和機械能。

誘思導(dǎo)學(xué)

1.分子動能

(1)分子平均動能

做熱運動的分子，都具有動能，這就是分子動能。由于分子運動的無規(guī)則性,

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

子運動的宏觀表現(xiàn)，所以，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，即分子平均動能。

(2)溫度是物體分子熱運動平均動能的標志。

說明：①溫度是大量分子無規(guī)則熱運動的宏觀表現(xiàn)，含有統(tǒng)計的意義，對于

個別分子，溫度是沒有意義的。分子平均動能的大小由溫度高低決定：溫度升高,

分子的平均動能增大；溫度降低，分子的平均動能減?。粶囟炔蛔?，分子的平均

動能不變。溫度升高，分子的平均動能增大，但不是每一個分子的動能都增大，

可能有個別的分子動能反而減小。

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

處于同一溫度下，任何物質(zhì)分子做熱運動的平均動能都相同。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)分子運動的平均速率大小也不

相同。

2.分子勢能

(1)分子勢能

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能。這就是分

子勢能。分子勢能的大小有分子間的相互位置決定。分子勢能的變化非常類似于

長度變化的彈簧中的彈性勢能的變化。

(2)影響分子勢能大小的因素

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

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

①當分子間的距離r>r0時（此時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，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（此時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，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當r=r0時（此時相當于彈簧處于自由伸長狀態(tài)），分子勢能最小。

（3）分子勢能變化曲線如下圖7.5-1所示。

說明：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

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

有時體現(xiàn)為分子勢能增大（或減小）（在r>r°范圍內(nèi)）；有時體現(xiàn)為分子勢能減小

（或增大）（在r<r。范圍內(nèi)）。

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

越大；體積越小，分子勢能就越小。如0℃的水變成0℃的冰后，體積變大，但分

子勢能減少。所以一般來說，物體體積變化了，其對應(yīng)的分子勢能也將發(fā)生變化。

具體怎么變化，關(guān)鍵要看在變化過程中分子力做正功還是負功。

③分子勢能最小并不一定是分子勢能為零。

3.內(nèi)能

物體中所有分子的熱運動動能與分子勢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，分子的平均動能發(fā)生

變化；物體的體積發(fā)生變化，分子勢能發(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)，因為內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子的動能和分子勢能的總和。

（3）內(nèi)能與機械能的區(qū)別

內(nèi)能與機械能是兩個不同的物理概念。內(nèi)能是由物體內(nèi)大量分子的熱運動和

分子間的相對位置所決定的能；機械能是物體整體做機械運動或物體形變所產(chǎn)生

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

典例探究

例1有甲、乙兩個分子，甲分子固定不動，乙分子由無窮遠處逐漸向甲靠

（）

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能變化的關(guān)系和彈簧非常相似，即分子力做正功

分子勢能減小，分子力做負功分子勢能增加。當乙分子由無窮遠處向n移動時，

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

斥力做功，分子勢能增大。所以移動的整個過程，分子勢能是先減小、后增大。

也可知當分子間的距離為八

本題的正確選項為Do

友情提示：①有關(guān)分子勢能隨分子間距離變化來判定分子勢能變化的問題，

首先要明確是在北范圍內(nèi)，還是在范圍內(nèi)變化的。

例2下列說法正確的是（）

A.分子的動能與分子的勢能的和叫做這個分子的內(nèi)能

B.物體內(nèi)分子勢能由物體的溫度和體積決定

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

分析：內(nèi)能是指物體的，一個分子無內(nèi)能可言，選項A是錯誤的；物體的分

子勢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B也是錯

誤的；物體的內(nèi)能與物體做宏觀的機械運動的速度無關(guān)，故選項c也是錯誤的；

物體的溫度由分子的平均動能決定，與物體宏觀運動的動能無關(guān)，因此選項D是

正確的。

答案：Do

友情提示：分子動能、勢能、內(nèi)能的變化特點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：溫度是分子平均動能的標志，因而在相同的溫度下，分子的平均動能

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

當從100℃的水變成100C的水蒸氣的過程中，分子距離變大，分子要克服分子

引力做功，因而分子勢能增加，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

觀兩個角度）。

例4氫氣和氧氣的質(zhì)量、溫度都相同，在不計分子勢能的情況下，下列說

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。又因為兩種氣體的總質(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)，氫氣的分子動能總和大于

氧氣的分子動能總和，由于氣體分子間距離比較大，不計分子勢能，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能的條件下，物體的內(nèi)能等于所有的分子

動能之和，僅由溫度決定。

課后問題與練習點擊

1.解析：（1）彈簧處于自然長度時，這個系統(tǒng)的彈性勢能最??；

（2）如果把彈簧拉長，放開時小球的運動使系統(tǒng)的勢能減??；如果把彈簧

壓縮，結(jié)論相同。如果系統(tǒng)不受外力，處于靜止狀態(tài)時勢能取最小值。

2.正值，變?。回撝?，變小

解析：如果以無窮遠處的電勢能為0,當兩個同號電荷由無窮遠處逐漸靠近

的過程中，電荷要克服兩者間斥力做功，電勢能逐漸增大，因此，當兩個同號電

荷的距離為r時，電勢能是正值；由于同號電荷之間具有斥力，它們具有相互遠

離的趨勢，它們運動的趨勢將使系統(tǒng)的勢能變小。如果以無窮遠處的電勢能為0,

當兩個異號電荷由無窮遠處逐漸靠近的過程中，兩電荷間引力要做功，電勢能逐

漸變小，因此，當兩個異號電荷的距離為r時，電勢能是負值；由于異號電荷之

間具有引力，它們具有相互靠近的趨勢，它們運動的趨勢將使系統(tǒng)的勢能變小。

3.這種說法是錯誤的。

解析：在這段時間內(nèi)，飛機中乘客的勢能、動能確實都增大了，但他的所有

分子的動能和勢能并沒有變化。這是因為，首先人的體溫基本是恒定的，每個分

子的動能基本不變，并不因飛機高速航行而改變；其次，乘客的體積無論在地面

上還是在飛機中也基本相同，他的分子間距離基本不變，分子勢能也不變。

基礎(chǔ)訓(xùn)練

一、選擇題

1.關(guān)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，分子勢能越大

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

2.關(guān)于物體內(nèi)能的下述說法中，正確的是（）

A

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

變化是（）

B

c

D.因為不知道r

）

A

B

C

D.分子的平均動能越大，物體的溫度越高

6.以下說法正確的是（）

A.物體的機械能可以為零，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，下述說法中正確的是（）

A.溫度是分子平均動能的標志，物質(zhì)溫度高，則分子的平均動能大

B.溫度是分子平均動能的標志，溫度升高，則物體內(nèi)每一個分子的動能都增

大

C.當某物體內(nèi)能增大時，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)能和機械能的說法正確的是（）

A.物體有內(nèi)能，必有機械能

B.物體的內(nèi)能為零時，機械能可以不為零

C.物體的機械能可以為零，內(nèi)能卻不能為零

D.光滑水平面上加速運行的物體，由于速度增大，每個分子速度也增大了，

所以分子的平均動能增大，內(nèi)能和機械能都增大

9.溫度相同的氧氣和氫氣，它們的分子平均動能之比為（）

A.1：1B.8：1

C.1：8D.無法確定

10.由分子間作用力和分子間距離的關(guān)系可知（）

A.當r<r（）時，r越小，則E0越小

B.當r>r0時，r越小，則E0越大

C.當「=%時，Ep最小

D.當rf8時，E?最小

11.關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說法正確的是（）

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.下列說法正確的是（）。

A.物體內(nèi)所有分子的動能之和叫做這個物體的動能

B.物體的分子勢能由物體的溫度和體積決定

C.自行車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)能和其機械能沒有必然聯(lián)系，但兩者可以相互轉(zhuǎn)化

13.關(guān)于溫度的概念下列說法正確的是（）

A.某物體的溫度為0℃,則其中每個分子的溫度都為0℃

B.溫度是物體分子熱運動的平均速率的標志

C.溫度是物體分子熱運動平均動能的標志

D.溫度可從高溫物體傳遞到低溫物體，達到熱平衡時，兩物體溫度相等

14.下列關(guān)于溫度、熱量和內(nèi)能的說法正確的是（）

A.溫度是分子動能的標志，動能越大的分子其溫度也就越高

B.靜止的物體沒有內(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.物體運動速度越大，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.以上說法都不對

16.關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說法正確的是（）

A.一定質(zhì)量的氧氣(不計其分子間引力和斥力)，其溫度不變時，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，其分子勢能將；若膨脹時，其分

子勢能又將o

18.晶體在熔解過程中，溫度，分子平均動能,其內(nèi)

能0

19.兩個分子相距為r。時，分子勢能為零。當分子距離由r。增大時，分子勢

能;當分子距離由r。減小時，分子勢能o

20.三個瓶子分別盛有質(zhì)量相同的氫氣、氧氣和氮氣，它們的溫度相同，則

分子平均速率最大的是；在不計分子勢能的情況下氣體內(nèi)能最大的是

三、回答、計算題

21.在一列火車上放一杯水，火車靜止和勻速運動時，水的內(nèi)能是否變化