高中物理 第七章 分子動理論 課時5 內(nèi)能學(xué)案 新人教版選修33

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1、 學(xué)案5　內(nèi)能 [目標(biāo)定位] 1.知道溫度是分子平均動能的標(biāo)志.2.明確分子勢能與分子間距離的關(guān)系.3.理解內(nèi)能的概念及其決定因素. 一、分子動能 [問題設(shè)計] 分子處于永不停息的無規(guī)則運動中，因而具有動能.(1)為什么研究分子動能的時候主要關(guān)心大量分子的平均動能？(2)物體溫度升高時，物體內(nèi)每個分子的動能都增大嗎？(3)物體做高速運動時，其分子的平均動能會增大嗎？ 答案　(1)分子動能是指單個分子熱運動的動能，但分子是無規(guī)則運動的，因此各個分子的動能以及一個分子在不同時刻的動能都不盡相同，所以研究單個分子的動能沒有意義，我們主要關(guān)心的是大量分子的平均動能.(2)溫度是大量分子

2、無規(guī)則熱運動的集體表現(xiàn)，含有統(tǒng)計的意義，對于個別分子，溫度是沒有意義的.所以物體溫度升高時，個別分子的動能可能減小，也可能不變.(3)分子的平均動能與宏觀物體運動的動能無關(guān). [要點提煉] 1.溫度的理解 (1)在宏觀上：溫度是物體冷熱程度的標(biāo)志. (2)在微觀上：溫度是物體分子熱運動的平均動能的標(biāo)志. 2.分子動能的理解 (1)由于分子熱運動的速率大小不一，因而重要的不是系統(tǒng)中某個分子的動能大小，而是所有分子的動能的平均值，即分子熱運動的平均動能. (2)溫度是大量分子平均動能的標(biāo)志，但對個別分子沒有意義.同一溫度下，各個分子的動能不盡相同. (3)分子的平均動能取決于物體的

3、溫度. (4)分子的平均動能與宏觀上物體的運動速度無關(guān).(填“有”或“無”). 二、分子勢能 [問題設(shè)計] 功是能量轉(zhuǎn)化的量度，分子力做功對應(yīng)什么形式的能量變化呢？ 答案　分子力做功對應(yīng)分子勢能的變化. [要點提煉] 分子勢能是由分子間相互位置決定的勢能，它隨著分子間距離r0的變化而變化，與分子間距離r0的關(guān)系為： (1)當(dāng)r>r0時，分子力表現(xiàn)為引力，r增大時，分子力做負(填“正”或“負”)功，分子勢能增大(填“增大”或“減小”). (2)當(dāng)r

4、分子勢能最小(填“最大”或“最小”). (4)如果取兩個分子間相距無窮遠時(此時分子間作用力可忽略不計)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1所示的實線表示(分子力F與分子間距離r的關(guān)系如圖中虛線所示). 圖1 三、內(nèi)能 [問題設(shè)計] 物體的內(nèi)能隨機械能的變化而變化嗎？內(nèi)能可以變?yōu)榱銌幔? 答案　物體的機械能變化時其溫度和體積不一定變化，因此其內(nèi)能不一定變化，兩者之間沒有必然聯(lián)系.組成物體的分子在做永不停息的無規(guī)則運動，因此物體的內(nèi)能不可能為零. [要點提煉] 1.內(nèi)能：物體中所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和. 2.任何物體在任何溫度下都具有內(nèi)能.因

5、為一切物體都是由做永不停息的無規(guī)則運動的分子組成的. 3.內(nèi)能的決定因素 (1)從微觀上看，物體的內(nèi)能大小由組成物體的分子總數(shù)、分子熱運動的平均動能和分子間距離三個因素決定. (2)從宏觀上看，物體的內(nèi)能由物體的物質(zhì)的量、溫度和體積三個因素決定. 4.內(nèi)能與機械能的區(qū)別和聯(lián)系 區(qū)別：(1)物體的機械運動對應(yīng)著機械能，熱運動對應(yīng)著內(nèi)能.內(nèi)能和機械能是兩種不同形式的能量. (2)內(nèi)能是由物體內(nèi)大量分子熱運動的劇烈程度和分子間的距離決定的能量，是所有分子熱運動動能和分子勢能的總和.而機械能是由物體的機械運動速度、相對參考面的高度、物體形變大小等決定的能量，它是對宏觀物體整體來說的. 聯(lián)

6、系：物體具有內(nèi)能的同時也可以具有機械能.當(dāng)物體的機械能增加時，內(nèi)能不一定(填“一定”或“不一定”)增加，但機械能與內(nèi)能之間可以相互轉(zhuǎn)化. 一、分子動能 例1　關(guān)于分子的動能，下列說法中正確的是(　　) A.物體運動速度大，物體內(nèi)分子的動能一定大 B.物體的溫度升高，物體內(nèi)每個分子的動能都增大 C.物體的溫度降低，物體內(nèi)大量分子的平均動能一定減小 D.物體內(nèi)分子的平均動能與物體做機械運動的速度大小無關(guān) 解析　分子的動能與機械運動的速度無關(guān)，溫度升高，分子的平均動能一定增大，但對單個分子來講，其動能可能增大也可能減小. 答案　CD 二、分子勢能 例2　甲、乙兩分子相距較遠(

7、此時它們之間的分子力可以忽略)，設(shè)甲固定不動，在乙逐漸向甲靠近直到不能再靠近的過程中，關(guān)于分子勢能的變化情況，下列說法正確的是(　　) A.分子勢能不斷增大 B.分子勢能不斷減小 C.分子勢能先增大后減小 D.分子勢能先減小后增大 解析　r>r0時，靠近時引力做正功，Ep減??；rr0時，r越小，則分子勢能Ep越大 C.當(dāng)r＝r0時，分子勢能Ep最小 D.當(dāng)r→

8、∞時，分子勢能Ep最小 解析　當(dāng)rr0時，分子力表現(xiàn)為引力，r減小時分子力做正功，分子勢能減?。划?dāng)r＝r0時，分子力為零，分子勢能最??；當(dāng)r→∞時，分子勢能為零，但不是最小.故正確答案為A、C. 答案　AC 三、內(nèi)能 例3　下列說法正確的是(　　) A.鐵塊熔化成鐵水的過程中，溫度不變，內(nèi)能也不變 B.物體運動的速度增大，則物體中分子熱運動的平均動能增大，物體的內(nèi)能增大 C.A、B兩物體接觸時有熱量從物體A傳到物體B，這說明物體A的內(nèi)能大于物體B的內(nèi)能 D.A、B兩物體的溫度相同時，A、B兩物體的內(nèi)能可能不同

9、，分子的平均速率也可能不同 解析　解答本題的關(guān)鍵是對溫度和內(nèi)能這兩個概念的理解.溫度是分子熱運動的平均動能的標(biāo)志，內(nèi)能是所有分子熱運動動能和分子勢能的總和，故溫度不變時，內(nèi)能可能變化，A項錯誤.兩物體溫度相同，內(nèi)能可能不同，分子的平均動能相同，但由＝m2知，分子的平均速率可能不同，故D項正確.最易出錯的是認為有熱量從A傳到B，A的內(nèi)能肯定大，其實有熱量從A傳到B，只說明A的溫度高，內(nèi)能大小還要看它們的總分子數(shù)和分子勢能這些因素，故C項錯誤.機械運動的速度與分子熱運動的平均動能無關(guān)，故B項錯誤.故正確答案為D. 答案　D 1.(分子動能)關(guān)于溫度與分子動能的關(guān)系，下列說法正確的是(　　

10、) A.某物體的溫度為0℃，說明物體中分子的平均動能為零 B.溫度是分子熱運動平均動能的標(biāo)志 C.溫度較高的物體，其分子平均動能較大，則分子的平均速率也較大 D.物體的運動速度越大，則物體的溫度越高 答案　B 解析　某物體溫度是0℃，物體中分子的平均動能并不為零，因為分子在永不停息地運動，A錯誤；溫度是分子熱運動平均動能的標(biāo)志，溫度越高，分子的平均動能越大，由Ek＝mv2.知分子平均速率不一定大，B正確，C錯誤；物體內(nèi)分子無規(guī)則熱運動的速度與機械運動的速度無關(guān)，物體的運動速度越大，不能代表物體內(nèi)部分子的熱運動越激烈，所以物體的溫度不一定高，D錯誤. 2.(分子勢能)分子間距增大時

11、，分子勢能將(　　) A.增大 B.減小 C.不變 D.不能確定 答案　D 解析　分子勢能的變化與分子力做功緊密聯(lián)系；當(dāng)分子力做正功時，分子勢能減?。划?dāng)分子力做負功時，分子勢能增大. (1)當(dāng)r>r0時，分子間的作用力為引力，將分子間距離增大時，分子力做負功，分子勢能增大. (2)當(dāng)r

12、小 B.r＝r0時，分子動能最大，分子勢能最小 C.r＜r0時，分子力做負功，分子動能減小，分子勢能增大 D.以上均不對 答案　ABC 解析　一個分子從遠處向另一個分子靠近，它們之間的作用力先為引力后為斥力，故先做正功后做負功，那么分子勢能先減小后增大，而動能正好相反，先增大后減小；當(dāng)r＝r0時，勢能最小，動能最大. 4.(內(nèi)能)關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說法中正確的是(　　) A.機械能可以為零，但內(nèi)能永遠不為零 B.溫度相同、質(zhì)量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 C的冰的內(nèi)能與等質(zhì)量的0 C的水的內(nèi)能相等 答案　A 解析　機械能是宏觀能量，當(dāng)

13、物體的動能和勢能均為零時，機械能就為零；而物體內(nèi)的分子在永不停息地做無規(guī)則運動，且存在相互作用力，所以物體的內(nèi)能永不為零，A項對；物體的內(nèi)能與物質(zhì)的量、溫度和體積有關(guān)，B、C、D三項錯誤，故選A. 內(nèi)能 題組一　分子動能 1.關(guān)于溫度，下列說法正確的是(　　) A.溫度升高，每個分子的動能都增大 B.物體運動速度越大，分子總動能越大，因而物體溫度也越高 C.一個分子運動的速率越大，該分子的溫度越高 D.溫度是大量分子無規(guī)則熱運動的平均動能的標(biāo)志 答案　D 解析　溫度升高，分子的平均動能變大，而不是每個分子的動能都變大，故A錯.物體宏觀運動的速度對應(yīng)的是機械能(動能)，

14、與分子無規(guī)則熱運動的平均動能無關(guān)，與物體的溫度無關(guān)，B錯；溫度是對大量分子而言的，是統(tǒng)計、平均的概念，對單個分子無意義，C錯. 2.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定向運動具有的能 C.10個分子的動能和分子勢能的總和就是這10個分子的內(nèi)能 D.溫度高的物體中的每一個分子的運動速率一定大于溫度低的物體中的每一個分子的運動速率 答案　A 解析　溫度相同，物體分子的平均動能相同，故A正確；分子動能指的是由于分子做無規(guī)則熱運動而具有的能，B錯誤；物體內(nèi)能是對大量分子而言的，對于10個分子無意義，故C錯誤；溫度高的物體

15、分子的平均運動速率大(相同物質(zhì))，但具體的每一個分子的運動速率是不確定的，可能大于平均運動速率，也可能等于平均運動速率，也可能小于平均運動速率，故D錯誤. 題組二　分子勢能 3.關(guān)于分子勢能和物體體積的關(guān)系，下列說法中正確的是(　　) A.當(dāng)物體體積增大時，其分子勢能必定增大 B.當(dāng)物體體積增大時，其分子勢能不一定增大 C.當(dāng)物體體積減小時，其分子勢能必定減小 D.當(dāng)物體體積不變時，其分子勢能一定不變 答案　BD 解析　物體的分子勢能與體積不是單值對應(yīng)的關(guān)系，分子勢能相同，體積不一定相同，而體積不變，分子勢能一定不變. 4.下列分子勢能一定減小的情況是(　　) A.分子間距

16、離減小時 B.分子間表現(xiàn)為斥力且分子間距離增大時 C.分子動能增大時 D.分子間作用力做負功時 答案　B 解析　當(dāng)分子間距離減小時，分子間的作用力可能做正功，也可能做負功，所以分子勢能可能增大也可能減小，A錯誤；當(dāng)分子間表現(xiàn)為斥力且分子間距離增大時，分子間的作用力做正功，分子勢能減小，B正確；分子動能與分子勢能沒有關(guān)系，C錯誤；分子間的作用力做負功時，分子勢能增大，D錯誤. 5.下列四幅圖中，能正確反映分子間作用力F和分子勢能Ep隨分子間距離r變化關(guān)系的圖線是(　　) 答案　B 解析　當(dāng)rr0時，分

17、子力表現(xiàn)為引力，隨分子間距離r增大，分子勢能Ep增大；當(dāng)r＝r0時，分子力為零，此時分子勢能最小.故選項B正確. 6.兩個相距較遠的分子僅在分子力作用下由靜止開始運動，直至不再靠近.在此過程中，下列說法正確的是(　　) A.分子力先增大，后一直減小 B.分子力先做正功，后做負功 C.分子動能先增大，后減小 D.分子勢能先增大，后減小 E.分子勢能和分子動能之和不變 答案　BCE 解析　兩分子從相距較遠處僅在分子力作用下由靜止開始運動，直至不再靠近的過程中，分子力先表現(xiàn)為分子引力后表現(xiàn)為分子斥力，分子間距離r>r0時，隨著距離r的減小，分子力先增大后減小，分子間距離r

18、子力一直增大至最大，故選項A錯；在兩分子靠近的過程中，分子引力做正功、分子斥力做負功，分子勢能先減小后增大，分子動能先增大后減小，所以選項B、C正確，選項D錯；分子僅在分子力作用下運動，只有分子力做功，分子勢能和分子動能之和不變，選項E正確. 題組三　內(nèi)能 7.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.物體的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 答案　D 解析　內(nèi)能是對物體內(nèi)所有分子而言的，單個分子無內(nèi)能可言，選項A錯誤；物體的分子勢能由分子間距離決定，宏觀上表現(xiàn)為由

19、物體的體積決定，所以選項B錯誤；物體的宏觀速度與物體的內(nèi)能沒有關(guān)系，物體的動能與物體的溫度沒有關(guān)系，故選項C錯誤，D正確. 8.下列說法中正確的是(　　) A.物體溫度降低，其分子熱運動的平均動能增大 B.物體溫度升高，其分子熱運動的平均動能增大 C.物體溫度降低，其內(nèi)能一定增大 D.物體溫度不變，其內(nèi)能一定不變 答案　B 解析　溫度是物體分子平均動能的標(biāo)志，所以物體溫度升高，其分子熱運動的平均動能增大，A錯，B對；影響物體內(nèi)能的因素是溫度、體積和物質(zhì)的量，所以只根據(jù)溫度的變化情況無法判斷內(nèi)能的變化情況，C、D錯. 9.三個瓶子分別盛有質(zhì)量相同的氫氣、氧氣和氮氣，它們的溫度相同

20、，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 . 答案　氫氣　氫氣 解析　它們的平均動能相同，即mOv＝mNv＝mHv，而分子質(zhì)量的大小關(guān)系為mO>mN>mH，所 以有vH>vN>vO，又因三種氣體的質(zhì)量相同，氫氣的分子總數(shù)最多，由氣體內(nèi)能E內(nèi)＝Nk可知，氫氣內(nèi)能最大. 10.飛機從地面由靜止起飛，隨后在高空做高速航行.有人說：“在這段時間內(nèi)，飛機中乘客的勢能、動能都增大了，他的所有分子的動能和勢能也都增大了，因此乘客的內(nèi)能增大了.”這種說法對嗎？為什么？ 答案　見解析 解析　這種說法不對.因為機械能與內(nèi)能是兩個不同的概念

21、，與機械能相關(guān)的是物體宏觀上的機械運動，其大小因素由物體的質(zhì)量、速度及相對高度決定，題中乘客的機械能增加了，但是物體的內(nèi)能是由它的物質(zhì)的量、溫度、體積決定，乘客的體積、物質(zhì)的量不變，也沒有明確溫度怎么變化，所以無法判斷乘客內(nèi)能的變化. 11.(1)1 kg的40 ℃的水跟1 kg的80 ℃的水哪個內(nèi)能多？ (2)1 kg的40 ℃的水跟2 kg的40 ℃的水哪個內(nèi)能多？ (3)一杯100 ℃的開水跟一池塘常溫下的水哪個內(nèi)能多？ (4)1 kg的100 ℃的水跟1 kg的100 ℃的水蒸氣哪個內(nèi)能多？ 答案　(1)1 kg的80 ℃的水　(2)2 kg的40 ℃的水　(3)一池塘常溫下

22、的水　(4)1 kg的100 ℃的水蒸氣 解析　(1)兩者質(zhì)量一樣，同種物質(zhì)，所以分子數(shù)目一樣，而80 ℃的水比40 ℃的水的水分子平均動能大，所以1 kg的80 ℃的水的總動能比1 kg的40 ℃的水大，若不考慮水的膨脹引起的體積微小變化，則1 kg的80 ℃的水的內(nèi)能多. (2)1 kg的40 ℃的水跟2 kg的40 ℃的水比較，2 kg的40 ℃的水內(nèi)能多，因為后者分子數(shù)目多. (3)雖然100 ℃的開水的水分子平均動能較大，但池塘的水的分子數(shù)比一杯水的分子數(shù)多得多，故一池塘常溫下的水的內(nèi)能比一杯100 ℃的開水的內(nèi)能多. (4)它們的質(zhì)量相等，因而所含分子數(shù)相等，分子的平均動能也相同，但100 ℃的水蒸氣分子勢能比100 ℃的水大，故1 kg的100 ℃的水蒸氣的內(nèi)能比1 kg的100 ℃的水的內(nèi)能多. 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375