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(江蘇專版)2018版高中物理 第七章 分子動(dòng)理論 5 內(nèi)能學(xué)案 新人教版選修3-3

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1、 5 內(nèi)能 [學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.知道溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志.2.明確分子勢(shì)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(dòng)能 [導(dǎo)學(xué)探究]  分子處于永不停息的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)中,因而具有動(dòng)能.(1)為什么研究分子動(dòng)能的時(shí)候主要關(guān)心大量分子的平均動(dòng)能? (2)物體溫度升高時(shí),物體內(nèi)每個(gè)分子的動(dòng)能都增大嗎? (3)物體運(yùn)動(dòng)的速度越大,其分子的平均動(dòng)能也越大嗎? 答案 (1)分子動(dòng)能是指單個(gè)分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能,但分子是無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的,因此各個(gè)分子的動(dòng)能以及一個(gè)分子在不同時(shí)刻的動(dòng)能都不盡相同,所以研究單個(gè)分子的動(dòng)能沒有意義,我們主要關(guān)心的是大量分子的平均動(dòng)能. (2)溫

2、度是大量分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn),含有統(tǒng)計(jì)的意義,對(duì)于個(gè)別分子,溫度是沒有意義的.所以物體溫度升高時(shí),個(gè)別分子的動(dòng)能可能減小,也可能不變. (3)不是.分子的平均動(dòng)能與宏觀物體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能無關(guān). [知識(shí)梳理] 1.分子動(dòng)能:由于分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)而具有的能量. 2.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(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志. 3.分子動(dòng)能的理解 (1)由于分子熱運(yùn)動(dòng)的速率大小不一,因而重要的不是系統(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,即分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能. (2)溫度是大量分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,對(duì)個(gè)別分子

3、沒有意義.同一溫度下,各個(gè)分子的動(dòng)能不盡相同. (3)分子的平均動(dòng)能與宏觀上物體的運(yùn)動(dòng)速度無關(guān).(填“有”或“無”). 二、分子勢(shì)能 [導(dǎo)學(xué)探究] (1)功是能量轉(zhuǎn)化的量度,分子力做功對(duì)應(yīng)什么形式的能量變化呢?(2)若分子力表現(xiàn)為引力,分子間距離增大時(shí),分子力做什么功?分子勢(shì)能如何變化?分子間距離減小時(shí),分子力做什么功?分子勢(shì)能如何變化?(3)若分子力表現(xiàn)為斥力,分子力做功情況以及分子勢(shì)能的變化情況又如何呢? 答案 (1)分子力做功對(duì)應(yīng)分子勢(shì)能的變化.(2)負(fù)功 分子勢(shì)能增加 正功 分子勢(shì)能減小 (3)分子間距離增大時(shí),分子力做正功,分子勢(shì)能減小;分子間距離減小時(shí),分子力做負(fù)功,分子勢(shì)

4、能增大. [知識(shí)梳理]  1.分子勢(shì)能的大小是由分子間的相互位置決定的. 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.分子力、分子勢(shì)能與分子間距離的關(guān)系 分子間距離 r=r0 r>r0,r增大 r<r0,r減小 分子力 等于零 表現(xiàn)為引力 表現(xiàn)為斥力 分子力做功 分子力做負(fù)功 分子力做負(fù)功 分子勢(shì)能 最小 隨分子間距離的增大而增大 隨分子間距離的減小而增大 分子勢(shì)能與分子間的距離的關(guān)系如圖1所示. 圖1 三、內(nèi)能 [導(dǎo)學(xué)探究] (1)結(jié)合影響分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的因素

5、,從微觀和宏觀角度討論影響內(nèi)能的因素有哪些?(2)物體的內(nèi)能隨機(jī)械能的變化而變化嗎?內(nèi)能可以為零嗎? 答案 (1)①微觀上:物體的內(nèi)能取決于物體所含分子的總數(shù)、分子的平均動(dòng)能和分子間的距離. ②宏觀上:物體的內(nèi)能取決于物體所含物質(zhì)的量、溫度和體積及物態(tài). (2)物體的機(jī)械能變化時(shí)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(yùn)動(dòng),因此物體的內(nèi)能不可能為零. [知識(shí)梳理] 1.內(nèi)能:物體中所有分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和. 2.普遍性:組成任何物體的分子都在做著無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng),所以任何物體都具有內(nèi)能. 3.相關(guān)因素 (1

6、)物體所含的分子總數(shù)由物質(zhì)的量決定. (2)分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(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. 4.機(jī)械能與內(nèi)能 物體具有內(nèi)能的同時(shí)也可以具有機(jī)械能.當(dāng)物體的機(jī)械能增加時(shí),內(nèi)能不一定(填“一定”或“不一定”)增加,但機(jī)械能與內(nèi)能之間可以相互轉(zhuǎn)化. 一、分子動(dòng)能 1.溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志.溫度越高,分子的平均動(dòng)能越大,但個(gè)別分子的動(dòng)能可能減小,也可能不變. 2.由于分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),所以分子平均動(dòng)能不能為零. 3.分子的平均動(dòng)能與宏觀物體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能無關(guān). 例1 下列說法正確的

7、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)能指的是由于分子定向移動(dòng)具有的動(dòng)能 C.100個(gè)分子的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和就是這100個(gè)分子的內(nèi)能 D.溫度高的物體中每一個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速率大于溫度低的物體中每一個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速率 答案 A 解析 溫度相同,物體分子的平均動(dòng)能相同,A正確;分子動(dòng)能是由于分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)而具有的動(dòng)能,B錯(cuò)誤;物體內(nèi)能是對(duì)大量分子而言,對(duì)100個(gè)分子毫無意義,C錯(cuò)誤;相同物質(zhì),溫度高的物體分子平均速率大,溫度是分子平均動(dòng)能大小的標(biāo)志,對(duì)單個(gè)分子沒有意義,D錯(cuò)誤. 二、分子勢(shì)能 如果取兩個(gè)分子間相距無窮遠(yuǎn)時(shí)(此時(shí)分子間作用力可忽略不計(jì))

8、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2所示的實(shí)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2 由圖可知,當(dāng)r=r0時(shí),F(xiàn)=0,此時(shí)分子勢(shì)能最小,且小于0;當(dāng)r>r0,隨著r的增大,分子勢(shì)能增大;當(dāng)r

9、斷增大 B.分子勢(shì)能不斷減小 C.分子勢(shì)能先增大后減小 D.分子勢(shì)能先減小后增大 答案 D 解析 r>r0時(shí),靠近時(shí)引力做正功,Ep減小;r

10、子勢(shì)能減小 答案 B 解析 從a到c的過程中,分子力表現(xiàn)為引力,做正功,故分子勢(shì)能減小,分子力先增大后減小,從c到d過程中,分子力表現(xiàn)為斥力,分子力做負(fù)功,故分子勢(shì)能增加,分子力增大,B正確. 分子勢(shì)能圖象問題的解題技巧 (1)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)的不同意義.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,分子力圖象與r軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)表示平衡距離r0. (2)要把圖象上的信息轉(zhuǎn)化為分子間距離,再求解其他問題. 三、內(nèi)能 1.溫度、內(nèi)能的區(qū)別 (1)溫度宏觀上表示物體的冷熱程度,是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志. (2)內(nèi)能是物體中所有分子的熱運(yùn)

11、動(dòng)動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和. 2.內(nèi)能和機(jī)械能的區(qū)別與聯(lián)系 內(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) 常見的能量形式 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 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、相對(duì)于零勢(shì)能面的高度或彈性形變量 大小 永遠(yuǎn)不等于零 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 例4 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(yùn)動(dòng)的速度增大,則物體中分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大,物體的內(nèi)能增大 C.A、B兩物體接觸時(shí)有熱量從物體

12、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(shí),A、B兩物體的內(nèi)能可能不同,分子的平均速率也可能不同 答案 D 解析 解答本題的關(guān)鍵是對(duì)溫度和內(nèi)能這兩個(gè)概念的理解.溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,內(nèi)能是所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和,故溫度不變時(shí),內(nèi)能可能變化,A項(xiàng)錯(cuò)誤;兩物體溫度相同,內(nèi)能可能不同,分子的平均動(dòng)能相同,但由k=m2知,分子的平均速率可能不同,故D項(xiàng)正確;最易出錯(cuò)的是認(rèn)為有熱量從A傳到B,A的內(nèi)能肯定大,其實(shí)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(shì)能這些因素,故C項(xiàng)錯(cuò)誤;機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度與分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能無必

13、然關(guān)系,故B項(xiàng)錯(cuò)誤.故選D. 1.(分子動(dòng)能)當(dāng)氫氣和氧氣的質(zhì)量和溫度都相同時(shí),下列說法中正確的是(  ) A.兩種氣體分子的平均動(dòng)能相等 B.氫氣分子的平均速率大于氧氣分子的平均速率 C.兩種氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能相等 D.兩種氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率相等 答案 AB 解析 因溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,所以選項(xiàng)A正確;因?yàn)闅錃夥肿雍脱鯕夥肿拥馁|(zhì)量不同,且mH2

14、勢(shì)能的說法正確的是(  ) A.當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時(shí),分子力和分子勢(shì)能總是隨分子間距離的增大而增大 B.當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時(shí),分子力和分子勢(shì)能總是隨分子間距離的增大而減小 C.當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時(shí),分子力和分子勢(shì)能總是隨分子間距離的減小而增大 D.當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時(shí),分子力和分子勢(shì)能總是隨分子間距離的減小而減小 答案 C 3.(分子勢(shì)能與分子力做功)如圖4所示,設(shè)有甲、乙兩分子,甲固定在O點(diǎn),r0為其平衡位置間的距離,今使乙分子由靜止開始只在分子力作用下,由距甲0.5r0處開始沿x方向運(yùn)動(dòng),則(  ) 圖4 A.乙分子的加速度先減小,后增大 B.乙分子到達(dá)r0處時(shí)速度最

15、大 C.分子力對(duì)乙一直做正功,分子勢(shì)能減小 D.乙分子在r0處時(shí),分子勢(shì)能最小 答案 BD 解析 兩分子間的斥力和引力的合力F與分子距離的關(guān)系如圖中曲線所示,曲線與r軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為r0. 由圖可知,乙分子受到的分子力先變小,位于平衡位置時(shí),分子力為零,大于平衡位置時(shí),分子力先變大再變小,故乙分子的加速度是先變小再反向變大,再變小,故A錯(cuò)誤;當(dāng)r小于r0時(shí),分子間的作用力表現(xiàn)為斥力,F(xiàn)做正功,分子動(dòng)能增加,勢(shì)能減小,當(dāng)r等于r0時(shí),動(dòng)能最大,勢(shì)能最?。划?dāng)r大于r0時(shí),分子間作用力表現(xiàn)為引力,分子力做負(fù)功,動(dòng)能減小,勢(shì)能增加,故B、D正確,C錯(cuò)誤,故選B、D. 4.(內(nèi)能)關(guān)于物

16、體的內(nèi)能,下列說法中正確的是(  ) A.機(jī)械能可以為零,但內(nèi)能永遠(yuǎn)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 ℃的冰的內(nèi)能與等質(zhì)量的0 ℃的水的內(nèi)能相等 答案 A 解析 機(jī)械能是宏觀能量,當(dāng)物體的動(dòng)能和勢(shì)能均為零時(shí),機(jī)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(yùn)動(dòng),且存在相互作用力,所以物體的內(nèi)能永不為零,A項(xiàng)對(duì);物體的內(nèi)能與物質(zhì)的量、溫度和體積及物態(tài)有關(guān),B、C、D錯(cuò)誤. 題組一 分子動(dòng)能 1.關(guān)于溫度與分子動(dòng)能的關(guān)系,下列說法正確的是(  ) A.某物體的溫度為0 ℃,說明物體中分子的平均動(dòng)能為零 B.溫度是分子熱

17、運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志 C.溫度較高的物體,其分子平均動(dòng)能較大,則分子的平均速率也較大 D.物體的運(yùn)動(dòng)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(dòng)能并不為零,因?yàn)榉肿釉谟啦煌O⒌刈鰺o規(guī)則運(yùn)動(dòng),A錯(cuò)誤;溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志,溫度越高,分子的平均動(dòng)能越大,由Ek=mv2,知分子平均速率不一定大,B正確,C錯(cuò)誤;物體內(nèi)分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速度與機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度無關(guān),物體的運(yùn)動(dòng)速度越大,不能代表物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動(dòng)越激烈,所以物體的溫度不一定高,D錯(cuò)誤. 題組二 分子勢(shì)能 2.關(guān)于分子勢(shì)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

18、增大時(shí),其分子勢(shì)能必定增大 B.當(dāng)物體體積增大時(shí),其分子勢(shì)能不一定增大 C.當(dāng)物體體積減小時(shí),其分子勢(shì)能必定減小 D.當(dāng)物體體積不變時(shí),其分子勢(shì)能一定不變 答案 BD 3.下列分子勢(shì)能一定減小的情況是(  ) A.分子間距離減小時(shí) B.分子間表現(xiàn)為斥力且分子間距離增大時(shí) C.分子動(dòng)能增大時(shí) D.分子間作用力做負(fù)功時(shí) 答案 B 解析 當(dāng)分子間距離減小時(shí),分子間的作用力可能做正功,也可能做負(fù)功,所以分子勢(shì)能可能增大,也可能減小,A錯(cuò)誤;當(dāng)分子間表現(xiàn)為斥力且分子間距離增大時(shí),分子間的作用力做正功,分子勢(shì)能減小,B正確;分子動(dòng)能與分子勢(shì)能沒有關(guān)系,C錯(cuò)誤;分子間的作用力做負(fù)功時(shí),

19、分子勢(shì)能增大,D錯(cuò)誤. 4.以r、F、Ep分別表示分子間距、分子力和分子勢(shì)能,而當(dāng)r=r0時(shí),F(xiàn)=0,于是有(  ) A.當(dāng)r>r0時(shí),r越大,F(xiàn)越大,Ep越大 B.當(dāng)r>r0時(shí),r越大,F(xiàn)越大,Ep越小 C.當(dāng)rr0時(shí),隨著r的增大,F(xiàn)先增大后減小,而Ep是單調(diào)增大的,故A、B錯(cuò)誤;當(dāng)r

20、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(shí),分子力表現(xiàn)為引力,隨分子間距離r增大,分子勢(shì)能Ep增大;當(dāng)r=r0時(shí),分子力為零,此時(shí)分子勢(shì)能最小.故選項(xiàng)B正確. 題組三 內(nèi)能 6.下列說法正確的是(  ) A.分子的動(dòng)能與分子的勢(shì)能的和叫做這個(gè)分子的內(nèi)能 B.物體的分子勢(shì)能由物體的溫度和體積決定 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 答案 D 解析 內(nèi)能是對(duì)物體內(nèi)所有分子而言的,單個(gè)分子無內(nèi)能可言,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;物體的分子勢(shì)能由分

21、子間距離決定,宏觀上表現(xiàn)為由物體的體積決定,所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤;物體的宏觀速度與物體的內(nèi)能沒有關(guān)系,物體的動(dòng)能與物體的溫度沒有關(guān)系,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確. 7.關(guān)于物體的內(nèi)能,以下說法正確的是(  ) A.箱子運(yùn)動(dòng)的速度減小,其內(nèi)能也減小 B.籃球的容積不變,內(nèi)部氣體的溫度降低,其氣體的內(nèi)能將減小 C.物體的溫度和體積均發(fā)生變化,其內(nèi)能一定變化 D.對(duì)于一些特殊的物體,可以沒有內(nèi)能 答案 B 解析 物體的內(nèi)能與物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)無關(guān),故A錯(cuò)誤;當(dāng)氣體的體積不變而溫度降低時(shí),氣體的分子勢(shì)能不變,分子的平均動(dòng)能減小,氣體的內(nèi)能減小,故B正確;物體的體積和溫度均發(fā)生變化時(shí),物體內(nèi)的分子勢(shì)能和分

22、子的平均動(dòng)能都發(fā)生變化,其內(nèi)能可能不變,故C錯(cuò)誤;任何物體都有內(nèi)能,故D錯(cuò)誤. 8.下列關(guān)于物體內(nèi)能和機(jī)械能的說法正確的是(  ) A.物體的內(nèi)能大,則機(jī)械能也一定大 B.一切物體都具有內(nèi)能 C.當(dāng)物體靜止時(shí),物體的內(nèi)能為零 D.內(nèi)能是物體的機(jī)械能的另一種說法 答案 B 解析 內(nèi)能和機(jī)械能是兩種不同形式的能,二者沒有必然的聯(lián)系,A、C、D錯(cuò)誤;由于分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),故一切物體皆有內(nèi)能,B正確. 9.三個(gè)瓶子分別盛有質(zhì)量相同的氫氣、氧氣和氮?dú)?,它們的溫度相同,則分子平均速率最大的是__________;在不計(jì)分子勢(shì)能的情況下,氣體內(nèi)能最大的是__________. 答

23、案 氫氣 氫氣 解析 它們的平均動(dòng)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.(1)1 kg的40 ℃的水跟1 kg的80 ℃的水哪個(gè)內(nèi)能多? (2)1 kg的40 ℃的水跟2 kg的40 ℃的水哪個(gè)內(nèi)能多? (3)一小杯100 ℃的開水跟一池塘常溫下的水哪個(gè)內(nèi)能多? (4)1 kg的100 ℃的水跟1 kg的100 ℃的水蒸氣哪個(gè)內(nèi)能多? 答案 (1)1 kg的80 ℃的水 (2)2 kg的40 ℃的水 (3)一池塘常溫下的水 (4)

24、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(dòng)能大,所以1 kg的80 ℃的水的分子總動(dòng)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?yàn)楹笳叻肿訑?shù)目多. (3)雖然100 ℃的開水的水分子平均動(dòng)能較大,但池塘的水的分子數(shù)比一小杯水的分子數(shù)多得多,故一池塘常溫下的水的內(nèi)能比一小杯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(dòng)能也相同,但100 ℃的水蒸氣分子勢(shì)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. 10

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