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1、 5　內(nèi)能 1．分子動能 (1)分子動能：做熱運動的分子，都具有動能，這就是分子動能。 ①分子動能是指單個分子熱運動的動能，但是物體內(nèi)各個分子的動能不盡相同，在研究熱現(xiàn)象時，我們研究的是大量分子的行為，所以對單個分子的動能的研究沒有意義，我們關(guān)心的是大量分子的平均動能。 ②分子熱運動的平均動能是所有分子動能的平均值，溫度是分子平均動能的標(biāo)志，這就是溫度的微觀含義。在相同溫度下，各種物質(zhì)分子的平均動能都相同，溫度升高，分子平均動能增加，溫度降低，分子平均動能減少。 ③分子運動的總動能是物體內(nèi)所有分子熱運動動能的總和，它等于分子的平均動能與分子數(shù)的乘積，即它與物體的溫度和所含的分子

2、數(shù)目有關(guān)。 (2)分子平均動能：所有分子的動能的平均值，即分子的平均動能。設(shè)質(zhì)量為m的n個分子，其速度大小分別為v1、v2、v3、…、vn，則其動能的平均值為 k＝。 (3)溫度的意義：溫度在宏觀上的意義是表示物體的冷熱程度。而它又是大量分子熱運動平均動能大小的標(biāo)志，這是溫度的微觀含義。 ①同一溫度下，不同物質(zhì)分子的平均動能都相同，但由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不一定相同，所以分子熱運動的平均速率也不一定相同。 ②溫度反映的是大量分子平均動能的大小，不是反映個別分子的動能大小，同一溫度下，各個分子的動能不盡相同。 ③溫度的本質(zhì)：溫度是分子熱運動的平均動能的標(biāo)志。 ④溫度是大量分子熱運動

3、的集體表現(xiàn)：平均動能大，在宏觀上表現(xiàn)為物體的溫度高，溫度是大量分子熱運動的集體表現(xiàn)，是含有統(tǒng)計意義的，對于個別分子來說，溫度是沒有意義的。 　溫度與平均動能　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。 【例1】 一塊100 ℃的鐵與一塊100 ℃的鋁相比，以下說法中正確的是(　　) A．鐵的分子動能之和與鋁的分子動能之和相等 B．鐵的每個分子動能與鋁的每個分子動能相等 C．鐵分子的平均速率與鋁分子的平均速率相等 D．以上說法均不正確 解析：兩物體溫度相等，說明它們分子的平均動能相等，因為溫度是分子運動平均動能的標(biāo)志；由于沒有說明鐵與鋁的質(zhì)量，只有當(dāng)它們所含分子數(shù)

4、目一樣時，分子總動能才相等，故A錯；分子平均動能相等，但對每個分子而言，它運動的速率是變化的，且每個分子的速率都是不同的，有的快也有的慢，所以每個分子的動能相等的說法不正確，故B錯；雖然分子的平均動能相等，但鐵分子、鋁分子質(zhì)量不同，因此分子平均速率不等，所以C錯。故只有D正確。 答案：D 　平均速率與平均動能　平均速率與分子種類有關(guān)，平均動能只與溫度有關(guān)。 1．溫度只與物體內(nèi)大量分子熱運動的統(tǒng)計意義上的平均動能相對應(yīng)，對于個別分子或幾十個、幾百個分子熱運動的動能大小與溫度是沒有確定關(guān)系的。 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

5、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：組成物質(zhì)的分子間存在相互作用力，分子間具有由它們的相對位置決定的勢能，這種勢能叫做分子勢能。 (2)分子勢能的特點：由分子間相對位置決定的能量，隨分子間距的變化而變化。分子勢能是標(biāo)量。 (3)變化分析依據(jù)：由于分子間既存在引力，又存在斥力，分子間距離變化時，既要考慮引力做功，又要考慮斥力做功，為簡化起見，用分子間的合力做功分析勢能變化，W＞0，勢能減少，W＜0，勢能增加。 (4)分子勢能的大小和分子間距離的關(guān)系 ①當(dāng)分子間的距離r＞r

6、0時，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(fù)功，因此分子勢能隨分子間距離的增大而增大。 ②當(dāng)分子間的距離r＜r0時，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(fù)功，因此分子勢能隨分子間距離的減小而增大。 ③如果取兩個分子間相距無限遠(yuǎn)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)系可用如圖所示的曲線表示。從圖線上看出，當(dāng)r＝r0時，分子勢能最小。 說明：(1)勢能的大小與物體間距離的關(guān)系有一個共同的規(guī)律：不論是重力勢能、彈性勢能、分子勢能，還是電勢能，當(dāng)它們之間的距離發(fā)生變化時，它們之間的相互作用力如果是做正功，勢能都要減小

7、；如果是做負(fù)功，勢能都要增大。 (2)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，有時體現(xiàn)為分子勢能增大(在r＞r0范圍內(nèi))；有時體現(xiàn)為分子勢能減小(在r＜r0范圍內(nèi))。一般來說，物體體積變化了，其對應(yīng)的分子勢能也變化了。 (3)分子勢能最小與分子勢能為零絕不是一回事。 　分子勢能　1.分子勢能的變化規(guī)律：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。分子力做負(fù)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．分子勢能與物體體積的關(guān)系：分子勢能與物體的體積有關(guān)，但不能理解

8、成物體體積越大，分子勢能就越大。因為分子勢能除了與物體的體積有關(guān)外，還與物態(tài)有關(guān)。如0 ℃的水結(jié)成0 ℃的冰后，體積變大，但分子勢能卻減小了(分子平均動能不變)。 3．分子平均動能與速率的關(guān)系：溫度是分子平均動能的標(biāo)志，但并不是分子平均速率的標(biāo)志，在相同溫度下，各種物質(zhì)的平均動能相同，而平均速率一般是不同的。由Ek＝m 2可知，不同物質(zhì)的分子，其質(zhì)量一般不同，故不同物質(zhì)分子的平均速率也一般不同。 【例2】 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)

9、生變化 D．物體在做自由落體運動時，分子勢能越來越小 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錯誤；分子力為斥力，分子間的距離減小時，分子力做負(fù)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，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，分子勢能與重力勢能無關(guān)，所以D錯誤。 答案：C 　分子力做功?、儆捎谖矬w分子間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)著宏觀的物體體積變化。但是，同樣是物體體積增大(或減小)，有時表現(xiàn)為分子勢能

10、增大(或減小)(在一定范圍內(nèi))；有時表現(xiàn)為分子勢能減小(或增大)(在一定范圍內(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，但分子勢能減小。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(fù)功。 3．物體的內(nèi)能 (1)物體的內(nèi)能：物體中所有分子熱運動的動能與分子勢能的總和叫做物體的內(nèi)能。一切物體都是由不停地做無規(guī)則熱運動并且相互作用著的分子組成的，因此任何物體都是有內(nèi)能的。 (2)任何物體都具有內(nèi)能，因為一切物體都是由不停地做無

11、規(guī)則熱運動且相互作用著的分子組成的。內(nèi)能是對一個宏觀物體而言的，不存在某個分子內(nèi)能的說法。 (3)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。 辨誤區(qū)　內(nèi)能和熱量的區(qū)別　內(nèi)能是一個狀態(tài)量，一個物體在不同的狀態(tài)下含有不同的內(nèi)能，而熱量是一個過程量，它表示由于熱傳遞而引起的變化過程中轉(zhuǎn)移的能量，即內(nèi)能的改變量。如果沒有熱傳遞，就無所謂熱量，但此時物體仍有一定的內(nèi)能，例如，我們可以說“某物體在某溫度時具有多少內(nèi)能”而不能

12、說“某物體在某溫度時具有多少熱量。” 【例3－1】 關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說法中正確的是(　　) A．水分子的內(nèi)能比冰分子的內(nèi)能大 B．物體所處的位置越高，分子勢能就越大，內(nèi)能就越大 C．一定質(zhì)量的0 ℃的水結(jié)成0 ℃的冰，內(nèi)能一定減少 D．相同質(zhì)量的兩個同種物體，運動物體的內(nèi)能一定大于靜止物體的內(nèi)能 解析：因內(nèi)能是指組成物體的所有分子熱運動的動能與分子勢能的總和，說單個分子的內(nèi)能沒有意義，故選項A錯誤。內(nèi)能與機械能是兩種不同性質(zhì)的能，它們之間無直接聯(lián)系，內(nèi)能與“位置”高低、“運動”還是“靜止”沒有關(guān)系，故選項B、D錯誤。一定質(zhì)量的0 ℃的水結(jié)成0 ℃的冰，放出熱量，內(nèi)能減少。 答

13、案：C 析規(guī)律　分析物體內(nèi)能變化的基本方法　(1)根據(jù)內(nèi)能的定義來分析，抓住三個方面：一看物質(zhì)的量，二看溫度，三看體積。 (2)從能量的觀點分析(即根據(jù)后面將要學(xué)習(xí)的熱力學(xué)第一定律)，特別是遇到物態(tài)變化時，用此方法更優(yōu)越。 【例3－2】 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 解析：內(nèi)能是指整個物體的，是從宏觀上而言的，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，宏觀上反映為物體體積的變化，所以選項

14、B也是錯誤的；物體的內(nèi)能與物體做宏觀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：D 4．內(nèi)能與機械能的區(qū)別與聯(lián)系 物體的內(nèi)能是不同于機械能的另一種形式的能。內(nèi)能是由大量分子做熱運動和分子間相對位置所決定的能，機械能是由物體做機械運動和物體形變所決定的能；機械能在一定條件下可以為零。但內(nèi)能永遠(yuǎn)不為零，它們的區(qū)別與聯(lián)系如下表所示。 項目 內(nèi)能 機械能 對應(yīng)的運動形式 微觀分子熱運動 宏觀物體的機械運動 決定因素 物質(zhì)的量、物體的溫度和體積 物體做機械運動的速度、離地高度(或相對于零勢能面的

15、高度)或彈性形變 是否為零 永遠(yuǎn)不等于零 一定條件下可以等于零 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 聯(lián)系 在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化 5.圖象法分析分子勢能的變化 分子勢能與距離的關(guān)系可用下表來表示，用此表來幫助解題，抓住距離為r0時，分子勢能最小的特點，解題非常簡捷。 【例4－1】 關(guān)于機械能和內(nèi)能，下列說法中正確的是(　　) A．機械能大的物體，其內(nèi)能一定很大 B．物體的機械能損失時，內(nèi)能卻可以增加 C．物體的內(nèi)能損失時，機械能必然減小 D．物體的內(nèi)能為零時，機械能不可以為零 解析：內(nèi)能和機械能是兩種不同形式的能量，兩者并不

16、存在必然的聯(lián)系。只有在系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化形式只發(fā)生在機械能與內(nèi)能之間時，機械能的損失才等于內(nèi)能的增加，故A、C錯，B對；因為物質(zhì)分子總在不停地做無規(guī)則運動，故內(nèi)能不可能為零，D錯。 答案：B 【例4－2】 一輛汽車的車廂內(nèi)有一瓶氧氣，當(dāng)汽車以60 km/h的速度行駛起來后，氣瓶內(nèi)氧氣的內(nèi)能是否一定增加？ 解析：內(nèi)能是所有分子熱運動的動能和分子勢能的總和，而不是分子定向移動的動能。另一方面，物體機械能增加，內(nèi)能不一定增加。所以氣瓶內(nèi)氧氣的內(nèi)能不一定增加。 答案：不一定 　機械能、內(nèi)能　對同一物體，不考慮形變時，機械能由其宏觀速度和相對地面的高度決定；內(nèi)能則與其內(nèi)部分子的無規(guī)則運動及其分子間

17、距有關(guān)，跟物體整體的宏觀速度和高度無直接關(guān)系。 【例5－1】 甲、乙兩個分子相距較遠(yuǎn)(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)于分子勢能變化情況的下列說法正確的是(　　) 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：從分子間的作用力與分子間的距離的關(guān)系知道，當(dāng)分子間距離大于r0時，分子間表現(xiàn)為引力，當(dāng)分子間距離小于r0時，分子間表現(xiàn)為斥力；當(dāng)分子間距離大于10r0時，分子間的作用力十分小，可以忽略。所以當(dāng)乙從較遠(yuǎn)處向甲盡量靠近的過程中，分子力先是對乙做正功，后是

18、分子力對乙做負(fù)功或者乙克服分子力做功。而由做功與分子勢能變化的關(guān)系知道，若分子力做正功，分子勢能減小，若分子力做負(fù)功，分子勢能增加。因此當(dāng)乙盡量向甲靠近的過程中，分子勢能是先減小后增大。 答案：D 【例5－2】 在某變化過程中，兩個分子間相互作用的勢能在增大，則(　　) A．兩個分子之間的距離可能保持不變 B．兩個分子之間的距離一定在增大 C．兩個分子之間的距離一定在減小 D．兩個分子之間的距離可能在增大也可能在減小 解析：若分子從平衡位置開始移動，不論距離增大，還是減小，分子力都做負(fù)功，兩個分子間相互作用的勢能都在增大；反之，兩個分子間相互作用的勢能都在增大，分子間距離可能增大

19、，也可能減小，應(yīng)選擇D。 答案：D 6．內(nèi)能重點內(nèi)容和思想方法 本節(jié)內(nèi)容綜合性較強，分子勢能與分子間作用力與距離關(guān)系問題涉及力做功和能量轉(zhuǎn)化的內(nèi)容，在高考當(dāng)中還常常把物體內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化也作為考查要點，要引起足夠重視。 本節(jié)學(xué)習(xí)的重點是使學(xué)生掌握三個概念(分子平均動能、分子勢能、物體內(nèi)能)，掌握三個物理規(guī)律(溫度與分子平均動能的關(guān)系、分子勢能與分子間距離的關(guān)系、熱傳遞與功的關(guān)系)。 在對分子平均動能與溫度關(guān)系的學(xué)習(xí)中，滲透統(tǒng)計的方法。分子間勢能與分子間距離關(guān)系和做功與熱傳遞關(guān)系要相互滲透歸納。 綜合應(yīng)用：以給出圖象為背景提示的題目，考查分子間作用力(分子動理論)、分子勢能

20、(內(nèi)能的確定因素之一)以及有關(guān)的力學(xué)規(guī)律等綜合知識。圖象反映的變化曲線是分子力的變化規(guī)律，其決定了分子運動過程中加速度的變化規(guī)律，而加速度是反映速度變化快慢的物理量，加速度的大小和速度的大小并無確定的關(guān)系，加速度最大，而速度并非最大；加速度為零，而速度可能最大。抓住分子間距為r0這個特殊位置，在r0處分子引力與分子斥力相等，分子間作用力為零，分子勢能最小。 【例6－1】 (1)根據(jù)分子動理論和熱力學(xué)定律，下列說法正確的是(　　) A．布朗運動是懸浮在液體中固體顆粒的分子無規(guī)則運動的反映 B．固體壓縮后撤力恢復(fù)原狀，是由于分子間存在著斥力 C．使密閉氣球內(nèi)氣體的體積減小，氣體的內(nèi)能可能

21、增加 D．可以利用高科技手段，將散失在環(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來加以利用而不引起其他變化 解析：(1)布朗運動是懸浮在液體中“固體顆?！钡臒o規(guī)則運動，是液體分子無規(guī)則運動的反映，選項A錯誤；固體壓縮后撤力恢復(fù)原狀，是由于分子間存在著斥力，選項B正確；使密閉氣球內(nèi)氣體的體積減小，必須壓縮氣體對氣體做功，氣體的內(nèi)能可能增加，選項C正確；不可以利用高科技手段，將散失在環(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來加以利用而不引起其他變化，選項D錯誤。 答案：BC 【例6－2】 一木塊靜止在光滑的水平面上，被水平方向飛來的子彈擊中的過程中，子彈進入木塊的深度為2 cm，木塊相對于桌面移動了1 cm。設(shè)木塊對子彈的阻力恒定，則產(chǎn)生的內(nèi)能和子彈損失的動能之比為(　　) A．1∶1　　　　　　　　　　　B．2∶3 C．1∶2 D．1∶3 解析：子彈損失的動能等于子彈克服阻力所做的功，子彈的位移為打入深度d和木塊移動的距離L之和，有ΔEk＝F(d＋L)，產(chǎn)生的內(nèi)能為Q＝Fd，故有＝＝＝。 答案：B 5