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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(fù)(填“正”或“負(fù)”)功,分子勢能增大(填“增大”或“減小”).
(2)當(dāng)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→∞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??;當(dāng)r=r0時,分子力為零,分子勢能最小;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,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(rèn)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( )
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,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??;當(dāng)分子力做負(fù)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(fù)功,分子勢能增大.
(2)當(dāng)rr0時,分子力表現(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(yuǎn)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(fù)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(yuǎn)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rmN>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,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.
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