《2017-2018學(xué)年高中物理 第七章 分子動理論 第5節(jié) 內(nèi)能教學(xué)案 新人教版選修3-3》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2017-2018學(xué)年高中物理 第七章 分子動理論 第5節(jié) 內(nèi)能教學(xué)案 新人教版選修3-3（10頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第5節(jié) 內(nèi)能 　　　　　　　　　　　　　　　　1.做熱運(yùn)動的分子具有的動能，即為分子動能。 2．所有分子動能的平均值叫分子平均動能，溫度是分子平均動能的標(biāo)志。 3．分子勢能由分子間的相對位置決定，從宏觀上看，分子勢能與物體的體積有關(guān)。 4．物體中所有分子的熱運(yùn)動動能與分子勢能的總和叫做物體的內(nèi)能。 5．物體的內(nèi)能大小由物質(zhì)的量、物體的溫度及物體的體積共同決定。 一、分子動能 1．定義 由于分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動而具有的能。 2．分子的平均動能 所有分子熱運(yùn)動動能的平均值。 3．溫度的微觀意義 溫度是分子熱運(yùn)動的平均動能的標(biāo)志。 二、分子勢能

2、 1．定義：由分子間的分子力和分子間的相互位置決定的能。 2．決定因素 (1)宏觀上：分子勢能的大小與物體的體積有關(guān)。 (2)微觀上：分子勢能與分子之間的距離有關(guān)。 3．分子勢能與分子間距離的關(guān)系 (1)當(dāng)r>r0時，分子力表現(xiàn)為引力，若r增大，需克服引力做功，分子勢能增大。 (2)當(dāng)r

3、則物體的每個分子的動能都大。(×) (2)20 ℃的水和20 ℃的銅的分子平均動能相同。(√) (3)物體的體積增大，分子勢能增大，體積減小，分子勢能減小。(×) (4)物體運(yùn)動的速度越快，內(nèi)能越大。(×) (5)某種物體的溫度是0 ℃，說明物體中分子的平均動能為零。(×) (6)分子力做正功，分子勢能減小。(√) 2．合作探究——議一議 (1)在熱現(xiàn)象的研究中，為什么研究單個分子的動能沒有意義，而是要研究所有分子的動能的平均值？ 提示：物體內(nèi)分子是大量的，各個分子的速度大小不同，因此，每個分子的動能大小不同，并且還在不斷地改變。由于熱現(xiàn)象是大量分子熱運(yùn)動的結(jié)果，因此研究單個分

4、子運(yùn)動的動能沒有意義，而是要研究大量分子運(yùn)動的平均動能。 (2)物體做加速運(yùn)動時，其內(nèi)能是否一定增大？ 提示：不一定。物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子的熱運(yùn)動動能和分子勢能之和。物體做加速運(yùn)動對應(yīng)物體的動能增大，但物體的內(nèi)能有可能增大、不變或減小。 (3)為什么說任何物體在任何情況下都有內(nèi)能？ 提示：內(nèi)能是物體中所有分子熱運(yùn)動的動能與分子勢能的總和，由于組成物體的分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動，所以任何物體的分子都具有動能；分子間有相互作用的引力和斥力，因此分子間還有分子勢能，所以說任何物體在任何情況下都有內(nèi)能。 對溫度及分子動能的理解 1．單個分子的動能 (1)分子在永

5、不停息地做無規(guī)則熱運(yùn)動，每個分子的動能時刻發(fā)生變化。 (2)熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運(yùn)動的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，研究單個分子的動能沒有實(shí)際意義。 2．分子的平均動能 (1)溫度是大量分子無規(guī)則熱運(yùn)動的宏觀表現(xiàn)，具有統(tǒng)計(jì)意義。溫度升高，分子的平均動能增大，但不是每個分子的動能都增大，個別分子的動能可能減小，但總體上所有分子的動能之和一定是增加的。 (2)由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量一般不同，所以同一溫度下，不同物質(zhì)的分子熱運(yùn)動的平均動能相同，但平均速率一般不同。 1．當(dāng)物體的溫度升高時，下列說法中正確的是(　　) A．每個分子的溫度都升高 B．每個分子的熱運(yùn)動都加劇 C．每個分子的動能都增大

6、D．物體分子的平均動能增大 解析：選D　溫度是分子平均動能的標(biāo)志，溫度升高，分子平均動能增加；溫度降低，分子平均動能減少；但并不是每個分子的動能都變化，溫度是大量分子的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對少數(shù)幾個分子談溫度是沒有意義的，故D對。 2．一塊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：選D　兩物體溫度相等，說明它們分子的平均動能相等，因?yàn)闇囟仁欠肿舆\(yùn)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

7、子數(shù)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(yùn)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。故選D。 3．關(guān)于分子動能，正確的說法是(　　) A．某種物體的溫度是0 ℃，說明物體中分子的平均動能為零 B．物體溫度升高時，每個分子的動能都增大 C．物體溫度升高時速率小的分子數(shù)目減少，速率大的分子數(shù)目增多 D．物體的運(yùn)動速度越大，則物體的溫度越高 解析：選C　溫度是分子平均動能的標(biāo)志，分子在永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動

8、，物體中分子的平均動能不可能為零，A錯誤。物體溫度降低時，分子平均動能減小，但對于單個分子，其動能可能減小，也可能增大，故B錯誤；物體溫度升高時，分子的平均動能增大，即速率大的分子數(shù)增多，速率小的分子數(shù)減少，C正確；物體運(yùn)動速度的變化改變的是機(jī)械能，與分子的熱運(yùn)動無關(guān)，D錯誤。 對分子勢能的理解 用圖像法分析分子勢能的變化 圖7-5-1 分子勢能與距離的關(guān)系可用下面框圖來表示，用此框圖來幫助解題，抓住距離為r0時，分子勢能最小的特點(diǎn)，解題非常簡捷。 [典例]　(2016·濟(jì)南三模)如圖7-5-2所示，甲分子固定于坐標(biāo)原點(diǎn)O，乙分子從無窮遠(yuǎn)a處由靜止釋放，在分子

9、力的作用下靠近甲。圖中b點(diǎn)合外力表現(xiàn)為引力，且為數(shù)值最大處，d點(diǎn)是分子靠得最近處。則下列說法正確的是(　　) 圖7-5-2 A．乙分子在a點(diǎn)勢能最小 B．乙分子在b點(diǎn)動能最大 C．乙分子在c點(diǎn)動能最大 D．乙分子在d點(diǎn)加速度為零 [解析]　乙分子由a運(yùn)動到c，分子力表現(xiàn)為引力，分子力做正功，動能增大，分子勢能減小，所以乙分子在c處分子勢能最小，在c處動能最大，故A、B錯誤，C正確；由題圖可知，乙在d點(diǎn)時受到的分子力最大，所以乙分子在d處的加速度最大，故D錯誤。 [答案]　C (1)分子勢能在平衡位置有最小值，無論分子間距離如何變化，靠近平衡位置，分子勢能減小，反之增大。

10、 (2)判斷分子勢能的變化有兩種方法 ①看分子力的做功情況。 ②直接由分子勢能與分子間距離的關(guān)系圖線判斷，但要注意其和分子力與分子間距離的關(guān)系圖線的區(qū)別。　　　　 1．當(dāng)分子間距離從平衡位置(r＝r0)處增大或減小時，分子勢能的變化情況是(　　) A．分子間的距離增大，勢能增大，分子間距離減小，勢能減小 B．分子間距離增大，勢能先增大后減小 C．分子間距離增大，勢能先減小后增大 D．不論是距離增大還是減小，勢能均增大 解析：選D　分子勢能的變化決定于分子力做功情況，若分子力做負(fù)功，則分子勢能增大。分子間距離大于r0，分子力表現(xiàn)為引力，分子間距離從r0處增大，故分子力

11、做負(fù)功，分子勢能增大；分子間距離小于r0，分子力表示為斥力，分子間距離從r0減小，故分子力做負(fù)功，分子勢能增大。故D項(xiàng)正確。 2．(多選)如圖7-5-3所示，甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O，乙分子位于x軸上，甲分子對乙分子的作用力與兩分子間的距離的關(guān)系如圖中曲線所示。F＞0為斥力，F(xiàn)＜0為引力。a、b、c、d為x軸上的四個特定的位置?，F(xiàn)把乙分子從a處由靜止釋放，則(　　) 圖7-5-3 A．乙分子由a到b做加速運(yùn)動，由b到c做減速運(yùn)動 B．乙分子由a到c做加速運(yùn)動，到達(dá)c時速度最大 C．乙分子由a到b的過程中，兩分子間的分子勢能一直減小 D．乙分子由b到d的過程中，兩分子間的分子勢能一

12、直增大 解析：選BC　乙分子由a運(yùn)動到c的過程，一直受到甲分子的引力作用而做加速運(yùn)動，到c時速度達(dá)到最大，而后受甲的斥力作用做減速運(yùn)動，A錯B對。乙分子由a到b的過程所受引力做正功，分子勢能一直減小，C正確。而乙分子從b到d的過程，先是引力做正功，分子勢能減少，后來克服斥力做功，分子勢能增加，故D錯。所以B、C正確。 3．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(　　) 解析：選B　當(dāng)r＝r0時引力與斥力的合力為零，即分子力為零，A、D錯；當(dāng)分子間的距離大于或小于r0時，分子力做負(fù)功，分子勢能增加，r＝r0時分子勢能最小，B對，C錯。

13、 對內(nèi)能的理解 1．對內(nèi)能的理解 (1)內(nèi)能是對大量分子而言的，對單個分子來說無意義。 (2)某種物體的內(nèi)能在宏觀上是由物質(zhì)的量、溫度和體積決定的；微觀上由分子數(shù)、分子平均動能和分子間的距離決定。 (3)物體的內(nèi)能跟物體的機(jī)械運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。 2．內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別和聯(lián)系 內(nèi)能 機(jī)械能 對應(yīng)的運(yùn)動形式 微觀分子熱運(yùn)動 宏觀物體機(jī)械運(yùn)動 能量常見形式 分子動能、分子勢能 物體動能、重力或彈性勢能 能量存在原因 由物體內(nèi)大量分子的無規(guī)則熱運(yùn)動和分子間相對位置決定 由物體做機(jī)械運(yùn)動和物體形變或與地球的相對位置決定 影響因素 物質(zhì)的量、物體的溫度和體積及物態(tài)

14、 物體的機(jī)械運(yùn)動的速度、離地高度或相對于零勢能面的高度或彈性形變 是否為零 永遠(yuǎn)不能等于零 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 [典例]　(多選)關(guān)于內(nèi)能和機(jī)械能的下列說法，正確的是 (　　) A．機(jī)械能增大的物體，其內(nèi)能一定增大 B．物體的機(jī)械能損失時，內(nèi)能卻可能增加 C．物體的內(nèi)能損失時，機(jī)械能必然會減小 D．物體的機(jī)械能可以為零，內(nèi)能不可以為零 [思路點(diǎn)撥]　 (1)物體的動能與質(zhì)量和速度有關(guān)，分子平均動能與溫度有關(guān)，兩者沒有必然聯(lián)系。 (2)物體的機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但分子平均動能不可能變?yōu)榱悖蕛?nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械

15、能。 [解析]　內(nèi)能和機(jī)械能是兩種不同形式的能，內(nèi)能由物體分子狀態(tài)決定，而機(jī)械能由物體的質(zhì)量、宏觀速度、相對地面高度或彈性形變程度決定，二者決定因素是不同的。物體被舉高，機(jī)械能增大，若溫度降低，內(nèi)能可能減小，故A錯誤；物體克服空氣阻力勻速下降，機(jī)械能減小，而摩擦生熱，物體溫度升高，內(nèi)能會增大，故B正確；物體靜止時，溫度降低，內(nèi)能減小，而物體的機(jī)械能不變，故C錯誤；物體內(nèi)分子永不停息地運(yùn)動，內(nèi)能不可能為零，故D正確。 [答案]　BD 內(nèi)能與熱量的區(qū)別 (1)內(nèi)能：物體內(nèi)所有分子的動能和勢能的總和，內(nèi)能是由大量分子的熱運(yùn)動和分子之間相對位置所決定的能量。 (2)熱量：是指熱傳遞過程中

16、內(nèi)能的改變量。熱量用來量度熱傳遞過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的數(shù)量。一個物體的內(nèi)能是無法測定的，而在某種過程中物體內(nèi)能的變化卻是可以測定的，熱量就是用來測定在熱傳遞過程中內(nèi)能變化的一個物理量。　　　　 1．氣體內(nèi)能是所有氣體分子熱運(yùn)動動能和勢能的總和，其大小與氣體的狀態(tài)有關(guān)，分子熱運(yùn)動的平均動能與分子間勢能分別取決于氣體的(　　) A．溫度和體積　　　　　 B．體積和壓強(qiáng) C．溫度和壓強(qiáng) D．壓強(qiáng)和溫度 解析：選A　由于溫度是分子平均動能的標(biāo)志，所以氣體分子的動能宏觀上取決于溫度；分子勢能是由于分子間引力和分子間距離共同決定，宏觀上取決于氣體的體積。因此A正確。 2．關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說

17、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(yùn)動物體的內(nèi)能一定大于靜止物體的內(nèi)能 解析：選C　因內(nèi)能是指組成物體的所有分子的熱運(yùn)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(xiàng)A錯誤。內(nèi)能與機(jī)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(yùn)動”還是“靜止”沒有關(guān)系，故選項(xiàng)B、D錯誤。一定質(zhì)量的0 ℃的水結(jié)成0 ℃的冰，放出熱量，使得內(nèi)能減小，故選項(xiàng)C正確。 3．(多選)關(guān)于質(zhì)量和溫度均相同的一杯水和一個鋼球，

18、下列說法正確的是(　　) A．它們的內(nèi)能一定相同 B．它們的分子平均動能一定相同 C．它們的分子的平均速率一定相同 D．把鋼球置于水中，它們各自的內(nèi)能一定不變 解析：選BD　水和鋼球溫度相同，分子的平均動能相同，故B對；但水分子、鋼球分子質(zhì)量不同，平均速率不同，C錯；水和鋼球分子勢能不一定相同，內(nèi)能可能不同，故A錯；由于兩者溫度相等，不會發(fā)生熱傳遞現(xiàn)象，所以它們的內(nèi)能各自保持不變，D對。 1．(多選)有關(guān)“溫度”的概念，下列說法中正確的是(　　) A．溫度反映了每個分子熱運(yùn)動的劇烈程度 B．溫度是分子平均動能的標(biāo)志 C．一定質(zhì)量的某種物質(zhì)，內(nèi)能增加，溫度一定升高 D

19、．溫度升高時物體的某個分子的動能可能減小 解析：選BD　溫度是分子平均動能大小的標(biāo)志，而對某個確定的分子來說，其熱運(yùn)動的情況無法確定，不能用溫度來衡量。故A錯而B、D對。溫度不升高而僅使分子的勢能增加，也可以使物體內(nèi)能增加，冰融化為同溫度的水就是一個例證，故C錯。 2．一定質(zhì)量的0 ℃的水在凝結(jié)成0 ℃的冰的過程中，體積變大，它內(nèi)能的變化是(　　) A．分子平均動能增加，分子勢能減少 B．分子平均動能減小，分子勢能增加 C．分子平均動能不變，分子勢能增加 D．分子平均動能不變，分子勢能減少 解析：選D　溫度相同，分子的平均動能相同，體積改變，分子勢能發(fā)生了變化。由于不清楚由水變成

20、冰分子力做功的情況，不能從做功上來判斷。水變成冰是放出熱量的過程，因此說勢能減少。D對。 3．下面有關(guān)機(jī)械能和內(nèi)能的說法中正確的是(　　) A．機(jī)械能大的物體，內(nèi)能一定也大 B．物體做加速運(yùn)動時，其運(yùn)動速度越來越大，物體內(nèi)分子平均動能必增大 C．物體降溫時，其機(jī)械能必減少 D．摩擦生熱是機(jī)械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化 解析：選D　機(jī)械能與內(nèi)能有著本質(zhì)的區(qū)別，對于同一物體，機(jī)械能是由其宏觀運(yùn)動速度和相對高度決定的，而內(nèi)能是由物體內(nèi)部分子無規(guī)則運(yùn)動和聚集狀態(tài)決定的。 4．(多選)兩分子間的斥力和引力的合力F與分子間距離r的關(guān)系如圖1中曲線所示，曲線與r軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為r0。相距很遠(yuǎn)的兩分子在分子

21、力作用下，由靜止開始相互接近。若兩分子相距無窮遠(yuǎn)處時分子勢能為零，下列說法正確的是(　　) 圖1 A．在r＞r0階段，F(xiàn)做正功，分子動能增加，勢能減小 B．在r＜r0階段，F(xiàn)做負(fù)功，分子動能減小，勢能也減小 C．在r＝r0時，分子勢能最小，動能最大 D．在r＝r0時，分子勢能為零 解析：選AC　在r＞r0階段，兩分子間的斥力和引力的合力F表現(xiàn)為引力，兩分子在分子力作用下，由靜止開始相互接近，F(xiàn)做正功，分子動能增加，勢能減小，選項(xiàng)A正確；在r＜r0階段，兩分子間的斥力和引力的合力F表現(xiàn)為斥力，F(xiàn)做負(fù)功，分子動能減小，勢能增大，選項(xiàng)B錯誤；在r＝r0時，分子勢能最小，動能最大，選項(xiàng)

22、C正確；在整個過程中，只有分子力做功，分子動能和勢能之和保持不變，在r＝r0時，分子勢能為負(fù)值，選項(xiàng)D錯誤。 5．(多選)回收“神舟十號”飛船的過程中，飛船在軌道上運(yùn)行的高度逐漸降低進(jìn)入大氣層，最后安全著陸。由于與大氣的高速摩擦，使得飛船殼體外表溫度上升到近二千攝氏度，從分子動理論和能量方面下列理解正確的是(　　) A．飛船殼體材料每個分子的動能均增大 B．飛船殼體材料分子的平均動能增大 C．飛船的內(nèi)能向機(jī)械能轉(zhuǎn)化 D．飛船的機(jī)械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化 解析：選BD　本題以飛船與大氣摩擦為背景，考查了分子動能、分子平均動能、物體內(nèi)能及其變化等相關(guān)知識，重點(diǎn)考查的是溫度的微觀意義(溫度是分子平

23、均動能的標(biāo)志)。飛船殼體外表溫度升高，說明分子的平均動能增大，故A錯，B對；飛船的高度逐漸降低，與大氣高速摩擦，機(jī)械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化，故C錯，D對。 6．(多選)兩個相距較遠(yuǎn)的分子僅在分子力作用下由靜止開始運(yùn)動，直至不再靠近。在此過程中，下列說法正確的是________。(填正確答案標(biāo)號) 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．分子勢能和動能之和不變 解析：選BCE　本題考查分子力、分子力做功和分子勢能的概念，意在考查考生對分子力、分子力做功與分子勢能關(guān)系的掌握情況。分子力應(yīng)先增大，后減小，再增大，所以

24、A選項(xiàng)錯；分子力先為引力，做正功，再為斥力，做負(fù)功，B選項(xiàng)正確；根據(jù)動能定理可知分子動能先增大后減小，分子勢能先減小后增大，分子動能和分子勢能之和保持不變，所以C、E選項(xiàng)正確，D錯誤。 7．一木塊靜止在光滑的水平面上，被水平方向飛來的子彈擊中，子彈進(jìn)入木塊的深度為d，此時木塊相對于水平面移動了L，設(shè)木塊對子彈的阻力恒為F，求產(chǎn)生的內(nèi)能和子彈損失的動能之比。 解析：產(chǎn)生的內(nèi)能等于阻力與兩者相對位移大小的乘積，即Q＝F·d 子彈損失的動能等于它克服阻力所做的功，在子彈受到阻力的過程，它發(fā)生的位移等于打入深度d與木塊移動的距離L之和，則有E損＝F·(d＋L) 所以Q：E損＝d：(d＋L)

25、 答案：d：(d＋L) 8．重1 000 kg的氣錘從2.5 m高處落下，打在質(zhì)量為200 kg的鐵塊上，要使鐵塊的溫度升高40 ℃，氣錘至少應(yīng)落下多少次？設(shè)氣錘撞擊鐵塊時60%的機(jī)械能損失用來升高鐵塊的溫度[取g＝10 m/s2，鐵的比熱容c＝0.462×103 J/(kg·℃)]。 解析：氣錘從2.5 m高處下落到鐵塊上損失的機(jī)械能：ΔE＝mgh＝1 000×10×2.5 J＝2.5×104 J。 氣錘撞擊鐵塊后用來升高鐵塊溫度的能量為： Wη＝W×60%＝1.5×104 J。 使鐵塊溫度升高40 ℃所需的熱量 Q＝cmΔt＝0.462×103×200×40 J ＝3.696×106 J。 設(shè)氣錘應(yīng)下落n次，才能使鐵塊溫度升高40 ℃，則由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律得n·Wη＝Q。 所以，n＝＝＝246.4。 所以至少需要247次才能使鐵塊溫度升高40 ℃。 答案：247次 10