高中物理第七章分子动理论第5节内能教学案新人教版选修33.docx
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高中物理第七章分子动理论第5节内能教学案新人教版选修33
第5节内能
1.做热运动的分子具有的动能,即为分子动能。
2.所有分子动能的平均值叫分子平均动能,温度是分子平均动能的标志。
3.分子势能由分子间的相对位置决定,从宏观上看,分子势能与物体的体积有关。
4.物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和叫做物体的内能。
5.物体的内能大小由物质的量、物体的温度及物体的体积共同决定。
一、分子动能
1.定义
由于分子永不停息地做无规则运动而具有的能。
2.分子的平均动能
所有分子热运动动能的平均值。
3.温度的微观意义
温度是分子热运动的平均动能的标志。
二、分子势能
1.定义:
由分子间的分子力和分子间的相互位置决定的能。
2.决定因素
(1)宏观上:
分子势能的大小与物体的体积有关。
(2)微观上:
分子势能与分子之间的距离有关。
3.分子势能与分子间距离的关系
(1)当r>r0时,分子力表现为引力,若r增大,需克服引力做功,分子势能增大。
(2)当r (3)当r=r0时,分子力为零,分子势能最小。 三、内能 1.定义 物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。 2.决定因素 物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定。 1.自主思考——判一判 (1)温度高则物体的每个分子的动能都大。 (×) (2)20℃的水和20℃的铜的分子平均动能相同。 (√) (3)物体的体积增大,分子势能增大,体积减小,分子势能减小。 (×) (4)物体运动的速度越快,内能越大。 (×) (5)某种物体的温度是0℃,说明物体中分子的平均动能为零。 (×) (6)分子力做正功,分子势能减小。 (√) 2.合作探究——议一议 (1)在热现象的研究中,为什么研究单个分子的动能没有意义,而是要研究所有分子的动能的平均值? 提示: 物体内分子是大量的,各个分子的速度大小不同,因此,每个分子的动能大小不同,并且还在不断地改变。 由于热现象是大量分子热运动的结果,因此研究单个分子运动的动能没有意义,而是要研究大量分子运动的平均动能。 (2)物体做加速运动时,其内能是否一定增大? 提示: 不一定。 物体的内能是指物体内所有分子的热运动动能和分子势能之和。 物体做加速运动对应物体的动能增大,但物体的内能有可能增大、不变或减小。 (3)为什么说任何物体在任何情况下都有内能? 提示: 内能是物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和,由于组成物体的分子永不停息地做无规则运动,所以任何物体的分子都具有动能;分子间有相互作用的引力和斥力,因此分子间还有分子势能,所以说任何物体在任何情况下都有内能。 对温度及分子动能的理解 1.单个分子的动能 (1)分子在永不停息地做无规则热运动,每个分子的动能时刻发生变化。 (2)热现象是大量分子无规则运动的统计结果,研究单个分子的动能没有实际意义。 2.分子的平均动能 (1)温度是大量分子无规则热运动的宏观表现,具有统计意义。 温度升高,分子的平均动能增大,但不是每个分子的动能都增大,个别分子的动能可能减小,但总体上所有分子的动能之和一定是增加的。 (2)由于不同物质的分子质量一般不同,所以同一温度下,不同物质的分子热运动的平均动能相同,但平均速率一般不同。 1.当物体的温度升高时,下列说法中正确的是( ) A.每个分子的温度都升高 B.每个分子的热运动都加剧 C.每个分子的动能都增大 D.物体分子的平均动能增大 解析: 选D 温度是分子平均动能的标志,温度升高,分子平均动能增加;温度降低,分子平均动能减少;但并不是每个分子的动能都变化,温度是大量分子的统计结果,对少数几个分子谈温度是没有意义的,故D对。 2.一块100℃的铁与一块100℃的铝相比,以下说法中正确的是( ) A.铁的分子动能之和与铝的分子动能之和相等 B.铁的每个分子动能与铝的每个分子动能相等 C.铁分子的平均速率与铝分子的平均速率相等 D.以上说法均不正确 解析: 选D 两物体温度相等,说明它们分子的平均动能相等,因为温度是分子运动平均动能的标志;由于没有说明铁与铝的质量,只有当它们所含分子数目一样时,分子总动能才相等,故A错;分子平均动能相等,但对每个分子而言,它运动的速率是变化的,且每个分子的速率都是不同的,有的快也有的慢,所以每个分子的动能相等的说法不正确,故B错;虽然分子的平均动能相等,但铁分子、铝分子质量不同,因此分子平均速率不等,所以C错。 故选D。 3.关于分子动能,正确的说法是( ) A.某种物体的温度是0℃,说明物体中分子的平均动能为零 B.物体温度升高时,每个分子的动能都增大 C.物体温度升高时速率小的分子数目减少,速率大的分子数目增多 D.物体的运动速度越大,则物体的温度越高 解析: 选C 温度是分子平均动能的标志,分子在永不停息地做无规则运动,物体中分子的平均动能不可能为零,A错误。 物体温度降低时,分子平均动能减小,但对于单个分子,其动能可能减小,也可能增大,故B错误;物体温度升高时,分子的平均动能增大,即速率大的分子数增多,速率小的分子数减少,C正确;物体运动速度的变化改变的是机械能,与分子的热运动无关,D错误。 对分子势能的理解 用图像法分析分子势能的变化 图751 分子势能与距离的关系可用下面框图来表示,用此框图来帮助解题,抓住距离为r0时,分子势能最小的特点,解题非常简捷。 [典例] (2016·济南三模)如图752所示,甲分子固定于坐标原点O,乙分子从无穷远a处由静止释放,在分子力的作用下靠近甲。 图中b点合外力表现为引力,且为数值最大处,d点是分子靠得最近处。 则下列说法正确的是( ) 图752 A.乙分子在a点势能最小 B.乙分子在b点动能最大 C.乙分子在c点动能最大 D.乙分子在d点加速度为零 [解析] 乙分子由a运动到c,分子力表现为引力,分子力做正功,动能增大,分子势能减小,所以乙分子在c处分子势能最小,在c处动能最大,故A、B错误,C正确;由题图可知,乙在d点时受到的分子力最大,所以乙分子在d处的加速度最大,故D错误。 [答案] C (1)分子势能在平衡位置有最小值,无论分子间距离如何变化,靠近平衡位置,分子势能减小,反之增大。 (2)判断分子势能的变化有两种方法 ①看分子力的做功情况。 ②直接由分子势能与分子间距离的关系图线判断,但要注意其和分子力与分子间距离的关系图线的区别。 1.当分子间距离从平衡位置(r=r0)处增大或减小时,分子势能的变化情况是( ) A.分子间的距离增大,势能增大,分子间距离减小,势能减小 B.分子间距离增大,势能先增大后减小 C.分子间距离增大,势能先减小后增大 D.不论是距离增大还是减小,势能均增大 解析: 选D 分子势能的变化决定于分子力做功情况,若分子力做负功,则分子势能增大。 分子间距离大于r0,分子力表现为引力,分子间距离从r0处增大,故分子力做负功,分子势能增大;分子间距离小于r0,分子力表示为斥力,分子间距离从r0减小,故分子力做负功,分子势能增大。 故D项正确。 2.(多选)如图753所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子位于x轴上,甲分子对乙分子的作用力与两分子间的距离的关系如图中曲线所示。 F>0为斥力,F<0为引力。 a、b、c、d为x轴上的四个特定的位置。 现把乙分子从a处由静止释放,则( ) 图753 A.乙分子由a到b做加速运动,由b到c做减速运动 B.乙分子由a到c做加速运动,到达c时速度最大 C.乙分子由a到b的过程中,两分子间的分子势能一直减小 D.乙分子由b到d的过程中,两分子间的分子势能一直增大 解析: 选BC 乙分子由a运动到c的过程,一直受到甲分子的引力作用而做加速运动,到c时速度达到最大,而后受甲的斥力作用做减速运动,A错B对。 乙分子由a到b的过程所受引力做正功,分子势能一直减小,C正确。 而乙分子从b到d的过程,先是引力做正功,分子势能减少,后来克服斥力做功,分子势能增加,故D错。 所以B、C正确。 3.下列四幅图中,能正确反映分子间作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是( ) 解析: 选B 当r=r0时引力与斥力的合力为零,即分子力为零,A、D错;当分子间的距离大于或小于r0时,分子力做负功,分子势能增加,r=r0时分子势能最小,B对,C错。 对内能的理解 1.对内能的理解 (1)内能是对大量分子而言的,对单个分子来说无意义。 (2)某种物体的内能在宏观上是由物质的量、温度和体积决定的;微观上由分子数、分子平均动能和分子间的距离决定。 (3)物体的内能跟物体的机械运动状态无关。 2.内能与机械能的区别和联系 内能 机械能 对应的运动形式 微观分子热运动 宏观物体机械运动 能量常见形式 分子动能、分子势能 物体动能、重力或弹性势能 能量存在原因 由物体内大量分子的无规则热运动和分子间相对位置决定 由物体做机械运动和物体形变或与地球的相对位置决定 影响因素 物质的量、物体的温度和体积及物态 物体的机械运动的速度、离地高度或相对于零势能面的高度或弹性形变 是否为零 永远不能等于零 一定条件下可以等于零 联系 在一定条件下可以相互转化 [典例] (多选)关于内能和机械能的下列说法,正确的是( ) A.机械能增大的物体,其内能一定增大 B.物体的机械能损失时,内能却可能增加 C.物体的内能损失时,机械能必然会减小 D.物体的机械能可以为零,内能不可以为零 [思路点拨] (1)物体的动能与质量和速度有关,分子平均动能与温度有关,两者没有必然联系。 (2)物体的机械能可以全部转化为内能,但分子平均动能不可能变为零,故内能不可能全部转化为机械能。 [解析] 内能和机械能是两种不同形式的能,内能由物体分子状态决定,而机械能由物体的质量、宏观速度、相对地面高度或弹性形变程度决定,二者决定因素是不同的。 物体被举高,机械能增大,若温度降低,内能可能减小,故A错误;物体克服空气阻力匀速下降,机械能减小,而摩擦生热,物体温度升高,内能会增大,故B正确;物体静止时,温度降低,内能减小,而物体的机械能不变,故C错误;物体内分子永不停息地运动,内能不可能为零,故D正确。 [答案] BD 内能与热量的区别 (1)内能: 物体内所有分子的动能和势能的总和,内能是由大量分子的热运动和分子之间相对位置所决定的能量。 (2)热量: 是指热传递过程中内能的改变量。 热量用来量度热传递过程中内能转移的数量。 一个物体的内能是无法测定的,而在某种过程中物体内能的变化却是可以测定的,热量就是用来测定在热传递过程中内能变化的一个物理量。 1.气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和,其大小与气体的状态有关,分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的( ) A.温度和体积 B.体积和压强 C.温度和压强D.压强和温度 解析: 选A 由于温度是分子平均动能的标志,所以气体分子的动能宏观上取决于温度;分子势能是由于分子间引力和分子间距离共同决定,宏观上取决于气体的体积。 因此A正确。 2.关于物体的内能,下列说法中正确的是( ) A.水分子的内能比冰分子的内能大 B.物体所处的位置越高,分子势能就越大,内能越大 C.一定质量的0℃的水结成0℃的冰,内能一定减少 D.相同质量的两个同种物体,运动物体的内能一定大于静止物体的内能 解析: 选C 因内能是指组成物体的所有分子的热运动的动能与分子势能的总和,说单个分子的内能没有意义,故选项A错误。 内能与机
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