人教版高中物理选修3375《内能》word学案.docx

人教版高中物理选修3375《内能》word学案.docx

《人教版高中物理选修3375《内能》word学案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人教版高中物理选修3375《内能》word学案.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

人教版高中物理选修3375《内能》word学案

学案5　内能

[目标定位]1.知道温度是分子平均动能的标志.2.明确分子势能与分子间距离的关系.3.理解内能的概念及其决定因素.

一、分子动能

[问题设计]

分子处于永不停息的无规则运动中，因而具有动能.

（1）为什么研究分子动能的时候主要关心大量分子的平均动能？

（2）物体温度升高时，物体内每个分子的动能都增大吗？

（3）物体做高速运动时，其分子的平均动能会增大吗？

答案　

（1）分子动能是指单个分子热运动的动能，但分子是无规则运动的，因此各个分子的动能以及一个分子在不同时刻的动能都不尽相同，所以研究单个分子的动能没有意义，我们主要关心的是大量分子的平均动能.

（2）温度是大量分子无规则热运动的集体表现，含有统计的意义，对于个别分子，温度是没有意义的.所以物体温度升高时，个别分子的动能可能减小，也可能不变.（3）分子的平均动能与宏观物体运动的动能无关.

[要点提炼]

1.温度的理解

（1）在宏观上：

温度是物体冷热程度的标志.

（2）在微观上：

温度是物体分子热运动的平均动能的标志.

2.分子动能的理解

（1）由于分子热运动的速率大小不一，因而重要的不是系统中某个分子的动能大小，而是所有分子的动能的平均值，即分子热运动的平均动能.

（2）温度是大量分子平均动能的标志，但对个别分子没有意义.同一温度下，各个分子的动能不尽相同.

（3）分子的平均动能取决于物体的温度.

（4）分子的平均动能与宏观上物体的运动速度无关.（填“有”或“无”）.

二、分子势能

[问题设计]

功是能量转化的量度，分子力做功对应什么形式的能量变化呢？

答案　分子力做功对应分子势能的变化.

[要点提炼]

分子势能是由分子间相互位置决定的势能，它随着分子间距离r0的变化而变化，与分子间距离r0的关系为：

（1）当r>r0时，分子力表现为引力，r增大时，分子力做负（填“正”或“负”）功，分子势能增大（填“增大”或“减小”）.

（2）当r

（3）当r＝r0时，分子势能最小（填“最大”或“最小”）.

（4）如果取两个分子间相距无穷远时（此时分子间作用力可忽略不计）的分子势能为零，分子势能Ep与分子间距离r的关系可用如图1所示的实线表示（分子力F与分子间距离r的关系如图中虚线所示）.

图1

三、内能

[问题设计]

物体的内能随机械能的变化而变化吗？

内能可以变为零吗？

答案　物体的机械能变化时其温度和体积不一定变化，因此其内能不一定变化，两者之间没有必然联系.组成物体的分子在做永不停息的无规则运动，因此物体的内能不可能为零.

[要点提炼]

1.内能：

物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和.

2.任何物体在任何温度下都具有内能.因为一切物体都是由做永不停息的无规则运动的分子组成的.

3.内能的决定因素

（1）从微观上看，物体的内能大小由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间距离三个因素决定.

（2）从宏观上看，物体的内能由物体的物质的量、温度和体积三个因素决定.

4.内能与机械能的区别和联系

区别：

（1）物体的机械运动对应着机械能，热运动对应着内能.内能和机械能是两种不同形式的能量.

（2）内能是由物体内大量分子热运动的剧烈程度和分子间的距离决定的能量，是所有分子热运动动能和分子势能的总和.而机械能是由物体的机械运动速度、相对参考面的高度、物体形变大小等决定的能量，它是对宏观物体整体来说的.

联系：

物体具有内能的同时也可以具有机械能.当物体的机械能增加时，内能不一定（填“一定”或“不一定”）增加，但机械能与内能之间可以相互转化.

一、分子动能

例1

　关于分子的动能，下列说法中正确的是（　　）

A.物体运动速度大，物体内分子的动能一定大

B.物体的温度升高，物体内每个分子的动能都增大

C.物体的温度降低，物体内大量分子的平均动能一定减小

D.物体内分子的平均动能与物体做机械运动的速度大小无关

解析　分子的动能与机械运动的速度无关，温度升高，分子的平均动能一定增大，但对单个分子来讲，其动能可能增大也可能减小.

答案　CD

二、分子势能

例2

　甲、乙两分子相距较远（此时它们之间的分子力可以忽略），设甲固定不动，在乙逐渐向甲靠近直到不能再靠近的过程中，关于分子势能的变化情况，下列说法正确的是（　　）

A.分子势能不断增大B.分子势能不断减小

C.分子势能先增大后减小D.分子势能先减小后增大

解析　r>r0时，靠近时引力做正功，Ep减小；r

答案　D

针对训练　如图2所示为物体分子间相互作用力与分子间距离之间的关系图象.下列判断中正确的是（　　）

图2

A.当r

B.当r>r0时，r越小，则分子势能Ep越大

C.当r＝r0时，分子势能Ep最小

D.当r→∞时，分子势能Ep最小

解析　当rr0时，分子力表现为引力，r减小时分子力做正功，分子势能减小；当r＝r0时，分子力为零，分子势能最小；当r→∞时，分子势能为零，但不是最小.故正确答案为A、C.

答案　AC

三、内能

例3

　下列说法正确的是（　　）

A.铁块熔化成铁水的过程中，温度不变，内能也不变

B.物体运动的速度增大，则物体中分子热运动的平均动能增大，物体的内能增大

C.A、B两物体接触时有热量从物体A传到物体B，这说明物体A的内能大于物体B的内能

D.A、B两物体的温度相同时，A、B两物体的内能可能不同，分子的平均速率也可能不同

解析　解答本题的关键是对温度和内能这两个概念的理解.温度是分子热运动的平均动能的标志，内能是所有分子热运动动能和分子势能的总和，故温度不变时，内能可能变化，A项错误.两物体温度相同，内能可能不同，分子的平均动能相同，但由

＝

m

2知，分子的平均速率

可能不同，故D项正确.最易出错的是认为有热量从A传到B，A的内能肯定大，其实有热量从A传到B，只说明A的温度高，内能大小还要看它们的总分子数和分子势能这些因素，故C项错误.机械运动的速度与分子热运动的平均动能无关，故B项错误.故正确答案为D.

答案　D

1.（分子动能）关于温度与分子动能的关系，下列说法正确的是（　　）

A.某物体的温度为0℃，说明物体中分子的平均动能为零

B.温度是分子热运动平均动能的标志

C.温度较高的物体，其分子平均动能较大，则分子的平均速率也较大

D.物体的运动速度越大，则物体的温度越高

答案　B

解析　某物体温度是0℃，物体中分子的平均动能并不为零，因为分子在永不停息地运动，A错误；温度是分子热运动平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大，由Ek＝

mv2.知分子平均速率不一定大，B正确，C错误；物体内分子无规则热运动的速度与机械运动的速度无关，物体的运动速度越大，不能代表物体内部分子的热运动越激烈，所以物体的温度不一定高，D错误.

2.（分子势能）分子间距增大时，分子势能将（　　）

A.增大B.减小

C.不变D.不能确定

答案　D

解析　分子势能的变化与分子力做功紧密联系；当分子力做正功时，分子势能减小；当分子力做负功时，分子势能增大.

（1）当r>r0时，分子间的作用力为引力，将分子间距离增大时，分子力做负功，分子势能增大.

（2）当r

经以上分析可知本题D选项正确.

3.（内能）设r＝r0时分子间作用力为零，则在一个分子从远处以某一动能向另一个分子靠近的过程中，下列说法中正确的是（　　）

A.r＞r0时，分子力做正功，分子动能增大，分子势能减小

B.r＝r0时，分子动能最大，分子势能最小

C.r＜r0时，分子力做负功，分子动能减小，分子势能增大

D.以上均不对

答案　ABC

解析　一个分子从远处向另一个分子靠近，它们之间的作用力先为引力后为斥力，故先做正功后做负功，那么分子势能先减小后增大，而动能正好相反，先增大后减小；当r＝r0时，势能最小，动能最大.

4.（内能）关于物体的内能，下列说法中正确的是（　　）

A.机械能可以为零，但内能永远不为零

B.温度相同、质量相同的物体具有相同的内能

C.温度越高，物体的内能越大

D.0°C的冰的内能与等质量的0°C的水的内能相等

答案　A

解析　机械能是宏观能量，当物体的动能和势能均为零时，机械能就为零；而物体内的分子在永不停息地做无规则运动，且存在相互作用力，所以物体的内能永不为零，A项对；物体的内能与物质的量、温度和体积有关，B、C、D三项错误，故选A.

内能

题组一　分子动能

1.关于温度，下列说法正确的是（　　）

A.温度升高，每个分子的动能都增大

B.物体运动速度越大，分子总动能越大，因而物体温度也越高

C.一个分子运动的速率越大，该分子的温度越高

D.温度是大量分子无规则热运动的平均动能的标志

答案　D

解析　温度升高，分子的平均动能变大，而不是每个分子的动能都变大，故A错.物体宏观运动的速度对应的是机械能（动能），与分子无规则热运动的平均动能无关，与物体的温度无关，B错；温度是对大量分子而言的，是统计、平均的概念，对单个分子无意义，C错.

2.下列说法中正确的是（　　）

A.只要温度相同，任何物体分子的平均动能都相同

B.分子动能指的是由于分子定向运动具有的能

C.10个分子的动能和分子势能的总和就是这10个分子的内能

D.温度高的物体中的每一个分子的运动速率一定大于温度低的物体中的每一个分子的运动速率

答案　A

解析　温度相同，物体分子的平均动能相同，故A正确；分子动能指的是由于分子做无规则热运动而具有的能，B错误；物体内能是对大量分子而言的，对于10个分子无意义，故C错误；温度高的物体分子的平均运动速率大（相同物质），但具体的每一个分子的运动速率是不确定的，可能大于平均运动速率，也可能等于平均运动速率，也可能小于平均运动速率，故D错误.

题组二　分子势能

3.关于分子势能和物体体积的关系，下列说法中正确的是（　　）

A.当物体体积增大时，其分子势能必定增大

B.当物体体积增大时，其分子势能不一定增大

C.当物体体积减小时，其分子势能必定减小

D.当物体体积不变时，其分子势能一定不变

答案　BD

解析　物体的分子势能与体积不是单值对应的关系，分子势能相同，体积不一定相同，而体积不变，分子势能一定不变.

4.下列分子势能一定减小的情况是（　　）

A.分子间距离减小时

B.分子间表现为斥力且分子间距离增大时

C.分子动能增大时

D.分子间作用力做负功时

答案　B

解析　当分子间距离减小时，分子间的作用力可能做正功，也可能做负功，所以分子势能可能增大也可能减小，A错误；当分子间表现为斥力且分子间距离增大时，分子间的作用力做正功，分子势能减小，B正确；分子动能与分子势能没有关系，C错误；分子间的作用力做负功时，分子势能增大，D错误.

5.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（　　）

答案　B

解析　当rr0时，分子力表现为引力，随分子间距离r增大，分子势能Ep增大；当r＝r0时，分子力为零，此时分子势能最小.故选项B正确.

6.两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不再靠近.在此过程中，下列说法正确的是（　　）

A.分子力先增大，后一直减小

B.分子力先做正功，后做负功

C.分子动能先增大，后减小

D.分子势能先增大，后减小

E.分子势能和分子动能之和不变

答案　BCE

解析　两分子从相距较远处仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不再靠近的过程中，分子力先表现为分子引力后表现为分子斥力，分子间距离r>r0时，随着距离r的减小，分子力先增大后减小，分子间距离r

题组三　内能

7.下列说法正确的是（　　）

A.分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能

B.物体的分子势能由物体的温度和体积决定

C.物体的速度增大时，物体的内能增大

D.物体的动能减小时，物体的温度可能增加

答案　D

解析　内能是对物体内所有分子而言的，单个分子无内能可言，选项A错误；物体的分子势能由分子间距离决定，宏观上表现为由物体的体积决定，所以选项B错误；物体的宏观速度与物体的内能没有关系，物体的动能与物体的温度没有关系，故选项C错误，D正确.

8.下列说法中正确的是（　　）

A.物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大

B.物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大

C.物体温度降低，其内能一定增大

D.物体温度不变，其内能一定不变

答案　B

解析　温度是物体分子平均动能的标志，所以物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大，A错，B对；影响物体内能的因素是温度、体积和物质的量，所以只根据温度的变化情况无法判断内能的变化情况，C、D错.

9.三个瓶子分别盛有质量相同的氢气、氧气和氮气，它们的温度相同，则分子平均速率最大的是；在不计分子势能的情况下，气体内能最大的是.

答案　氢气　氢气

解析　它们的平均动能相同，即

mOv

＝

mNv

＝

mHv

，而分子质量的大小关系为mO>mN>mH，所

以有vH>vN>vO，又因三种气体的质量相同，氢气的分子总数最多，由气体内能E内＝N

k可知，氢气内能最大.

10.飞机从地面由静止起飞，随后在高空做高速航行.有人说：

“在这段时间内，飞机中乘客的势能、动能都增大了，他的所有分子的动能和势能也都增大了，因此乘客的内能增大了.”这种说法对吗？

为什么？

答案　见解析

解析　这种说法不对.因为机械能与内能是两个不同的概念，与机械能相关的是物体宏观上的机械运动，其大小因素由物体的质量、速度及相对高度决定，题中乘客的机械能增加了，但是物体的内能是由它的物质的量、温度、体积决定，乘客的体积、物质的量不变，也没有明确温度怎么变化，所以无法判断乘客内能的变化.

11.

（1）1kg的40℃的水跟1kg的80℃的水哪个内能多？

（2）1kg的40℃的水跟2kg的40℃的水哪个内能多？

（3）一杯100℃的开水跟一池塘常温下的水哪个内能多？

（4）1kg的100℃的水跟1kg的100℃的水蒸气哪个内能多？

答案　

（1）1kg的80℃的水　

（2）2kg的40℃的水　（3）一池塘常温下的水　（4）1kg的100℃的水蒸气

解析　

（1）两者质量一样，同种物质，所以分子数目一样，而80℃的水比40℃的水的水分子平均动能大，所以1kg的80℃的水的总动能比1kg的40℃的水大，若不考虑水的膨胀引起的体积微小变化，则1kg的80℃的水的内能多.

（2）1kg的40℃的水跟2kg的40℃的水比较，2kg的40℃的水内能多，因为后者分子数目多.

（3）虽然100℃的开水的水分子平均动能较大，但池塘的水的分子数比一杯水的分子数多得多，故一池塘常温下的水的内能比一杯100℃的开水的内能多.

（4）它们的质量相等，因而所含分子数相等，分子的平均动能也相同，但100℃的水蒸气分子势能比100℃的水大，故1kg的100℃的水蒸气的内能比1kg的100℃的水的内能多.