高中物理 第七章 分子動(dòng)理論 課時(shí)5 內(nèi)能學(xué)案 新人教版選修33

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1、 學(xué)案5　內(nèi)能 [目標(biāo)定位] 1.知道溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志.2.明確分子勢(shì)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(dòng)能 [問題設(shè)計(jì)] 分子處于永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)中，因而具有動(dòng)能.(1)為什么研究分子動(dòng)能的時(shí)候主要關(guān)心大量分子的平均動(dòng)能？(2)物體溫度升高時(shí)，物體內(nèi)每個(gè)分子的動(dòng)能都增大嗎？(3)物體做高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其分子的平均動(dòng)能會(huì)增大嗎？ 答案　(1)分子動(dòng)能是指單個(gè)分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，但分子是無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的，因此各個(gè)分子的動(dòng)能以及一個(gè)分子在不同時(shí)刻的動(dòng)能都不盡相同，所以研究單個(gè)分子的動(dòng)能沒有意義，我們主要關(guān)心的是大量分子的平均動(dòng)能.(2)溫度是大量分子

2、無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn)，含有統(tǒng)計(jì)的意義，對(duì)于個(gè)別分子，溫度是沒有意義的.所以物體溫度升高時(shí)，個(gè)別分子的動(dòng)能可能減小，也可能不變.(3)分子的平均動(dòng)能與宏觀物體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能無(wú)關(guān). [要點(diǎn)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(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志. 2.分子動(dòng)能的理解 (1)由于分子熱運(yùn)動(dòng)的速率大小不一，因而重要的不是系統(tǒng)中某個(gè)分子的動(dòng)能大小，而是所有分子的動(dòng)能的平均值，即分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能. (2)溫度是大量分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，但對(duì)個(gè)別分子沒有意義.同一溫度下，各個(gè)分子的動(dòng)能不盡相同. (3)分子的平均動(dòng)能取決于物體的

3、溫度. (4)分子的平均動(dòng)能與宏觀上物體的運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān).(填“有”或“無(wú)”). 二、分子勢(shì)能 [問題設(shè)計(jì)] 功是能量轉(zhuǎn)化的量度，分子力做功對(duì)應(yīng)什么形式的能量變化呢？ 答案　分子力做功對(duì)應(yīng)分子勢(shì)能的變化. [要點(diǎn)提煉] 分子勢(shì)能是由分子間相互位置決定的勢(shì)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(shí)，分子力表現(xiàn)為引力，r增大時(shí)，分子力做負(fù)(填“正”或“負(fù)”)功，分子勢(shì)能增大(填“增大”或“減小”). (2)當(dāng)r

4、分子勢(shì)能最小(填“最大”或“最小”). (4)如果取兩個(gè)分子間相距無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)(此時(shí)分子間作用力可忽略不計(jì))的分子勢(shì)能為零，分子勢(shì)能Ep與分子間距離r的關(guān)系可用如圖1所示的實(shí)線表示(分子力F與分子間距離r的關(guān)系如圖中虛線所示). 圖1 三、內(nèi)能 [問題設(shè)計(jì)] 物體的內(nèi)能隨機(jī)械能的變化而變化嗎？?jī)?nèi)能可以變?yōu)榱銌幔? 答案　物體的機(jī)械能變化時(shí)其溫度和體積不一定變化，因此其內(nèi)能不一定變化，兩者之間沒有必然聯(lián)系.組成物體的分子在做永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，因此物體的內(nèi)能不可能為零. [要點(diǎn)提煉] 1.內(nèi)能：物體中所有分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和. 2.任何物體在任何溫度下都具有內(nèi)能.因

5、為一切物體都是由做永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的分子組成的. 3.內(nèi)能的決定因素 (1)從微觀上看，物體的內(nèi)能大小由組成物體的分子總數(shù)、分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能和分子間距離三個(gè)因素決定. (2)從宏觀上看，物體的內(nèi)能由物體的物質(zhì)的量、溫度和體積三個(gè)因素決定. 4.內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別和聯(lián)系 區(qū)別：(1)物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)著機(jī)械能，熱運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)著內(nèi)能.內(nèi)能和機(jī)械能是兩種不同形式的能量. (2)內(nèi)能是由物體內(nèi)大量分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度和分子間的距離決定的能量，是所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和.而機(jī)械能是由物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)速度、相對(duì)參考面的高度、物體形變大小等決定的能量，它是對(duì)宏觀物體整體來(lái)說的. 聯(lián)

6、系：物體具有內(nèi)能的同時(shí)也可以具有機(jī)械能.當(dāng)物體的機(jī)械能增加時(shí)，內(nèi)能不一定(填“一定”或“不一定”)增加，但機(jī)械能與內(nèi)能之間可以相互轉(zhuǎn)化. 一、分子動(dòng)能 例1　關(guān)于分子的動(dòng)能，下列說法中正確的是(　　) A.物體運(yùn)動(dòng)速度大，物體內(nèi)分子的動(dòng)能一定大 B.物體的溫度升高，物體內(nèi)每個(gè)分子的動(dòng)能都增大 C.物體的溫度降低，物體內(nèi)大量分子的平均動(dòng)能一定減小 D.物體內(nèi)分子的平均動(dòng)能與物體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度大小無(wú)關(guān) 解析　分子的動(dòng)能與機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度無(wú)關(guān)，溫度升高，分子的平均動(dòng)能一定增大，但對(duì)單個(gè)分子來(lái)講，其動(dòng)能可能增大也可能減小. 答案　CD 二、分子勢(shì)能 例2　甲、乙兩分子相距較遠(yuǎn)(

7、此時(shí)它們之間的分子力可以忽略)，設(shè)甲固定不動(dòng)，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(shì)能的變化情況，下列說法正確的是(　　) A.分子勢(shì)能不斷增大 B.分子勢(shì)能不斷減小 C.分子勢(shì)能先增大后減小 D.分子勢(shì)能先減小后增大 解析　r>r0時(shí)，靠近時(shí)引力做正功，Ep減??；rr0時(shí)，r越小，則分子勢(shì)能Ep越大 C.當(dāng)r＝r0時(shí)，分子勢(shì)能Ep最小 D.當(dāng)r→

8、∞時(shí)，分子勢(shì)能Ep最小 解析　當(dāng)rr0時(shí)，分子力表現(xiàn)為引力，r減小時(shí)分子力做正功，分子勢(shì)能減??；當(dāng)r＝r0時(shí)，分子力為零，分子勢(shì)能最??；當(dāng)r→∞時(shí)，分子勢(shì)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(yùn)動(dòng)的速度增大，則物體中分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大，物體的內(nèi)能增大 C.A、B兩物體接觸時(shí)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(shí)，A、B兩物體的內(nèi)能可能不同

9、，分子的平均速率也可能不同 解析　解答本題的關(guān)鍵是對(duì)溫度和內(nèi)能這兩個(gè)概念的理解.溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志，內(nèi)能是所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，故溫度不變時(shí)，內(nèi)能可能變化，A項(xiàng)錯(cuò)誤.兩物體溫度相同，內(nèi)能可能不同，分子的平均動(dòng)能相同，但由＝m2知，分子的平均速率可能不同，故D項(xiàng)正確.最易出錯(cuò)的是認(rèn)為有熱量從A傳到B，A的內(nèi)能肯定大，其實(shí)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(shì)能這些因素，故C項(xiàng)錯(cuò)誤.機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度與分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能無(wú)關(guān)，故B項(xiàng)錯(cuò)誤.故正確答案為D. 答案　D 1.(分子動(dòng)能)關(guān)于溫度與分子動(dòng)能的關(guān)系，下列說法正確的是(　　

10、) A.某物體的溫度為0℃，說明物體中分子的平均動(dòng)能為零 B.溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志 C.溫度較高的物體，其分子平均動(dòng)能較大，則分子的平均速率也較大 D.物體的運(yùn)動(dòng)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(dòng)能并不為零，因?yàn)榉肿釉谟啦煌Ｏ⒌剡\(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度越高，分子的平均動(dòng)能越大，由Ek＝mv2.知分子平均速率不一定大，B正確，C錯(cuò)誤；物體內(nèi)分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速度與機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度無(wú)關(guān)，物體的運(yùn)動(dòng)速度越大，不能代表物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動(dòng)越激烈，所以物體的溫度不一定高，D錯(cuò)誤. 2.(分子勢(shì)能)分子間距增大時(shí)

11、，分子勢(shì)能將(　　) A.增大 B.減小 C.不變 D.不能確定 答案　D 解析　分子勢(shì)能的變化與分子力做功緊密聯(lián)系；當(dāng)分子力做正功時(shí)，分子勢(shì)能減?。划?dāng)分子力做負(fù)功時(shí)，分子勢(shì)能增大. (1)當(dāng)r>r0時(shí)，分子間的作用力為引力，將分子間距離增大時(shí)，分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增大. (2)當(dāng)r

12、小 B.r＝r0時(shí)，分子動(dòng)能最大，分子勢(shì)能最小 C.r＜r0時(shí)，分子力做負(fù)功，分子動(dòng)能減小，分子勢(shì)能增大 D.以上均不對(duì) 答案　ABC 解析　一個(gè)分子從遠(yuǎn)處向另一個(gè)分子靠近，它們之間的作用力先為引力后為斥力，故先做正功后做負(fù)功，那么分子勢(shì)能先減小后增大，而動(dòng)能正好相反，先增大后減??；當(dāng)r＝r0時(shí)，勢(shì)能最小，動(dòng)能最大. 4.(內(nèi)能)關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說法中正確的是(　　) A.機(jī)械能可以為零，但內(nèi)能永遠(yuǎn)不為零 B.溫度相同、質(zhì)量相同的物體具有相同的內(nèi)能 C.溫度越高，物體的內(nèi)能越大 D.0 C的冰的內(nèi)能與等質(zhì)量的0 C的水的內(nèi)能相等 答案　A 解析　機(jī)械能是宏觀能量，當(dāng)

13、物體的動(dòng)能和勢(shì)能均為零時(shí)，機(jī)械能就為零；而物體內(nèi)的分子在永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，且存在相互作用力，所以物體的內(nèi)能永不為零，A項(xiàng)對(duì)；物體的內(nèi)能與物質(zhì)的量、溫度和體積有關(guān)，B、C、D三項(xiàng)錯(cuò)誤，故選A. 內(nèi)能 題組一　分子動(dòng)能 1.關(guān)于溫度，下列說法正確的是(　　) A.溫度升高，每個(gè)分子的動(dòng)能都增大 B.物體運(yùn)動(dòng)速度越大，分子總動(dòng)能越大，因而物體溫度也越高 C.一個(gè)分子運(yùn)動(dòng)的速率越大，該分子的溫度越高 D.溫度是大量分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志 答案　D 解析　溫度升高，分子的平均動(dòng)能變大，而不是每個(gè)分子的動(dòng)能都變大，故A錯(cuò).物體宏觀運(yùn)動(dòng)的速度對(duì)應(yīng)的是機(jī)械能(動(dòng)能)，

14、與分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能無(wú)關(guān)，與物體的溫度無(wú)關(guān)，B錯(cuò)；溫度是對(duì)大量分子而言的，是統(tǒng)計(jì)、平均的概念，對(duì)單個(gè)分子無(wú)意義，C錯(cuò). 2.下列說法中正確的是(　　) A.只要溫度相同，任何物體分子的平均動(dòng)能都相同 B.分子動(dòng)能指的是由于分子定向運(yùn)動(dòng)具有的能 C.10個(gè)分子的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和就是這10個(gè)分子的內(nèi)能 D.溫度高的物體中的每一個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速率一定大于溫度低的物體中的每一個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速率 答案　A 解析　溫度相同，物體分子的平均動(dòng)能相同，故A正確；分子動(dòng)能指的是由于分子做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而具有的能，B錯(cuò)誤；物體內(nèi)能是對(duì)大量分子而言的，對(duì)于10個(gè)分子無(wú)意義，故C錯(cuò)誤；溫度高的物體

15、分子的平均運(yùn)動(dòng)速率大(相同物質(zhì))，但具體的每一個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速率是不確定的，可能大于平均運(yùn)動(dòng)速率，也可能等于平均運(yùn)動(dòng)速率，也可能小于平均運(yùn)動(dòng)速率，故D錯(cuò)誤. 題組二　分子勢(shì)能 3.關(guān)于分子勢(shì)能和物體體積的關(guān)系，下列說法中正確的是(　　) A.當(dāng)物體體積增大時(shí)，其分子勢(shì)能必定增大 B.當(dāng)物體體積增大時(shí)，其分子勢(shì)能不一定增大 C.當(dāng)物體體積減小時(shí)，其分子勢(shì)能必定減小 D.當(dāng)物體體積不變時(shí)，其分子勢(shì)能一定不變 答案　BD 解析　物體的分子勢(shì)能與體積不是單值對(duì)應(yīng)的關(guān)系，分子勢(shì)能相同，體積不一定相同，而體積不變，分子勢(shì)能一定不變. 4.下列分子勢(shì)能一定減小的情況是(　　) A.分子間距

16、離減小時(shí) B.分子間表現(xiàn)為斥力且分子間距離增大時(shí) C.分子動(dòng)能增大時(shí) D.分子間作用力做負(fù)功時(shí) 答案　B 解析　當(dāng)分子間距離減小時(shí)，分子間的作用力可能做正功，也可能做負(fù)功，所以分子勢(shì)能可能增大也可能減小，A錯(cuò)誤；當(dāng)分子間表現(xiàn)為斥力且分子間距離增大時(shí)，分子間的作用力做正功，分子勢(shì)能減小，B正確；分子動(dòng)能與分子勢(shì)能沒有關(guān)系，C錯(cuò)誤；分子間的作用力做負(fù)功時(shí)，分子勢(shì)能增大，D錯(cuò)誤. 5.下列四幅圖中，能正確反映分子間作用力F和分子勢(shì)能Ep隨分子間距離r變化關(guān)系的圖線是(　　) 答案　B 解析　當(dāng)rr0時(shí)，分

17、子力表現(xiàn)為引力，隨分子間距離r增大，分子勢(shì)能Ep增大；當(dāng)r＝r0時(shí)，分子力為零，此時(shí)分子勢(shì)能最小.故選項(xiàng)B正確. 6.兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的分子僅在分子力作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng)，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(dòng)能先增大，后減小 D.分子勢(shì)能先增大，后減小 E.分子勢(shì)能和分子動(dòng)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(yùn)動(dòng)，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(shí)，隨著距離r的減小，分子力先增大后減小，分子間距離r

18、子力一直增大至最大，故選項(xiàng)A錯(cuò)；在兩分子靠近的過程中，分子引力做正功、分子斥力做負(fù)功，分子勢(shì)能先減小后增大，分子動(dòng)能先增大后減小，所以選項(xiàng)B、C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)；分子僅在分子力作用下運(yùn)動(dòng)，只有分子力做功，分子勢(shì)能和分子動(dòng)能之和不變，選項(xiàng)E正確. 題組三　內(nèi)能 7.下列說法正確的是(　　) A.分子的動(dòng)能與分子的勢(shì)能的和叫做這個(gè)分子的內(nèi)能 B.物體的分子勢(shì)能由物體的溫度和體積決定 C.物體的速度增大時(shí)，物體的內(nèi)能增大 D.物體的動(dòng)能減小時(shí)，物體的溫度可能增加 答案　D 解析　內(nèi)能是對(duì)物體內(nèi)所有分子而言的，單個(gè)分子無(wú)內(nèi)能可言，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；物體的分子勢(shì)能由分子間距離決定，宏觀上表現(xiàn)為由

19、物體的體積決定，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤；物體的宏觀速度與物體的內(nèi)能沒有關(guān)系，物體的動(dòng)能與物體的溫度沒有關(guān)系，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確. 8.下列說法中正確的是(　　) A.物體溫度降低，其分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大 B.物體溫度升高，其分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大 C.物體溫度降低，其內(nèi)能一定增大 D.物體溫度不變，其內(nèi)能一定不變 答案　B 解析　溫度是物體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，所以物體溫度升高，其分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大，A錯(cuò)，B對(duì)；影響物體內(nèi)能的因素是溫度、體積和物質(zhì)的量，所以只根據(jù)溫度的變化情況無(wú)法判斷內(nèi)能的變化情況，C、D錯(cuò). 9.三個(gè)瓶子分別盛有質(zhì)量相同的氫氣、氧氣和氮?dú)?，它們的溫度相?/p>

20、，則分子平均速率最大的是 ；在不計(jì)分子勢(shì)能的情況下，氣體內(nèi)能最大的是 . 答案　氫氣　氫氣 解析　它們的平均動(dòng)能相同，即mOv＝mNv＝mHv，而分子質(zhì)量的大小關(guān)系為mO>mN>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(jī)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(shí)間內(nèi)，飛機(jī)中乘客的勢(shì)能、動(dòng)能都增大了，他的所有分子的動(dòng)能和勢(shì)能也都增大了，因此乘客的內(nèi)能增大了.”這種說法對(duì)嗎？為什么？ 答案　見解析 解析　這種說法不對(duì).因?yàn)闄C(jī)械能與內(nèi)能是兩個(gè)不同的概念

21、，與機(jī)械能相關(guān)的是物體宏觀上的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，其大小因素由物體的質(zhì)量、速度及相對(duì)高度決定，題中乘客的機(jī)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(wú)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(gè)內(nèi)能多？ (2)1 kg的40 ℃的水跟2 kg的40 ℃的水哪個(gè)內(nèi)能多？ (3)一杯100 ℃的開水跟一池塘常溫下的水哪個(gè)內(nèi)能多？ (4)1 kg的100 ℃的水跟1 kg的100 ℃的水蒸氣哪個(gè)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

22、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(dòng)能大，所以1 kg的80 ℃的水的總動(dòng)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?yàn)楹笳叻肿訑?shù)目多. (3)雖然100 ℃的開水的水分子平均動(dòng)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(dòng)能也相同，但100 ℃的水蒸氣分子勢(shì)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. 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375