高二物理课件 7.5 《内能》 5（人教选修3-3）

欢迎进入物理课堂 1 单个分子的动能 1 物体由大量分子组成 每个分子都有分子动能且不为零 2 分子在永不停息地做无规则热运动 每个分子动能大小不同并且时刻在变化 3 热现象是大量分子无规则运动的统计结果 个别分子动能没有实际意义 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 分子平均动能增大 但不是每一个分子的动能都增大 个别分子动能可能增大也可能减小 个别分子甚至几万个分子热运动的动能大小与温度是没有关系的 但总体上所有分子的动能之和一定是增加的 2 理想气体的分子平均动能大小只由温度决定 与物质种类 质量 压强 体积无关 即只要温度相同 任何分子的平均动能都相同 但是温度不是直接等于分子的平均动能 由于不同物质的分子质量不尽相同 所以同一温度下 不同物质的分子运动的平均速率大小一般不相同 1 温度是分子平均动能的 标志 温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对应 与单个分子的动能没有关系 2 温度高的物体 分子的平均速率不一定大 还与分子质量有关 3 温度的微观意义为温度是分子热运动的平均动能的标志 典例1 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 所有分子的动能都增大C 同种物体 温度高时分子的平均动能一定比温度低时的大D 物体的运动速度越大 则物体的分子动能也越大 解题指导 解答本题时应把握以下三点 标准解答 选C 某种气体温度是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 从微观上讲 分子运动快慢是有差别的 各个分子运动的快慢无法跟踪测量 而温度的概念是建立在统计规律的基础上的 在一定温度下 分子速率大小按一定的统计规律分布 当温度升高时 说明分子运动激烈 平均动能增大 但并不是所有分子的动能都增大 物体的运动速度越大 说明物体的动能越大 这并不能代表物体内部分子的热运动 则物体的温度不一定高 所以选C项 规律方法 热学现象中统计规律的应用技巧物体是由大量分子组成的 大量分子的行为遵循统计规律 在统计规律中单个分子的运动情况有偶然性 无法确定 一旦牵扯到单个分子就不服从统计规律 是无规则的 理论上单个分子有怎样的运动情况是不确定的 因此研究某个分子的运动也是毫无意义的 变式训练 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 解析 选A 温度相同 物体分子平均动能相同 故A正确 分子动能指的是由于分子做无规则运动而具有的能 B错 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 温度高的物体分子的平均速率大 相同物质 但具体的每一个分子的速率是不确定的 可能大于平均速率 也可能小于平均速率 故D错 分子势能的大小与分子间的距离有关 宏观上与物体的体积有关 分子势能的变化与分子间的距离发生变化时分子力做功有关 1 当分子间的距离r r0时 分子间的作用力表现为引力 分子间的距离增大时 分子力做负功 因此分子势能随分子间距离的增大而增大 2 当分子间的距离r r0时 分子间的作用力表现为斥力 分子间的距离减小时 分子力做负功 因此分子势能随分子间距离的减小而增大 3 如果取两个分子间相距无限远时 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的关系可用如图所示的曲线表示 从图线上看出 当r r0时 分子势能最小 4 分子势能随分子间距离的变化规律类似于弹簧的弹性势能随弹簧长度的变化规律 弹簧在原长的基础上无论拉伸还是压缩 势能都会增加 1 分子力做功是分子势能变化的量度 2 物体体积改变 分子势能必定发生改变 大多数物质是体积越大 分子势能越大 也有少数反常物质 如冰 铸铁 体积越大 分子势能反而越小 典例2 2010 全国高考 如图为两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线 下列说法正确的是 A 当r大于r1时 分子间的作用力表现为引力B 当r小于r1时 分子间的作用力表现为斥力C 当r等于r2时 分子间的作用力为零D 在r由r1变到r2的过程中 分子间的作用力做负功 解题指导 解答本题时可按以下思路分析 标准解答 选B C 分子间距离等于r0时分子势能最小 即r0 r2 当r小于r1时 分子力表现为斥力 当r大于r1小于r2时 分子力表现为斥力 当r等于r2时 分子间的作用力为零 当r大于r2时分子力表现为引力 所以A错 B C正确 在r由r1变到r2的过程中 分子斥力做正功 分子势能减小 D错误 规律方法 分子势能图象问题的解题技巧首先要明确分子势能 分子力与分子距离图象中拐点意义的不同 分子势能图象的最低点 最小值 对应的距离是分子平衡距离r0 而分子力图象的最低点 引力最大值 对应的距离大于r0 分子势能图象与r轴交点表示的距离小于r0 分子力图象与r轴交点表示平衡距离r0 其次要把图象上的信息转化为分子间距离再求解其他问题 互动探究 若一个分子固定 另一个分子从无穷远逐渐向这个分子靠近 直到不能再靠近为止 在这个过程中 两分子系统的势能如何变化 解析 分子力先做正功再做负功 故两分子系统的势能先减小再增大 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 3 物体的内能跟物体的机械运动状态无关 4 内能与机械能的区别和联系 1 热能是内能通俗而不确切的说法 热量是物体在热传递过程中内能转移的多少 2 物体内分子的平均动能增大时 分子的势能不一定增大 反之亦然 典例3 2011 枣庄高二检测 关于物体的内能 下列叙述中正确的是 A 温度高的物体比温度低的物体内能大B 物体体积增大时 内能也增大C 内能相同的物体 它们的分子平均动能一定相同D 内能不相同的物体 它们的分子平均动能可能相同 解题指导 解答本题要注意以下两点 1 物体内能的决定因素 2 分子平均动能的标志 标准解答 选D 温度高的物体与温度低的物体相比较 温度低的物体分子平均动能小 但所有分子的热运动动能和分子势能的总和不一定小 即物体的内能不一定小 有的同学将内能与温度混为一谈 错误地认为物体的温度高 内能就一定大而错选A 物体的体积增大时 分子间的距离增大 分子势能发生变化 但不能确定分子势能是增大还是减小 即使分子势能增大 而分子的平均动能不能确定是否变化 也不 能说明内能增大 选项B是错误的 内能相同的物体只是指物体内所有分子的动能和分子势能的总和相同 而它们的分子平均动能却不一定相同 因而选项C错 错选C的主要原因仍是将内能与温度混淆 内能不同的物体 它们的温度却可能相同 即它们的分子平均动能可能相同 选项D正确 规律方法 对物体内能的理解物体的内能与温度 体积有关 任何一个物理量都不能决定物体的内能是多大 只能判定内能是增大还是减小 而温度是分子平均动能的标志 故温度相同 分子平均动能一定相同 分子势能的大小与体积有关 温度相同 体积相等的物质 内能也不一定相等 变式训练 关于物体的内能 以下说法正确的是 A 不同物体温度相等 内能也相等B 所有分子的势能增大 内能也增大C 做功可以改变物体的内能D 只要两物体的质量 温度 体积相等 两物体的内能一定相等 解析 选C 物体的内能等于物体内所有分子的动能和势能的总和 温度相等只能说明分子的平均动能相等 故A项错 势能增大 分子动能不一定增大 故内能不一定增大 故B项错 做功可以改变物体的内能 故C项正确 两物体的质量相等 但可能由于种类不同导致摩尔数差别很大 故内能不一定相等 D项错误 典例 一颗炮弹在空中以某一速度v飞行 有人说 由于炮弹中所有分子都具有这一速度 所以分子具有动能 又由于分子都处于高处 所以分子又具有势能 因此分子的上述动能和势能的总和就是炮弹的内能 试分析这种说法是否正确 解题指导 解答本题要明确以下三点 1 什么是分子的动能和分子的势能 2 什么是物体的内能 3 物体的内能和机械能的区别与联系 标准解答 不正确 物体的内能是指物体内分子无规则热运动的动能和分子间由于相互作用而具有的分子势能的总和 它与整个物体宏观有序运动的动能及物体的重力势能mgh的和 即机械能 是完全不同的两个概念 是两种形式的能量 物体具有内能的同时 还可具有机械能 物体的机械能可以是零 但物体的内能永不为零 机械能和内能在一定条件下可相互转化 如沿粗糙水平面运动的木块 由于不断克服摩擦力做功 机械能在减少 但木块的内能却在增加 因摩擦生热 它的温度升高 一 选择题1 关于温度 下列说法正确的是 A 温度越高 分子动能越大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 解析 选D 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 温度是对大量分子集体 物体 而言的 是统计 平均的概念 对单个分子无意义 C错 2 2011 合肥高二检测 有两瓶质量和温度都相等的氢气和氧气 则 A 两瓶中每个分子运动的动能都相等B 两瓶中分子运动的总动能相等C 氢气分子的总动能大于氧气分子的总动能D 氢气分子的总动能小于氧气分子的总动能 解析 选C 温度相同分子平均动能相等 但分子的总动能还与分子数目有关 氢气分子数多 故氢气的分子总动能大 当温度相同时 每个分子动能未必相等 3 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 的冰的内能与等质量的0 的水的内能相等 解析 选A 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 物体的内能与物体的质量 温度和体积有关 B C D选项都是错误的 故选A 4 下列关于温度 内能和热量的说法中正确的是 A 物体的温度越高 所含热量越多B 物体的内能越大 所含热量越多C 物体的温度越高 它的分子热运动的平均动能越大D 物体的温度不变 其内能也不变 解析 选C 物体的内能是一个状态量 而热量是一个过程量 物体之间只发生热传递时内能的改变量等于热量 故A B均错 温度越高 分子的平均动能越大 C正确 物体的内能由物体的质量 温度 体积等因素共同决定 温度不变时 内能可能改变 故D错 5 2011 南京高二检测 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 选D 从分子间的作用力与分子间的距离的关系知道 当分子间距离大于r0时 分子间的作用力表现为引力 当分子间距离小于r0时 分子间的作用力表现为斥力 当分子间距离大于10r0时 分子间的作用力十分小 可以忽略 所以 当乙从较远处向甲靠近的过程中 分子力先是对乙做正功 由做功与分子势能变化的关系知道 若分子力做正功 则分子势能减小 后是分子力对乙做负功或者乙克服分子力做功 由做功与分子势能变化的关系知道 若分子力做负功 分子势能增加 因此当乙向甲靠近直到不能靠近的过程中 分子势能是先减小后增大 6 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 对单个分子无意义 物体温度升高 分子运动加剧 分子平均动能增大 但不否认某些分子动能减小 故答案选D 7 分子间距离增大时 分子势能将 A 增加B 减小C 不变D 不能确定 解析 选D 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 分子势能增加 1 当r r0时 分子间的作用力为引力 当分子间距离增大时 分子力做负功 分子势能增大 2 当r r0时 分子间的作用力为斥力 当分子间距离增大时 分子力做正功 分子势能减小 经以上分析可知本题D选项正确 8 下列说法中正确的是 A 温度低的物体内能小B 温度低的物体分子运动的平均速率小C 物体做加速运动时速度越来越大 物体内分子的平均动能也越来越大D 物体体积改变 内能可能不变 解析 选D 内能是指物体内部所有分子动能和分子势能的总和 温度是分子平均动能的标志 故温度低的物体内能不一定小 A错 温度低的物体分子平均动能小 但由于不同物质的分子质量不同 所以温度低的物体分子平均速率不一定小 B错 物体做加速运动时 速度增大 机械能中的动能增大 但分子热运动的平均动能与机械能无关 而与温度有关 故C错 物体体积改变 分子势能改变 但内能不一定改变 D对 二 非选择题9 2011 大同高二检测 1 1g100 的水和1g100 的水蒸气相比较 下述说法是否正确 分子的平均动能和分子的总动能都相同 它们的内能相同 2 液体汽化时吸收的热量转化为哪种能量 解析 1 正确 1g水与1g水蒸气的分子数一样多 两者的温度都是100 因温度是分子平均动能的标志 故两者的分子的平均动能和分子的总动能都相同 不正确 水变为水蒸气时要吸收热量 吸收的热量转化为水蒸气的内能 因此1g100 的水和1g100 的水蒸气内能相同是不正确的 2 液体汽化时都要吸收一定的热量 吸收的热量并没有增大物体的平均动能 而是使分子势能增大 从而使物体的内能增大 答案 见解析 10 重1000kg的气锤从2 5m高处落下 打在质量为200kg的铁块上 要使铁块的温度升高40 气锤至少应落下多少次 设气锤撞击铁块时60 的机械能损失用来升高铁块的温度 取g 10m s2 铁的比热容c 0 462 103J kg 解析 气锤从2 5m高处下落到铁块上损失的机械能 E mgh 1000 10 2 5J 2 5 104J 气锤撞击铁块后用来升高铁块温度的能量为 W E 60 1 5 104J 使铁块温度升高40 所需的热量Q cm t 0 462 103 200 40J 3 696 106J 设气锤应下落n次 才能使铁块温度升高40 则由能的转化和守恒定律得n W Q 所以答案 247次 方法技巧 首先依题意求出有多少机械能转化成了内能 或做了多少功 再依Q cm t求出相关量 然后再用需要的总能量除以气锤撞击铁块一次所转化的能量即可算出所需次数 要特别注意其中物理量单位要统一成国际制单位 Thankyou 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全