2019-2020学年高中物理 第七章 分子动理论 5 内能课件 新人教版选修3-3.ppt

5内能 一 分子动能和分子势能1 分子动能与分子的平均动能 做热运动的分子所具有的动能叫做分子动能 物体内所有分子的动能的平均值叫做分子的平均动能 2 决定分子平均动能大小的因素 温度 3 分子势能 由于分子间存在着分子力 因此分子组成的系统也存在由分子间的相互位置决定的势能 这种势能叫做分子势能 4 分子势能的决定因素 1 微观上 分子势能的大小由分子间相互位置决定 2 宏观上 分子势能的大小与物体的体积有关 二 内能1 物体的内能 物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和 叫做物体的内能 2 影响物体内能大小的因素 分子个数 温度和体积 自我检测1 判断正误 对的画 错的画 1 某种物体的温度是0 说明物体中分子的平均动能为零 解析 因为分子在永不停息的运动 某种物体的温度是0 物体中分子的平均动能并不为零 答案 2 物体的温度升高时 所有分子的动能都增大 解析 当温度升高时 分子运动变剧烈 平均动能增大 但并不是所有分子的动能都增大 答案 3 分子力做正功 分子势能减小 解析 分子势能的变化与分子力做功有关 分子力做正功 分子势能减小 答案 2 探究讨论 1 有的同学认为物体运动状态变化时 其内能就变化 对吗 答案 不对 物体的内能由物质的量 温度和体积共同决定 与物体自身运动状态无关 2 分子势能跟以前学过的哪种能量具有相似的特点 答案 分子势能同重力势能 弹性势能 电势能等相似 是由分子间或物体间 电荷间存在相互作用产生的 又由其相对位置决定的能量 3 内能和机械能有什么区别 答案 内能是物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和 它是微观和统计上的概念 机械能是相互作用的物体凭借其位置而具有的势能和由于运动而具有的动能的总和 它是宏观上的概念 探究一 探究二 探究三 分子动能问题探究由于气温逐渐回升 黄河石嘴山段凌汛发展趋缓 截至2018年1月12日 流凌长度减少至22公里 流凌密度由最高时10 50 减少至5 30 封河长度由1月5日的8公里保持至今 封河上游水位由凌汛前正常水位上涨2 7米回落约1米 河势平稳 图为黄河麻黄沟段由于封河致使河床抬高 在凌汛完全消失之前 冰水混合物的温度不变 为什么附近感觉比较冷 要点提示冰水混合物的温度虽然不变 但是会吸收热量 内能增加 探究一 探究二 探究三 知识归纳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 探究一 探究二 探究三 2 分子的平均动能分子的平均动能是所有分子动能的平均值 温度是分子平均动能的标志 这是温度的微观含义 宏观上物体的冷热程度是微观上大量分子热运动的集体表现 温度越高 分子热运动的平均动能就越大 温度不反映单个分子的特性 两个物体只要温度相同 它们的分子平均动能就相同 但是它们单个分子动能不一定相同 温度高的物体内部也存在着动能很小的分子 物质种类不同的物体 如果温度相同 它们分子的平均动能就相同 但它们的平均速率不同 因为分子质量不同 3 分子的总动能物体内分子运动的总动能是所有分子热运动的动能总和 它等于分子的平均动能与分子数的乘积 即它与物体的温度和所含的分子数目有关 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例题1 容器中盛有冰水混合物 冰的质量和水的质量相等且保持不变 则容器内 A 冰的分子平均动能大于水的分子平均动能B 水的分子平均动能等于冰的分子平均动能C 一个水分子的动能一定大于一个冰分子的动能D 一个水分子的动能一定等于一个冰分子的动能 思考问题 1 分子平均动能的标志是什么 提示温度是分子平均动能的唯一标志 与其他任何因素无关 2 温度是与一个分子关联还是与所有分子关联 提示温度是与所有分子 的平均动能 关联 探究一 探究二 探究三 解析 冰水混合物温度为0 冰 水温度相同 二者分子平均动能相同 故选项A错误 B正确 相同温度的冰和水内个别分子的动能是随时变化的 比较个别分子的动能没意义 故选项C D错误 答案 B温度是物体分子平均动能大小的唯一标志 因此温度相同的所有物体的分子平均动能都相等 但温度并不是分子平均速率的标志 所以即使温度相同 分子平均速率也不一定相同 探究一 探究二 探究三 变式训练1 多选 下列关于分子动能的说法 正确的是 A 物体的体积增大 分子平均动能增加B 标准状况下冰水混合物的平均动能不变C 如果分子的质量为m 平均速率为v 则平均动能为mv2D 分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与所有分子的总数之比解析 体积增大 与分子势能的大小有关 A错误 冰水混合物的温度不变 所以平均动能不变 B正确 分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与所有分子总数的比值 所以C错 D对 答案 BD 探究一 探究二 探究三 分子势能问题探究分子力F 分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图所示 取无穷远处分子势能Ep 0 1 当r r0时 分子间表现为什么力 若r增大 分子力做什么功 分子势能怎么变化 2 当r r0时 分子间表现为什么力 若r减小 分子力做什么功 分子势能怎么变化 3 当r r0时 分子势能有什么特点 探究一 探究二 探究三 要点提示 1 分子力为引力 若r增大 分子力做负功 分子势能增加 2 分子力为斥力 若r减小 分子力做负功 分子势能增加 3 分子势能最小 探究一 探究二 探究三 知识归纳1 分子势能的变化规律及判断依据分子力做正功 分子势能减少 分子力做了多少正功 分子势能就减少多少 分子力做负功 分子势能增加 克服分子力做了多少功 分子势能就增加多少 1 r r0时 r增大 分子势能增加 反之 减少 2 r r0时 r增大 分子势能减少 反之 增加 3 r 时 分子势能为零 r r0时 分子势能最小 2 分子势能的 弹簧 小球 模型分子势能随分子间距离的变化类似于弹簧 弹簧为原长相当于分子间的距离为r0 弹簧在原长的基础上无论拉伸还是压缩 势能都会增加 探究一 探究二 探究三 3 分子势能曲线分子势能曲线如图所示 规定无穷远处分子势能为零 分子间距离从无穷远逐渐减小至r0的过程 分子间的合力为引力 合力做正功 分子势能不断减小 其数值将比零还小 为负值 当分子间距离到达r0以后再继续减小 分子作用的合力为斥力 在分子间距离减小过程中 合力做负功 分子势能增大 其数值将从负值逐渐变大至零 甚至为正值 故r r0时分子势能最小 探究一 探究二 探究三 从曲线上可看出 1 在rr0处 曲线比较缓 这是因为分子间的引力随分子间距的增大而变化得慢 分子势能的增加也就慢 3 在r r0处 分子势能最小 但不一定为零 因为零势能的位置是任意选定的 一般取无穷远处分子势能为零 则分子势能最小位置是在r r0处 且为负值 故分子势能最小与分子势能为零绝不是一回事 探究一 探究二 探究三 4 分子势能与体积的关系由于物体分子间距离变化的宏观表现为物体的体积变化 所以微观的分子势能变化对应于宏观的物体体积变化 例如 同样是物体体积增大 有时体现为分子势能增加 在r r0范围内 有时体现为分子势能减少 在r r0范围内 一般我们说 物体体积变化了 其对应的分子势能也变化了 但分析与判定的关键要看体积变化过程中分子力是做正功 还是做负功 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例题2 多选 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轴上四个特定的位置 现把乙分子从a处由静止释放 则 A 乙分子从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少D 乙分子由b到d的过程中 两分子间的分子势能一直增加 探究一 探究二 探究三 思考问题 1 分子在平衡位置时有什么特点 提示分子势能最小 分子力为零 分子的加速度为零 2 如何判断分子势能的变化 提示可根据分子力做功与求能量守恒定律来分析判断分子势能的变化 解析 乙分子从a到b再到c的过程中 分子间的作用力一直表现为引力 F 0 所以该过程由于分子力的作用会使乙分子做加速运动 分子力做正功 分子势能减少 乙分子到达c处时分子力为零 加速度为零 此时分子的动能最大 分子势能最小 乙分子再从c到d的过程中 分子力表现为斥力 由于分子力的作用会使乙分子做减速运动 直至速度减为零 该过程分子力做负功 分子势能增加 分子动能减少 答案 BC 探究一 探究二 探究三 变式训练2 多选 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 两分子靠近过程分子力一直增大解析 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 故分子力先做正功后做负功 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 两分子靠近过程分子力先增大后减小 再增大 D错误 答案 ABC 探究一 探究二 探究三 内能问题探究比较1g100 水的内能和1g100 水蒸气的内能 1 这两者的平均动能哪个大 2 1g100 的水变成100 水蒸气 分子势能怎么变化 3 两者谁的内能大 4 影响内能的因素有哪些 要点提示 1 一样大 2 在1g100 的水变成100 水蒸气的过程中 分子间距增大 要克服分子间的引力做功 分子势能增大 3 1g100 水的内能小于1g100 水蒸气的内能 4 物体所含物质的多少 温度和体积 知识归纳1 内能的决定因素 1 从宏观上看 物体内能的大小由物体的物质的量 温度和体积三个因素决定 同时也受物态变化的影响 2 从微观上看 物体的内能由组成物体的分子总数 分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定 2 内能与机械能的区别和联系 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 3 物态变化对内能的影响一些物质在物态发生变化时 例如冰的熔化 水在沸腾时变为水蒸气 温度不变 此过程中分子的平均动能不变 由于分子间的距离变化 分子势能变化 所以物体的内能变化 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例题3 关于物体的内能 正确的说法是 A 温度 质量相同的物体具有相等的内能B 物体的内能与物体的体积有关C 机械能越大的物体 内能也一定越大D 温度相同的两物体具有相同的内能 思考问题 物体的内能与哪些因素有关 提示由温度 体积 物质的量三方面共同决定 解析 物体内所有分子的动能与势能之和叫做内能 温度相同 分子平均动能相同 质量相同 分子个数不一定相同 故选项A D不正确 机械能大的物体内能不一定大 故选项C不正确 答案 B 探究一 探究二 探究三 物体的内能与温度 体积的关系物体的内能与温度 体积有关 但由温度 体积无法确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 但温度相同 体积相等的物体 内能也不一定相等 探究一 探究二 探究三 变式训练3对于物体内能下列说法正确的是 A 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B 物体所处位置越高 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 质量相同的两个同种物体 运动物体的内能一定大于静止物体的内能解析 物体的内能是构成物体的所有分子的无规则热运动的动能和分子势能的代数和 具有统计意义 对单个或几个分子无意义 故A错误 物体的内能由物体的体积 温度 分子数等因素决定 与物体的位置无关 故B错误 一定质量的0 的水结成0 的冰 放出热量 则内能一定减少 故C正确 物体的内能与物体宏观的速度无关 与温度 体积等因素有关 故D错误 答案 C 1 2 3 4 5 1 下列关于分子的动能的说法正确的是 A 物体温度升高 每个分子的动能都增加B 物体温度升高 分子的总动能增加C 高温物体的分子动能 一定大于低温物体的分子动能D 高温物体的分子运动平均速率一定大于低温物体的分子运动平均速率解析 物体温度升高 分子的平均动能增加 但是不见得每个分子的动能都增加 A C两项错误 B项正确 平均动能大的分子 不一定平均速率大 所以D项错误 答案 B 1 2 3 4 5 2 多选 关于分子间的作用力和分子势能 下列说法正确的是 A 两个邻近的分子间同时存在着引力和斥力B 分子间作用力的大小与分子间的距离有关C 当分子间的作用力做正功时 分子势能减少D 当分子间的作用力做正功时 分子势能增加解析 根据分子动理论知识 两个邻近的分子间同时存在着引力和斥力 分子间作用力的大小与分子间的距离有关 分子力随分子间距增大而减小 当分子间的作用力做正功时 分子势能减少 选项A B C正确 答案 ABC 1 2 3 4 5 3 多选 氢气和氧气的质量 温度都相同 在不计分子势能的情况下 下列说法正确的是 A 氧气的内能较大B 氢气的内能较大C 两者的内能相等D 氢气分子的平均速率较大解析 氢气与氧气的温度相同 分子的平均动能相同 由于氧分子质量比氢分子质量大 所以氢分子的平均速率更大 又因为两种气体的总质量相等 氢分子质量比氧分子质量小 所以氢分子数大于氧分子数 氢气的分子动能总和大于氧气的分子动能总和 由于不计分子势能 所以氢气的内能更大 答案 BD 1 2 3 4 5 4 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 分子的势能增大 物体内能也增大C 温度不变 分子平均动能不变 但内能可能变化D 只要两物体的质量 温度 体积相等 两物体内能一定相等解析 物体内能包括分子动能和分子势能两部分 温度相等说明分子平均动能相等 但分子势能不一定相等 即内能不一定相等 A错误 C正确 分子的势能增大 分子的平均动能变化情况不明 内能不一定增大 B错误 物体的内能由物体分子的势能 分子平均动能及物体所含分子数的多少决定 两物体质量相等 但物质的量不一定相等 即分子数不一定相等 D错误 答案 C 1 2 3 4 5 5 飞机从地面起飞 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 他们身上所有分子的动能和势能也都增大了 因此乘客的内能也增大了 这种说法对吗 为什么 答案 这种说法不对 因为该说法将机械能和内能两个概念混淆了 物体的内能是由物体内分子的数目 物体的温度和体积决定的 与机械运动无关 机械运动速度的改变以及竖直高度的变化改变的仅是乘客的机械能 不能由此判断其内能的变化情况