2018－2019学年高中物理 第一章 分子动理论 第五节 物体的内能讲义（含解析）粤教版选修3-3.doc

物体的内能1分子由于热运动而具有动能，因分子热运动的无规则性，研究热现象时，我们研究的是物体内所有分子动能的平均值，这个动能叫做分子的平均动能，它的标志是温度。2分子势能和重力势能类似，它是由分子力和分子间的相对位置所决定的势能，它与分子间距离的变化规律可用分子力做功来恒量，分子力做正功，分子势能减少，分子力做负功，分子势能增加，且分子力做功的数值等于分子势能的变化量。3物体的内能包括物体中所有分子的动能和势能，它从宏观上决定于物质的量、温度、体积，同时受物态变化的影响。4气体分子间距离大约为分子直径的10倍，分子间的作用力十分微弱，当气体分子间距离变化时，分子力所做的功非常小，因此，分子势能的变化可以忽略。5一般情况下，人们把气体分子看作没有相互作用的质点，这种气体的简化模型称为理想气体微观模型，因此，它的内能只取决于物质的量和温度这两个宏观量。分子动能和分子势能1.分子的动能(1)定义：分子由于热运动而具有的动能。(2)分子的动能与温度的关系单个分子的动能由于分子运动的无规则性，在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一，就是同一个分子，在不同时刻的动能也是不同的，所以单个分子的动能没有意义。分子的平均动能温度是分子平均动能的标志，这是温度的微观意义，在相同温度下，各种物质分子的平均动能都相同，由于不同物质分子的质量不一定相同，因此相同温度时不同物质分子的平均速率不一定相同。2分子势能(1)定义：分子间由分子力和分子间的相对位置决定的势能。(2)分子势能与分子间距离的关系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正功还是负功有关。当分子间的距离rr0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的距离增大而增大。当分子间的距离rr0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的距离减小而增大。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rr0时，分子势能最小。(1)热现象研究的是大量分子运动的宏观表现，有意义的是物体内所有分子热运动的平均动能。(2)物体的温度升高，分子的热运动加剧，分子的平均动能增大，并不是每个分子的动能都增大。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。(3)分子势能同重力势能、弹性势能、电势能一样，都是与某种力对应又由相对应位置决定的能量，且该种力做功等于对应势能的变化。1相同质量的氧气和氢气温度相同，下列说法正确的是()A每个氧分子的动能都比氢分子的动能大B每个氢分子的速率都比氧分子的速率大C两种气体的分子平均动能一定相等D两种气体的分子势能一定相等解析：选C温度是分子平均动能的标志，氧气和氢气的温度相同，其分子的平均动能应相同，但分子的运动速率有的大，有的小，各个分子的动能并不相同，只是所有分子的动能的平均值相同。分子势能与分子间距离有关，即与体积有关，因此无法比较两种气体的分子势能，因此，只有C选项正确。物体的内能1.定义物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和。2内能的决定因素(1)任何物体都具有内能，因为一切物体都是由不停地做无规则热运动且相互作用着的分子所组成的。(2)决定物体内能的因素：从宏观上看：物体内能的大小由物体的摩尔数、温度和体积三个因素决定。从微观上看：物体内能的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的距离三个因素决定。3理想气体及其内能(1)理想气体微观模型：把一般情况下的气体分子看作是没有相互作用的质点。(2)理想气体的内能忽略气体分子的相互作用力和分子势能。从宏观上看，理想气体的内能由气体的摩尔数、温度二个因素决定。从微观上看，由组成气体的分子总数和分子热运动的平均动能决定。4内能与机械能的区别和联系项目内能机械能对应的运动形式微观分子的热运动宏观物体的机械运动决定因素物质的量、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(1)研究物体的内能变化时，要从分子动能和分子势能两个方面全面考虑(理想气体除外)，物体温度升高时，内能不一定增加，温度不变，内能可能改变，温度降低，内能可能增加。(2)研究热现象时，一般不考虑机械能。在机械运动中有摩擦时，有可能发生机械能转化为内能。2关于机械能和内能，下列说法中正确的是()A机械能大的物体，其内能一定很大B物体的机械能损失时，内能却可以增加C物体的内能损失时，机械能必然减少D物体的内能为零时，机械能可以不为零解析：选B内能和机械能是两种不同形式的能量，两者并不存在必然联系。只有在系统的能量转化形式发生在机械能与内能之间时，机械能的损失才等于内能的增加，故A、C错，B对；因为物质分子总在不停地做无规则热运动，故内能不可能为零，D错。分子势能与分子间距离的变化关系例1由于两个分子间的距离变化而使得分子势能变小，可确定在这一过程中()A两分子间的相互作用力一定表现为引力B一定克服分子间的相互作用力做功C两分子间距离一定增大D两分子间的相互作用力可能增大解析由分子力做功与分子势能变化关系可知，分子力做正功时，分子势能减小，有两种可能性：一是rr0，分子力表现为斥力，且分子间距离增大，二是rr0，分子间表现为引力，且分子间距离减小。综上分析可知A、B、C选项错误，D选项正确。答案D借题发挥(1)分子势能的变化与分子力做功直接相关，分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加，且分子力做功的数值等于分子势能的变化量。(2)要特别注意，当rr0时，分子势能最小，但一般不为零，它的值，只有在确定了零势能点后才能确定，可以类比重力势能的相对性帮助理解。分子的动能、势能、物体内能的关系分析例2关于物体的温度与分子动能的关系，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物体温度降低时，每个分子的动能都减小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温度是分子平均动能的标志。温度是0 ，物体中分子的平均动能并非为零，因为分子无规则运动不会停止，A错误；温度降低时分子的平均动能减小，并非每个分子动能都减小，B错误；物体温度升高时，分子的平均动能增大，分子的平均速率增大，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多，C正确；物体的运动速度增大，宏观机械能(动能)增大，但物体内分子的热运动不一定加剧，温度不一定升高，D错误。答案C借题发挥(1)无论什么种类的分子，只要温度相同，分子的平均动能就一定相同。(2)解决有关内能的问题时，要理解内能的特点，清楚物体内能大小的决定因素，知道物体的内能与物质的量、温度、体积和物质的存在状态都有关，但温度高或体积大的物体内能不一定大，在分析物体的内能时一定要综合考虑影响内能的各要素。1多选关于分子的动能，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：选CD分子的动能与物体的机械能的速度无关，A错；温度升高，分子的平均动能一定增加，但对单个分子来讲，其动能可能增加也可能减小，B错；只有C、D正确。2多选如图所示为物体分子间相互作用力与分子间距离之间的关系，下列判断中正确的是()A当rr0时，r越小，则分子势能Ep越大C当rr0时，分子势能最小D当r时，分子势能最小解析：选AC由当分子间的距离r0为斥力，F0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，若规定无限远处分子势能为零，则：(1)乙分子在何处的势能最小？是正值还是负值？(2)乙分子的运动范围多大？(3)在乙分子运动的哪个范围内分子力和分子势能随距离的减小都增加？解析：(1)由于乙分子由静止开始，在ac间一直受到甲分子的引力而做加速运动，引力做正功，分子势能一直在减小，到达c点时所受分子力为零，加速度为零，速度最大，动能最大，分子势能最小(为负值)。(2)由于惯性，到达c点后乙分子继续向甲分子靠近，由于分子力为斥力，故乙分子做减速运动，直到速度为零，设到达d点后返回，故乙分子运动范围在ad之间。(3)在分子力表现为斥力的那一段cd上，随分子间距的减小，乙分子克服斥力做功，分子力、分子势能随间距的减小一直增加。答案：见解析