2019-2020学年高中物理 第一章 分子动理论 第五节 物体的内能 第六节 气体分子运动的统计规

第一章分子动理论第五节物体的内能第六节气体分子运动的统计规律第一章分子动理论1.知道分子的动能、分子的平均动能及温度是分子平均动能大小的标志．2.知道分子的势能跟物体的体积有关，分子势能随分子间距离变化而变化的规律．3.知道什么是物体的内能，物体的内能与哪些宏观量有关，能区别物体的内能和机械能．4.知道什么是统计规律及气体分子运动的统计规律．5.掌握温度与分子平均动能的关系、分子势能与分子之间距离的关系、热传递与功的关系．6.区分温度、内能、热量三个物理量；掌握分子势能随分子间距离变化的势能曲线．一、分子动能和分子势能分子动能分子势能定义分子无规则运动而具有的能由分子力和分子间相对位置决定的能大小决定因素温度是物体分子平均动能大小的标志宏观上与物体的体积有关，微观上与分子间距离有关二、物体的内能1．定义：物体中所有分子做热运动的________和___________的总和．2．相关因素：物体的内能跟物体的_______和体积都有关系．(1)温度升高时，分子平均动能增加，物体的内能________．(2)体积变化时，分子势能发生变化，物体的内能也会发生_______．动能分子势能温度增加变化3．理想气体(1)理想气体微观模型：忽略了气体分子的相互作用力和___________．(2)一定质量的气体，温度越高，压强______，气体越_______，就越接近理想气体．(3)理想气体的内能只跟温度有关，温度越高，理想气体的内能_______．分子势能越小稀薄越大1．物体的运动越来越快，其内能是否一定发生变化？提示：物体的内能指的是物体内所有分子做热运动的动能和分子势能的总和，物体运动越来越快对应的是机械能．两者本质不同，可在一定条件下相互转化，故物体运动越来越快，其内能有可能变化也有可能不变．三、气体分子运动的统计规律1．分子沿各个方向运动的机会相等(1)在气体中，大量分子的频繁碰撞，使某个分子何时何地向何处运动是_______的．(2)对大量分子的整体来说，在任一时刻分子沿各个方向运动的机会是_______的．2．分子速率按一定的规律分布(1)大量分子整体的速率分布遵从一定的___________；在一定的_______下，各种不同速率范围内的分子数在总分子数中所占的比率是_______的．偶然均等统计规律温度确定(2)气体分子中，速率很大的和速率很小的分子数占总分子数的比率是_______的，气体中大多数分子的速率都接近某个数值．与这个数值相差越多，分子数_______，表现出“________、_________”的分布规律．(3)温度升高时，分子数最多的速率区间移向________的一方，速率小的分子数减少，速率大的分子数增加，分子的平均动能_______，总体上仍表现出“________、___________”的分布规律．很小越少中间多两头少速率大增大中间多两头少2．气体的温度升高时，所有气体分子的速率都增大吗？提示：温度升高时，气体分子的平均速率增大，但有可能个别分子的速率变小，事实上，对于某个气体分子来说，其速率大小是时刻在变化的，并且也是无法确定的．对分子动能的理解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不尽相同，所以单个分子的动能没有意义，我们主要研究的是大量分子的平均动能．2．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唯一标志，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，但由于不同物质分子的质量不尽相同，所以分子的平均速率可能是不同的．3．温度升高，分子的平均动能一定增大；温度降低，分子的平均动能一定减小；温度不变，分子的平均动能一定不变．4．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．(1)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．(2)分子做热运动的平均动能不涉及宏观物体运动的动能．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[解析]某种物体温度是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，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热运动，则物体的温度不一定高，所以选C项．[答案]C温度升高，平均动能、平均速率都增大．但对某个分子来说，它的分子动能、速率不一定增大．1.(多选)下列关于分子动能的说法，正确的是()A．物体的温度升高，每个分子的动能都增加B．物体的温度升高，分子的总动能增加C．如果分子的质量为m，平均速率为v，则平均动能为12mv2D．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：选BD.温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增加，但是其中个别分子的动能有可能减小，A错、B对．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．分子势能与分子间距离的关系1．分子势能的变化规律是：分子力做正功，分子势能减小，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．2．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处逐渐减小至r0的过程中，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．当分子间距离达到r0以后再继续减小，分子间的合力为斥力，在分子间距离减小的过程中，合力做负功，分子势能增大，其数值将从负值逐渐增大至零，然后为正值，故r＝r0时，分子势能最小．注意分子势能最小与分子势能为零是不相同的．3．宏观上，分子势能与物体的体积有关．物体的体积发生变化时，分子间的相对位置也发生变化，因而分子势能也发生变化．由于物体分子间距的变化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大(在r＞r0范围内)，有时体现为分子势能减小(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．分子势能最小与分子势能为零不是一回事．分子势能的正负代表大于或小于零势能点的分子势能，如Ep＝－10J，Ep′＝0J，则Ep＜Ep′.命题视角1分子势能与分子距离的关系(多选)如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子沿x轴运动，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离的变化关系如图中曲线所示．图中分子势能的最小值为－E0.若两分子所具有的总能量为0，则下列说法中正确的是()A．乙分子在P点(x＝x2)时，其动能为E0B．乙分子在P点(x＝x2)时，加速度最大C．乙分子在Q点(x＝x1)时，处于平衡状态D．乙分子的运动范围为x≥x1[解析]两分子所具有的总能量为0，乙分子在P点时，分子势能为－E0，故分子动能为E0，故A正确；乙分子在P点时，分子力为零，故加速度为零最小，故B错误；乙分子在Q点时分子势能为零，但此时受分子力不为零，故不是平衡状态，故C错误；当乙分子运动至Q点(x＝x1)时，其分子势能为零，故其分子动能也为零，分子间距最小，而后向分子间距变大的方向运动，故乙分子的运动范围为x≥x1，故D正确．[答案]AD命题视角2分子力做功与分子势能变化的关系(多选)如图所示，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的距离的关系如图中曲线所示．F0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，则()A．乙分子由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小D．乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能一直增大[解析]乙分子由a运动到c的过程，一直受到甲分子的引力作用而做加速运动，到c时速度达到最大而后受甲的斥力做减速运动，A错误，B正确；乙分子由a到b的过程所受引力做正功，分子势能一直减小，C正确；而乙分子从b到d的过程，先是引力做正功，分子势能减少，后来克服斥力做功，分子势能增加，D错误．[答案]BC2.如图所示为物体分子势能与分子间距离之间的关系，下列判断正确的是()A．当rr0时，r越小，则分子势能Ep越大B．当rr0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：选AC.由图象可知：分子间距离为r0时分子势能最小，此时分子间的距离为平衡距离；另外，结合分子力的关系可知，当r大于r0时，分子间的作用力表现为引力，当r小于r0时，分子间的作用力表现为斥力；当r由比较大减小到r0的过程中，分子间的作用力表现为引力，做正功，分子势能减小，r小于r0时，分子间的作用力表现为斥力，距离减小的过程中做负功，分子势能增大，所以当r等于r0时，分子势能最小，故A、C正确．物体的内能1．影响因素(1)宏观因素：物体内能大小由物体的摩尔数、温度和体积三个因素决定，与物体的运动状态无关．(2)微观因素：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．2．内能与机械能的区别和联系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能量常见形式分子动能、分子势能物体的动能、重力势能或弹性势能能量存在的原因由物体内大量分子的热运动和分子间相对位置决定由于物体做机械运动、发生形变或被举高内能机械能影响因素物质的量、物体的温度和体积及物态物体的质量、机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度)或弹性形变程度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下列叙述正确的是()A．分子的动能与分子的势能之和，叫做这个分子的内能B．物体的内能由物体的动能和势能决定C．物体做加速运动时，其内能也一定增大D．物体的动能减少时，其温度可能升高[解析]内能是大量分子组成的物体具有的，单个分子无内能可言，A错误；物体的内能是物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和，由物体的温度、体积决定，与整个物体宏观机械运动的动能和势能无关，故B错误；物体做加速运动时，其动能增大，但内能不一定增大，故C错误；当物体运动的动能减少时，其温度可能升高，如物体在粗糙的水平面上滑行，因摩擦生热，动能减少温度升高，故D正确．[答案]D3.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，机械能必然减小D．物体的内能为零时，机械能不可以为零解析：选B.内能和机械能是两种不同形式的能量，两者并不存在必然的联系．只有在系统的能量转化形式只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错误，B正确；因为物质分子总在不停地做无规则运动，故内能不可能为零，D错误．故选B.气体分子运动的规律1．气体的微观结构特点：气体分子间的距离很大，大于10r0，所以气体分子间的分子力很弱，通常认为气体分子除相互碰撞或与器壁碰撞外，不受其他力的作用．2．气体分子运动的特点(1)气体分子可以在空间自由移动而充满它所能达到的任何空间．(2)气体分子间频繁发生碰撞：一个空气分子在1s内与其他分子发生的碰撞达6.5亿次之多，分子的频繁碰撞使每个分子速度的大小和方向频繁改变，造成气体分子杂乱无章的做无规则运动．(3)某时刻，气体分子沿各个方向运动的概率相同，某时刻，沿任何方向运动的分子都有，且沿各个方向运动的分子数目是相等的．3．一定温度下，气体分子的速率按“中间多、两头