2019-2020学年高中物理 第7章 分子动理论 5 内能课件 新人教版选修3-3

5内能我们知道：一切运动着的物体都具有动能；处在地面附近的物体被举高，具有重力势能．而分子永不停息地做无规则的运动，且分子之间存在着引力和斥力，那么分子和分子间是否也存在动能和势能？它们的动能和势能与什么有关？这一节我们就探究这些问题．一、分子动能和分子势能【答案】做无规则运动相对位置温度物体的体积分子间的距离比较内容分子能量分子动能分子势能定义分子____________而具有的能由分子力和分子间______决定的能大小决定因素________是分子平均动能大小的标志宏观上与__________有关，微观上与__________有关二、物体的内能1．定义：物体中所有分子的热运动动能与______的总和．2．决定因素(1)分子的热运动平均动能由________决定，分子总动能还与分子总数即________有关．(2)分子的势能与物体的________有关．(3)物体的内能由_______、_______、_______共同决定．【答案】1.分子势能2.(1)温度物质的量(2)体积(3)物质的量温度体积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．(2)分子在永不停息地做无规则运动，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结果，个别分子动能没有意义．如何理解分子平均动能的概念及与温度的关系？2．分子的平均动能(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动能的平均值，即分子的平均动能．(2)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．(3)统计意义分子的平均动能与温度有关，温度越高，物体中分子的热运动的程度越剧烈，分子的平均动能越大．温度是物体内分子热运动的平均动能的标志，它是大量分子热运动的平均效果的反映．温馨提示：温度是分子平均动能的“标志”或者说“量度”，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．1．(2019长沙名校一模)杯子里盛有热水，经过一段时间后杯子里的水慢慢变凉，则()A．水分子的平均动能减小B．所有水分子的动能都减小C．只有个别水分子的动能减小D．水分子的动能可以用12mv2计算【答案】A解析：水的温度降低时，其分子平均动能减小，但并不是每个分子的无规则运动的动能都减小，也不是只有个别水分子的动能减小，故A正确，B、C错误；分子的平均动能的计算有专门的公式，但不能用12mv2计算，故D错误．1．特点：由分子间相对位置决定的能量，随分子间距的变化而变化．2．变化分析依据：由于分子间既存在引力，又存在斥力，分子间距离变化时，既要考虑引力做功，又要考虑斥力做功．为简化起见，用分子间的合力做功分析势能变化，W0，势能减少；W0，势能增加．分子势能与分子间距及分子力做功的关系3．分子势能与分子间距的关系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．变化特点(1)当rr0时，r增大，分子势能增大，反之，减小．(2)当rr0时，r增大，分子势能减小，反之，增大．(3)当r→∞时，分子势能为零；当r＝r0时，分子势能最小．(4)物体体积的变化对应于分子距离的变化，物体体积增大，有时体现为分子势能的增大(rr0范围内)，有时体现为分子势能的减小(rr0范围内)，关键要看体积变化过程中分子力是做正功，还是负功．5．分子势能“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．温馨提示：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位置决定的能量，且该种力做功等于对应势能的变化．2．(2019南京名校二模)当两分子间距变化时分子势能变大了，则可以判定在此过程()A．分子力一定做了功B．分子力一定增大C．分子间距一定变大D．分子力一定是引力【答案】A解析：分子势能变大，则一定是分子克服分子力做功，故A正确；若分子间距大于平衡间距，分子间距变小时分子势能减小，分子力可能增大，也可能减小，故B错误；若取无穷远处为零势能点，分子势能与距离的关系如图所示，可知分子势能变大了，分子之间的距离可能增大，也可能减小，故C错误；若分子间距小于平衡间距，分子间距变大，分子力减小，表现为斥力，故D错误．1．内能概念及决定因素(1)物体的内能：物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和．(2)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．(3)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．决定物体内能有哪些因素，它与机械能的区别和联系2．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热运动宏观物体机械运动能量常见形式分子动能、分子势能物体动能、重力(或弹性)势能能量存在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物体做机械运动和物体形变或被举高项目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温馨提示：(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)物体温度升高，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．3．(多选)下列关于内能和机械能的说法，正确的是()A.机械能增大的物体，其内能一定增大B.物体的机械能损失时，内能却可能增加C.物体的内能损失时，机械能必然会减小D.物体的机械能可以为零，内能不可以为零【答案】BD【解析】内能和机械能是两种不同形式的能，内能由物体分子状态决定，而机械能由物体的质量、宏观速度、相对地面高度或弹性形变程度决定，二者决定因素是不同的.物体被举高，机械能增大，若温度降低，内能可能减小，故A错误；物体克服空气阻力匀速下降，机械能减小，而摩擦生热，物体温度升高，内能会增大，故B正确；物体静止时，温度降低，内能减小，而物体的机械能不变，故C错误；物体内分子永不停息地运动，内能不可能为零，故D正确.例1关于物体的温度与分子动能的关系，正确的说法是()A．某物体的温度是0℃，说明物体中分子的平均动能为零B．物体温度升高时，每个分子的动能都增大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，则物体的温度越高分子的动能与物体温度的关系解析：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，分子运动加剧，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，物体的动能越大，这并不能代表物体内部分子的热运动，所以物体的温度不一定高．答案：C反思领悟：①因为温度是分子平均动能的唯一标志，所以误认为0℃的物体中分子的平均动能也为零．②由于没有区分物体内分子做无规则热运动的速度和物体做机械运动的速度，而错选D．1．(多选)当氢气和氧气的质量和温度都相同时，下列说法中正确的是()A．两种气体分子的平均动能相等B．氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率C．两种气体分子热运动的总动能相等D．两种气体分子热运动的平均速率相等【答案】AB【解析】因温度是气体分子平均动能的标志，所以A选项正确．因为氢气分子和氧气分子的质量不同，且m(H2)＜m(O2)，平均动能又相等，所以分子质量大的平均速率小，故D选项错而B选项正确．虽然气体质量和分子平均动能都相等，但由于气体摩尔质量不同，分子数目就不等，因此C选项错．例2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分子力做功与分子势能变化的关系应用解析：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，分子间表现为引力；当分子间距离小于r0时，分子间表现为斥力；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，当乙从较远处向甲尽量靠近的过程中，分子力先是对乙做正功，而由分子力做功与分子势能变化的关系知道，若分子力做正功，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，而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，因此在乙尽量向甲靠近的过程中，分子势能是先减小后增大．答案：D反思领悟：(1)分子势能的变化情况只与分子力做功相联系．分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加．分子力做功的值等于分子势能的变化量．(2)讨论分子势能变化时，绝不能简单地由物体体积的增大、减小就得出结论．导致分子势能变化的原因是分子力做功情况．2．(2019唐山名校一模)分子间的距离减小时()A．分子势能一定减小B．分子势能一定增大C．分子间引力和斥力都减小D．分子间引力和斥力都增大【答案】D解析：分子间同时存在引力和斥力，引力和斥力都随分子间距的减小而增大，但斥力增大得更快；当相距为r0，分子力为零，分子间距离大于r0时，分子力表现为引力，距离减小时分子力做正功，分子势能减小；但如果分子间距离小于r0时，分子力表现为斥力，距离减小时分子力做负功，分子势能增大．故D正确，A、B、C错误．例3关于物体的内能，下列说法中正确的是()A．水分子的内能比冰分子的内能大B．物体所处的位置越高，分子势能就越大，内能越大C．一定质量的0℃的水结成的0℃的冰，内能一定减少D．相同质量的两个同种物体，运动物体的内能一定大于静止物体的内能物体的内能及变化解析：因内能是指组成物体的所有分子的热运动的动能与分子势能的总和，说单个分子的内能没有意义，故选项A错误．内能与机械能是两种不同性质的能，它们之间无直接联系，内能与“位置”高低、“运动”还是“静止”没有关系，故选项B、D错误．一定质量的0℃的水结成0℃的冰，放出热量，使得内能减小．答案：C反思领悟：分析物体内能变化的基本方法有两种：(1)根据内能的定义来分析，抓住三个方面：一看物质的量，二看温度，三看体积．(2)从能量的观点分析，特别是遇到物态变化时，用第二种方法更优越．3．关于内能的正确说法是()A.物体分子热运动的动能的总和就是物体的内能B.对于同一种物体，温度越高，分子平均动能越大C.同种物体，温度高、体积大的内能大D.温度相同，体积大的物体内能一定大【答案】B【解析】内能是物体内所有分子的动能和分子势能的总和，故A错误；温度是分子平均动能的标志，温度高，分子平均动能大，B正确；物体的内能是与物体的物质的量、温度、体积以及存在状态都有关的量，C、D中的描述都不完整.