高中物理 第七章 分子動理論 課時5 內(nèi)能學(xué)案 新人教版選修33
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1、 學(xué)案5 內(nèi)能 [目標(biāo)定位] 1.知道溫度是分子平均動能的標(biāo)志.2.明確分子勢能與分子間距離的關(guān)系.3.理解內(nèi)能的概念及其決定因素. 一、分子動能 [問題設(shè)計] 分子處于永不停息的無規(guī)則運(yùn)動中,因而具有動能.(1)為什么研究分子動能的時候主要關(guān)心大量分子的平均動能?(2)物體溫度升高時,物體內(nèi)每個分子的動能都增大嗎?(3)物體做高速運(yùn)動時,其分子的平均動能會增大嗎? 答案 (1)分子動能是指單個分子熱運(yùn)動的動能,但分子是無規(guī)則運(yùn)動的,因此各個分子的動能以及一個分子在不同時刻的動能都不盡相同,所以研究單個分子的動能沒有意義,我們主要關(guān)心的是大量分子的平均動能.(2)溫度是大量分子
2、無規(guī)則熱運(yùn)動的集體表現(xiàn),含有統(tǒng)計的意義,對于個別分子,溫度是沒有意義的.所以物體溫度升高時,個別分子的動能可能減小,也可能不變.(3)分子的平均動能與宏觀物體運(yùn)動的動能無關(guān). [要點(diǎn)提煉] 1.溫度的理解 (1)在宏觀上:溫度是物體冷熱程度的標(biāo)志. (2)在微觀上:溫度是物體分子熱運(yùn)動的平均動能的標(biāo)志. 2.分子動能的理解 (1)由于分子熱運(yùn)動的速率大小不一,因而重要的不是系統(tǒng)中某個分子的動能大小,而是所有分子的動能的平均值,即分子熱運(yùn)動的平均動能. (2)溫度是大量分子平均動能的標(biāo)志,但對個別分子沒有意義.同一溫度下,各個分子的動能不盡相同. (3)分子的平均動能取決于物體的
3、溫度.
(4)分子的平均動能與宏觀上物體的運(yùn)動速度無關(guān).(填“有”或“無”).
二、分子勢能
[問題設(shè)計]
功是能量轉(zhuǎn)化的量度,分子力做功對應(yīng)什么形式的能量變化呢?
答案 分子力做功對應(yīng)分子勢能的變化.
[要點(diǎn)提煉]
分子勢能是由分子間相互位置決定的勢能,它隨著分子間距離r0的變化而變化,與分子間距離r0的關(guān)系為:
(1)當(dāng)r>r0時,分子力表現(xiàn)為引力,r增大時,分子力做負(fù)(填“正”或“負(fù)”)功,分子勢能增大(填“增大”或“減小”).
(2)當(dāng)r 4、分子勢能最小(填“最大”或“最小”).
(4)如果取兩個分子間相距無窮遠(yuǎn)時(此時分子間作用力可忽略不計)的分子勢能為零,分子勢能Ep與分子間距離r的關(guān)系可用如圖1所示的實線表示(分子力F與分子間距離r的關(guān)系如圖中虛線所示).
圖1
三、內(nèi)能
[問題設(shè)計]
物體的內(nèi)能隨機(jī)械能的變化而變化嗎?內(nèi)能可以變?yōu)榱銌幔?
答案 物體的機(jī)械能變化時其溫度和體積不一定變化,因此其內(nèi)能不一定變化,兩者之間沒有必然聯(lián)系.組成物體的分子在做永不停息的無規(guī)則運(yùn)動,因此物體的內(nèi)能不可能為零.
[要點(diǎn)提煉]
1.內(nèi)能:物體中所有分子的熱運(yùn)動動能與分子勢能的總和.
2.任何物體在任何溫度下都具有內(nèi)能.因 5、為一切物體都是由做永不停息的無規(guī)則運(yùn)動的分子組成的.
3.內(nèi)能的決定因素
(1)從微觀上看,物體的內(nèi)能大小由組成物體的分子總數(shù)、分子熱運(yùn)動的平均動能和分子間距離三個因素決定.
(2)從宏觀上看,物體的內(nèi)能由物體的物質(zhì)的量、溫度和體積三個因素決定.
4.內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別和聯(lián)系
區(qū)別:(1)物體的機(jī)械運(yùn)動對應(yīng)著機(jī)械能,熱運(yùn)動對應(yīng)著內(nèi)能.內(nèi)能和機(jī)械能是兩種不同形式的能量.
(2)內(nèi)能是由物體內(nèi)大量分子熱運(yùn)動的劇烈程度和分子間的距離決定的能量,是所有分子熱運(yùn)動動能和分子勢能的總和.而機(jī)械能是由物體的機(jī)械運(yùn)動速度、相對參考面的高度、物體形變大小等決定的能量,它是對宏觀物體整體來說的.
聯(lián) 6、系:物體具有內(nèi)能的同時也可以具有機(jī)械能.當(dāng)物體的機(jī)械能增加時,內(nèi)能不一定(填“一定”或“不一定”)增加,但機(jī)械能與內(nèi)能之間可以相互轉(zhuǎn)化.
一、分子動能
例1 關(guān)于分子的動能,下列說法中正確的是( )
A.物體運(yùn)動速度大,物體內(nèi)分子的動能一定大
B.物體的溫度升高,物體內(nèi)每個分子的動能都增大
C.物體的溫度降低,物體內(nèi)大量分子的平均動能一定減小
D.物體內(nèi)分子的平均動能與物體做機(jī)械運(yùn)動的速度大小無關(guān)
解析 分子的動能與機(jī)械運(yùn)動的速度無關(guān),溫度升高,分子的平均動能一定增大,但對單個分子來講,其動能可能增大也可能減小.
答案 CD
二、分子勢能
例2 甲、乙兩分子相距較遠(yuǎn)( 7、此時它們之間的分子力可以忽略),設(shè)甲固定不動,在乙逐漸向甲靠近直到不能再靠近的過程中,關(guān)于分子勢能的變化情況,下列說法正確的是( )
A.分子勢能不斷增大 B.分子勢能不斷減小
C.分子勢能先增大后減小 D.分子勢能先減小后增大
解析 r>r0時,靠近時引力做正功,Ep減??;r 8、∞時,分子勢能Ep最小
解析 當(dāng)r 9、,分子的平均速率也可能不同
解析 解答本題的關(guān)鍵是對溫度和內(nèi)能這兩個概念的理解.溫度是分子熱運(yùn)動的平均動能的標(biāo)志,內(nèi)能是所有分子熱運(yùn)動動能和分子勢能的總和,故溫度不變時,內(nèi)能可能變化,A項錯誤.兩物體溫度相同,內(nèi)能可能不同,分子的平均動能相同,但由=m2知,分子的平均速率可能不同,故D項正確.最易出錯的是認(rèn)為有熱量從A傳到B,A的內(nèi)能肯定大,其實有熱量從A傳到B,只說明A的溫度高,內(nèi)能大小還要看它們的總分子數(shù)和分子勢能這些因素,故C項錯誤.機(jī)械運(yùn)動的速度與分子熱運(yùn)動的平均動能無關(guān),故B項錯誤.故正確答案為D.
答案 D
1.(分子動能)關(guān)于溫度與分子動能的關(guān)系,下列說法正確的是( 10、)
A.某物體的溫度為0℃,說明物體中分子的平均動能為零
B.溫度是分子熱運(yùn)動平均動能的標(biāo)志
C.溫度較高的物體,其分子平均動能較大,則分子的平均速率也較大
D.物體的運(yùn)動速度越大,則物體的溫度越高
答案 B
解析 某物體溫度是0℃,物體中分子的平均動能并不為零,因為分子在永不停息地運(yùn)動,A錯誤;溫度是分子熱運(yùn)動平均動能的標(biāo)志,溫度越高,分子的平均動能越大,由Ek=mv2.知分子平均速率不一定大,B正確,C錯誤;物體內(nèi)分子無規(guī)則熱運(yùn)動的速度與機(jī)械運(yùn)動的速度無關(guān),物體的運(yùn)動速度越大,不能代表物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動越激烈,所以物體的溫度不一定高,D錯誤.
2.(分子勢能)分子間距增大時 11、,分子勢能將( )
A.增大 B.減小
C.不變 D.不能確定
答案 D
解析 分子勢能的變化與分子力做功緊密聯(lián)系;當(dāng)分子力做正功時,分子勢能減??;當(dāng)分子力做負(fù)功時,分子勢能增大.
(1)當(dāng)r>r0時,分子間的作用力為引力,將分子間距離增大時,分子力做負(fù)功,分子勢能增大.
(2)當(dāng)r 12、小
B.r=r0時,分子動能最大,分子勢能最小
C.r<r0時,分子力做負(fù)功,分子動能減小,分子勢能增大
D.以上均不對
答案 ABC
解析 一個分子從遠(yuǎn)處向另一個分子靠近,它們之間的作用力先為引力后為斥力,故先做正功后做負(fù)功,那么分子勢能先減小后增大,而動能正好相反,先增大后減??;當(dāng)r=r0時,勢能最小,動能最大.
4.(內(nèi)能)關(guān)于物體的內(nèi)能,下列說法中正確的是( )
A.機(jī)械能可以為零,但內(nèi)能永遠(yuǎn)不為零
B.溫度相同、質(zhì)量相同的物體具有相同的內(nèi)能
C.溫度越高,物體的內(nèi)能越大
D.0 C的冰的內(nèi)能與等質(zhì)量的0 C的水的內(nèi)能相等
答案 A
解析 機(jī)械能是宏觀能量,當(dāng) 13、物體的動能和勢能均為零時,機(jī)械能就為零;而物體內(nèi)的分子在永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動,且存在相互作用力,所以物體的內(nèi)能永不為零,A項對;物體的內(nèi)能與物質(zhì)的量、溫度和體積有關(guān),B、C、D三項錯誤,故選A.
內(nèi)能
題組一 分子動能
1.關(guān)于溫度,下列說法正確的是( )
A.溫度升高,每個分子的動能都增大
B.物體運(yùn)動速度越大,分子總動能越大,因而物體溫度也越高
C.一個分子運(yùn)動的速率越大,該分子的溫度越高
D.溫度是大量分子無規(guī)則熱運(yùn)動的平均動能的標(biāo)志
答案 D
解析 溫度升高,分子的平均動能變大,而不是每個分子的動能都變大,故A錯.物體宏觀運(yùn)動的速度對應(yīng)的是機(jī)械能(動能), 14、與分子無規(guī)則熱運(yùn)動的平均動能無關(guān),與物體的溫度無關(guān),B錯;溫度是對大量分子而言的,是統(tǒng)計、平均的概念,對單個分子無意義,C錯.
2.下列說法中正確的是( )
A.只要溫度相同,任何物體分子的平均動能都相同
B.分子動能指的是由于分子定向運(yùn)動具有的能
C.10個分子的動能和分子勢能的總和就是這10個分子的內(nèi)能
D.溫度高的物體中的每一個分子的運(yùn)動速率一定大于溫度低的物體中的每一個分子的運(yùn)動速率
答案 A
解析 溫度相同,物體分子的平均動能相同,故A正確;分子動能指的是由于分子做無規(guī)則熱運(yùn)動而具有的能,B錯誤;物體內(nèi)能是對大量分子而言的,對于10個分子無意義,故C錯誤;溫度高的物體 15、分子的平均運(yùn)動速率大(相同物質(zhì)),但具體的每一個分子的運(yùn)動速率是不確定的,可能大于平均運(yùn)動速率,也可能等于平均運(yùn)動速率,也可能小于平均運(yùn)動速率,故D錯誤.
題組二 分子勢能
3.關(guān)于分子勢能和物體體積的關(guān)系,下列說法中正確的是( )
A.當(dāng)物體體積增大時,其分子勢能必定增大
B.當(dāng)物體體積增大時,其分子勢能不一定增大
C.當(dāng)物體體積減小時,其分子勢能必定減小
D.當(dāng)物體體積不變時,其分子勢能一定不變
答案 BD
解析 物體的分子勢能與體積不是單值對應(yīng)的關(guān)系,分子勢能相同,體積不一定相同,而體積不變,分子勢能一定不變.
4.下列分子勢能一定減小的情況是( )
A.分子間距 16、離減小時
B.分子間表現(xiàn)為斥力且分子間距離增大時
C.分子動能增大時
D.分子間作用力做負(fù)功時
答案 B
解析 當(dāng)分子間距離減小時,分子間的作用力可能做正功,也可能做負(fù)功,所以分子勢能可能增大也可能減小,A錯誤;當(dāng)分子間表現(xiàn)為斥力且分子間距離增大時,分子間的作用力做正功,分子勢能減小,B正確;分子動能與分子勢能沒有關(guān)系,C錯誤;分子間的作用力做負(fù)功時,分子勢能增大,D錯誤.
5.下列四幅圖中,能正確反映分子間作用力F和分子勢能Ep隨分子間距離r變化關(guān)系的圖線是( )
答案 B
解析 當(dāng)r 17、子力表現(xiàn)為引力,隨分子間距離r增大,分子勢能Ep增大;當(dāng)r=r0時,分子力為零,此時分子勢能最小.故選項B正確.
6.兩個相距較遠(yuǎn)的分子僅在分子力作用下由靜止開始運(yùn)動,直至不再靠近.在此過程中,下列說法正確的是( )
A.分子力先增大,后一直減小
B.分子力先做正功,后做負(fù)功
C.分子動能先增大,后減小
D.分子勢能先增大,后減小
E.分子勢能和分子動能之和不變
答案 BCE
解析 兩分子從相距較遠(yuǎn)處僅在分子力作用下由靜止開始運(yùn)動,直至不再靠近的過程中,分子力先表現(xiàn)為分子引力后表現(xiàn)為分子斥力,分子間距離r>r0時,隨著距離r的減小,分子力先增大后減小,分子間距離r 18、子力一直增大至最大,故選項A錯;在兩分子靠近的過程中,分子引力做正功、分子斥力做負(fù)功,分子勢能先減小后增大,分子動能先增大后減小,所以選項B、C正確,選項D錯;分子僅在分子力作用下運(yùn)動,只有分子力做功,分子勢能和分子動能之和不變,選項E正確.
題組三 內(nèi)能
7.下列說法正確的是( )
A.分子的動能與分子的勢能的和叫做這個分子的內(nèi)能
B.物體的分子勢能由物體的溫度和體積決定
C.物體的速度增大時,物體的內(nèi)能增大
D.物體的動能減小時,物體的溫度可能增加
答案 D
解析 內(nèi)能是對物體內(nèi)所有分子而言的,單個分子無內(nèi)能可言,選項A錯誤;物體的分子勢能由分子間距離決定,宏觀上表現(xiàn)為由 19、物體的體積決定,所以選項B錯誤;物體的宏觀速度與物體的內(nèi)能沒有關(guān)系,物體的動能與物體的溫度沒有關(guān)系,故選項C錯誤,D正確.
8.下列說法中正確的是( )
A.物體溫度降低,其分子熱運(yùn)動的平均動能增大
B.物體溫度升高,其分子熱運(yùn)動的平均動能增大
C.物體溫度降低,其內(nèi)能一定增大
D.物體溫度不變,其內(nèi)能一定不變
答案 B
解析 溫度是物體分子平均動能的標(biāo)志,所以物體溫度升高,其分子熱運(yùn)動的平均動能增大,A錯,B對;影響物體內(nèi)能的因素是溫度、體積和物質(zhì)的量,所以只根據(jù)溫度的變化情況無法判斷內(nèi)能的變化情況,C、D錯.
9.三個瓶子分別盛有質(zhì)量相同的氫氣、氧氣和氮?dú)?,它們的溫度相?/p>
20、,則分子平均速率最大的是 ;在不計分子勢能的情況下,氣體內(nèi)能最大的是 .
答案 氫氣 氫氣
解析 它們的平均動能相同,即mOv=mNv=mHv,而分子質(zhì)量的大小關(guān)系為mO>mN>mH,所
以有vH>vN>vO,又因三種氣體的質(zhì)量相同,氫氣的分子總數(shù)最多,由氣體內(nèi)能E內(nèi)=Nk可知,氫氣內(nèi)能最大.
10.飛機(jī)從地面由靜止起飛,隨后在高空做高速航行.有人說:“在這段時間內(nèi),飛機(jī)中乘客的勢能、動能都增大了,他的所有分子的動能和勢能也都增大了,因此乘客的內(nèi)能增大了.”這種說法對嗎?為什么?
答案 見解析
解析 這種說法不對.因為機(jī)械能與內(nèi)能是兩個不同的概念 21、,與機(jī)械能相關(guān)的是物體宏觀上的機(jī)械運(yùn)動,其大小因素由物體的質(zhì)量、速度及相對高度決定,題中乘客的機(jī)械能增加了,但是物體的內(nèi)能是由它的物質(zhì)的量、溫度、體積決定,乘客的體積、物質(zhì)的量不變,也沒有明確溫度怎么變化,所以無法判斷乘客內(nèi)能的變化.
11.(1)1 kg的40 ℃的水跟1 kg的80 ℃的水哪個內(nèi)能多?
(2)1 kg的40 ℃的水跟2 kg的40 ℃的水哪個內(nèi)能多?
(3)一杯100 ℃的開水跟一池塘常溫下的水哪個內(nèi)能多?
(4)1 kg的100 ℃的水跟1 kg的100 ℃的水蒸氣哪個內(nèi)能多?
答案 (1)1 kg的80 ℃的水 (2)2 kg的40 ℃的水 (3)一池塘常溫下 22、的水 (4)1 kg的100 ℃的水蒸氣
解析 (1)兩者質(zhì)量一樣,同種物質(zhì),所以分子數(shù)目一樣,而80 ℃的水比40 ℃的水的水分子平均動能大,所以1 kg的80 ℃的水的總動能比1 kg的40 ℃的水大,若不考慮水的膨脹引起的體積微小變化,則1 kg的80 ℃的水的內(nèi)能多.
(2)1 kg的40 ℃的水跟2 kg的40 ℃的水比較,2 kg的40 ℃的水內(nèi)能多,因為后者分子數(shù)目多.
(3)雖然100 ℃的開水的水分子平均動能較大,但池塘的水的分子數(shù)比一杯水的分子數(shù)多得多,故一池塘常溫下的水的內(nèi)能比一杯100 ℃的開水的內(nèi)能多.
(4)它們的質(zhì)量相等,因而所含分子數(shù)相等,分子的平均動能也相同,但100 ℃的水蒸氣分子勢能比100 ℃的水大,故1 kg的100 ℃的水蒸氣的內(nèi)能比1 kg的100 ℃的水的內(nèi)能多.
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