1、第五节物体的内能学习目标重点难点1.知道温度是分子热运动平均动能的标志.2.知道分子势能随分子间距离的变化关系，理解分子势能与物体的体积有关.3.知道什么是内能，知道物体的内能跟物体的物质的量、温度和体积有关.4.能够区别内能和机械能.1.对分子动能、分子势能、物体内能概念的理解(重点)2.掌握三个规律(温度与分子动能的关系、分子势能与分子距离之间的关系，热传递和功的关系)(重点)3.分子势能与分子力做功及随分子间距离变化的关系(难点)一、分子的动能温度1基本知识(1)平均动能物体内所有分子的动能的平均值(2)平均动能与温度的关系温度越高，分子热运动的平均动能越大，温度越低，分子热运动的平均动
2、能越小温度是物体分子热运动的平均动能的标志2思考判断(1)某种物体的温度是0 ，说明物体中分子的平均动能为零()(2)物体温度升高时，每个分子的动能都增大()(3)物体的温度降低，物体内大量分子的平均动能一定减小()3探究交流如何理解温度是分子平均动能的标志？【提示】温度只与物体大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对应，与单个分子的动能没有关系，如当温度升高，对某一个分子来讲，其动能可能升高，也可能降低二、分子势能1基本知识(1)定义分子间存在相互作用力，分子间具有由它们的相对位置决定的势能(2)分子势能的决定因素宏观上：分子势能与物体的体积有关微观上：分子势能与分子间的距离有关()当rr0
3、时，分子力表现为引力，若r增大，需克服分子的引力做功，分子势能增大()当rr0时，分子力表现为斥力，若r减小，需克服分子的斥力做功，分子势能增大()当rr0时，分子势能最小2思考判断(1)物体体积增大，分子势能一定增大()(2)某物体(分子间作用力为引力)分子间的距离增大，分子势能增大()(3)物体体积增大，分子势能有可能增大()3探究交流分子势能与体积有关，能否说物体体积越大，分子势能就越大？【提示】不能，因为分子势能除与物体的体积有关外，还与物态有关，如0 的水结成0 的冰后，体积变大，但分子势能却减小了三、物体的内能1基本知识(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)决
4、定因素物体的内能跟物体的温度和体积都有关系温度升高时，分子平均动能增加，物体的内能增加体积变化时，分子势能发生变化，物体的内能也会发生变化(3)理想气体理想气体微观模型：忽略了气体分子的相互作用力和分子势能理想气体的内能只跟温度有关，温度越高，理想气体的内能越大一定质量的气体，温度越高，压强越小，气体越稀薄，就越接近理想气体2思考判断(1)一定质量的0 的水结成0 的冰，内能一定减少()(2)物体的运动速度减小时，内能一定减少()3探究交流一架飞机在空中以某一速度飞行，由于飞机中所有分子都具有飞机的速度，所以分子具有动能又由于飞机在空中，飞机中所有分子都离地面有一定高度，以地面为零势能位置，所
5、以分子具有势能上述动能和势能的总和就是飞机的内能，当飞机停在地上时，飞机的内能为零以上说法是否正确？为什么？【提示】不正确，飞机的内能不是飞机的机械能，它是飞机中所有分子做无规则热运动和由于分子之间的相互作用而具有的势能的总和，与飞机的高度和飞机速度无关温度与分子动能【问题导思】1温度为0 时，物体内分子动能是否为零？2温度升高时，物体内每个分子的动能都增大吗？3在同一温度下，不同物质的分子运动的平均速率大小一样吗？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
6、结果，个别分子动能没有实际意义2分子的平均动能(1)温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义温度升高，分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大个别分子动能可能增大也可能减小，个别分子甚至几万个分子热运动的动能大小与温度是没有关系的但总体上所有分子的动能之和一定是增加的(2)理想气体的分子的平均动能大小只由温度决定，与物质种类、质量、压强、体积无关，即只要温度相同，任何分子的平均动能都相同但是温度不是直接等于分子的平均动能由于不同物质的分子质量不尽相同，所以同一温度下，不同物质的分子运动的平均速率大小一般不相同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
7、动的统计意义上的平均动能相对应(双选)下列说法正确的是()A在10 时，一个氧气分子的分子动能为Ek，当温度升高到20 ，这个分子的分子动能为Ek，则EkEkB在10 时，每一个氧气的分子的温度都是10 C在10 时，氧气分子平均速率为，氢气分子平均速率为，则m2，则1r0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距离的增大而增大(2)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距离的减小而增大(3)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
8、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(4)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1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物体体积改变，分子势能必定发生改变，大多数物质是体积越大，分子势能越大；也有少数反常物质(如冰、铸铁)体积越大，分子势能反而越小(双选)如图所示为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B当rr0时
9、，r越小，则分子势能Ep越大C当rr0时，分子势能Ep最小D当r时，分子势能Ep最小【审题指导】解答本题应把握以下两点：(1)根据分子间距离判断分子力表现为引力还是斥力(2)根据分子力做功的正负判断分子势能的变化【解析】当rr0时，分子力表现为斥力，r减小时分子力做负功，分子势能增大；当rr0时，分子力表现为引力，r减小时分子力做正功，分子势能减小；当rr0时，分子力为零，分子势能最小，故本题应选A、C.【答案】AC有关分子势能及其改变的问题比较复杂，但若把分子势能的变化与分子力做的功联系起来考虑，就不难解决.必要时，还可以把分子力做功与分子势能的变化关系同重力做功与重力势能的变化关系进行类比
10、，来帮助分析和判断.2.如图所示，用F表示两分子间的作用力，Ep表示分子间的分子势能，在两个分子之间的距离由10r0变为r0的过程中()AF不断增大，Ep不断减小BF先增大后减小，Ep则不断减小CF不断增大，Ep先增大后减小DF、Ep都是先增大后减小【解析】分子间的作用力是矢量，分子势能是标量，由图象可知F先增大后变小，Ep则不断减小，B正确【答案】B对物体内能的理解【问题导思】1物体温度升高，内能一定增加吗？2物体温度不变，内能一定不变吗？3物体机械能为零时物体内能也为零吗？1物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和，叫作物体的内能2物体的内能与分子数有关，物体的分子数越多，质量越大，内
11、能越大物体的内能还与温度和体积有关，当温度和体积变化时，分子的平均动能和分子势能也发生改变可以认为，物体的热力学状态改变时，内能也随着变化3内能与机械能的区别和联系内能是对大量分子而言的，对单个分子来说无意义内能的大小跟物体的机械运动状态无关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的形式分子动能、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无规则热运动和分子间相对位置决定由物体做机械运动、与地球相对位置或物体形变决定影响因素物质的量、物体的温度和体积物体做机械运动的速度、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
12、可以等于零联系在一定条件下可以相互转化(双选)关于物体的内能，下列说法中正确的是()A相同质量的两种物质，升高相同的温度，内能增量一定相同B一定质量0 的水结成0 的冰，内能一定减小C一定质量的气体体积增大，但既不吸热也不放热，内能一定减小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【审题指导】影响物体内能的因素有温度、体积和物体的质量，内能和机械能的本质不同【解析】质量相同的两种物质，升高相同的温度时，分子总数和体积变化情况不一定相同，故选项A错水结成冰要对外放热，因此0 的水结成0 的冰，水的内能一定大于冰的内能，选项B正确当气体体积增大时，气体要对外做功，因此在既不吸热
13、又不放热的条件下，其内能必然减小，故选项C正确内能和机械能无关，是两个不相干的量，选项D错【答案】BC3(双选)把一个物体竖直下抛，下列哪种情况是在下落的过程中发生的(不考虑空气阻力)()A物体的动能增加，分子的平均动能也增加B物体的重力势能减少，分子势能却增加C物体的机械能保持不变D物体的内能保持不变【解析】物体下落的过程，不考虑空气阻力，只有系统内的重力做功，机械能不变；物体下落过程中，物体的温度和体积也没有发生变化，所以分子热运动的平均动能和分子势能都保持不变，因此，选项A和B是错误的【答案】CD图象法分析分子势能的变化(双选)如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子沿x轴自由运动，两分
14、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(xx2)时，加速度最大B乙分子在P点(xx2)时，其动能为E0C乙分子在Q点(xx1)时，处于平衡状态D乙分子的运动范围为xx1【审题指导】分子势能曲线与分子力曲线尽管形状上相同，但图线与横轴交点对应的坐标不同，题图中P点(xx2)对应分子的平衡位置【解析】由图象可知，乙分子在P点(xx2)时的分子势能最小，且分子势能为E0，由能量守恒可知，此时乙分子的动能为E0，故B正确P点对应的是分子平衡位置，故乙分子受甲分子的分子力为零，加速度最小，故A
15、错当乙分子在Q点(xx1)时，两分子的势能为零，此时乙分子的动能为零，所以乙分子的运动范围为xx1，故D正确而乙分子此时所受的分子力不为零，不处于平衡状态，故C错【答案】BD用Ep r图象判断分子势能变化的规律分子势能与距离的关系如图所示应用过程中抓住距离为r0时，分子势能最小的特点，解题非常简捷(如图所示) 1(双选)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】分子的动能与机械运动的速度无关，温度升高，分子
16、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【答案】CD2下列说法中正确的是()A物体自由下落时速度增大，所以物体内能也增大B物体的机械能为零时内能也为零C物体的体积减小温度不变时，物体内能一定减小D气体体积增大时气体分子势能一定增大【解析】物体的机械能和内能是两个完全不同的概念物体的动能由物体的宏观速率决定，而物体内分子的动能由分子热运动的速率决定分子动能不可能为零(温度不可能达到绝对零度)，而物体的动能可能为零，所以A、B不正确物体体积减小时，分子间距离减小，但分子势能不一定减小，例如0 的冰变成0 的水，温度相同，分子平均动能相同，但内能变大，则分子势能将增大，所以C也
17、不正确由于气体分子间距离一定大于r0，体积增大时分子间距离增大，分子力做负功，分子势能增大，所以D正确【答案】D3(双选)关于分子间的作用力和分子势能，下列说法正确的是()A分子之间的斥力和引力大小都随分子间距离的增加而减小B分子之间的距离减小时，分子力一直做正功C分子之间的距离增加时，分子势能一直减小D分子之间的距离增加时，可能存在分子势能相等的两个点【解析】分子间存在相互作用的引力和斥力，引力和斥力都随分子间距离的增加而减小，故A正确；两分子之间的距离大于r0，分子力为引力，故当相互靠近时分子力做正功；当分子间距小于r0，分子力为斥力，相互靠近时，分子力做负功，故B错误；两分子之间的距离大
18、于r0，分子力为引力，故当分子之间的距离增加时，分子力做负功，分子势能增加，故C错误；分子势能在r0处最小，故在分子距离增加前后经过r0时，可能存在分子势能相等的两个点，故D正确，故选A、D.【答案】AD4在温度相同的条件下，下列有关氧气、氢气分子说法正确的是()A每一个氧分子和每一个氢分子的动能相同B1克氧气分子动能之和与1克氢气分子动能之和相等C1摩尔氧气分子动能总和与1摩尔氢气分子动能总和相等D1摩尔氧气分子动能总和大于1摩尔氢气分子动能总和【解析】温度相同，表明氧气和氢气分子平均动能相等，若质量相同则氢气分子数多，氢气分子总动能大，故B错；每个氧分子和每个氢分子动能无法比较，分子平均动能是对系统而言，对单个分子无意义，故A错；温度相同，分子平均动能相同，1摩尔氧气与1摩尔氢气所含有的分子数相同，只有C项正确【答案】C