1、5 内 能 必备知识自主学习 一、分子动能和分子势能【情境思考】问题:在什么距离时分子的势能最小?提示:两分子处于平衡位置的距离r0时分子的势能最小。分子动能 分子势能 定 义 分子由于_而 具有的能 由分子间_决 定的能 大小决定 因素 _是物质分子平 均动能大小的标志 宏观上与物体的_有关,微观上与分子间距离有关 热运动 相对位置 温度 体积 二、内能 1.定义:物体中所有分子的热运动动能与_的总和。2.内能的普遍性:组成任何物体的分子都在做着无规则的_,所以任何物体 都具有内能。3.内能的变化:分子热运动的平均动能与_有关,分子势能与物体的_有 关,所以,物体的温度和体积变化时它的内能都
2、会随之改变。分子势能 热运动 温度 体积 【易错辨析】(1)温度反映了每个分子热运动的剧烈程度。()(2)温度是分子平均动能的标志。()(3)温度升高时物体的每个分子的动能都将增大。()(4)分子的势能是由分子间相对位置决定的能量,随分子间距的变化而变化。()(5)温度高的物体内能大。()关键能力合作学习 知识点一 对分子动能和分子势能的理解 1.分子动能:项目 内容 单个分子 的动能(1)物体由大量分子组成。(2)分子在永不停息地做无规则热运动,每个分子的动能大小不同,并且时刻在变化。(3)热现象是大量分子无规则运动的宏观表现,探究个别分子的动能没有实际意义。分子的 平均动能(1)温度是大量
3、分子无规则热运动的宏观表现,具有统计意义。温度升高,分子的平均动能增大,但不是每一个分子的动能都增大,个别分子的动能可能增大,也可能减小,但总体上所有分子的动能之和一定是增加的。(2)虽然同一温度下,不同物质的分子热运动的平均动能相同,但由于不同物质的分子质量不尽相同,平均速率大小一般不相同。2.分子势能:分子势能Ep与分子间距离r的关系。分子间距离r r=r0 rr0 rr0时,Ep随r的增大而增加 B.当rr0时,Ep随r的减小而增加 C.当rr0时,Ep=0【解析】选A、B。当rr0时,分子力表现为引力,随r增大,分子力做负功,Ep增加,故A正确,D错误;当rr0时,分子力表现为斥力,随
4、r减小,分子力做负功,Ep增加,故B正确,C错误。知识点二 内能与机械能的区别和联系 1.内能与机械能的比较:比较项目 能量名称 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 一定条件下可以等于零 联 系 在一定条件下可以相互转化 2.内能的决定因素:(1)
5、宏观因素:物体内能的大小由物质的量、温度和体积三个因素决定,同时也受物态变化的影响。(2)微观因素:物体内能的大小由物体所含的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。3.物态变化对内能的影响:一些物质在物态发生变化时,如冰的熔化、水在沸腾时变为水蒸气,温度不变。此过程中分子的平均动能不变,由于分子间的距离变化,分子势能变化,所以物体的内能变化。【典例示范】【典例】下列说法正确的是()A.铁块熔化成铁水的过程中,温度不变,内能也不变 B.物体运动的速度增大,则物体中分子热运动的平均动能增大,物体的内能增大 C.A、B两物体接触时有热量从物体A传到物体B,这说明物体A的内能大于物
6、体B的内能 D.A、B两物体的温度相同时,A、B两物体的内能可能不同,分子的平均速率也可能不同【解析】选D。温度是分子平均动能的标志,内能是所有分子热运动动能和分子势能的总和,故温度不变时,内能有可能变化,A项错误;物体做机械运动的速度与分子热运动的平均动能无关,B项错误;有热量从A传到B,只说明A的温度高,内能大小还要看它们的总分子数和分子势能这些因素,C项错误;两物体温度相同只说明分子的平均动能相同,但内能有可能不同,并且由于不同分子的质量不同,所以分子的平均速率也可能不同,D项正确。【规律方法】比较物体内能的大小和判断内能改变的方法 具体比较和判断时,必须抓住物体内能的大小与分子总数、温
7、度、物体的体积及物态等因素有关,结合能量守恒定律,综合进行分析:(1)当物体质量m一定时(相同物质的摩尔质量M相等),物体所含分子数n就一定;(2)当物体温度一定时,物体内部分子的平均动能就一定;(3)当物体的体积不变时,物体内部分子间的相对位置就不变,分子势能也不变;(4)当物体发生物态变化时,要吸收或放出热量,使物体的温度或体积发生改变,物体的内能也随之变化。【素养训练】1.下列关于物体内能的说法正确的是()A.同一个物体,运动时比静止时的内能大 B.1 kg 0 的水的内能比1 kg 0 的冰的内能大 C.静止的物体的分子平均动能为零 D.物体被举得越高,其分子势能越大【解析】选B。物体
8、的内能与其宏观运动状态无关,A错误;1 kg 0 的水变成 1 kg 0 的冰要放出热量,故1 kg 0 的水比1 kg 0 的冰的内能大,B正确;静止的物体的动能为零,但分子在永不停息地运动,其分子平均动能不为零,同理被举高的物体,势能增加,但其体积不变,分子势能不变,C、D错误。故选B。2.关于内能和机械能的下列说法,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.物体的机械能不可以为零,内能可以为零【解析】选B。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
9、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,而机械能可以为零,故D错误。【加固训练】关于物体的内能和机械能,下列说法正确的是()A.分子的动能与分子的势能的和叫作这个分子的内能 B.物体的分子势能由物体的温度和体积决定 C.物体的速度增大时,物体的内能增大 D.物体的动能减小时,物体的温度可能升高【解析】选D。分子具有热运动的动能,同时由于分
10、子间存在着相互作用力而具有分子势能,所有分子的这两种能量的总和组成物体的内能。内能是物体具有的宏观物理量,而对单个分子来说,不存在分子内能的概念。分子势能与温度无关,由分子力做功决定,与分子间距有关,所以宏观上表现为与体积有关。物体的速度增大时,物体的动能增大,这里的动能是宏观物体的机械能中的动能,而不是分子的动能。【拓展例题】考查内容:内能和机械能的关系与转化 【典例】关于内能和机械能的关系与转化,以下说法正确的是()A.机械能是内能的宏观反映 B.内能是机械能的微观表现 C.在一定条件下内能和机械能可以相互转化 D.机械能可以转化为内能,但内能不能转化为机械能【解析】选C。机械能是宏观物体
11、的做功本领的反映,是由于宏观物体的运动以及相互作用而存在的能量,内能是组成宏观物体的微观粒子由于运动和相互作用而具有的能量,它们没有A、B选项描述的这种联系;机械能通过摩擦或做功可以转化为内能,内能也可以通过热机转化为机械能,C正确,D错误。课堂检测素养达标 1.(多选)对于20 的水和20 的水银,下列说法正确的是()A.两者的分子平均动能相同 B.水银的分子平均动能比水的大 C.两者的分子平均速率相同 D.水银分子的平均速率比水分子的平均速率小【解析】选A、D。温度相同的任何物体,内部的分子平均动能都相等,所以A正确,B错误;分子平均动能相同,平均速率不一定相同,还与分子质量有关,水银的分
12、子质量大,平均速率小,所以C错误,D正确。2.(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C、D。分子的动能与机械运动的速度无关,A错误、D正确;温度升高,分子的平均动能一定增大,反之,温度降低,分子的平均动能一定减小,但对单个分子来讲,其动能可能增大也可能减小,B错误、C正确。故选C、D。3.下列关于分子力和分子势能的说法正确的是()A.当分子力表现为引力时,分子力和分子势能总是随分
13、子间距离的增大而增大 B.当分子力表现为引力时,分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小 C.当分子力表现为斥力时,分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大 D.当分子力表现为斥力时,分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小【解析】选C。当分子力表现为引力时,分子间距离增大时,分子力有可能先增大后减小,也有可能一直减小,分子力做负功,分子势能增大,A、B错误;当分子力表现为斥力时,分子间距离减小,分子力增大,分子力做负功,分子势能增大,C正确、D错误。故选C。4.如图为两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线。下列说法正确的是()A.当r大于r1时,分子间的作用力表现为引力
14、B.当r小于r2时,分子间的作用力表现为斥力 C.当r由到r1变化过程中,分子间的作用力先变大再变小 D.在r由r1变到r2的过程中,分子间的作用力做负功【解析】选B。分子间距等于r0时分子势能最小,即r0=r2。当r小于r2时分子力表现为斥力,当r大于r2时分子力表现为引力,选项A错误、B正确。当r由到r1变化过程中,分子力先是引力变大后变小,后是斥力变大,选项C错误。在r由r1变到r2的过程中,分子斥力做正功分子势能减小,D错误。故选B。5.(2020全国卷)分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示,r=r1时,F=0。分子间势能由r决定,规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一分子固
15、定于原点O,另一分子从距O点很远处向O点运动,在两分子间距减小到r2的过程中,势能 (选填“减小”“不变”或“增大”);在间距由r2减小到r1的过程中,势能 (选填“减小”“不变”或“增大”);在间距等于r1处,势能 (选填“大于”“等于”或“小于”)零。【解析】从距O点很远处向O点运动,两分子间距减小到r2的过程中,分子间体现引力,引力做正功,分子势能减小;由r2减小到r1的过程中,分子间仍然体现引力,引力做正功,分子势能减小;在间距等于r1之前,分子势能一直减小,取无穷远处分子间势能为零,则在r1处分子势能小于零。答案:减小 减小 小于 6.将甲分子固定在坐标原点O,乙分子位于x轴上,甲、乙分子间作用力与距离间的关系如图所示。若把质量为m=110-26 kg 的乙分子从r3(r3=12d,d为分子直径)处以v=100 m/s的速度沿x轴负向向甲飞来,仅在分子力作用下,则乙分子在运动中能达到的最大分子势能为多大?【解析】在乙分子靠近甲分子的过程中,分子力先做正功,后做负功,分子势能先 减小,后增大,动能和势能之和不变。当速度为零时,分子势能最大,Epm=Ek减=mv2=110-261002 J=510-23 J。答案:510-23 J 1212
