第七章 分子动理论 第5节 内能 学案 Word版含解析

第5节　内能
1．知道什么是分子动能，知道温度是分子热运动平均动能的标志。
2．知道什么是分子势能，知道分子势能与分子间距离和物体体积的关系。
3．知道什么是内能，知道决定物体内能大小的因素。
一、分子动能
1．定义：分子由于永不停息地做无规则运动而具有的能。
2．分子热运动的平均动能：所有分子的热运动的动能的平均值。
3．温度的微观意义：温度是分子热运动的平均动能的标志。
二、分子势能
1．定义：分子间由于存在分子力，因此分子组成的系统具有由分子间的相互位置决定的势能，这种势能叫做分子势能。
2．分子势能的决定因素
(1)微观上：分子势能与分子之间的距离有关。
(2)宏观上：分子势能的大小与物体的体积有关。
三、内能
1．定义：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。
2．决定因素
(1)分子热运动的平均动能由温度决定。
(2)分子的势能与物体的体积有关。
(3)物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定。
判一判
(1)温度高的物体，分子的平均动能一定大。(　　)
(2)分子势能可以为正值、负值、零值。(　　)
(3)物体所处的位置越高，分子势能就越大，内能也越大。(　　)
提示：(1)√　(2)√　(3)×
课堂任务　对分子动能的理解
1．单个分子的动能
由于分子运动的无规则性，在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一，就是同一个分子，在不同时刻的动能也是不同的，所以单个分子的动能没有意义。
2．分子热运动的平均动能
(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的平均动能。
(2)温度是分子热运动的平均动能的标志，这是温度的微观意义，在相同温度下，各种物质分子热运动的平均动能都相同，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热运动的平均速率不一定相同。
　物体温度升高，分子热运动加剧。分子热运动的平均动能
增大，但并不是每一个分子的动能都变大。
　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例1　当物体的温度升高时，下列说法中正确的是(　　)
A．每个分子的温度都升高
B．每个分子的热运动都加剧
C．每个分子的动能都增大
D．物体分子的平均动能增大
[规范解答]　温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增大。温度对单个分子无意义。物体
的温度升高，分子运动加剧，分子的平均动能增大，但不否认某些分子动能减小，故答案选D。
[完美答案]　D
分子动能与温度的关系
温度是分子热运动的平均动能的标志。温度是0 ℃，物体中分子热运动的平均动能并非为零，因为分子无规则运动不会停止；温度降低时分子热运动的平均动能减小，但并非每个分子动能都减小；物体温度升高时，分子热运动的平均动能增大，分子热运动的平均速率增大，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多。
　关于分子动能，下列说法正确的是(　　)
A．某种物体的温度是0 ℃，说明物体中分子热运动的平均动能为零
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
答案　C
解析　某种物体温度是0 ℃，物体中分子热运动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，分子热运动激烈，分子热运动的平均动能增大，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的热运动，则物体的温度不一定高，故C正确。
课堂任务　对分子势能的理解
1．分子势能与分子间距离有关
分子势能的大小随分子间距离的变化规律，在平衡位置(r＝r0)两侧是有所不同的：
(1)当r>r0时，分子力表现为引力，随着r的增加，需不断克服分子引力做功，分子势能增大；
(2)当r(3)当r＝r0时，分子力为零，分子势能为最小值。
分子势能随分子间距离的变化类似于弹簧，弹簧在原长的基础上无论拉伸还是压缩，势能都会增大。
分子势能曲线如图所示，规定：无穷远(r→∞)处，分子势能为零。从曲线上可看出，当rr0时，曲线比较缓，这是因为分子间的引力随分子间距离的增大而变化得慢，分子势能的增加也就慢。
2．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，因而分子势能也随着发生变化。
由于物体分子间距变化的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　(1)分子力做功是分子势能变化的唯一原因。
(2)势能的大小与物体间距离的关系有一个共同的规律：不论是重力势能、弹性势能、电势能、还是分子势能，当它们之间的距离发生变化时，它们之间的相互作用力如果是做正功，势能都要减小；如果是做负功，势能都要增大。
(3)分子势能最小与分子势能为零绝不是一回事，分子势能的正、负代表大小，如Ep＝－10 J小于Ep＝5 J。
　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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
[规范解答]　此题可以从分子力做功的角度进行分析，也可以由分子势能与分子间距离的关系的图线进行分析。
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，分子力表现为引力；当分子间距离小于r0时，分子力表现为斥力；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，当乙从较远处向甲逐渐靠近的过程中，分子力先是对乙做正功，而由做
功与分子势能变化的关系知道，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，分子力做负功，分子势能增加，因此在乙逐渐向甲靠近的过程中，分子势能是先减小后增大。答案为D。
[完美答案]　D
分子势能图象问题的解题技巧
首先要明确分子势能、分子力与分子间距离关系图象中拐点意义的不同。分子势能图象的最低点(最小值)对应的距离是分子平衡距离r0，而分子力图象的最低点(引力最大值)对应的距离大于r0；分子势能图象与r轴交点的距离小于r0，分子力图象与r轴交点表示平衡距离r0。其次要把图象上的信息转化为分子间距离，再求解其他问题。
　(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。F>0为斥力，F<0为引力。a、b、c、d为x轴上的四个特定的位置。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
答案　BC
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，而后受甲的斥力作用做减速运动，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，故D错误。
课堂任务　物体的内能
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．内能是物体内部所有分子无规则运动的动能和势能的总和。机械能是指整个物体发生机械运动时具有的能量。一个物体可以同时具有内能和机械能。
例3　下列说法正确的是(　　)
A．分子动能与分子势能的和叫做这个分子的内能
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，物体的温度可能增加
[规范解答]　内能是针对物体中所有分子，单个分子无内能可言，A错误；物体的分子势能由分子间距离决定，宏观上反映为由物体的体积决定，故B错误；物体的内能与物体做宏观的机械运动的速度无关，故C错误；物体的温度由分子的平均动能决定，与物体宏观运动的动能无关，因此D正确。
[完美答案]　D

1．分子热运动的(平均)动能、分子势能、物体的内能
2．内能和机械能的区别和联系
　下列说法中正确的是(　　)
A．温度低的物体内能小
B．温度低的物体分子热运动的平均速率小
C．做加速运动的物体，由于速度越来越大，因此物体分子的平均动能越来越大
D．物体的体积改变，内能不一定改变
答案　D
解析　内能是物体内所有分子的动能和势能的总和，温度低只表示物体分子平均动能小，而不表示分子势能一定也小，也就是所有分子的动能和势能的总和不一定也小，所以A错误；温度低的物体，分子热运动的平均动能小，但不同物质的分子质量一般不同，而分子动能不仅与分子速率有关，也与分子质量有关，所以B错误；分子无规则运动的剧烈程度只与物体的温度有关，而与物体的宏观运动情况无关，故C错误；物体体积改变，分子势能改变，但内能不一定变，D正确。
　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，机械能必然减少
D．物体的分子动能总和为零时，机械能可以不为零
答案　B
解析　内能和机械能是两种不同形式的能量，两者并不存在必然联系。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热运动，故分子动能总和不可能为零，D错误。