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第七章 分子动理论
第七章 分子动理论
热运动
平均值
温度
大
相互位置
减小
增大
增大
减小
减小
增大
距离
体积
热运动动能
分子势能
分子平均动能
分子间的距离
温度
体积
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第5节 内 能
1.知道分子平均动能的涵义及与温度的关系．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距离、分子力做功的关系．知道分子势能跟物体的体积有关． 3．知道什么是内能，知道物体的内能跟温度和体积有关． 4.能够区别内能和机械能．
一、分子动能
1．分子动能：分子由于热运动而具有的能量叫做分子动能．
2．分子平均动能：所有分子热运动具有的动能的平均值叫做分子热运动的平均动能．
3．平均动能与温度的关系：温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能就越大．
1．(1)某物体的温度是0 ℃，说明物体中分子的平均动能为零．( )
(2)物体的动能越大，物体内分子的平均动能越大．( )
(3)温度升高时，物体内分子的平均动能增大．( )
(4)温度升高时，物体内每个分子的动能都增大．( )
提示：(1)× (2)× (3)√ (4)×
二、分子势能
分子势能：分子间由分子力和分子间的相互位置决定的势能，叫分子势能．
分子势能与分子力做功的关系：分子力做正功分子势能减小，分子力做负功分子势能增大．
分子势能与分子距离的关系
(1)当r>r0时，分子间的作用力表现为引力，分子势能随分子间距离的增大而增大，随分子间距离的减小而减小．
(2)当r分子势能跟物体体积的关系：物体的体积变化时，分子间的距离将发生变化，因而分子势能随之改变．可见，分子势能与物体的体积有关．
分子势能具有相对性，一般取分子距离无限远时的分子势能为零．
2．(1)两分子间距为r0时分子势能最小．( )
(2)分子势能随着分子间距的增大而增大．( )
(3)分子势能随着分子间距的增大而减小．( )
(4)分子势能可以为正值、负值、零值．( )
提示：(1)√ (2)× (3)× (4)√
三、内能
定义：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和叫做物体的内能．
决定内能大小的因素
(1)从微观上来看，物体的内能与分子平均动能、分子间的距离有关，还与分子数多少有关．
(2)从宏观上而言，物体的内能与温度、体积有关，还与物质的量有关．
3．(1)物体的温度越高，内能越大．( )
(2)机械能越大的物体内能越大．( )
(3)物体的内能永远不等于零．( )
提示：(1)× (2)× (3)√
对分子动能的理解
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统计结果，个别分子的动能没有实际意义．
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．
3．物体内分子的总动能：分子的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和，它等于分子的平均动能与分子数的乘积，即`它与物体的温度和所含的分子数目有关．
(多选)质量相等的氢气和氧气在温度相同时，下列说法中正确的是( )
A．两种气体的分子平均动能相等
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．氢气分子热运动的总动能大
[解析] 因为温度是分子平均动能的标志，所以选项A正确；因为氢气和氧气的分子质量不同，平均动能又相等，所以两种气体分子的平均速率不同，由Ek＝可得，分子质量大的平均速率小，故选项B正确；虽然两种气体分子平均动能相等，两种气体质量相等，但由于氢气摩尔质量小，氢气分子数多，由Ek总＝N知，氢气分子总动能大，故C错误，D正确．
[答案] ABD
(1)分子动能与物体的机械运动无关；
(2)分子平均动能的大小可根据温度高低判定，与分子种类无关．
1.关于分子动能，正确的说法是( )
A．某种物体的温度是0 ℃，说明物体中分子的平均动能为零
B．物体温度升高时，所有分子的动能都增大
C．同种物体，温度高时分子的平均动能一定比温度低时的大
D．物体的运动速率越大，则物体的分子动能也越大
解析：选C．某种物体的温度是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，说明分子运动激烈，平均动能增大，但并不是所有分子的动能都增大；物体的运动速率越大，说明物体的动能越大，这并不能代表物体内部分子热运动越激烈，则物体的分子动能不一定越大，所以选C项．
对分子势能的理解
1．特点：由分子间相对位置决定，随分子间距离的变化而变化．
2．分子势能与分子力做功的关系
分子力做正功分子势能减小，分子力做负功分子势能增大．
取分子间距离无限远时分子势能为零值，一般认为两分子间距离r＞10r0时，分子势能视为零．
3．分子势能与分子间距离的关系
(1)当10r0＞r＞r0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，因而分子势能随分子间距离的增大而增加．
(2)当r＜r0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，因而分子势能随分子间距离的减小而增加．
(3)当r＝r0时，分子势能最小，在此位置分子间距离r不论减小或增大，分子势能都增大，所以说，平衡位置处是分子势能最低的点．
(4)当r≥10r0(r数量级为10－9 m)时，分子间的作用力可以忽略．如果选取此时的分子势能为零，那么分子势能与分子间距离的关系如图所示．
4．影响分子势能的因素
(1)宏观上：分子势能的大小与体积有关(但是不能说体积越大分子势能越大)．
(2)微观上：分子势能与分子之间的距离有关．
命题视角1 分子势能与分子距离的关系
(多选)如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子沿x轴运动，两分子间的分子势能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(x＝x2)时，其动能为E0
B．乙分子在P点(x＝x2)时，加速度最大
C．乙分子在Q点(x＝x1)时，处于平衡状态
D．乙分子的运动范围为x≥x1
[解析] 两分子所具有的总能量为0，乙分子在P点时，分子势能为－E0，故分子动能为E0，故A正确；乙分子在P点时，分子力为零，故加速度为零最小，故B错误；乙分子在Q点时分子势能为零，但此时受分子力不为零，故不是平衡状态，故C错误；当乙分子运动至Q点(x＝x1)时，其分子势能为零，故其分子动能也为零，分子间距最小，而后向分子间距变大的方向运动，故乙分子的运动范围为x≥x1，故D正确．
[答案] AD
命题视角2 分子力做功与分子势能变化的关系
(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
[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，D错误．
[答案] BC
2.(多选)物体体积变化时，分子间距离会随之变化，分子势能也会发生变化．图为分子势能Ep与分子间距离r的关系曲线，以下判断正确的是( )
A．当r＝r2时，分子势能最小
B．当r＝r1时，分子引力与斥力大小相等
C．当rD．在r由r1变到r2的过程中，分子间作用力的合力做正功
E．在r由r1逐渐减小的过程中，分子间作用力的合力做正功
解析：选ACD.由图象可知分子间距离为r2时分子势能最小，此时分子间的距离为平衡距离，分子引力与斥力大小相等，选项A正确，B错误；当r 对物体内能的理解
1．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物质的量、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．
2．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．
3．内能与热量的区别：内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下有不同的内能，而热量是一个过程量，它表示由于传热而引起的内能变化过程中转移的能量，即内能的改变量．如果没有传热，就无所谓热量，但此时物体仍有一定的内能．因此，我们不能说物体在某温度时具有多少热量．
4．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 微观分子的热运动 宏观物体的机械运动
能量常见形式 分子动能、分子势能 物体的动能、重力势能和弹性势能
能量存在的原因 由物体内大量分子的热运动和分子间相互位置决定 由于物体做机械运动、被举高或发生形变
影响因素 物质的量、物体的温度和体积 物体的质量、机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度)和弹性形变程度
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
关于物体的内能，以下说法正确的是( )
A．不同物体，温度相等，内能也相等
B．所有分子的分子势能增大，物体的内能也增大
C．一定质量的某种物质，即使温度不变，内能也可能发生变化
D．只要两物体的质量、温度、体积相等，两物体的内能一定相等
[解析] 物体的内能与物体的种类、状态、温度及体积等都有关系，故不同物体，温度相等，内能也不一定相等；即使两物体的质量、温度、体积均相等，两物体的内能也不一定相等，选项A、D错误；分子内能包括分子动能和分子势能，故所有分子的分子势能增大，物体的内能也不一定增大，选项B错误；一定质量的某种物质，即使温度不变，分子势能可能变化，故内能也可能发生变化，选项C正确．
[答案] C
3.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：选D.物体自由下落时速度增大，动能增加，但内能是分子热运动平均动能和分子势能之和，与宏观速度无关，故A错误；机械能包括动能和势能，内能包括分子热运动动能和分子势能，故物体机械能与内能无关，故B错误；物体的体积减小温度不变；温度不变说明分子热运动平均动能不变；体积减小，分子平均间距减小；分子间距减小，分子势能不一定减小；故物体的内能不一定减小；如0摄氏度的冰化为0摄氏度的水，内能增加，故C错误；气体分子间距很大，分子力几乎为零，但一定表现为引力；故气体体积增大时气体分子势能一定增加，故D正确.
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