【2012 精品课件】沪科版物理选修3-3 第1章1．6　物体的内能

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【2012 精品课件】沪科版物理选修3-3 第1章1．6　物体的内能
1．6　物体的内能
课标定位
学习目标：1.通过实例明确分子间存在作用力．
2．理解分子间作用力随分子间距离变化的规律．
3．掌握分子势能，物体内能的决定因素．
重点难点：分子间相互作用力的特点，分子力与分子间距的关系，物体的内能．
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
1.6　
物
体
的
内
能
课前自主学案
一、分子力
1．分子间虽然有空隙，大量分子却能聚集在一起形成固体或液体，说明分子之间存在着_____；分子间有空隙，但用力压缩物体，物体内会产生反抗压缩的弹力，这说明分子之间还存在着_____．
2．分子间的引力和斥力是_____存在的，实际表现出来的分子力是引力和斥力的_____．
引力
斥力
同时
合力
二、分子势能
分子间由分子力和分子间的______位置决定的势能,叫分子势能．
1．r＞r0时，分子间的作用力表现为____力，要增大分子间的距离，分子力做____功，因此分子势能随分子间距离的增大而______．
2．r＜r0时，分子间的作用力表现为____力，要减小分子间的距离，分子力做____功，因此分子势能随分子间距离的减小而______．
3．分子势能跟物体的______有关系．
相对
引
负
增大
斥
负
增大
体积
三、物体的内能
1．物体中所有分子热运动的______和分子______的总和，叫做物体的____能．任何物体都具有内能．
2．由于分子热运动的平均动能与______有关，分子势能与物体的______有关，所以物体的内能跟物体的______和______都有关系．
动能
势能
内
体积
温度
体积
温度
核心要点突破
一、分子力的特点和规律
1．分子力的特点
(1)分子间总是同时存在引力和斥力，实际表现出来的是它们的合力．
(2)分子间作用力随分子间距离变化而变化，引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力的变化比引力的变化要快．
(3)分子力是短程力，分子间的距离超过分子直径的10倍，即1 nm的数量级时，可以认为分子间作用力为零，所以气体分子间作用力可忽略不计．
2．分子力的规律
(1)分子力规律的图像表示
分子间的相互作用力与分子间距离的关系图像如图1－6－1所示：
图1－6－1
图中虚线表示引力和斥力的变化情况，从图中可以看出,引力和斥力都随着分子间距离的增大而减小，斥力曲线陡些，表示斥力变化快．实线表示引力和斥力的合力，即表现出来的分子力的变化情况．
①当r＝r0时，F引＝F斥，F＝0.
②当r＜r0时，F引和F斥都随分子间距离的减小而增大，但F斥增大得更快，分子力表现为斥力．
③当r＞r0时，F引和F斥都随分子间距离的增大而减小，但F斥减小得更快，分子力表现为引力．
④当r≥10r0(10－9 m)时，F引和F斥都十分微弱，可认为分子间无相互作用力(F＝0)．
(2)分子力规律的模型(类比)法表示
分子间的相互作用力像弹簧连接着的两个小球间的相互作用力．小球代表分子，弹簧的弹力代表分子斥力和引力的合力．如下表所示：
r＝r0，F分＝0 r＜r0，F分表现为斥力 r＞r0，F分表现为引力
①当弹簧处于原长时(r＝r0)，象征着分子力的合力为零．
②当弹簧处于压缩状态时(r＜r0)，象征着分子力的合力为斥力．
③当弹簧处于拉伸状态时(r＞r0)，象征着分子力的合力表现为引力．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．关于分子间的相互作用力，下列叙述正确的是(　　)
A．当分子间的距离小于r0时，分子间只存在着斥力，不存在引力
B．当分子间的距离大于r0时，分子间只存在着引力，不存在斥力
C．当分子间的距离等于r0时,分子间既不存在引力，也不存在斥力
D．实际表现出来的分子间的作用力，是指分子间的引力和斥力的合力
解析：选D.分子间的相互作用力引力和斥力是同时存在的，只不过有时引力大于斥力，合力表现为引力；有时斥力大于引力，合力表现为斥力，故选项D正确．
二、分子势能与分子间距离的关系
1．分子势能的变化与分子力做功有关，可用分子力做功来量度(如图1－6－2)
图1－6－2
以r→∞处为零势能处．
(1)当r＞r0时，分子力为引力，当r增大时，分子力做负功，分子势能增加．
(2)当r＜r0时，分子力为斥力，当r减小时，分子力做负功，分子势能增加．
(3)当r＝r0时，分子势能最小(但不一定为零)．
2．几点注意：(1)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、分子势能，还是电势能，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．
(2)由于物体分子距离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＜r0范围内)．一般我们说，物体体积变化了，其对应的分子势能也变化了．
(3)分子势能最小与分子势能为零绝不是一回事．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．如图1－6－3所示为物体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(　　)
图1－6－3
A．当r＜r0时，r越小，则分子势能Ep越大
B．当r＞r0时，r越小，则分子势能Ep越大
C．当r＝r0时，分子势能Ep最小
D．当r→∞时，分子势能Ep最小
解析：选AC.当r＜r0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r＞r0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r＝r0时，分子力由引力减小为零，分子势能也减小到最小；当r→∞时，引力做负功，分子势能增大到最大值，且为零，故本题应选A、C.
三、内能和机械能的比较
内能 机械能
描述对象 物体内部系统的微观运动 物体整体的宏观运动
运动形式 分子的热运动 物体的机械运动
相关因素 物质的量、物体的温度和体积 物体的质量及机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度)或弹性形变
内能 机械能
是否为零 永远不能等于零 一定条件下
可以等于零
相同点 都含有势能，具有相对性
联系 一定条件下可以相互转化
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
3．关于物体的内能，下列说法正确的是(　　)
A．机械能为零的物体，内能也为零
B．一架飞机以某一速度在空中飞行，由于组成飞机的所有分子都具有这一速度,所以分子具有动能，又由于分子都在高处，所以具有势能，上述分子的动能和势能的总和就是物体的内能
C．一物体加速运动，则物体的内能增加
D．一物体减速运动，但温度、体积不变，则物体的内能不变
解析：选D.内能和机械能是两种不同形式的能，没有直接关系，内能是微观分子的动能和势能的总和，机械能是宏观物体的能量，故选项A、B、C错误，D正确．
如图1－6－4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(　　)
图1－6－4
课堂互动讲练
对分子力和分子力做功的理解
例1
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，两分子间的分子力一直做正功
D．乙分子由b到c的过程中，两分子间的分子力一直做负功
【精讲精析】　乙分子从a到b，再到c的过程，分子之间均表现为引力，显然乙分子始终做加速运动，且到达c点时速度最大，故A错，B正确．乙分子从a到b的过程，分子的引力一直做正功，故C正确．乙分子由b到c过程,分子力仍然做正功，故D项错．
【答案】　BC
【方法总结】　解决这类问题，首先要明确图线中的哪一点对应是平衡位置的距离；其次分析哪一过程表现为引力，哪一过程表现为斥力，最后判断分子的运动性质及做功情况．
下列说法正确的是(　　)
A．分子的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
对物体内能的理解
例2
【思路点拨】　解决此题要抓住以下三点：
(1)单个分子无内能可言．
(2)内能与宏观的机械能无关．
(3)温度与宏观运动的动能无关．
【自主解答】　内能是指物体的，单个分子无内能可言，选项A是错误的．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，所以选项B也是错误的．物体的内能与物体做宏观的机械运动的速度无关，故选项C也是错误的．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，因此选项D是正确的．
【答案】　D
变式训练　关于物体内能的下列说法中正确的是
(　　)
A．每一个分子的动能与分子势能的和叫物体的内能
B．物体所有分子的动能与分子势能的总和叫物体的内能
C．一个物体当它的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化
D．一个物体内能的多少，与它的机械能多少无关
解析：选BD.物体内所有分子的动能与势能总和叫物体的内能，物体的内能对单个分子而言无意义．物体的内能与其所含分子的动能与势能有关，与物体的动能和势能即机械能无关，故选项BD正确．