1、5 5 内能内能 学科素养与目标要求 物理观念：1.知道温度是分子平均动能的标志.2.明确分子势能与分子间距离的关系.3.理解内 能的概念及其决定因素.4.了解内能和机械能的区别 科学思维：通过分析分子力做功情况，判断分子势能的变化情况，从而确定分子势能与分子 间距离的关系 一、分子动能 1分子动能：由于分子永不停息地做无规则运动而具有的能量 2分子的平均动能 所有分子热运动动能的平均值 3温度是物体分子热运动的平均动能大小的唯一标志 二、分子势能 1分子势能：由分子间的相互位置决定的能 2决定因素 (1)宏观上：分子势能的大小与物体的体积有关 (2)微观上：分子势能与分子之间的距离有关 三、
2、内能 1内能：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和 2普遍性：组成任何物体的分子都在做着无规则的热运动，所以任何物体都具有内能 3相关因素 (1)物体所含的分子总数由物质的量决定 (2)分子热运动的平均动能由温度决定 (3)分子势能与物体的体积有关 故物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定，同时受物态变化的影响 1判断下列说法的正误 (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)分子的势能是由分子间相互位置决定的能量，随分子间距的变化而变化( ) (4)温度高的物体内能大( ) 2(1)1 千克 10 的水比 10 千克 2 的铁的分子的平
3、均动能_ (2)质量和体积一定的同种气体，温度高时气体的内能_ 答案 (1)大 (2)大 一、分子动能 (1)为什么研究分子动能的时候主要关心大量分子的平均动能？ (2)物体温度升高时，物体内每个分子的动能都增大吗？ (3)物体运动的速度越大，其分子的平均动能也越大吗？ 答案 (1)分子动能是指单个分子热运动的动能，但分子是无规则运动的，因此各个分子的动 能以及一个分子在不同时刻的动能都不尽相同，所以研究单个分子的动能没有意义，我们主 要关心的是大量分子的平均动能 (2)温度是大量分子无规则热运动的集体表现，含有统计的意义，对于个别分子，温度是没有 意义的所以物体温度升高时，个别分子的动能可能
4、减小，也可能不变 (3)不是分子的平均动能与宏观物体运动的速度无关 1单个分子的动能 (1)定义：组成物体的每个分子都在不停地运动，因此每个分子都具有动能 (2)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可能是不同的，所以单个分子的动能没有意义 2分子的平均动能 (1)定义：物体内所有分子的动能的平均值 (2)决定因素：温度是分子热运动的平均动能的标志温度升高，分子的平均动能增大，但不 是每个分子的动能都增大，个别分子的动能可能减小或不变，但总体上所有分子的动能之和 一定是增加的 3物体内分子的总动能 物体内分子运动的总动能是指所有
5、分子热运动的动能总和，它等于分子热运动的平均动能与 分子数的乘积物体内分子的总动能与物体的温度和所含分子总数有关 例 1 (多选)当氢气和氧气的质量和温度都相同时，下列说法正确的是( ) A两种气体分子的平均动能相等 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两种气体分子热运动的平均速率相等 答案 AB 解析 因为温度是分子平均动能的标志， 温度相同， 则分子平均动能相同， 故选项 A 正确 因 为氢气分子的质量小于氧气分子的质量，而分子平均动能又相等，所以氢气分子的平均速率 大，故选项 D 错误，B 正确虽然气体质量和分子平均动能(温度)都相等，但由于气
6、体摩尔 质量不同，分子数目就不相等，故选项 C 错误 由于不同物质的分子质量一般不同，所以同一温度下，不同物质的分子热运动的平均动能相 同，但平均速率一般不同. 二、分子势能 (1)功是能量转化的量度，分子力做功对应什么形式的能量变化呢？ (2)若分子力表现为引力，分子间距离增大时，分子力做什么功？分子势能如何变化？分子间 距离减小时，分子力做什么功？分子势能如何变化？ (3)若分子力表现为斥力，分子力做功情况以及分子势能的变化情况又如何呢？ 答案 (1)分子力做功对应分子势能的变化 (2)负功 分子势能增加 正功 分子势能减小 (3)分子间距离增大时，分子力做正功，分子势能减小；分子间距离减
7、小时，分子力做负功， 分子势能增大 1分子力、分子势能与分子间距离的关系 分子间距离 rr0 rr0，r 增大 rr0，r 减小 分子力 等于零 表现为引力 表现为斥力 分子力做功 分子力做负功 分子力做负功 分子势能 最小 随分子间距离的增大而增大 随分子间距离的减小而增大 分子势能与分子间的距离的关系图象如图 1 所示 图 1 2分子势能的特点 由分子间的相互位置决定，随分子间距离的变化而变化分子势能是标量，正、负表示的是 大小，具体的值与零势能点的选取有关 3分子势能的影响因素 (1)宏观上：分子势能跟物体的体积有关 (2)微观上：分子势能跟分子间距离 r 有关，分子势能与 r 的关系不
8、是单调变化的 例 2 A、B 两分子的距离等于分子直径的 10 倍，若将 B 分子向 A 分子靠近，直到不能再靠 近的过程中，关于分子力做功及分子势能的变化说法正确的是( ) A分子力始终对 B 做正功，分子势能不断减小 B分子力先对 B 做正功，而后 B 克服分子力做功，分子势能先减小后增大 CB 分子先克服分子力做功，而后分子力对 B 做正功，分子势能先增大后减小 D分子间的距离不断减小，所以分子势能不断增大 答案 B 解析 将 B 分子从距离等于分子直径 10 倍处向 A 分子靠近，分子力先表现为引力，引力做 正功， 分子势能减小， 当 r 小于 r0时， 分子力表现为斥力， 分子力又做
9、负功， 分子势能增加， B 正确 1分子势能的变化情况只与分子力做功相联系分子力做正功，分子势能减小；分子力做负 功，分子势能增大分子力做功的大小等于分子势能变化量的大小 2讨论分子势能变化时，绝不能简单地由物体体积的增大、减小得出结论导致分子势能变 化的原因是分子力做功 例 3 (多选)(2019 济宁市高二下期末)两分子间的斥力和引力的合力 F 与分子间距离 r 的关 系如图 2 所示，曲线与 r 轴交点的横坐标为 r0，相距很远的两分子仅在分子力作用下，由静 止开始相互靠近若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法中正确的是( ) 图 2 A在 rr0时，分子势能为零 B在 rr0时，分
10、子势能最小，但不为零 C在 rr0阶段，分子势能一直减小 D在 rr0阶段，随着两分 子的靠近，分子间表现为引力，引力做正功，分子势能一直减小，C 正确；在 rr0阶段，分 子间作用力表现为斥力，在两分子靠近的过程中，分子力做负功，分子势能一直增加，D 错 误 分子势能图象问题的解题技巧 1要明确分子势能、分子力与分子间的距离关系图象中拐点的不同意义分子势能图象的最 低点(最小值)对应的距离是分子平衡距离 r0，分子力图象与 r 轴交点的横坐标表示平衡距离 r0. 2要把图象上的信息转化为分子间的距离，再求解其他问题 三、内能 (1)结合影响分子动能和分子势能的因素，从微观和宏观角度讨论影响内
11、能的因素有哪些？ (2)物体的内能随机械能的变化而变化吗？内能可以为零吗？ 答案 (1)微观上： 物体的内能取决于物体所含分子的总数、 分子的平均动能和分子间的距离 宏观上：物体的内能取决于物体所含物质的量、温度和体积及物态 (2)物体的机械能变化时其温度和体积不一定变化，因此其内能不一定变化，两者之间没有必 然联系组成物体的分子在做永不停息的无规则运动，因此物体的内能不可能为零 1内能的决定因素 (1)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 2温
12、度、内能和热量的比较 (1)温度宏观上表示物体的冷热程度，是分子平均动能的标志 (2)内能是物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和 (3)热量指在热传递过程中，物体吸收或放出热的多少，等于物体内能的变化量 3内能和机械能的区别与联系 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 常见的能量形式 分子动能、分子势能 物体动能、重力势能、弹性势能 影响因素 物质的量、物体的温度、体积 及物态 物体的质量、机械运动的速度、相 对于零势能面的高度、弹性形变量 大小 永远不等于零 一定条件下可以等于零 联系 在一定条件下可以相互转化 4.物态变化对内能的影响 一些物质在物态发生变化
13、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 例 4 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 CA、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 的内能大于物体 B 的内能 DA、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 答案 D 解析 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，内能可能变化， A 项错误；两
14、物体温度相同， 内能可能不同， 分子的平均动能相同， 但分子的平均速率可能不同，故 D 项正确；最易出错的是认为有热量从 A 传到 B，A 的内能 肯定大，其实有热量从 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 子势能等因素，故 C 项错误；机械运动的速度与分子热运动的平均动能无关，故 B 项错误 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
15、，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 1(分子动能)关于温度与分子动能的关系，下列说法正确的是( ) A某物体的温度为 0 ，说明物体中分子的平均动能为零 B温度是分子热运动平均动能的标志 C温度较高的物体，其分子平均动能较大，则分子的平均速率也较大 D物体的运动速度越大，则物体的温度越高 答案 B 解析 某物体温度是 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做无规 则运动，A 错误；温度是分子热运动平均动能的标志
16、，温度越高，分子的平均动能越大，但 由于分子的质量不一定相同，则分子平均速率不一定大，B 正确，C 错误；物体内分子无规 则热运动的速度与机械运动的速度无关，物体的运动速度越大，不能代表物体内部分子的热 运动越激烈，所以物体的温度不一定高，D 错误 2(分子力和分子势能)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 答
17、案 C 解析 当分子力表现为引力时，分子间距离增大，分子力可能先增大后减小，也可能一直减 小，分子力做负功，分子势能增大，所以 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，所以 C 正确，D 错误 3(分子力和分子势能)下列四幅图中，能正确反映分子间作用力 F 和分子势能 Ep随分子间 距离 r 变化关系的图线是( ) 答案 B 解析 当 rr0时， 分子力表现为引力，随分子间距离 r 增大，分子势能 Ep增大；当 rr0时，分子力为零，此 时分子势能最小，故选项 B 正确 4(内能)关于物体的内能，下列说法中正确的是( ) A机械能可以为零，但内能永远不为零 B温度相同、质量相同的物体具有相同的内能 C温度越高，物体的内能越大 D0 的冰的内能与等质量的 0 的水的内能相等 答案 A 解析 机械能是宏观能量，可以为零，而物体内的分子在永不停息地做无规则运动，且存在 相互作用力，所以物体的内能永不为零，A 项正确；物体的内能与物质的量、温度和体积及 物态有关，B、C、D 错误