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【金版新学案】2013-2014学年高中物理同步配套辅导与检测（粤教版，选修3-3）：第一章 第五节 物体的内能（47张ppt）

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 第五节　物体的内能

分子动理论
1．知道做热运动的分子具有动能，知道温度是分子热运动平均动能的标志．
2．知道分子间因为存在相互作用力而具有分子势能，当分子间的距离改变时分子势能也随着改变；知道分子势能跟物体体积有关．
3．知道什么是内能，知道物体的内能跟温度和体积有关．
4．知道理想气体微观模型，知道理想气体的内能只跟温度有关，跟体积无关．
做机械运动的物体具有机械能，那么热现象发生过程中，也有相应的能量变化．另一方面，热现象是大量分子做无规律热运动产生的．那么热运动的能量与大量的无规律运动有什么关系呢？ 
1．物质的____是它的分子热运动的平均动能的标志．
2．分子势能的大小由分子间的________决定，与物体的____有关．
3．物体中所有分子的热运动的动能与分子势能的__________，叫做物体的内能，一切物体都具有内能．一般来说物体的__________变化时它的内能要随之而变化．
温度
相互位置
体积
总和
温度和体积
温度是分子热运动平均动能的标志
分子由于永不停息地做无规则运动而具有的动能叫做分子动能．由于分子运动的无规则性，在某一时刻，物体内部各分子的动能大小不一，就是同一分子在不同的时刻的动能也是不相同的．由于热现象是大量分子无规则运动的结果，所以研究个别分子运动的动能是没有意义的．而研究大量分子热运动的动能，需要将所有分子热运动动能的平均值求出来，这个平均值叫做分子热运动的平均动能．
布朗运动和扩散现象都与温度有关系，温度越高，布朗运动越激烈，扩散也加快．依照分子动理论，这说明温度升高后分子无规则运动加剧．用上述分子热运动的平均动能来说明，就是温度升高，分子热运动的平均动能增大．如果温度降低，说明分子热运动的平均动能减小．因此从分子动理论观点来看，温度是物体分子热运动的平均动能的标志．“标志”的含义是指物体温度升高或降低，表示了物体内部大量分子热运动的平均动能增大或减小．温度不变，就表示了分子热运动的平均动能不变．其他宏观物理量如时间、质量、物质种类都不是分子热运动平均动能的标志．但是，温度不是直接等于分子的平均动能．
温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对应，对于个别分子或几十个、几百个分子热运动的动能大小与温度是没有关系的．
温度这个物理量在宏观上的意义是表示物体冷热程度，而它又是大量分子热运动平均动能大小的标志，这是温度的微观含义．
              (双选）以下说法正确的是(　　)
A．物体运动的速度越大，分子动能越大
B．温度不变时，物体内分子的速率不变
C．分子热运动动能的平均值叫分子平均动能
D．温度升高，分子热运动的平均动能增大
解析：分子永不停息地做无规则运动而具有的动能叫做分子动能，与物体运动的速度无关，选项A错误；在某一时刻，物体内部各分子的动能大小不一，就是同一分子在不同的时刻的动能也是不相同的，选项B错误．所有分子热运动动能的平均值叫做分子平均动能；温度是物体分子热运动的平均动能的标志．
答案：CD
1．（双选）有关分子动能的说法，正确的是(　　)
A．温度变化时，物体内某分子的动能不变
B．分子的平均动能永不为零
C．在0 ℃时的水和0 ℃时的冰的分子平均动能相等
D．物体动能为零，分子的动能也为零 
解析：由于分子运动的无规则性，同一分子在不同的温度的动能也可能相同，选项A错误．物体内大量分子永不停息地做无规则热运动，选项B正确，选项D错误．温度是物体分子热运动的平均动能的标志，选项C正确．
答案：BC
分子势能跟物体体积有关
分子间存在着相互作用力，因此分子间具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能．
  如果分子间距离约为10－10 m数量级时，分子的作用力的合力为零，此距离为r0.
当分子距离小于r0时，分子间的作用力表现为斥力，要减小分子间的距离必须克服斥力做功，因此，分子势能随分子间距离的减小而增大．这种情形与弹簧被压缩时弹性势能增大是相似的．如图中弹簧压缩，弹性势能Ep增大．
如果分子间距离大于r0时，分子间的相互作用表现为引力，要增大分子间的距离必须克服引力做功，因此，分子势能随分子间的距离增大而增大．这种情况与弹簧被拉伸时弹性势能增大是相似的．如上图中弹簧拉伸，Ep增大．
从以上两种情况综合分析，分子间距离以r0为数值基准，r不论减小或增大，分子势能都增大．所以说，分子在平衡位置处是分子势能最低点．如果分子间距离是无限远时，取分子势能为零值，分子间距离从无限远逐渐减少至r0以前过程，分子间的作用力表现为引力，而且距离减少，分子引力做正功，分子势能不断减小，其数值将比零还小为负值．当分子间距离到达r0以后再减小，分子作用力表现为斥力，在分子间距离减小过程中，克服斥力做功，使分子势能增大．其数值将从负值逐渐变大至零，甚至为正值．分子势能随分子间距离r的变化情况可以在图中的图象中表现出来．从图中看到分子间距离在r0处，分子势能最小．
既然分子势能的大小与分子间距离有关，那么在宏观上什么物理量能反映分子势能的大小变化情况呢？如果对于确定的物体，它的体积变化，直接反映了分子间的距离，也就反映了分子间的势能变化．所以分子势能的大小变化可通过宏观量体积来反映．
             （双选）如图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(　　)
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，分子势能最小
D．当r→∞时，分子势能最小
解析：由当分子间的距离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，分子势能增大，反之分子势能减小．当r＝r0时，分子势能最小．当r→∞时，引力做负功，分子势能增大到最大值，且为零．故A、C正确．
答案：AC
2．有甲乙两个分子相距较远(此时它们间的分子力可以忽略不计)，设甲分子固定不动，乙分子由无穷远处逐渐向甲靠近，直到不能再靠近为止，在整个过程中关于分子势能变化情况的说法中正确的是(　　)
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
解析：从分子间的作用力与分子间的距离关系可以知道，当分子间距离大于r0时，分子间表现为引力；当分之间距离小于r0时，分子间表现为斥力；当分子间距离大于10r0时，分子间的作用力可以忽略．所以当乙分子从较远处向甲尽量靠近的过程中，分子力先对乙做正功再做负功，即分子势能先减小后增大．
答案：D
物体的内能
物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能．一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互作用着的分子组成，因此任何物体都是有内能的．
物体的内能大小是由宏观量——温度和体积决定的．如果不是确定的物体，那么物体的内能大小是由质量、温度、体积和物态来决定．
由于气体分子间的距离比较大(约为分子直径的10倍)，分子力十分微弱，当气体分子间的距离改变时，分子力所做的功非常微小，可忽略不计，可把气体分子看作没有相互作用的质点，这种气体模型称为理想气体微观模型．理想气体的内能跟温度有关，跟体积无关．
          一块10 ℃的铁和一块10 ℃的铝相比，以下说法正确的是(　　)
A．铁的分子动能之和与铝的分子动能之和相等
B．铁的每个分子动能与铝的每个分子的动能相等
C．铁的分子平均速率与铝的分子平均速率相等
D．以上说法均不正确
解析：两物体的温度相等时，说明它们的分子平均动能相等，因为温度是分子运动平均动能的标志；由于没有说明铁与铝的质量，只有当它们所含分子数目相等，分子动能才相等，故A错；分子平均动能相等，但对每个分子而言，它运动的速率是变化的，且每个分子的速率都是不同的，所以每个分子的动能相等的说法不正确，故B错；虽然分子的平均动能相等，但铁分子、铝分子质量不等，因此分子平均速率不等，M铝<M铁，                      ，所以C错．
答案：D
1．（双选）关于温度的几种说法，正确的是(　　)
A．温度是表示物体的冷热程度的标志
B．温度是物体内能的标志
C．温度是物体分子势能的标志
D．气体的温度是气体分子平均动能的标志
解析：温度这个物理量在宏观上的意义是表示物体冷热程度，而它又是大量分子热运动平均动能大小的标志，这是温度的微观含义．
答案：AD
2．下列关于分子力和分子势能的说法中，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．
解析：当分子间距为r0时为平衡位置，由当分子间的距离r<r0时，分子间的作用力表现为斥力，且随r的减小而增大，分子间的距离减小时，分子力做负功，分子势能增大，反之分子势能减小．
答案：C
3．关于物体的内能，正确的说法是(　　)
A．温度、质量相同的物体具有相等的内能
B．物体的内能与物体的体积有关
C．机械能越大的物体，内能也一定越大
D．温度相同的两物体具有相同的内能
解析：物体内所有分子的动能与势能之和叫内能，温度相同，分子平均动能相同；质量相同，分子个数不一定相同，还有分子势能，故A、D不正确，机械能大的物体内能不一定大，故C不正确．
答案：B
4．下列关于内能说法中正确的是(　　)
A．物体运动速度越大，内能越大 
B．温度高的物体一定比温度低的物体内能大
C．静止的物体没有动能，但有内能
D．内能和温度有关，所以0 ℃的水没有内能
解析：物体的内能大小是由质量、温度、体积和物态来决定；分子永不停息地做无规则的运动，0℃的水的分子还在运动着．
答案：C
5．若某种实际气体分子间的作用力表现为引力，则一定质量的该气体内能的大小与气体的体积和温度关系是(　　)
A．如果保持其体积不变，温度升高，内能不变
B．如果保持其体积不变，温度升高，内能减小
C．如果保持其温度不变，体积增大，内能增大
D．如果保持其温度不变，体积增大，内能减小
解析：对于一定质量的某种实际气体，分子总数一定．若保持体积不变，则分子距离不变，分子势能不变．温度升高，则分子的平均动能增大，故内能增大．若保持温度不变，则所有分子的平均动能不变，体积增大时，分子势能增大，所有气体的内能增大．
答案：C
6．（双选）氧气和氢气的质量、温度都相同，在不计分子势能的情况下，下列说法正确的是(　　)
A．氧气的内能较大
B．氢气的内能较大
C．两者的内能相等
D．氢气分子的平均速率较大
解析：氢气与氧气的温度相同，分子的平均动能相同，由于氧分子质量比氢分子质量大，所以氢分子的平均速率更大，又因为两种气体的总质量相同，氢分子质量比氧分子质量小，所以氢分子数大于氧分子数，氢气的分子动能总和大于氧气的分子动能总和，由于不计分子势能，所以氢气的内能更大．
答案：BD
7. （双选）有甲、乙两种气体，如果甲气体内分子的平均速率比乙气体内分子的平均速率大，则 (　　)
A．甲气体的温度一定高于乙气体的温度
B．甲气体的温度一定低于乙气体的温度
C．甲气体温度可能高于也可能低于乙气体的温度
D．甲气体温度不可能等于乙气体温度
解析：温度是大量分子热运动平均动能大小的标志，而平均动能跟分子的质量和平均速率有关，平均速率大，温度不一定高．
答案：CD
8．在下列说法中，正确的是(　　)
A．温度高的物体的分子的平均动能一定比温度低的物体的分子平均动能大
B．温度高的物体中的每一个分子的动能一定大于温度低的物体中的每一个分子的动能
C．温度高的物体中的分子运动的平均速率一定比温度低的物体中的分子运动的平均速率大
D．温度高的物体中的每一个分子运动的速率一定比温度低的物体中的每一个分子的运动的速率大．
解析：温度是物体中分子无规则运动的平均动能的标志，温度越高，说明物体中分子运动的平均动能大，A正确；而物体中的分子的平均动能具有多种可能性，故B错；对于同一物体来说，分子的质量相同，如果平均动能也相同，平均速率也一定相同，温度越高，分子平均动能(速率)越大，分子运动的平均速率越大，但对于不同的物质，只能从温度高低判定平均动能的大小，不能判定平均速率大小，因为两种物质的分子质量往往是不同的，故C、D错．
答案：A
9．相同质量的0 ℃水与0 ℃的冰相比较，下列说法错误的是(　　)
A．它们的分子平均动能相等
B．水的分子势能比冰的分子势能大
C．水的分子势能比冰的分子势能小
D．水的内能比冰的内能多
解析：质量相同的水和冰，它们的分子个数相等；温度相等，所以分子平均动能相等，因此它们总的分子动能相等．由水结成冰，需要释放能量，所以相同质量、温度的水比冰内能多，由于它们总的分子动能相等，所以水比冰的分子势能大．本题很容易误认为水结成冰，体积增大，所以内能增大．
答案：C
10.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，若规定无限远处分子势能为零，则：
(1)乙分子在何处的势能最小？是正值还是负值？
(2)乙分子的运动范围多大？
(3)在乙分子运动的哪个范围内分子力和分子势能随距离的减小都增加？
解析：(1)由于乙分子由静止开始，在ac间一直受到甲分子的引力而做加速运动，引力做正功，分子势能一直在减小，到达c点时所受分子力为零，加速度为零，速度最大，动能最大，分子势能最小（为负值）． 
(2)由于惯性，到达c点后乙分子继续向甲分子靠近，由于分子力为斥力，故乙分子做减速运动，直到速度为零，设到达d点后返回，故乙分子运动范围在ad之间．
(3)在分子力表现为斥力的那一段cd上，随分子间距的减小，乙分子克服斥力做功，分子力、分子势能随间距的减小一直增加．
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本小节结束
 

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