2019_2020学年高中物理第1章分子动理论第3节温度与内能学案鲁科版2448.pdf
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1、第 3 节 温度与内能 1.理解分子势能随分子间距离的变化关系(重点)2.影响内能的因素和改变内能的两种方式(重点)3理解内能和机械能的区别(难点)一、温度与分子平均动能 1分子动能是分子做无规则运动所具有的能 2分子热运动的平均动能是所有分子动能的平均值,温度是分子平均动能的标志 二、分子势能 由于分子间存在着分子力,所以分子具有由它们的相对位置决定的势能,这就是分子势能 当分子间距离r大于r0时,分子间的相互作用力表现为引力,要增大分子间的距离,必须克服引力做功,因此分子势能随着分子间距离的增大而增大;当分子间距离r小于r0时,分子间的相互作用力表现为斥力,要减小分子间的距离,必须克服斥力
2、做功,因此分子势能随分子间距离的减小而增大 物体的体积变化时,分子间距离发生变化,分子势能随着发生变化,可见分子势能跟物体的体积有关系 1(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、物体的内能 1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,对于给定的物体,其内能大小跟物体的质量、温度和体积有关 2改变物体内能的两种途径:做功和热传递(1)做功可以改变物体的内能 做功改变物体内能,是内能和其他形式的能的转化,内能的变化量可以用做功的多
3、少来量度外力对物体做了多少功,物体的内能就增加多少;反之,物体对外做了多少功,物体内能就减少多少(2)热传递可以改变物体的内能 热传递改变物体的内能,是物体间或同一物体不同部分间内能的转移,内能的变化可用热量来量度,物体吸收热量,内能增加,物体放出热量,内能要减小 2(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)温度与分子平均动能 在热现象的研究中,由于分子运动的无规则性,单个分子的动能没有实际意义,重要的是物体里所有分子做热运动的平均动能温度是分子热运动平均动能的标志温度越高,分子的平均动能越大;温度相同,分子的平
4、均动能相同 (1)组成物体的每个分子由于不停地运动都具有动能(2)在相同的状态下,每个分子的动能Ek并不相同,人们所关心的是物体内所有分子动能的平均值分子的平均动能大量分子动能的平均值叫做分子热运动的平均动能 关于物体的温度与分子动能的关系,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,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 思路点拨 牢牢把握温度是分子平均动能的标志 解析 某种物体温度是 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运动,从微观上讲,分子运动
5、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,分子平均动能增大,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越剧烈,则物体的温度不一定高,所以选 C 项 答案 C (1)因为温度是分子平均动能的唯一标志,0 的物体中分子的平均动能也有一定值,并不为零(2)由于没有区分物体内分子做无规则热运动的速度和物体做机械运动的速度,而错选D.(3)与初中温度的定义(温度是表示物体冷热程度的物理量)进行对比,加深理解 1.关于温度
6、的理解,下列说法正确的是()A温度越高,分子动能越大 B物体的运动速度越大,分子总动能越大,因而物体温度也越高 C一个分子运动的速率越大,该分子的温度越高 D温度是大量分子无规则热运动平均动能的量度 解析:选 D.温度高,分子平均动能大,但并不是每个分子的动能都大,故 A 错温度是分子平均动能的标志,与物体运动的速度无关,故 B 错温度是大量分子热运动的集体表现,对单个分子无意义,故 C 项错,D 项对 分子势能 1分子势能:组成物质的分子间存在相互作用力,分子间具有由它们的相对位置决定的势能,这种势能叫做分子势能 2分子势能的特点:由分子间相对位置决定的能量,随分子间距的变化而变化分子势能是
7、标量 3变化分析依据:由于分子间既存在引力,又存在斥力,分子间距离变化时,既要考虑引力做功,又要考虑斥力做功,为简化起见,用分子间的合力做功分析势能变化,W0,势能减少,Wr0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,因此分子势能随分子间距离的增大而增大(2)当分子间的距离rr0时,分子力做正功,动能不断增大,势能减小 Brr0时,动能最大,势能最小 Crr0时两者之间先是引力,引力对分子做正功,分子势能减小,由动能定理可知,分子动能增大,故 A 项正确当rr0时两者之间是斥力,对分子做负功,分子势能增大,由动能定理可知,分子动能减小,故 C 项正确 由以上两种情况分析可
8、知,当rr0时,分子的动能最大,分子势能最小,B 项也正确 答案 ABC 本题主要考查分子力做功与分子势能变化的关系由上面的解答也可以更好地理解Epr的关系图,当然本题也可以由Epr的关系图直接得出结论 2.(多选)如图所示为物体分子势能与分子间距离之间的关系,下列判断正确的是()A当rr0时,r越小,则分子势能Ep越大 C当rr0时,分子势能Ep最小 D当r时,分子势能Ep最小 解析:选 AC.当rr0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rr0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,分子势能逐渐增大 物体的内能 1内能是对大量分子而言的,对
9、单个分子来说无意义 2物体内能的决定因素(1)从宏观上看,物体内能的大小由物体的质量、温度和体积三个因素决定(2)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 3改变内能的两种方式及其区别 做功 热传递 特征 有力参与做功 存在温度差 本质 内能与其他形式的能转化 内能的转移 量度 功 热量 举例 摩擦、压缩等 不同温度的 物体接触 4内能与机械能的区别和联系 内能 机械能 对应的运 动形式 热运动 机械运动 决定因素 物质的量、物体的温度和体积及物态 物体的机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度或弹性形变)是否为零 永远不能等于零
10、一定条件下可以等于零 联系 在一定条件下可以相互转化 (1)物体的内能跟物体的机械运动状态无关(2)研究热现象时,一般不考虑机械能,但在机械运动中有摩擦时,存在内能与机械能的相互转化,这时要考虑机械能 (多选)下列说法正确的是()A内能是物体中所有分子的热运动的动能和分子势能的总和 B做功和热传递都可以改变物体的内能 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 思路点拨(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 解析 由内能定义知,A 正确改变物体的内能有两种途径:做功和热传递,选项 B正确物体的内能与物体做宏观的机械运动
11、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 ABD 物体的内能是本节的重点与难点,除了注意内能的微观因素与宏观因素之外,一定不能对单个分子谈内能.3.当物体的内能增大时,下列说法正确的是()A物体一定吸收了热量 B外界一定对物体做了功 C物体不可能放出热量 D物体有可能对外界做功 解析:选 D.改变物体内能有两条途径:做功和热传递具体到本题,已知物体的内能是增大的,存在五种可能性:一是只吸收热量,没有做功;二是外界对物体做功,没有热传递;三是物体吸收了热量,同时外界对物体做功;四是物体吸收热量使内能增加,同时物体对外
12、界做功使内能有所减少,但吸收的热量比对外做的功多;五是物体放出热量使内能减少,但同时外界对物体做的功使内能增加,且外界对物体做功比物体放出的热量多 这五种可能的最终结果都使物体的内能增大,可见选项 A、B、C 都是错误的.对内能理解的四个误区 1误认为分子间距离越大,分子势能越大 产生误区的原因是没有正确认识分子势能与分子间距离的关系若rr0,则r越大,分子势能越大 2误认为温度越高,分子平均速率越大 产生误区的原因是没弄清温度与分子平均动能、分子平均速率的关系 不同的物体分子质量不同,温度相同时,分子平均动能相同,但分子平均速率不同不同的物质,温度高的其分子的平均速率可能要小 3误认为温度高
13、的物体内能大 这是由于没弄清影响内能大小的因素温度越高,分子平均动能越大,但比较两个物体内能时,还要考虑分子个数和分子势能在宏观上,物体的内能由温度、体积和物质的量共同决定 4误认为机械能越大的物体内能越大 产生该错误的原因是没有正确区分机械能和内能 影响机械能和内能的因素不同,机械能变化时,内能不一定变化,反之亦然 (多选)下列说法正确的是()A分子的动能与分子的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,物体的内能可能减小 D物体做减速运动时,其温度可能增加 解析 内能是物体中所有分子热运动动能与分子势能的总和,A 错误;宏观上,物体的分子势能与
14、物体的体积有关,与物体的温度无关,B 错误;物体的内能与其速度无关,所以物体的速度增大,内能可能增大,也可能减小,速度减小,其温度可能升高,也可能降低,C、D 正确 答案 CD 4.下列关于内能的说法中正确的是()A不同的物体,若温度相等,则内能也相等 B物体速度增大,则分子动能增大,内能也增大 C对物体做功或向物体传热,都可能改变物体的内能 D冰熔化成水,温度不变,则内能也不变 解析:选 C.内能是物体中所有分子的热运动的动能与分子势能的总和,温度相同,只是分子的平均动能相同,A 错误;分子动能与分子的热运动有关,与物体的速度没有关系,B 错误;对物体做功可以把其他形式的能转化为内能,传热可
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