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7.5 内能

上传时间: 2014-08-23

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7.5 内能

教学目标：

1.知道分子的动能，分子的平均动能，知道物体的温度是分子平均动能大小的标志。

2.知道分子的势能跟物体的体积有关，知道分子势能随分子间距离变化而变化的定性规律。

3.知道什么是物体的内能，物体的内能与哪个宏观量有关，能区别物体的内能和机械能。

新课教学：

引入新课：

我们知道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，我们又知道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？这是今天学习的问题。

一、分子动能

（1 ）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．

（2）研究某个分子的动能无意义。

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．物体由大量分子组成，若想研究其中某一分子的动能是非常困难、也是没有必要的．热现象研究的是大量分子运动的宏观表现，所以，有意义的是所有分子的动能的平均值，即分子平均动能．

1.概念

一．分子动能

2．分子热运动的平均动能：物体中所有分子热运动的动能的平均值。

3．温度的两重含义：

3.1宏观――表示物体的冷热程度

3.2微观――是分子热运动的平均动能的标志

*温度相同，平均动能就相同，不论物体的组成、结构、种类和物态

*温度不能反映个别分子的动能大小，同一温度下，各个分子的动能不尽相同。

设质量为m的n个分子，其速度大小分别为v1、v2、v3…vn，则其动能的平均值为：

*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

巩固

1．一块10 ℃的铁与一块10 ℃的铝相比，以下说法中正确的是(　　)

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：两物体温度相等，说明它们分子的平均动能相等，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一样，分子总动能才相等，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，有快的也有慢的，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；故只有D正确．

答案：D

二．分子势能

1．势能：由于物体间有相互作用而跟物体间距离有关的能

举例：

重力势能

弹性势能

2．分子势能：

2.1定义：由于分子间存在相互作用力，并由它们的

相对位置决定的能

2.2分子力做功跟分子势能变化的关系

类比：重力做功与重力势能间的关系

分子力做正功时，分子势能减少，分子力做负功时，分

子势能增加

二．分子势能

2.3决定因素

a．微观：分子间的相对位置决定（弹簧模型）

①一般选取两分子间距离很大（ r＞10r0 ）时，分子势能为零．

②在r＞r0的条件下，分子力为引力，当两分子逐渐靠近至r0过程中，分子力做正功，分子势能减小．

③在r＜r0的条件下，分子力为斥力，当两分子间距离增大至r0过程中，分子力也做正功，分子势能也减小．

二．分子势能

④当两分子间距离r＝r0时，分子势能最小．

b．宏观：与体积有关

2.如右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Ep最小

D．当r→∞时，分子势能Ep最小

巩固

解析：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，分子势能逐渐增大到零．故本题应选A、C.

答案：AC

点评：有关分子势能及其改变的问题比较复杂，但若把分子势能的变化与分子力所做的功联系起来考虑，就不难解决．必要时，还可以把分子力做功与分子势能的变化关系同重力做功与重力势能的变化关系进行类比，来帮助分析和判断．

巩固

3．关于分子间势能，下列说法中正确的是(　　)

A．分子间为引力时，距离越小，分子间势能越大

B．分子间为斥力时，距离越大，分子间势能越大

C．物体在热胀冷缩时，分子间势能不变

D．物体在热胀冷缩时，分子间势能改变

解析：根据分子力做功与分子间势能的变化关系知，A、B选项均错；当分子间距离r＝r0时，分子势能最小，在此基础上分子间距增大或减小，分子势能都将增大．热胀冷缩时，分子间距变化，因而分子势能改变．

答案：D

三．内能

1．物体的内能：物体中所有分子做热运动的动能和分

子势能的总和叫做物体的内能

2．任何物体都具有内能．因为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所组成。

设疑：温度为零时呢？

3．物体内能的决定因素

　3.1从宏观上看：物体内能的大小由物体的摩尔数

、温度和体积三个因素决定．

　3.2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．

* 理想气体的内能:

理想气体的分子力为零，故没有分子势能，所以理想气体的内能就是所有分子的动能之和。

三．内能

4．一个具有机械能的物体，同时也具有内能。

5．物体的内能跟机械能的区别

5.1能量的形式不同．物体的内能和物体的机械能分

别跟两种不同的运动形式相对应。

内能是由于组成物体的大量分子的热运动及分子间的相

对位置而使物体具有的能．不可能为零。

机械能是由于整个物体的机械运动及其与它物体间相对

位置而使物体具有的能．可能为零。

5.2决定能量的因素不同．(研究对象不同)

内能只与物体的温度和体积有关，而与整个物体的运动

速度路物体的相对位置无关．

机械能只与物体的运动速度和跟其他物体的相对位置有

关，与物体的温度体积无关．

1．在热现象的研究中，重要的不是系统中某个分子的动能大小，而是所有分子的动能的________，并把它叫做分子热运动的________．

2．物质的________是它的分子热运动的平均动能的标志．

3．分子势能的大小由分子间的________决定，与物体的________有关．

回顾

平均值

平均动能

温度

相互位置

体积

4．物体中所有分子的热运动动能与分子势能的_______________________，叫做物体的内能，________物体都具有内能．

5．一般来说物体的__________变化时它的内能要随之变化．

6．分子由于无规则热运动而具有的动能是________的一部分，物体做整体运动而具有的动能是________的一部分，在热现象的研究中，一般不考虑物体的________能．

总和

任何

温度和体积

内能

机械能

机械

有关分子的热运动和内能，下列说法不正确的是(　　)

A．一定质量的气体，温度不变，分子的平均动能不变

B．物体的温度越高，分子热运动越剧烈

C．物体的内能是物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和

D．布朗运动是由悬浮在液体中的微粒之间的相互碰撞引起的

解析：温度是分子平均动能的标志，温度不变时，分子的平均动能不变，温度越高，分子热运动越剧烈，故A、B项说法均正确．由内能定义知C项正确．布朗运动是由液体分子对悬浮颗粒撞击作用不平衡引起的，故选项D错误．

答案：D

点评： “平均动能”中“平均”的确切含义是解题的关键．

下列说法中正确的是（）

A.温度低的物体内能小

B.温度低的物体分子运动的平均速率小

C.物体做加速运动时速度越来越大，物体内分子的平均动能也越来越大

D.物体体积改变，内能可能不变

解析：内能是指物体内部所有分子平均动能和分子势能的总和，温度是分子平均动能的标志，故温度低的物体内能不一定小，A错．温度低的物体分子平均动能小，但由于不同物质分子质量不同，所以温度低的物体分子平均速率不一定小，B错．物体做加速运动时，速度增大，机械能中的动能增大，但分子热运动的平均动能与机械能无关，而与温度有关，故C错，物体体积改变，分子势能改变，但内能不一定变，再如理想气体的内能与体积无关，D对．

答案：D

点评：物体的内能由物质的量、温度、体积和物质的存在状态都有关，考虑物体内能时一定要综合考虑.

能力提升

分子间有相互作用势能，规定两分子相距无穷远时，两分子间的势能为零．设分子a固定不动，分子b以某一初速度从无穷远处向a运动，直到它们之间的距离最小．在此过程中，a、b之间的势能(　　)

A．先减小，后增大，最后小于零

B．先减小，后增大，最后大于零

C．先增大，后减小，最后大于零

D．先增大，后减小，最后小于零

解析：当分子b从无穷远处向a运动

时，开始b受到分子力的合力是引力，分

子力做正功，分子势能减小；当分子间

距离为r0时，分子力为零，分子势能最小，

b分子的动能最大；由于惯性，b分子将继续向a运动，此时，r＜r0，分子力为斥力，分子力对b做负功，分子势能增大，当它们之间的距离最小时，b的动能为零，设此时分子势能为Ep，b在无穷远处的动能为Ek，由于该过程中只有分子力做功，所以分子的势能和动能的总和保持不变，有Ep＝Ek＞0，其分子势能与分子间距离关系如右图所示，所以此过程中，a、b间的势能变化是：先减小，后增大，最后大于零．

答案：B

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