2020_2021学年高中物理第七章分子动理论5内能学案新人教版选修3_3

第五节内能【素养目标定位】※知道分子平均动能和温度的含义※知道分子势能与分子间作用力的关系，知道分子势能的决定因素※※理解物体内能的含义【素养思维脉络】课前预习反馈知识点1 分子动能和分子势能分子能量比较内容分子动能分子势能定义分子__无规则运动__而具有的能由分子力和分子间__相对位置__决定的能大小决定因素物质的__温度__是它的分子热运动的平均动能的标志宏观上与物体的__体积__有关，微观上与__分子间距离__有关知识点2 物体的内能1．定义物体中__所有分子__的热运动动能与__分子势能__的总和。

2．决定因素(1)分子总个数由物体__物质的量__决定。

(2)分子热运动的平均动能由__温度__决定。

(3)分子势能宏观上与物体的__体积__有关。

(4)物体的内能由__物质的量__、__温度__、__体积__共同决定。

3．内能的普遍性：因为一切物体都是由不停地做无规则__热运动__且相互作用着的分子所组成的，所以任何物体都具有内能。

辨析思考『判一判』(1)温度高的物体，分子的平均动能一定大。

(√)(2)温度升高时，物体的每个分子的动能都将增大。

(×)(3)分子势能可以为正值、负值、零值。

(√)(4)一个分子的动能和分子势能的总和叫作该分子的内能。

(×)(5)当一个物体的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化。

(×)(6)温度高的物体一定比温度低的物体内能大。

(×)『选一选』下列关于温度、热量和内能的说法中正确的是( B )A．温度是分子动能的标志，动能越大的分子其温度就越高B．分子的势能跟物体的体积有关C．温度高的物体比温度低的物体含有的热量多D．静止的物体没有内能解析：温度是分子平均动能的标志，是大量的分子运动的统计规律，对单个的分子没有意义，故A错误；分子的势能跟物体的体积有关，故B正确；物体的内能与物体的物质的量、温度、体积以及物态有关，温度高的物体不一定比温度低的物体含有的内能多，更不能说是热量多，故C错误；物体的内能与物体是否静止无关，静止是物体的宏观的运动状态，故D 错误。

『想一想』杀虫药剂从喷雾器中射出时变成雾状液沫，设其温度不变，药液的内能是否变化？答案：内能增大解析：解法一原因是：液体变成雾状液沫后，分子之间的距离在r0的基础上变大了，分子势能的总和变大，所以内能增大。

解法二原因是：要使液体变成雾状液沫，必须克服分子力做功，外界对液体做功，液体的内能就增加了。

在物体分子平均动能不变的情况下，判断物体内能变化时，只考虑分子势能的变化即可。

课内互动探究探究分子动能┃┃思考讨论1__■如图，分别向10 ℃和50 ℃的水中滴入一滴红墨水，问：(1)哪杯水中红墨水扩散得快？(2)哪杯水中分子的平均动能大？(3)影响分子平均动能的因素是什么？提示：(1)50 ℃的水；(2)50 ℃的水；(3)温度是分子热运动平均动能的标志。

┃┃归纳总结__■1．单个分子的动能(1)物体由大量分子组成，每个分子都有分子动能。

(2)分子在不停息地做无规则运动，每个分子动能大小不同并且时刻在变化。

(3)热现象是大量分子无规则运动的结果，个别分子动能没有意义。

2．分子的平均动能(1)温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计规律。

温度升高，分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大。

存在个别分子动能反而减小的可能，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。

(2)理想气体的分子平均动能大小只由温度决定，与物质种类、质量、压强、体积无关，也就是说只要是同一温度下，任何分子的平均动能都相同。

由于不同物质分子的质量不尽相同，所以同一温度下，不同物质分子运动的平均速率大小一般不相同。

特别提醒温度是分子平均动能的“标志”或者说“量度”，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。

┃┃典例剖析__■典例1 关于物体的温度与分子动能的关系，正确的说法是( C ) 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．物体温度降低时，每个分子的动能都减小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，则物体的温度越高解题指导：由于分子处在永不停息的无规则运动中，分子的平均动能永远不会为零，温度取决于分子热运动的剧烈程度，与物体宏观有序的运动速度大小无关。

解析：温度是分子平均动能的标志。

温度是0 ℃，物体中分子的平均动能并非为零，因为分子无规则运动不会停止，A错；温度降低时分子的平均动能减小，并非每个分子动能都减小，B错；物体温度升高时，分子的平均动能增大，分子的平均速率增大，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多，C项正确；物体的运动速度增大，宏观机械能(动能)增大，但物体内分子的热运动不一定加剧，温度不一定升高，D错。

┃┃对点训练__■1．一块10 ℃的铁与一块10 ℃的铝相比，以下说法中正确的是( D )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，v铝>v铁，所以C错；故只有D正确。

探究分子势能┃┃思考讨论2__■分子力F、分子势能E p与分子间距离r的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能E p＝0)。

(1)当r＞r0时，分子间表现为什么力？若r增大，分子力做什么功？分子势能怎么变化？(2)当r＜r0时，分子间表现为什么力？若r减小，分子力做什么功？分子势能怎么变化？(3)当r＝r0时，分子势能有什么特点？提示：(1)分子力为引力，若r增大，分子力做负功，分子势能增加；(2)分子力为斥力，若r减小，分子力做负功，分子势能增加；(3)分子势能最小。

┃┃归纳总结__■1．分子势能由于分子间存在着相互作用力，所以分子间也有相互作用的势能，这就是分子势能。

其大小由分子间的相对位置决定。

2．分子势能与分子间距离的关系分子势能的大小与分子间的距离有关，距离发生变化时，分子力要做功，分子势能发生变化。

分子势能随分子间距离的变化情况如图所示(取无穷远处E p为0)。

(1)当分子间的距离r>r0时，分子势能随分子间距离的增大而增大。

(2)当分子间的距离r<r0时，分子势能随分子间距离的减小而增大。

(3)当r＝r0时，分子势能最小，但不为零。

特别提醒分子势能同重力势能、弹性势能、电势能一样，都是与某种力对应又由相对位置决定的能量，且该种力做功等于对应势能的变化。

┃┃典例剖析__■典例2 (多选)用r表示两个分子间的距离，E P表示两个分子间相互作用的势能，当r＝r0时，两个分子间引力等于斥力，设两分子间距离很远时，E P＝0，则( ABC ) A．当r0<r<10r0时，E P随r的增大而增大B．当r<r0时，E P随r的减小而增大C．当r＝r0时，E P最小D．当r＝r0时，E P＝0解题指导：分子力做正功还是做负功，决定分子势能是减小还是增大。

解析：当r>r0时，分子力的合力为引力，距离增大时，需要克服分子引力做功，所以分子势能E P增大；当r<r0时，分子力的合力为斥力，距离r减小时，需要克服分子斥力做功，分子势能也要增大。

由上述分析可知，从r＝r0出发，无论增大距离r还是减小距离r，分子势能均增大，所以在r＝r0处，分子势能最小。

由于题中已规定两分子距离很远时，E P＝0，所以r＝r0处一定是E P<0。

┃┃对点训练__■2．(2020·湖北省宜昌市葛洲坝中学高二下学期期中)分子力F、分子势能E P与分子间距离r的关系图线如甲乙两条曲线所示(取无穷远处分子势能E P＝0)。

下列说法正确的是( D )A．甲图线为分子势能与分子间距离的关系图线B．当r＝r0时，分子势能为零C．随着分子间距离的增大，分子力先减小后一直增大D．在r<r0阶段，分子力减小时，分子势能也一定减小解析：当r＝r0时，分子力等于零，分子势能为负值最小，综合图象可知乙图线为分子势能与分子间距离的关系图线。

故AB错误；分子间的作用力随着分子间距离的增大先减小，然后反向增大，最后又一直减小，故C错误；当r<r0时，分子力表现为斥力，当分子力减小时，分子间距增大，分子力做正功，分子势能减小。

故D正确。

探究物体的内能┃┃思考讨论3__■物体中所有分子的热运动的动能和分子势能的总和叫作物体的内能。

你知道物体的内能与哪些因素有关吗？提示：物体的内能与温度、体积、物质的量三方面有关。

┃┃归纳总结__■1．内能的决定因素物体的内能跟物体的温度和体积有关。

温度发生变化，分子的平均动能发生变化；物体的体积发生变化，分子势能发生变化。

还要注意，物体的内能还与物体所含的分子数有关，因为内能是物体所有分子的动能和分子势能的总和。

2．内能与机械能的区别和联系项目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能量常见形式分子动能、分子势能物体动能、重力势能或弹性势能能量存在原因由物体内大量分子的热运动和分子间相对位置决定由物体做机械运动和物体形变或被举高影响因素物质的量、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)热能是内能通俗而不确切的说法，热量是物体在热传递过程中内能转移的多少。

(2)物体温度升高，内能不一定增加；温度不变，内能可能改变；温度降低，内能可能增加。

┃┃典例剖析__■典例3 下列叙述正确的是( D )A．分子的动能与分子的势能之和，叫作这个分子的内能B．物体的内能由物体的动能和势能决定C．物体做加速运动时，其内能也一定增大D．物体的动能减小时，其温度可能升高解题指导：解有关“内能”的题目时，应把握以下几点：①内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关的能量形式，与物体宏观有序运动状态无关，它取决于物质的量、温度、体积及物态；②温度是分子平均动能的标志，与单个分子的动能，以及物体的动能无任何关系。

解析：内能是大量分子组成的物体具有的，单个分子无内能可言，A项错，物体的内能是物体内所有分子热运动动能和分子势能的总和，由物体的温度、体积决定，与整个物体宏观机械运动的动能和势能无关，物体做加速运动时，其动能增大，但内能不一定增大，故B、C 错；当物体运动的动能减少时，其温度可能升高，如物体在粗糙的水平面上滑行，因摩擦生热，动能减少温度升高，故D项正确。