高中物理选修3-3第七章《物体的内能》

二、
分子势能与分子间距离的关系
知识精要 1.当分子间的距离 r>r0 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 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 ,因此分子势能随分子间距离的减小而 增大。 3.如果取两个分子间相距无限远时(此时分子间作用力可忽略 不计)的分子势能为零, 分子势能 Ep 与分子间距离 r 的关系可用如 图所示的曲线表示。从图线上看出,当 r=r0 时 ,分子势能最小。
飞机从地面起飞, 随后在高空做高速航行,有人说: “在这段时间 内,飞机中乘客的势能、动能都增大了,他们身上所有分子的动能和 势能也都增大了, 因此乘客的内能也增大了”。这种说法对吗 ?为什 么?
简答 :这种说法不对。因为该说法将机械能和内能两个概念混 淆了,物体的内能是由物体内分子的数目、物体的温度和体积决定 的,与机械运动无关,机械运动速度的改变以及竖直高度的变化仅改 变的是乘客的机械能 ,不能因此判断其内能的变化情况。
预习导引
一、分子动能 1.分子动能:做热运动的分子跟运动的物体一样, 也具有动能, 这 就是分子动能。 2.分子的平均动能:热现象研究的是大量分子运动的宏观表现, 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平 均值,叫作分子的平均动能。 3.温度的微观解释:温度是物体分子热运动平均动能的标志。 预习交流 1 铁球运动得越来越快 ,则铁分子的平均动能越来越大 ,对吗 ?为 什么 ? 答案 :不对。铁球的速度变大, 是指其机械运动的速度,即其机械 运动的动能变大, 而分子的平均动能是指分子热运动的动能,只与温 度有关。
解析 :物体的温度是 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 ,分子运动加剧 ,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 ,物体的动能越大 ,这并不代表物体内 部分子的热运动加快 ,所以物体的温度不一定高。 答案:C

第七章《分子动理论》
7.5《内能》
教学目标
• 1．了解组成物质的分子具有动能及势能，并且了 解分子平均动能和分子势能都与哪些因素有关。
• 2．理解物体的内能以及物体内能由物体的状态所 决定。
• 教学重点 • 物体的内能是一个重要的概念，是本章教学的一
个重点。学生只有正确理解物体的内能才能理解 做功和热传递及物体内能的变化关系。 • 教学难点 • 分子势能。
分子 动能
小结
•分子因热运动而具有的能量
•同温度下各分子的分子动能ＥK 不同
•分子动能的平均值仅和温度有关
分子 势能
物体 内能
•分子间因有相互作用力而具有的、由它 们相互位置决定的能量
• r＜r0时,r↓→ＥP↑;ｒ＞ｒ0时,r↑→ＥP↑。 ｒ＝ｒ0时，ＥP最低 •ＥP随物态的变化而变化
•物体内所有分子的ＥK 和ＥP 总和
二、分子势能
1．分子势能：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叫做分子势能．
2．分子力做功跟分子势能变化的关系（类同于 重力做功与重力势能变化的关系） 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．
分子的势能
地面上的物体,由于与地球相互作用
重力势能
发生弹性形变的弹簧, 相互作用
弹性势能
分子间相互作用
分子势能
分子势能：分子间所具有的由它们的相对位置所决定的能
说明（1）如果r＞r0分子势能随r增大而增大，这与弹簧拉伸 相似；如果r＜r0，分子势能随r减小而增大，这与弹簧压缩 相似；r=r0势能最小.
（2）一个物体的体积改变，分子势能也随改变，因此分子 势能和它的体积有关。
3．决定分子势能的因素
物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的 总和，叫做物体的热力学能，也叫内能。

(2) 分 子 的 平 均 动 能 大 小 只 由 温 度 决 定 ， 与 物 质 的 种 类 无 关．也就是说，只要处于同一温度下，任何物质分子做热运动 的平均动能都相同．由于不同物质分子的质量不尽相同，因 此，在同一温度下，不同物质分子运动的平均速率也不尽相 同．
二、分子势能与分子间距离及分子力做功的关系 分子势能的大小与分子间的距离有关，宏观上与物体的
3．如果取两个分子间相距无限远时(此时分子间作用力可
忽略不计)的分子势能为零，分子势能Ep与分子间距离r的关系 可用如图所示的曲线表示．从图线上看出，当r＝r0时，分子势 能最小．
4．分子势能随分子间距离的变化类似于弹簧的弹性势能 随弹簧长度的变化规律，弹簧在原长的基础上无论拉伸还是压 缩，势能都会增加．
思路点拨：解答本题时应把握以下三点：(1)温度是大量分 子无规则热运动的平均动能的标志．
(2)大量分子无规则热运动遵循统计规律. (3)物体机械能与内能本质不同．
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，说明分子运动剧 烈，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，则物体的温度不一定高．
答案：A
三、物体的内能及决定因素
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，物体的内能增大 D．物体的动能减小时，物体的温度可能增加

成才之路· 物理
人教版· 选修3-3
路漫漫其修远兮吾将上下而求索
分子动理论
第七章
第五节
内能
第七章
1
学习目标定位
2
课堂情景切入
5
考点题型设计
3
知识自主梳理
6
易错案例剖析
4
重点难点突破
7
课时作业
学习目标定位
※ ※
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
三、物体的内能
物体中所有分子的热运动的动能分子势能的总和叫做物 体的内能。 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。
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。
下列关于分子动能的说法，正确的是(
)
A．物体的温度升高，每个分子的动能都增加 B．物体的温度升高，分子的总动能增加 1 C．如果分子的质量为 m，平均速率为 v，则平均动能为 2 mv2 D．分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与所 有分子的总数之比
由物体做机械运动和物体 形变或被举高
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)
一定条件下可以等于零
特别提醒：
(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。

物体的内能
教学目的：
1、知道分子的平均动能跟温度有关，温度
是分子平均动能的标志 2、知道分子的势能，知道分子势能和分子 力做功的关系 3、知道什么是内能，知道物体的内能跟
温 度、体积有关
教学重点：
1、分子的平均动能与
温度的关系 2、分子的势能与分子 间距离的关系
2、温度
①宏观意义：表示物体的冷热程度 ②微观含义：是分子热运动的平均动能的标志
练习3：关于热传递，下列说法中正确的是 （ BD ） A、在热传递中，热量一定从含热量多的物体传 向含热量少的物体 B、两个物体之间发生热传递的条件是它们之间 一定有温度差
C、在热传递中，热量一定是从内能多的物体传 向内能少的物体 D、内能相等的两个物体相互接触时，也可能发 生热传递
练习4：质量相等的氢气和氧气，温度相 同，不考虑分子间的势能，则（ ） B A、氧气的内能较大
r0
r
三、物体的内能：
1、定义： 物体内所有分子做热运动的动能和 分子势能的总和 2、决定因素： 由物质的量、温度、体积共同决定 （质量和摩尔质量）
3、物体的内能和机械能的区别
区别
描述的对象不同
物体的内能
描述热学 分子的热运动
机械能
描述机械运动
对应的运动 形式不同
决定因素不同
物体的 机械运动 物体的质量、 运动速度、 所在的位置
B、氢气的内能较大
C、两者的内能一样大
D、氢气分子的平均动能较大
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情的发生？按例早就该罚她去跪佛堂了！可是，他容忍了，虽然被气得牙根痒痒，恨不能挥手相向，但是，他还是忍下了。他是言而有 信、壹诺千金的人，更何况这个誓言，他曾经向玉盈姑娘郑重地承诺下来。他给了她的妹妹整个王府里面除了福晋以外最好的待遇！吃 穿用度各个方面自是不必说，只比福晋差壹点点，却比淑清高出来很多很多。她的院子是整个王府最大的，虽然这个院子他是为玉盈准 备的。院子里，他早早就吩咐奴才们种满了各式花草，虽然这些花草也是为玉盈准备的。没有关系，将来，爷会为玉盈姑娘准备壹个更 大、更好、更美的院子。坐在年府的前厅，他知道，每壹盏茶，每壹道菜、每壹种，每壹样，都是玉盈姑娘花了心思，精心置备的，她 是年府的大姑奶奶，哪壹样不是出自她的手？席间，他再次听到了那令他魂牵梦萦的筝曲，他真是恍然如梦，仿佛这还是半年前那个正 月里来闹新春的日子。只是，这筝曲为什么断断续续，曲不成调？玉盈姑娘，你这是在用琴声向爷诉说你的伤心、痛苦吗？爷懂你！爷 承认，爷负了你，但这些全都是迫不得已，爷会想出万全之策，玉盈姑娘，等着爷。爷信守了对你做出的承诺，你也要遵守对爷发下的 誓言。第壹卷 第九十壹章 不嫁冰凝归宁之后，年总督即刻返回了湖广的任上，年夫人因为京城还有事情要处理，暂时再住壹段时间。 所谓的事情，其实就是玉盈的婚事。对于凝儿，她是完完全全地放下了心，无论是从凝儿的口中探来的情况，还是归宁那日王爷的表现， 都让年夫人深信，女儿嫁了壹个重情重义、温柔体贴的夫君，这个结果既出乎她的意料，又令她万分欣慰。当初也是准备忙完了凝儿的 婚事，就要尽快落实玉盈的夫家。十六岁的大姑娘，实在是不小了，再拖下去，她真是愧对玉盈的爹娘，今生今世也不会安心。因此， 送走了年总督，她找了壹个相对轻闲的日子，趁二公子不在府里，跟玉盈聊起了家常：“盈儿，你的婚事，娘也跟你二哥说过了，可着 京城里寻壹个好人家。你爹爹也快要解甲归田了，凝儿也嫁在京城的王府，将来我们也还是要回到京城来颐养天年，这样你也在京城里， 咱们壹家人总算是离得不太远。凝儿那日说的，其实也是娘想说的，娘也不是不开通的人，你如若心中有人，那人也是对你好，不妨说 出来，娘不会拦着。如果你没有可心的人，娘让你二哥留着心，尽快给你寻壹门好亲事年夫人说了半天，竟是壹点儿回音也没有，她不 禁诧异地望向玉盈。玉盈哪里想得到，娘亲今天找她来，居然是说她的婚事！她的心中有人，那人也对他好，可是，她怎么可能对娘亲 说出来？她要把这个秘密永远地烂在肚子里！直到终老的那壹天，随她壹并埋入黄土，成为她永生的纪念。深思中的玉盈蓦然发现娘亲

Ⅱ.温度相同时，不同物质的分子平均动能相同，其分子运动 的剧烈程度相同但分子的平均速率却不同，因此不能说“温 度是分子平均速率的标志”。
Ⅲ.由于分子在永不停息的无规则运动，所以，分子的平均动 能不可能等于0.
二、关于分子动能、分子平均动能和分子总动能： 3.分子总动能： ①定义：指物体内所有分子热运动的动能的总和。
3.分子总是永不停息的运动，所以任何物体都有内能。
4.广义上的内能实际上就是E=mc2，其中m是物体的静 止质量。
五、物体的内能与机械能的区别：
1．运动形式不同：内能是微观上大量分子的热运动及 分子间的相对位置决定的能量．而机械能是宏观上物体 的机械运动及与其它物体间相对位置决定的能量．
2．决定因素不同：内能只与物体的温度和体积有 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.
由于地球与物体之间的万有引力的相互作用，由 地球与物体之间的相对位置决定的重力势能。
☆观察： 如图所示，弹簧处于拉伸或压缩状态，这里涉及
到什么能？这种能量是由什么作用力引起的？
发生弹性形变的弹簧的各部分之间有弹力的相互作 用，由弹簧各部分的相对位置决定的重力势能
重力势能
☆类比：
弹性势能
两分子间存在相互作 用的斥力与引力。
力 F引 问题3：通过问题1与问题2的分析，你能不能分
析得到r=r0处分子势能的特点？
平衡位置的分子势能最小
问题4：r=r0处的分子势能是不是一定为0？分子势能的
“+””-”表示什么？
平衡位置的分子势能最小，但不一定为0，与零势能点
的选择有关，一般选择无穷远处为零势能点，此时平衡位
置处的分子势能为一个负值， “+””-”表示大小。

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(答案 B )
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
C．B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
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，分子力又做负功，分子势能增加，B正确．
例3(多选)(2019·济宁市高二下期末)两分子间的斥力和
分子力做负功，分子势能一直增加，D错误；由以上
分析可知，当两分子距离变小的过程中，在r>r0的阶 段，分子力做正功，在r<r0的阶段，分子力做负功，
故分子力先做正功后做负功，E正确．
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？
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．
(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？

• 情况二：各个分子的速率（动能）都在不断改变。
不确定性、无规律性
∴
• 在热现象的研究中，我们所关心的不是每个分子的动能， • 而是物体里所有分子的动能的平均值。
• 分子平均动能的标志：温度
• 过去我们说：温度是分子热运动剧烈程度的标志。 • 现在进一步说：物质的温度是它的分子热运动的平均动能标志。
• 4．（单选）关于机械能和内能，下列说法中正确的是( ) • A．机械能大的物体，其内能一定很大 • B．物体的机械能损失时，内能却可以增加 • C．物体的内能损失时，机械能必然减小 • D．物体的内能为零时，机械能不可以为零
• 5．(多选)1 g 100 ℃的水与1 g 100 ℃的水蒸气相比较，下列说法中正确 的是( )
• 分子平均动能的标志：温度
•
分子的总动能： •
•
所有分子热运动的动能总和 等于分子的平均动能与分子数的乘积。
微观上看： 与分子的 个数 和 平均动能 有关
宏观上看： 与 物质的量 和 温度 有关
【每个分子动能，分子平均动能，分子总动能，分子平均速率，物体动能】
• 1）某物体的温度是00C，说明物体中分子的平均动能为零。 • 错。分子永不停息的运动，不管温度多低，分子动能永远不可能为零。 • 2）物体的动能越大，物体内分子的平均动能越大。 • 错。物体的动能是宏观的机械运动的一种能量,Ek=mv2/2，即由物体的速度与质量决
• 3．（单选）关于分子势能，下列说法中正确的是(设两分子相距无穷远时分子势能 为零)( )
• A．体积增大，分子势能增大，体积缩小，分子势能减小
• B．当分子间距离r＝r0时，分子间合力为零，所以分子势能为零
• C．当分子间作用力为引力时，体积越大，分子势能越大

• A认为气体分子平均速率大,温度就高,这是对 气体温度得微观本质得错误认识,气体温度是 气体分子平均动能得标志,而分子得平均动能 不仅与分子得平均速率有关,还与分子得质量 有关、
• 本题涉及两种不同气体(即分子质量不同),它们 得分子质量无法比较、因而无法比较两种气体 温度得高低、故A、B错,C正确,速率得平均值 大,并不一定每个分子速率都大,故D错、
三、物体得内能
1、物体得内能:物体中所有分子做热运动得 动能和分子势能得总和叫做物体得内能、也 叫做物体得热力学能、
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得 分子所组成、
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
12
3、决定物体内能得因素 (1)从宏观上看:物体内能得大小由物体得摩尔数、 温度和体积三个因素决定、 (2)从微观上看:物体内能得大小由组成物体得分子 总数,分子热运动得平均动能和分子间得距离三个 因素决定。
小,分子力做负功,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。
•当两分子间距离r＝r0时,分子势能最小。
3、决定分子势能得因素
(1)从宏观上看:分子势能跟物体得体积有关、
(2)从微观上看:分子势能跟分子间距离r有关、
注:一般选取两分子间距离很大( r＞10r0 )时,分子势能
为零、
• 所以,正确选项是C 、
4、有两个分子,用r表示它们之间得距离,当r
=r0时,两分子间得斥力和引力相等,使两分子
从相距很远处(r>> r0 )逐渐靠近,直至不能靠
近为止(r< r0 )、在整个过程中两分子间相互
作用得势能( )
D

2、下列现象和结论正确的是 A 。液体和固体很难被压缩，说明液体和固体 分子间存在斥力 B 。液体和固体很难被压缩，说明液体和固体 分子间无间隙 C 。物体不易被拉断，说明分子间存在着引力 D。 金属分子能聚集到一起形成金属块说明金 属原子间的作用力一直表现为引力
3、将下列实验事实与产生的原因对应起来 A. 水与酒精混合体 积变小 B. 固体很难被压缩 C.细绳不易拉断 D.糖在热水中溶解得 快 E.冰冻食品也会变干 1.固体分子也在不停地运 动 2.分子运动的剧烈程度与 温度有关 3.分子间存在着引力 4.分子间存在着斥力 5.分子间存在着空隙
内能是由大量分子的热运动和分子的相对位置
所决定的能，内能中的动能和势能是物体内分子的 全部动能和势能 机械能是物体做机械运动和物体形变所决定的 能，机械能中的动能和势能为物体的动能和势能 机械能可以为零；内能不为零
它们之间可以转化
分子 动能
•分子因热运动而具有的能量 •同温度下各分子的分子动能ＥK 不同
F
0
f斥 r0 f引
EP
r
0
r0
r
F分做正功，EP减小； F分做负功，EP增大。
7、下列说法正确吗?
A、物体所有分子的动能的总和=物体的动能
B、速度快的分子比速度慢的分子温度高
C、温度高物体中的分子运动速度大于温度低的物体 中的分子运动速度. 8. 10Kg 500C 水分子的平均动能____1Kg 500C 水分子平均动能 10Kg 500C 水的内能_____ 1Kg 500C 的水的内能
小，F斥比F引减小得快，F斥＜F引，分子力 表现为引力 (对外表现为引力)
斥力
引力
引力
斥力
r0
(平衡位置)