高中物理魯科版3第一章分子動(dòng)理論第3節(jié)溫度與內(nèi)能 第1章第3節(jié)溫度與內(nèi)能

第3節(jié)溫度與內(nèi)能學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.了解分子的動(dòng)能、平均動(dòng)能，認(rèn)識(shí)溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志．(重點(diǎn))2．知道分子勢(shì)能跟物體的體積有關(guān)，了解分子勢(shì)能隨分子間距離變化而變化的定性規(guī)律．(難點(diǎn))3．理解內(nèi)能的概念，了解物體的內(nèi)能與哪些宏觀量有關(guān)，知道改變內(nèi)能的兩種方式．(難點(diǎn))溫度與分子平均動(dòng)能eq\a\vs4\al([先填空])1．分子動(dòng)能：分子由于做熱運(yùn)動(dòng)所具有的動(dòng)能．2．平均動(dòng)能：大量分子動(dòng)能的平均值．3．溫度與平均動(dòng)能的關(guān)系(1)溫度升高，分子的平均動(dòng)能增大；溫度降低，分子的平均動(dòng)能減小．(2)分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能與物體的熱力學(xué)溫度成正比．(3)溫度的微觀本質(zhì)：溫度是物體內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志．eq\a\vs4\al([再判斷])1．溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志．(√)2．溫度升高時(shí)，物體的每個(gè)分子的動(dòng)能都將增大．(×)3．分子的平均動(dòng)能的大小與物質(zhì)的種類(lèi)有關(guān)．(×)eq\a\vs4\al([后思考])為什么研究分子動(dòng)能時(shí)主要關(guān)心平均動(dòng)能？【提示】分子動(dòng)能是指單個(gè)分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，但分子是無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的，因此各個(gè)分子的動(dòng)能以及一個(gè)分子在不同時(shí)刻的動(dòng)能也不盡相同，所以研究單個(gè)分子的動(dòng)能沒(méi)有意義，我們主要關(guān)心的是大量分子的平均動(dòng)能．eq\a\vs4\al([合作探討])探討1：做熱運(yùn)動(dòng)的分子具有動(dòng)能，各個(gè)分子的動(dòng)能相同嗎？【提示】不相同．因?yàn)槲矬w中分子熱運(yùn)動(dòng)的速率大小不一，各個(gè)分子的動(dòng)能有大有小，所以不相同．探討2：物體分子運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能為所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的總和，試從微觀和宏觀兩個(gè)角度分析分子的總動(dòng)能與哪些因素有關(guān)．【提示】微觀上：與分子的平均動(dòng)能和分子數(shù)有關(guān)．宏觀上：由于溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，所以與物體的溫度和物質(zhì)的量有關(guān)．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．溫度的微觀含義溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，因不同的分子具有的速率一般不同，且不同時(shí)刻同一分子的速率一般也不相同，故單個(gè)分子的動(dòng)能無(wú)意義．溫度是物體內(nèi)大量分子熱運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn)．只要溫度相同，分子的平均動(dòng)能就相同，但分子平均速率不一定相同．2．分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能(1)分子的平均動(dòng)能永遠(yuǎn)不可能為零，因?yàn)榉肿訜o(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)是永不停息的．(2)平均動(dòng)能與平均速率的關(guān)系可簡(jiǎn)單地理解為：Ek＝eq\f(1,2)mv2，m為該物質(zhì)分子的質(zhì)量．(通常提到的分子速率一般是指分子的平均速率，單個(gè)分子的速率無(wú)意義)(3)分子的動(dòng)能與宏觀物體的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，也就是分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能與宏觀物體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能無(wú)關(guān)．3．溫度與分子動(dòng)能、分子平均動(dòng)能的關(guān)系在宏觀上溫度是表示物體冷熱程度的物理量．在微觀上溫度是物體中分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志．在相同溫度下，各種物質(zhì)分子的平均動(dòng)能都相同，溫度升高，分子平均動(dòng)能增加；溫度降低，分子平均動(dòng)能減少．在同一溫度下，雖然不同物質(zhì)分子的平均動(dòng)能都相同，但由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不一定相同，所以分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率不一定相同．1．當(dāng)氫氣和氧氣的質(zhì)量和溫度都相同時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是()A．兩種氣體分子的平均動(dòng)能相等B．氫氣分子的平均速率大于氧氣分子的平均速率C．氫氣分子的平均動(dòng)能大于氧氣分子的平均動(dòng)能D．兩種氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能不相等E．兩種氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率相等【解析】溫度相同，兩種氣體分子的平均動(dòng)能相等，A對(duì)，C錯(cuò)；因兩種氣體分子的質(zhì)量不同，平均動(dòng)能又相等，所以分子質(zhì)量大的(氧氣)分子平均速率小，故B對(duì)，E錯(cuò)；由于兩種氣體的摩爾質(zhì)量不同，物質(zhì)的量不同(質(zhì)量相同)，分子數(shù)目就不等，故總動(dòng)能不相等，選項(xiàng)D對(duì)．【答案】ABD2．關(guān)于物體的溫度與分子動(dòng)能的關(guān)系，正確的說(shuō)法是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：30110011】A．某種物體的溫度是0℃，說(shuō)明物體中分子的平均動(dòng)能為零B．物體溫度升高時(shí)，某個(gè)分子的動(dòng)能可能減小C．物體溫度升高時(shí)，速率小的分子數(shù)目減少，速率大的分子數(shù)目增多D．物體的運(yùn)動(dòng)速度越大，則物體的溫度越高E．物體的溫度與物體的速度無(wú)關(guān)【解析】某種物體溫度是0℃，物體中分子的平均動(dòng)能并不為零，因?yàn)榉肿釉谟啦煌Ｏ⒌剡\(yùn)動(dòng)，從微觀上講，分子運(yùn)動(dòng)快慢是有差別的，各個(gè)分子運(yùn)動(dòng)的快慢無(wú)法跟蹤測(cè)量，而溫度的概念是建立在統(tǒng)計(jì)規(guī)律的基礎(chǔ)上的，在一定溫度下，分子速率大小按一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律分布，當(dāng)溫度升高時(shí)，說(shuō)明分子運(yùn)動(dòng)劇烈，平均動(dòng)能增大，但并不是所有分子的動(dòng)能都增大；物體的運(yùn)動(dòng)速度越大，說(shuō)明物體的動(dòng)能越大，這并不表示物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，則物體的溫度不一定高，所以BCE正確．【答案】BCE關(guān)于溫度的兩個(gè)注意事項(xiàng)1．因?yàn)闇囟仁欠肿悠骄鶆?dòng)能的唯一標(biāo)志，所以會(huì)誤認(rèn)為0℃的物體中分子的平均動(dòng)能也為零，要正確理解0℃的意義．2．溫度是物體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，而不是物體分子動(dòng)能的標(biāo)志．分子勢(shì)能eq\a\vs4\al([先填空])1．定義：由于分子間存在分子力，分子具有的由分子間的相對(duì)位置決定的勢(shì)能．2．分子勢(shì)能的決定因素(1)宏觀上：與物體的體積有關(guān)．(2)微觀上：與分子間的距離有關(guān)．①若r＞r0，當(dāng)r增大時(shí)，分子勢(shì)能增加．②若r＜r0，當(dāng)r減小時(shí)，分子勢(shì)能增加．③若r＝r0，分子勢(shì)能最小．eq\a\vs4\al([再判斷])1．分子勢(shì)能與體積有關(guān)．(√)2．當(dāng)r＝r0時(shí)，分子勢(shì)能最小為0.(×)3．分子勢(shì)能與重力勢(shì)能類(lèi)似可以取負(fù)值．(√)eq\a\vs4\al([后思考])物體的體積增大時(shí)，其分子勢(shì)能一定增大嗎？【提示】不一定．當(dāng)分子間距離r>r0時(shí)，分子間作用力表現(xiàn)為引力，物體的體積增大，分子間距離增大，分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增大；當(dāng)r<r0時(shí)，分子間作用力表現(xiàn)為斥力，物體的體積增大，分子間距離增大，分子力做正功，分子勢(shì)能減小．eq\a\vs4\al([合作探討])探討1：分子勢(shì)能最小的位置在哪兒？最小等于零嗎？【提示】當(dāng)分子位于平衡位置時(shí)，分子勢(shì)能最??；由于分子勢(shì)能有相對(duì)性，所以分子勢(shì)能最小時(shí)不一定等于零．探討2：分子勢(shì)能的正負(fù)能表示分子勢(shì)能的大小嗎？【提示】能．正的分子勢(shì)能總比負(fù)的分子勢(shì)能大．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])影響分子勢(shì)能大小的因素如圖1-3-1所示，隨著分子間距離的變化，分子力做功，分子勢(shì)能發(fā)生變化，分子勢(shì)能的變化微觀上決定于分子間的距離，宏觀上與物體的體積有關(guān)．圖1-3-1分子間距離r＝r0r>r0r<r0分子力等于零表現(xiàn)為引力表現(xiàn)為斥力分子力做功分子間距增大時(shí)，分子力做負(fù)功分子間距減小時(shí)，分子力做負(fù)功分子勢(shì)能最小隨分子間距的增大而增大隨分子間距的減小而增大3．設(shè)r＝r0時(shí)分子間的作用力為零，則一個(gè)分子從遠(yuǎn)處以某一動(dòng)能向另一個(gè)固定的分子靠近的過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是()A．r＞r0時(shí)，分子力做正功，動(dòng)能不斷增大，勢(shì)能減小B．r＝r0時(shí)，動(dòng)能最大，勢(shì)能最小C．r＜r0時(shí)，分子力做負(fù)功，動(dòng)能減小，勢(shì)能增大D．r>r0時(shí)，分子勢(shì)能是負(fù)的E．r<r0時(shí)，分子勢(shì)能是正的【解析】當(dāng)兩個(gè)分子從遠(yuǎn)處開(kāi)始靠近的過(guò)程中，r＞r0時(shí)兩者之間是引力，引力對(duì)分子做正功，分子勢(shì)能減小，由動(dòng)能定理可知，分子動(dòng)能增大，故A項(xiàng)正確．當(dāng)r＜r0時(shí)兩者之間是斥力，對(duì)分子做負(fù)功，分子勢(shì)能增大，由動(dòng)能定理可知，分子動(dòng)能減小，故C項(xiàng)正確．由上兩種情況分析可知，當(dāng)r＝r0時(shí)，分子的動(dòng)能最大，分子勢(shì)能最小，B項(xiàng)正確．因沒(méi)有說(shuō)明分子零勢(shì)能的位置，故D、E中的分子勢(shì)能正、負(fù)不好確定，D、E錯(cuò)誤．【答案】ABC4．如圖1-3-2為兩分子系統(tǒng)的勢(shì)能EP與兩分子間距離r的關(guān)系曲線，下列說(shuō)法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：30110012】圖1-3-2A．當(dāng)r>r1時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為引力B．當(dāng)r<r1時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力C．當(dāng)r＝r2時(shí)，分子間的作用力為零D．在r由r1變到r2的過(guò)程中，分子間的作用力做負(fù)功E．當(dāng)r<r1時(shí)，隨著r的減小，分子勢(shì)能增大，分子間相互作用的引力和斥力也增大【解析】當(dāng)r＝r2時(shí)，分子力為零，分子勢(shì)能最小，則當(dāng)r大于r2時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為引力，故A錯(cuò)誤，C正確；當(dāng)r<r1<r2時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力，故B正確；Ep在r由r1變到r2的過(guò)程中，分子力是斥力，則分子力做正功，故D錯(cuò)誤；當(dāng)r<r1時(shí)，隨著r的減小，分子勢(shì)能增大，分子間相互作用的引力和斥力也增大，E正確．【答案】BCE分子勢(shì)能圖象問(wèn)題的兩點(diǎn)提醒(1)分子勢(shì)能圖象的最低點(diǎn)(最小值)對(duì)應(yīng)的距離是分子平衡距離r0，而分子力圖象的最低點(diǎn)(引力最大值)對(duì)應(yīng)的距離大于r0；(2)分子勢(shì)能圖象與r軸交點(diǎn)表示的距離小于r0，分子力圖象與r軸交點(diǎn)表示平衡距離r0.物體的內(nèi)能eq\a\vs4\al([先填空])1．定義物體中所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和．2．普遍性物體中的分子永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，分子間有相互作用力，所以任何物體都具有內(nèi)能．3．相關(guān)因素(1)物體含有的分子數(shù)目與物體的質(zhì)量有關(guān)．(2)分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能與溫度有關(guān)．(3)分子勢(shì)能與體積有關(guān)．所以，物體的內(nèi)能與物體的質(zhì)量、溫度和體積有關(guān)．4．改變內(nèi)能的方式：做功和熱傳遞．(1)通過(guò)做功改變物體的內(nèi)能時(shí)，內(nèi)能的變化量可用做功的多少來(lái)量度．(2)通過(guò)熱傳遞而改變物體內(nèi)能時(shí)，內(nèi)能的變化量由熱量來(lái)量度．熱量和內(nèi)能變化的過(guò)程相聯(lián)系，熱量是過(guò)程量．eq\a\vs4\al([再判斷])1．任何物體都具有內(nèi)能．(√)2．物體內(nèi)能只與溫度有關(guān)．(×)3．做功和熱傳遞改變內(nèi)能時(shí)，本質(zhì)是相同的．(×)eq\a\vs4\al([后思考])溫度升高，物體的內(nèi)能一定增大嗎？【提示】不一定．溫度升高，物體內(nèi)分子的平均動(dòng)能增大．而分子勢(shì)能與分子之間的距離有關(guān)，分子勢(shì)能如何變化不確定，而物體的內(nèi)能等于分子動(dòng)能和分子勢(shì)能之和，故溫度升高，物體的內(nèi)能不一定增大．eq\a\vs4\al([合作探討])探討：做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能．做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上的本質(zhì)是否相同？【提示】本質(zhì)不同．做功改變物體的內(nèi)能是其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化，而熱傳遞改變物體的內(nèi)能是物體之間能量的轉(zhuǎn)移．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．內(nèi)能的決定因素(1)宏觀因素：物體內(nèi)能的大小由物體的質(zhì)量、溫度和體積三個(gè)因素決定，同時(shí)也受物態(tài)變化的影響．(2)微觀因素：物體內(nèi)能的大小由物體所含的分子總數(shù)、分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能和分子間的距離三個(gè)因素決定．2．內(nèi)能與機(jī)械能的比較能量名稱(chēng)內(nèi)能機(jī)械能對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)形式微觀分子熱運(yùn)動(dòng)宏觀物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)能量常見(jiàn)的形式分子動(dòng)能、分子勢(shì)能物體的動(dòng)能、重力勢(shì)能或彈性勢(shì)能能量存在的原因由物體內(nèi)大量分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)和分子間相對(duì)位置決定由物體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)、與地球相對(duì)位置或物體形變決定影響因素物體的質(zhì)量、物體的溫度和體積物體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度、離地高度(或相對(duì)于零勢(shì)能面的高度)或彈性形變是否為零永遠(yuǎn)不能等于零一定條件下可以等于零聯(lián)系在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化3.物態(tài)變化對(duì)內(nèi)能的影響：一些物質(zhì)在物態(tài)發(fā)生變化時(shí)，如冰的熔化、水在沸騰時(shí)變?yōu)樗魵?，溫度不變．此過(guò)程中分子的平均動(dòng)能不變，由于分子間的距離變化，分子勢(shì)能變化，所以物體的內(nèi)能變化．5．有關(guān)分子的熱運(yùn)動(dòng)和內(nèi)能，下列說(shuō)法正確的是()A．一定質(zhì)量的氣體，溫度不變，分子的平均動(dòng)能不變B．物體的溫度越高，分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈C．物體的內(nèi)能是物體中所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和D．布朗運(yùn)動(dòng)是由懸浮在液體中的微粒之間的相互碰撞引起的E．外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能必定增加【解析】溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，所以溫度不變，分子的平均動(dòng)能不變，A正確；物體的溫度越高，分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，B正確；物體的內(nèi)能就是物體內(nèi)部所有分子的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，C正確；布朗運(yùn)動(dòng)是由液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的，D錯(cuò)誤；改變內(nèi)能的方式有做功和熱傳遞，外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能不一