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  • 2021-05-26 发布

高中物理第七章分子动理论第5节内能问题导学案新人教版选修3-31

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第 5 节 内能 课堂合作探究 问题导学 一、分子动能与温度的关系 活动与探究 1 1.为什么研究分子动能的时候主要关心平均动能? 2.温度与分子平均动能的关系是怎样的? 3.物体内分子运动的总动能由哪两个因素决定? 迁移与应用 1 关于物体的温度与分子动能的关系,正确的说法是( ) A.某物体的温度是 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 温度与分子动能、分子平均动能的关系 在宏观上,温度是表示物体冷热程度的物理量。在微观上,温度是物体中分子热运动的 平均动能的标志。 在相同温度下,各种物质分子的平均动能都相同,温度升高,分子平均动能增加,温度 降低,分子平均动能减少。 在同一温度下,虽然不同物质分子的平均动能都相同,但由于不同物质的分子质量不一 定相同,所以分子热运动的平均速率不一定相同。 温度是物体分子平均动能的标志,而不是物体分子动能的标志。 二、分子势能与分子间距离的关系 活动与探究 2 1.为什么会存在分子势能? 2.分子势能与分子间的距离变化存在怎样的关系? 3.为什么分子势能与体积有关? 迁移与应用 2 甲分子固定在坐标原点 O,乙分子位于 x 轴上,甲分子对乙分子的作用力与两分子间距 离的关系如图中曲线所示,F>0 为斥力,F<0 为引力,a、b、c、d 为 x 轴上四个特定的位 置,现把乙分子从 a 处由静止释放,则( ) A.乙分子从 a 到 b 做加速运动,由 b 到 c 做减速运动 B.乙分子由 a 到 c 做加速运动,到达 c 时速度最大 C.乙分子由 a 到 b 的过程中,两分子间的分子势能一直减少 D.乙分子由 b 到 d 的过程中,两分子间的分子势能一直增加 1.分子势能的变化规律:①分子力做正功,分子势能减少;分子力做了多少正功,分 子势能就减少多少。分子力做负功,分子势能增加;克服分子力做了多少功,分子势能就增 加多少。 2.分子势能与物体体积有关,但不能简单理解成物体体积越大,分子势能就越大;体 积越小,分子势能就越小。如 0 ℃的水变成 0 ℃的冰后,体积变大,但分子势能减少。所 以一般来说,物体体积变化了,其对应的分子势能也将发生变化。具体怎么变化,关键要看 在变化过程中分子力做正功还是负功。 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。 三、物体的内能的影响因素 活动与探究 3 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? 迁移与应用 3 以下说法正确的是( ) A.温度相等的两块铁(固体),其内能一定相等 B.温度不等的物体,其内能一定不等 C.两物体的内能相等,其分子平均动能一定相等 D.两个由同种物质组成的物体(固体),质量相等,温度相同,内能一样大 1.内能的决定因素 (1)从宏观上看:物体内能的大小由物体的物质的量、温度和体积三个因素决定。 (2)从微观上看:物体的内能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。 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 宏观物体的机械运动 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 能量存在的原因 物体内大量分子的热运动和分 子间存在相互作用力 由于物体做机械运动和物体发 生弹性形变或被举高 影响因素 物质的量、物体的温度和体积 物体的机械运动的速度、离地高 度(或相对于参考平面的高度) 或弹性形变 能否为零 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 当堂检测 1.对温度的描述,正确的是( ) A.温度的高低是由人的感觉决定的 B.物体的内能越大,则温度越高 C.分子平均速率大的物体的温度比分子平均速率小的物体的温度高 D.分子的平均动能越大,物体的温度越高 2.关于分子势能,下列说法正确的是( ) A.分子间表现为引力时,分子间距离越小,分子势能越大 B.分子间表现为斥力时,分子间距离越小,分子势能越小 C.物体在热胀冷缩时,分子势能发生变化 D.物体在做自由落体运动时,分子势能越来越小 3.关于物体内能,下列说法中正确的是( ) A.每一个分子的动能与分子势能的和叫物体的内能 B.物体所有分子的动能与分子势能的总和叫物体的内能 C.一个物体,当它的机械能发生变化时,其内能也一定发生变化 D.一个物体内能的多少与它的机械能多少无关 4.当氢气和氧气的质量和温度都相同时,下列说法中正确的是( ) A.两种气体分子的平均动能相等 B.氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率 C.两种气体分子热运动的总动能相等 D.两种气体分子热运动的平均速率相等 5.设 r=r0 时分子间作用力为零,则在一个分子从远处以某一动能向另一个分子靠近 的过程中,下列说法中正确的是( ) A.r>r0 时,分子力做正功,动能不断增大,势能减小 B.r=r0 时,动能最大,势能最小 C.r<r0 时,分子力做负功,动能减小,势能增大 D.以上均不对 答案: 课堂·合作探究 【问题导学】 活动与探究 1: 1.答案:分子动能是指单个分子热运动的动能,但分子是无规则运动的,因此各个分 子的动能以及一个分子在不同时刻的动能也不尽相同,所以研究单个分子的动能没有意义, 我们主要关心的是大量分子的平均动能。 2.答案:分子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,在 相同温度下,各种物质分子的平均动能都相同。 3.答案:物体内分子运动的总动能是所有分子热运动的动能总和。它等于分子的平均 动能与分子数的乘积,即它与物体的温度和所含的分子数目有关。 迁移与应用 1:C 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。 活动与探究 2: 1.答案:如果物体之间存在引力或斥力,它们组成的系统就具有势能。组成物质的分 子之间也存在引力和斥力,因此,存在分子势能。 2.答案:(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)当分子间的距离 r=r0 时,分子势能最小。 3.答案:分子势能是由分子力和分子间距离所决定的,当分子间距离发生变化时,分 子力做功,分子势能将发生变化。由于分子间距离的变化在宏观上可表现为物体体积的变化, 所以分子势能在宏观上与物体体积有关。 迁移与应用 2: BC 解析:乙分子从 a 到 b 再到 c 的过程中,分子间的作用力一直表现为引力(F<0), 所以该过程由于分子力的作用会使乙分子做加速运动,分子力做正功、分子势能减少;乙分 子到达 c 处时分子力为零,加速度为零,此时分子的动能最大、分子势能最小;乙分子再从 c 到 d 的过程中,分子力表现为斥力,由于分子力的作用会使乙分子做减速运动,直至速度 减为零,该过程分子力做负功、分子势能增加、分子动能减少。 活动与探究 3:答案: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。 迁移与应用 3:D 解析:温度相等的两块铁,因不知道它们的质量是否相等,那么其 内能不一定相等,所以 A 错;而对于温度不等的两物体,分子平均动能不一样大,但由于分 子势能、质量等因素,就有可能使内能一样大,因此 B 错;同样的道理 C 也是错误的。故正 确选项为 D。 【当堂检测】 1.D 解析:温度不是人的感觉,是客观存在的物理量,故 A 错。物体的内能是由物质 的量、温度和体积来决定的,仅由温度是无法确定的,故 B 错。温度决定于分子的平均动能, 而非分子的平均速率,所以 C 错,D 对。 2.C 解析:分子间的作用力表现为引力,分子间的距离减小时,分子力做正功,因此 分子势能随分子间距离的减小而减小,所以 A 错误;分子力为斥力,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,所以 B 错误;物体在热胀冷缩时, 物体体积发生变化,说明分子势能发生变化,所以 C 正确;物体在做自由落体运动时,物体 重力势能减小,但分子势能与重力势能无关,所以 D 错误。 3.BD 解析:物体内所有分子的动能与势能的总和叫物体的内能,物体的内能对单个 分子而言无意义。物体的内能与其所含分子的动能与势能有关,与物体的动能和势能、机械 能无关。故本题选 B、D。 4.AB 解析:温度相同,两种气体平均动能相等,A 对。因两种气体分子的质量不同, 平均动能又相等,所以分子质量大的(氧气)分子平均速率小,故 B 对,D 错。由于两种气 体的摩尔质量不同,物质的量不同(质量相同),分子数目就不等。选项 C 错。 5.ABC 解析:本题考查分子势能改变与分子力做功的特点。一个分子从远处向另一个 分子靠近时,它们间的作用力先为引力后为斥力,故先做正功后做负功,那么分子势能先减 小后增大,而动能正好相反,先增大后减小;当 r=r0 时,势能最小,动能最大。