2019-2020學年高中物理 第七章 分子動理論 5 內(nèi)能課件 新人教版選修3-3.ppt

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5內(nèi)能 一 分子動能和分子勢能1 分子動能與分子的平均動能 做熱運動的分子所具有的動能叫做分子動能 物體內(nèi)所有分子的動能的平均值叫做分子的平均動能 2 決定分子平均動能大小的因素 溫度 3 分子勢能 由于分子間存在著分子力 因此分子組成的系統(tǒng)也存在由分子間的相互位置決定的勢能 這種勢能叫做分子勢能 4 分子勢能的決定因素 1 微觀上 分子勢能的大小由分子間相互位置決定 2 宏觀上 分子勢能的大小與物體的體積有關(guān) 二 內(nèi)能1 物體的內(nèi)能 物體中所有分子的熱運動動能和分子勢能的總和 叫做物體的內(nèi)能 2 影響物體內(nèi)能大小的因素 分子個數(shù) 溫度和體積 自我檢測1 判斷正誤 對的畫 錯的畫 1 某種物體的溫度是0 說明物體中分子的平均動能為零 解析 因為分子在永不停息的運動 某種物體的溫度是0 物體中分子的平均動能并不為零 答案 2 物體的溫度升高時 所有分子的動能都增大 解析 當溫度升高時 分子運動變劇烈 平均動能增大 但并不是所有分子的動能都增大 答案 3 分子力做正功 分子勢能減小 解析 分子勢能的變化與分子力做功有關(guān) 分子力做正功 分子勢能減小 答案 2 探究討論 1 有的同學認為物體運動狀態(tài)變化時 其內(nèi)能就變化 對嗎 答案 不對 物體的內(nèi)能由物質(zhì)的量 溫度和體積共同決定 與物體自身運動狀態(tài)無關(guān) 2 分子勢能跟以前學過的哪種能量具有相似的特點 答案 分子勢能同重力勢能 彈性勢能 電勢能等相似 是由分子間或物體間 電荷間存在相互作用產(chǎn)生的 又由其相對位置決定的能量 3 內(nèi)能和機械能有什么區(qū)別 答案 內(nèi)能是物體中所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和 它是微觀和統(tǒng)計上的概念 機械能是相互作用的物體憑借其位置而具有的勢能和由于運動而具有的動能的總和 它是宏觀上的概念 探究一 探究二 探究三 分子動能問題探究由于氣溫逐漸回升 黃河石嘴山段凌汛發(fā)展趨緩 截至2018年1月12日 流凌長度減少至22公里 流凌密度由最高時10 50 減少至5 30 封河長度由1月5日的8公里保持至今 封河上游水位由凌汛前正常水位上漲2 7米回落約1米 河勢平穩(wěn) 圖為黃河麻黃溝段由于封河致使河床抬高 在凌汛完全消失之前 冰水混合物的溫度不變 為什么附近感覺比較冷 要點提示冰水混合物的溫度雖然不變 但是會吸收熱量 內(nèi)能增加 探究一 探究二 探究三 知識歸納1 單個分子的動能 1 物體由大量分子組成 每個分子都有分子動能且不為零 2 分子在永不停息地做無規(guī)則熱運動 每個分子動能大小不同 并且時刻在變化 3 熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運動的統(tǒng)計結(jié)果 個別分子動能沒有實際意義 探究一 探究二 探究三 2 分子的平均動能分子的平均動能是所有分子動能的平均值 溫度是分子平均動能的標志 這是溫度的微觀含義 宏觀上物體的冷熱程度是微觀上大量分子熱運動的集體表現(xiàn) 溫度越高 分子熱運動的平均動能就越大 溫度不反映單個分子的特性 兩個物體只要溫度相同 它們的分子平均動能就相同 但是它們單個分子動能不一定相同 溫度高的物體內(nèi)部也存在著動能很小的分子 物質(zhì)種類不同的物體 如果溫度相同 它們分子的平均動能就相同 但它們的平均速率不同 因為分子質(zhì)量不同 3 分子的總動能物體內(nèi)分子運動的總動能是所有分子熱運動的動能總和 它等于分子的平均動能與分子數(shù)的乘積 即它與物體的溫度和所含的分子數(shù)目有關(guān) 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例題1 容器中盛有冰水混合物 冰的質(zhì)量和水的質(zhì)量相等且保持不變 則容器內(nèi) A 冰的分子平均動能大于水的分子平均動能B 水的分子平均動能等于冰的分子平均動能C 一個水分子的動能一定大于一個冰分子的動能D 一個水分子的動能一定等于一個冰分子的動能 思考問題 1 分子平均動能的標志是什么 提示溫度是分子平均動能的唯一標志 與其他任何因素無關(guān) 2 溫度是與一個分子關(guān)聯(lián)還是與所有分子關(guān)聯(lián) 提示溫度是與所有分子 的平均動能 關(guān)聯(lián) 探究一 探究二 探究三 解析 冰水混合物溫度為0 冰 水溫度相同 二者分子平均動能相同 故選項A錯誤 B正確 相同溫度的冰和水內(nèi)個別分子的動能是隨時變化的 比較個別分子的動能沒意義 故選項C D錯誤 答案 B溫度是物體分子平均動能大小的唯一標志 因此溫度相同的所有物體的分子平均動能都相等 但溫度并不是分子平均速率的標志 所以即使溫度相同 分子平均速率也不一定相同 探究一 探究二 探究三 變式訓練1 多選 下列關(guān)于分子動能的說法 正確的是 A 物體的體積增大 分子平均動能增加B 標準狀況下冰水混合物的平均動能不變C 如果分子的質(zhì)量為m 平均速率為v 則平均動能為mv2D 分子的平均動能等于物體內(nèi)所有分子的動能之和與所有分子的總數(shù)之比解析 體積增大 與分子勢能的大小有關(guān) A錯誤 冰水混合物的溫度不變 所以平均動能不變 B正確 分子的平均動能等于物體內(nèi)所有分子的動能之和與所有分子總數(shù)的比值 所以C錯 D對 答案 BD 探究一 探究二 探究三 分子勢能問題探究分子力F 分子勢能Ep與分子間距離r的關(guān)系圖線如圖所示 取無窮遠處分子勢能Ep 0 1 當r r0時 分子間表現(xiàn)為什么力 若r增大 分子力做什么功 分子勢能怎么變化 2 當r r0時 分子間表現(xiàn)為什么力 若r減小 分子力做什么功 分子勢能怎么變化 3 當r r0時 分子勢能有什么特點 探究一 探究二 探究三 要點提示 1 分子力為引力 若r增大 分子力做負功 分子勢能增加 2 分子力為斥力 若r減小 分子力做負功 分子勢能增加 3 分子勢能最小 探究一 探究二 探究三 知識歸納1 分子勢能的變化規(guī)律及判斷依據(jù)分子力做正功 分子勢能減少 分子力做了多少正功 分子勢能就減少多少 分子力做負功 分子勢能增加 克服分子力做了多少功 分子勢能就增加多少 1 r r0時 r增大 分子勢能增加 反之 減少 2 r r0時 r增大 分子勢能減少 反之 增加 3 r 時 分子勢能為零 r r0時 分子勢能最小 2 分子勢能的 彈簧 小球 模型分子勢能隨分子間距離的變化類似于彈簧 彈簧為原長相當于分子間的距離為r0 彈簧在原長的基礎上無論拉伸還是壓縮 勢能都會增加 探究一 探究二 探究三 3 分子勢能曲線分子勢能曲線如圖所示 規(guī)定無窮遠處分子勢能為零 分子間距離從無窮遠逐漸減小至r0的過程 分子間的合力為引力 合力做正功 分子勢能不斷減小 其數(shù)值將比零還小 為負值 當分子間距離到達r0以后再繼續(xù)減小 分子作用的合力為斥力 在分子間距離減小過程中 合力做負功 分子勢能增大 其數(shù)值將從負值逐漸變大至零 甚至為正值 故r r0時分子勢能最小 探究一 探究二 探究三 從曲線上可看出 1 在rr0處 曲線比較緩 這是因為分子間的引力隨分子間距的增大而變化得慢 分子勢能的增加也就慢 3 在r r0處 分子勢能最小 但不一定為零 因為零勢能的位置是任意選定的 一般取無窮遠處分子勢能為零 則分子勢能最小位置是在r r0處 且為負值 故分子勢能最小與分子勢能為零絕不是一回事 探究一 探究二 探究三 4 分子勢能與體積的關(guān)系由于物體分子間距離變化的宏觀表現(xiàn)為物體的體積變化 所以微觀的分子勢能變化對應于宏觀的物體體積變化 例如 同樣是物體體積增大 有時體現(xiàn)為分子勢能增加 在r r0范圍內(nèi) 有時體現(xiàn)為分子勢能減少 在r r0范圍內(nèi) 一般我們說 物體體積變化了 其對應的分子勢能也變化了 但分析與判定的關(guān)鍵要看體積變化過程中分子力是做正功 還是做負功 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例題2 多選 甲分子固定在坐標原點O 乙分子位于x軸上 甲分子對乙分子的作用力與兩分子間距離的關(guān)系如圖中曲線所示 F 0為斥力 F 0為引力 a b c d為x軸上四個特定的位置 現(xiàn)把乙分子從a處由靜止釋放 則 A 乙分子從a到b做加速運動 由b到c做減速運動B 乙分子由a到c做加速運動 到達c時速度最大C 乙分子由a到b的過程中 兩分子間的分子勢能一直減少D 乙分子由b到d的過程中 兩分子間的分子勢能一直增加 探究一 探究二 探究三 思考問題 1 分子在平衡位置時有什么特點 提示分子勢能最小 分子力為零 分子的加速度為零 2 如何判斷分子勢能的變化 提示可根據(jù)分子力做功與求能量守恒定律來分析判斷分子勢能的變化 解析 乙分子從a到b再到c的過程中 分子間的作用力一直表現(xiàn)為引力 F 0 所以該過程由于分子力的作用會使乙分子做加速運動 分子力做正功 分子勢能減少 乙分子到達c處時分子力為零 加速度為零 此時分子的動能最大 分子勢能最小 乙分子再從c到d的過程中 分子力表現(xiàn)為斥力 由于分子力的作用會使乙分子做減速運動 直至速度減為零 該過程分子力做負功 分子勢能增加 分子動能減少 答案 BC 探究一 探究二 探究三 變式訓練2 多選 設r r0時分子間作用力為零 則在一個分子從遠處以某一動能向另一個分子靠近的過程中 下列說法中正確的是 A r r0時 分子力做正功 分子動能增大 分子勢能減小B r r0時 分子動能最大 分子勢能最小C r r0時 分子力做負功 分子動能減小 分子勢能增大D 兩分子靠近過程分子力一直增大解析 一個分子從遠處向另一個分子靠近 它們之間的作用力先為引力后為斥力 故分子力先做正功后做負功 那么分子勢能先減小后增大 而動能正好相反 先增大后減小 當r r0時 勢能最小 動能最大 兩分子靠近過程分子力先增大后減小 再增大 D錯誤 答案 ABC 探究一 探究二 探究三 內(nèi)能問題探究比較1g100 水的內(nèi)能和1g100 水蒸氣的內(nèi)能 1 這兩者的平均動能哪個大 2 1g100 的水變成100 水蒸氣 分子勢能怎么變化 3 兩者誰的內(nèi)能大 4 影響內(nèi)能的因素有哪些 要點提示 1 一樣大 2 在1g100 的水變成100 水蒸氣的過程中 分子間距增大 要克服分子間的引力做功 分子勢能增大 3 1g100 水的內(nèi)能小于1g100 水蒸氣的內(nèi)能 4 物體所含物質(zhì)的多少 溫度和體積 知識歸納1 內(nèi)能的決定因素 1 從宏觀上看 物體內(nèi)能的大小由物體的物質(zhì)的量 溫度和體積三個因素決定 同時也受物態(tài)變化的影響 2 從微觀上看 物體的內(nèi)能由組成物體的分子總數(shù) 分子熱運動的平均動能和分子間的距離三個因素決定 2 內(nèi)能與機械能的區(qū)別和聯(lián)系 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 3 物態(tài)變化對內(nèi)能的影響一些物質(zhì)在物態(tài)發(fā)生變化時 例如冰的熔化 水在沸騰時變?yōu)樗魵?溫度不變 此過程中分子的平均動能不變 由于分子間的距離變化 分子勢能變化 所以物體的內(nèi)能變化 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例題3 關(guān)于物體的內(nèi)能 正確的說法是 A 溫度 質(zhì)量相同的物體具有相等的內(nèi)能B 物體的內(nèi)能與物體的體積有關(guān)C 機械能越大的物體 內(nèi)能也一定越大D 溫度相同的兩物體具有相同的內(nèi)能 思考問題 物體的內(nèi)能與哪些因素有關(guān) 提示由溫度 體積 物質(zhì)的量三方面共同決定 解析 物體內(nèi)所有分子的動能與勢能之和叫做內(nèi)能 溫度相同 分子平均動能相同 質(zhì)量相同 分子個數(shù)不一定相同 故選項A D不正確 機械能大的物體內(nèi)能不一定大 故選項C不正確 答案 B 探究一 探究二 探究三 物體的內(nèi)能與溫度 體積的關(guān)系物體的內(nèi)能與溫度 體積有關(guān) 但由溫度 體積無法確定物體的內(nèi)能是多大 只能判定內(nèi)能是增大還是減小 而溫度是分子平均動能的標志 故溫度相同 分子平均動能一定相同 分子勢能的大小與體積有關(guān) 但溫度相同 體積相等的物體 內(nèi)能也不一定相等 探究一 探究二 探究三 變式訓練3對于物體內(nèi)能下列說法正確的是 A 10個分子的動能和分子勢能的總和就是這10個分子的內(nèi)能B 物體所處位置越高 分子勢能就越大 內(nèi)能越大C 一定質(zhì)量的0 的水結(jié)成0 的冰 內(nèi)能一定減少D 質(zhì)量相同的兩個同種物體 運動物體的內(nèi)能一定大于靜止物體的內(nèi)能解析 物體的內(nèi)能是構(gòu)成物體的所有分子的無規(guī)則熱運動的動能和分子勢能的代數(shù)和 具有統(tǒng)計意義 對單個或幾個分子無意義 故A錯誤 物體的內(nèi)能由物體的體積 溫度 分子數(shù)等因素決定 與物體的位置無關(guān) 故B錯誤 一定質(zhì)量的0 的水結(jié)成0 的冰 放出熱量 則內(nèi)能一定減少 故C正確 物體的內(nèi)能與物體宏觀的速度無關(guān) 與溫度 體積等因素有關(guān) 故D錯誤 答案 C 1 2 3 4 5 1 下列關(guān)于分子的動能的說法正確的是 A 物體溫度升高 每個分子的動能都增加B 物體溫度升高 分子的總動能增加C 高溫物體的分子動能 一定大于低溫物體的分子動能D 高溫物體的分子運動平均速率一定大于低溫物體的分子運動平均速率解析 物體溫度升高 分子的平均動能增加 但是不見得每個分子的動能都增加 A C兩項錯誤 B項正確 平均動能大的分子 不一定平均速率大 所以D項錯誤 答案 B 1 2 3 4 5 2 多選 關(guān)于分子間的作用力和分子勢能 下列說法正確的是 A 兩個鄰近的分子間同時存在著引力和斥力B 分子間作用力的大小與分子間的距離有關(guān)C 當分子間的作用力做正功時 分子勢能減少D 當分子間的作用力做正功時 分子勢能增加解析 根據(jù)分子動理論知識 兩個鄰近的分子間同時存在著引力和斥力 分子間作用力的大小與分子間的距離有關(guān) 分子力隨分子間距增大而減小 當分子間的作用力做正功時 分子勢能減少 選項A B C正確 答案 ABC 1 2 3 4 5 3 多選 氫氣和氧氣的質(zhì)量 溫度都相同 在不計分子勢能的情況下 下列說法正確的是 A 氧氣的內(nèi)能較大B 氫氣的內(nèi)能較大C 兩者的內(nèi)能相等D 氫氣分子的平均速率較大解析 氫氣與氧氣的溫度相同 分子的平均動能相同 由于氧分子質(zhì)量比氫分子質(zhì)量大 所以氫分子的平均速率更大 又因為兩種氣體的總質(zhì)量相等 氫分子質(zhì)量比氧分子質(zhì)量小 所以氫分子數(shù)大于氧分子數(shù) 氫氣的分子動能總和大于氧氣的分子動能總和 由于不計分子勢能 所以氫氣的內(nèi)能更大 答案 BD 1 2 3 4 5 4 關(guān)于物體的內(nèi)能 以下說法正確的是 A 不同物體 溫度相等 內(nèi)能也相等B 分子的勢能增大 物體內(nèi)能也增大C 溫度不變 分子平均動能不變 但內(nèi)能可能變化D 只要兩物體的質(zhì)量 溫度 體積相等 兩物體內(nèi)能一定相等解析 物體內(nèi)能包括分子動能和分子勢能兩部分 溫度相等說明分子平均動能相等 但分子勢能不一定相等 即內(nèi)能不一定相等 A錯誤 C正確 分子的勢能增大 分子的平均動能變化情況不明 內(nèi)能不一定增大 B錯誤 物體的內(nèi)能由物體分子的勢能 分子平均動能及物體所含分子數(shù)的多少決定 兩物體質(zhì)量相等 但物質(zhì)的量不一定相等 即分子數(shù)不一定相等 D錯誤 答案 C 1 2 3 4 5 5 飛機從地面起飛 隨后在高空做高速航行 有人說 在這段時間內(nèi) 飛機中乘客的勢能 動能都增大了 他們身上所有分子的動能和勢能也都增大了 因此乘客的內(nèi)能也增大了 這種說法對嗎 為什么 答案 這種說法不對 因為該說法將機械能和內(nèi)能兩個概念混淆了 物體的內(nèi)能是由物體內(nèi)分子的數(shù)目 物體的溫度和體積決定的 與機械運動無關(guān) 機械運動速度的改變以及豎直高度的變化改變的僅是乘客的機械能 不能由此判斷其內(nèi)能的變化情況