金版学案高中物理人教版选修33习题第七章 分子动理论 第五节 内能 Word版含答案 高考.docx

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金版学案高中物理人教版选修33习题第七章分子动理论第五节内能Word版含答案高考

物理选修3－3（人教版）

第五节　内　　能

1．知道分子热运动的动能跟温度有关．知道温度是分子热运动平均动能的标志．渗透统计的方法．

2．知道什么是分子势能，改变分子间的距离必须克服分子力做功．知道分子势能跟物体体积有关．

3．知道什么是内能，知道物体的内能跟温度和体积有关．

4．能够区别内能和机械能．

1．在热现象的研究中，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，并把它叫做分子热运动的平均动能．

2．物质的温度是它的分子热运动的平均动能的标志．

3．物体分子势能的大小由分子间的相互位置决定，与物体的体积有关．

4．物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，叫做物体的内能，任何物体都具有内能．

5．一般来说，物体的温度和体积变化时它的内能要随之变化．

6．分子由于无规则热运动而具有的动能是内能的一部分，物体做整体运动而具有的动能是机械能的一部分，在热现象的研究中，一般不考虑物体的机械能．

1．分子由于永不停息地做无规则运动而具有的动能叫做分子动能．由于分子运动的无规则性，在某一时刻，物体内部各分子的动能大小不一，就是同一分子，在不同的时刻的动能也是不相同的．物体由大量分子组成，若想研究其中某一分子的动能是非常困难的，也是没有必要的．热现象研究的是大量分子运动的宏观表现，所以，有意义的是所有分子的动能的平均值，即分子平均动能．

2．设质量为m的n个分子，其速度大小分别为v1、v2、v3、…、vn，则其动能的平均值为：

Ek＝

.

3．物体温度升高时，分子热运动加剧，分子平均动能增大；反之，物体温度降低时，分子热运动减弱，分子平均动能减少．物体的每一温度值都对应着一定的分子热运动的平均动能值，因此我们说：

“温度是物体分子热运动的平均动能的标志．”

注：

（1）温度是大量分子无规则热运动的集体表现，含有统计的意义，对于个别分子，温度是没有意义的．

（2）同一温度下，不同物质（如铁、铜、水、木……）的分子平均动能都相同，但由于不同物质分子的质量不尽相同，所以分子运动的平均速度大小不尽相同．

►尝试应用

1．（多选）下列关于分子动能的说法，正确的是（BD）

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

C．如果分子的质量为m，平均速率为v，则平均动能为

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

解析：

温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增加，但是其中个别分子的动能却有可能减小，A错、B对；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总数的比值，所以C错、D对．

地球上的物体和地球之间发生相互作用而具有重力势能，分子间由于存在着相互作用力，所以分子间也有相互作用的势能．

1．分子势能．

组成物质的分子间存在相互作用力，分子间具有由它们的相对位置决定的势能，这种势能叫做分子势能．

2．影响分子势能大小的因素．

分子势能的大小与分子间的距离有关，即与物体的体积有关．分子势能的变化与分子间的距离发生变化时分子力做正功还是做负功有关．

（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的距离增大而增大．

（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的距离的减小而增大．

（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，则分子势能Ep与分子间距离r的关系可用上图所示的曲线表示．从图线上看出，当r＝r0时，分子势能最小．

注：

（1）势能的大小与物体间距离的关系有一个共同的规律：

不论是重力势能、弹性势能、分子势能，还是电势能，当它们之间的距离发生变化时，它们之间的相互作用力如果是做正功，势能都要减小；如果是做负功，势能都要增大．

（2）由于物体分子距离变化的宏观表现为物体的体积变化，所以微观的分子势能变化对应于宏观的物体体积变化．例如，同样是物体体积增大，有时体现为分子势能增大（在r＞r0范围内）；有时体现为分子势能减小（在r＜r0范围内）．一般我们说，物体体积变化了，其对应的分子势能也变化了．

（3）分子势能最小与分子势能为零绝不是一回事．

►尝试应用

2．如果选取分子相距无穷远时分子势能为零，那么关于分子势能，下列说法正确的是（B）

A．当分子间距离为平衡距离时，分子势能最大

B．当分子间距离为平衡距离时，分子势能最小，但不为零

C．当分子间距离为平衡距离时，因为分子力为零，所以分子势能为零

D．在相互靠近到不能再靠近的过程中，分子势能逐渐增大

解析：

根据分子势能与分子间距的关系可知，两分子距离不断减小时，分子势能先减小，当分子间距离为平衡距离时，分子势能最小且为负值（此时分子间距离为r0），接着分子势能再增大．分子势能是标量，在图象中比较势能时要看正负号，正负号能反映大小，正值一定大于负值．故选B.

物体中所有分子的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．

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．

内能与机械能是两个不同的物理概念．内能是由大量分子的热运动和分子间的相对位置所决定的能；机械能是物体做机械运动和物体形变所决定的能．物体具有内能的同时又具有机械能．

物体的机械能在一定的条件下可以等于零，但物体的内能不可能等于零，这是因为组成物体的分子在永不停息地做无规则的热运动，分子之间彼此有相互作用．

3．内能与热量的区别．

内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下有不同的内能，而热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起的内能变化过程中转移的能量，即内能的改变量．如果没有热传递，就无所谓热量，但此时物体仍有一定的内能．例如，我们可以说“某物体在某温度时具有多少内能”而不能说“某物体在某温度时具有多少热量”．

4．温度、内能、热量、热能这几个热学概念的不同含义．

（1）温度：

温度的概念在前边已经具体地学过，其高低直接反映了物体内部分子热运动的情况，所以在热学中温度是描述物体热运动状态的基本参量之一．温度是大量分子热运动的集体表现，是具有统计意义的，对于单个分子来说，温度是没有意义的．

（2）内能是物体内所有做热运动的分子的动能和分子势能的总和．物体的内能与温度、分子数和体积有关．内能与温度一样，不能说某一个分子的温度是多少、某一个分子的内能是多大，这样的提法毫无意义．内能不能为零，但温度可以为0℃.物体内能的多少无法判定，但温度高低可直接测定，内能的变化可用功的数值和吸放热量的多少来度量．内能是一个状态量．

（3）热量是物体（系统）在热传递过程中吸热或放热的多少，它是在热传递过程中量度内能变化的物理量，它是过程量，不是状态量．虽然热量的单位和内能的单位相同，也是焦耳（J），但是如果没有发生热传递过程，就不存在什么“热量”．因此，“物体的内能大，含的热量就多”的说法是错误的．还要指出的是，虽然发生热传递的条件是要有温差，但是热传递过程中传递的是能量，不是传递的温度．

（4）热能：

是内能通俗的而不甚确切的说法．

►尝试应用

3．关于物体的内能，下列叙述中正确的是（D）

A．温度高的物体比温度低的物体内能大

B．物体体积增大时，内能也增大

C．内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同

D．内能不相同的物体，它们的分子平均动能可能相同

解析：

温度高的物体与温度低的物体相比较，温度低的物体分子平均动能小，但所有分子的热运动动能和分子势能的总和不一定小，即物体的内能不一定小，选项A错误．物体的体积增大时，分子间的距离增大，分子势能发生变化，但不能确定分子势能是增大还是减小；即使分子势能增大，而分子的平均动能不能确定是否变化，也不能说明内能增大，选项B错误．内能相同的物体只是指物体内所有分子的动能和分子势能的总和相同，而它们的分子平均动能却不一定相同，因而选项C错误．内能不同的物体，它们的温度却可能相同，即它们的分子平均动能可能相同，选项D正确．故选D.

1．关于温度，下列说法正确的是（D）

A．温度越高，分子动能越大

B．物体运动速度越大，分子总动能越大，因而物体温度也越高

C．一个分子运动的速率越大，该分子的温度越高

D．温度是大量分子无规则热运动的平均动能的标志

解析：

温度升高，分子的平均动能变大，而不是每个分子的动能都变大，A错误．物体宏观运动的速度对应的是机械能（动能），与分子无规则热运动的平均动能无关，与物体的温度无关，B错误；温度是对大量分子集体（物体）而言的，是统计、平均的概念，对单个分子无意义，C错误．故选D.

2．（多选）两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不再靠近．在此过程中，下列说法错误的是（AD）

A．分子力先增大，后一直减小

B．分子力先做正功，后做负功

C．分子动能先增大，后减小

D．分子势能先增大，后减小

E．分子势能和动能之和不变

解析：

当分子间距大于平衡间距时，分子力表现为引力时，随着距离的减小，分子间的作用力先增大，后减小，平衡位置时作用力为零；而小于平衡位置时，分子间为斥力，分子力一直增大；故A错误；两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不再靠近的过程中，分子力先是引力后是斥力，故先做正功后做负功，故B正确；只有分子力做功，先做正功后做负功，根据动能定理，动能先增加后减小，故C正确；分子力先做正功后做负功；分子力做功等于分子势能的减小量；故分子势能先减小后增加，故D错误；分子势能和动能之间相互转化，分子势能和动能之和不变；E选项正确．

3．下列物理量与物体的内能无关的是（D）

A．物体的温度B．物体的体积

C．质量D．物体的运动速度

解析：

物体的内能与温度、体积以及所含的分子数有关，与物体的运动状态无关，所以D选项符合题意．

4．对于温度跟物体的内能、平均速率、平均动能等的关系，下列说法正确的是（D）

A．温度低的物体内能小

B．温度低的物体分子运动的平均速率小

C．物体做加速运动时速度越大，物体内分子的平均动能也越大

D．物体体积改变，内能可能不变

解析：

内能是指物体内部所有分子平均动能和分子势能的总和，温度是分子平均动能的标志，故温度低的物体内能不一定小，选项A错误；温度低的物体分子平均动能小，但由于不同物质分子质量不同，所以温度低的物体分子平均速率不一定小，选项B错误；物体做加速运动时，速率增大，机械能中的动能增大，但分子热运动的平均动能与机械能无关，而与温度有关，故选项C错误；物体体积改变，分子势能改变，但内能不一定改变，选项D正确．

5．下列说法中正确的是（B）

A．物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大

B．物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大

C．物体温度降低，其内能一定增大

D．物体温度不变，其内能一定不变

解析：

温度是分子热平均动能的标志，物体温度降低，其分子热运动的平均动能减小，相反，温度升高，其分子热运动的平均动能增大，故A错误，B正确；物体的内能与物体的体积、温度、摩尔数等因素都有关，所以温度降低，其内能不一定增大；温度不变，其内能不一定不变．故C、D错误．

6．关于分子势能，下列说法正确的是（C）

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

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，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，分子势能与重力势能无关，所以D错误．

7．一定质量的0℃的冰，全部变成0℃的水的过程中（C）

A．分子的平均动能增大，吸收热量，内能不变

B．分子的平均动能减小，放出热量，内能增大

C．分子的平均动能不变，吸收热量，内能增大

D．分子的平均动能不变，放出热量，内能减小

解析：

一定质量的0℃的冰在熔化成0℃的水的过程中，温度保持不变，故分子平均动能不变，分子个数保持不变，但溶化过程要吸热，所以内能增大，体积增大，分子势能增大．故A、B、D错误，C正确．

8．下列关于内能和机械能的说法中，不正确的是（A）

A．物体的机械能越大，它的内能也越大

B．物体的内能的大小与机械能大小无关

C．物体的温度升高时，内能增大，机械能也可能增大

D．物体的运动速度减小时，机械能减小，内能可能不变

解析：

例如一个物体在水平面上运动速度越大，机械能越大，但是物体的温度、质量、状态都不变，内能不变．机械能和内能没有必然的联系．A项错误，符合题意；内能和机械能之间没有必然的联系，所以物体的内能的大小与机械能大小无关．B项正确，不符合题意；一个物体的温度升高，物体的内能增大，但是物体的速度、高度、弹性形变可能变化，所以机械能可能变化．C项正确，不符合题意；物体的运动速度减小时，机械能减小，物体的质量、温度、状态不变时，内能不变，如果有一者变化，内能就发生变化．D项正确，不符合题意．

9．（多选）两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0.相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近．若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是（ACE）

A．在r>r0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小

B．在r

C．在r＝r0时，分子势能最小，动能最大

D．在r＝r0时，分子势能为零

E．分子动能和势能之和在整个过程中不变

解析：

由Epr图可知：

在r>r0阶段，当r减小时F做正功，分子势能减小，分子动能增加，故选项A正确；在r

10．（多选）如图所示，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表示斥力，F<0表示引力，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，则下列选项中的图分别表示乙分子的速度、加速度、势能、动能与两分子间距离的关系，其中大致正确的是（BC）

解析：

乙分子从A处释放后先是分子引力做正功，分子势能减小，乙分子的动能增加；至B点处，乙分子所受分子引力最大，则此处乙分子加速度最大，B点至C点过程，分子引力继续做正功，分子动能继续增加，分子势能继续减小，至C点分子动能最大，分子势能最小；C点至D点过程，分子斥力做负功，分子动能减小，分子势能增加．综合上述分析知B、C正确，A、D错误．