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1、第5节 内能1.做热运动的分子具有的动能，即为分子动能。2所有分子动能的平均值叫分子热运动的平均动能，温度是分子热运动的平均动能的标志。3分子势能由分子间的相互位置决定，从宏观上看，分子势能与物体的体积有关。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。5物体的内能大小由物质的量、物体的温度及物体的体积共同决定。一、分子动能1定义由于分子永不停息地做无规则热运动而具有的能。2分子的平均动能所有分子热运动动能的平均值。3温度的微观意义温度是分子热运动的平均动能的标志。二、分子势能1定义：由分子间的分子力和分子间的相互位置决定的能。2决定因素(1)宏观上：分子势能的大小与物体的体积有
2、关。(2)微观上：分子势能的大小与分子之间的距离有关。3分子势能与分子间距离的关系(1)当rr0时，分子力表现为引力，若r增大，需克服引力做功，分子势能增大。(2)当rr0时，分子力表现为斥力，若r减小，需克服斥力做功，分子势能增大。(3)当rr0时，分子势能最小。三、内能1定义物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。2决定因素物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定。1自主思考判一判(1)温度高的物体的每个分子的动能都大。()(2)20 的水和20 的铜的分子平均动能相同。()(3)物体的体积增大，分子势能一定增大，体积减小，分子势能一定减小。()(4)物体运动的速度越快，内能越大。()
3、(5)某种物体的温度是0 ，说明物体中分子的平均动能为零。()(6)分子力做正功，分子势能减小。()2合作探究议一议(1)在热现象的研究中，为什么研究单个分子的动能没有意义，而是要研究所有分子的动能的平均值？提示：物体内分子是大量的，各个分子的速度大小不同，因此，每个分子的动能大小不同，并且还在不断地改变。由于热现象是大量分子热运动的结果，因此研究单个分子运动的动能没有意义，而是要研究大量分子运动的平均动能。(2)物体做加速运动时，其内能是否一定增大？提示：不一定。物体的内能是指物体内所有分子的热运动动能和分子势能之和。物体做加速运动对应物体的动能增大，但物体的内能有可能增大、不变或减小。(3
4、)为什么说任何物体在任何情况下都具有内能？提示：内能是物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和，由于组成物体的分子永不停息地做无规则运动，所以任何物体的分子都具有动能；分子间有相互作用的引力和斥力，因此分子间还有分子势能，所以说任何物体在任何情况下都具有内能。对温度及分子动能的理解1单个分子的动能(1)分子在永不停息地做无规则热运动，每个分子的动能时刻发生变化。(2)热现象是大量分子无规则运动的统计结果，研究单个分子的动能没有实际意义。2分子的平均动能(1)温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义。温度升高，分子的平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大，个别分子的动能可能减小，但
5、总体上所有分子的动能之和一定是增加的。(2)同一温度下，不同物质的分子热运动的平均动能相同，由于不同物质的分子质量一般不同，所以平均速率一般不同。(3)分子平均动能与物体的机械运动状态无关，物体速度大，分子平均动能不一定大。3对温度的理解(1)宏观意义：温度表示物体的冷热程度。(2)微观意义：温度是物体分子的热运动平均动能大小的标志。(3)温度是一个“统计”概念：它的研究对象是组成物体的所有分子整体，对单个分子说温度高低是没有意义的，故说“某个分子的温度升高”是不科学的。1当物体的温度升高时，下列说法中正确的是()A每个分子的温度都升高B每个分子的热运动都加剧C每个分子的动能都增大D物体分子的
6、平均动能增大解析：选D温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子平均动能增加；温度降低，分子平均动能减少；但并不是每个分子的动能都变化，温度是大量分子的统计结果，对少数几个分子谈温度是没有意义的，故D对。2有甲、乙两种气体，如果甲气体内分子平均速率比乙气体内平均速率大，则()A甲气体的温度一定高于乙气体的温度B甲气体的温度一定低于乙气体的温度C甲气体的温度可能高于也可能低于乙气体的温度D甲气体的每个分子运动都比乙气体每个分子运动得快解析：选C认为气体分子平均速率大，温度就高，这是对气体温度的微观本质的错误认识，气体温度是气体分子平均动能的标志，而分子的平均动能不仅与分子的平均速率有关，还与分子的
7、质量有关。本题涉及两种不同气体(分子质量不同)，它们的分子质量无法比较，因而无法比较两种气体温度的高低，故A、B错误，C正确；速率的平均值大，并不一定每个分子速率都大，故D错误。3一块100 的铁与一块100 的铝相比，以下说法中正确的是() A铁的分子动能之和与铝的分子动能之和相等B铁的每个分子动能与铝的每个分子动能相等C铁分子的平均速率与铝分子的平均速率相等D以上说法均不正确解析：选D两物体温度相等，说明它们分子的平均动能相等，因为温度是分子运动平均动能的标志；由于没有说明铁与铝的质量，只有当它们所含分子数目一样时，分子总动能才相等，故A错；分子平均动能相等，但对每个分子而言，它运动的速率
8、是变化的，且每个分子的速率都是不同的，有的快也有的慢，所以每个分子的动能相等的说法不正确，故B错；虽然分子的平均动能相等，但铁分子、铝分子质量不同，因此分子平均速率不等，所以C错。故选D。对分子势能的理解1分子势能与分子间距离的关系分子势能的大小与分子间的距离有关，距离发生变化时，分子力做功，分子势能发生变化。分子势能随分子间距离的变化情况如图所示(取无穷远处Ep为0)。(1)当分子间的距离rr0时，分子势能随分子间距离的增大而增大。(2)当分子间的距离rr0时，分子势能随分子间距离的减小而增大。(3)当rr0时，分子势能最小。注意应注意“分子势能最小”和“分子势能为零”是两个不同的概念，“最
9、小”不一定是“等于零”；反之，“等于零”也不一定是“最小”。由于分子势能具有相对性，也可以取“分子势能最小”的位置作为“分子势能为零”的位置。图甲为取无穷远处Ep0时的Epr图像；图乙为取rr0处Ep0时的Epr图像。2分子势能的变化与分子力做功的关系(1)分子力做正功，分子势能减少；分子力做负功，分子势能增加。(2)数量关系：WEpEp1Ep2典例如图所示，甲分子固定于坐标原点O，乙分子从无穷远a处由静止释放，在分子力的作用下靠近甲。图中b点合外力表现为引力，且为数值最大处，d点是分子靠得最近处。则下列说法正确的是()A乙分子在a点势能最小B乙分子在b点动能最大C乙分子在c点动能最大D乙分子
10、在d点加速度为零解析乙分子由a运动到c，分子力表现为引力，分子力做正功，动能增大，分子势能减小，所以乙分子在c处分子势能最小，在c处动能最大，故A、B错误，C正确；由题图可知，乙在d点时受到的分子力最大，所以乙分子在d处的加速度最大，故D错误。答案C(1)分子势能在平衡位置有最小值，无论分子间距离如何变化，靠近平衡位置，分子势能减小，反之增大。(2)判断分子势能的变化有两种方法看分子力的做功情况。直接由分子势能与分子间距离的关系图线判断，但要注意其和分子力与分子间距离的关系图线的区别。 1由于两个分子间的距离变化而使得分子势能变小，可确定在这一过程中()A两分子间的相互作用力一定表现为引力B一
11、定克服分子间的相互作用力做功C两分子间距离一定增大D两分子间的相互作用力可能增大解析：选D由分子力做功与分子势能变化关系可知，分子力做正功时，分子势能减小，有两种可能性：一是rr0，分子力表现为斥力，且分子间距离增大，二是rr0，分子间表现为引力，且分子间距离减小。综上分析可知A、B、C选项错误，D选项正确。2.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的距离的关系如图中曲线所示。F0为斥力，F0为引力。a、b、c、d为x轴上的四个特定的位置。现把乙分子从a处由静止释放，则()A乙分子由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
12、，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小D乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能一直增大解析：选BC乙分子由a运动到c的过程，一直受到甲分子的引力作用而做加速运动，到c时速度达到最大，而后受甲的斥力作用做减速运动，A错误B正确。乙分子由a到b的过程所受引力做正功，分子势能一直减小，C正确。而乙分子从b到d的过程，先是引力做正功，分子势能减少，后来克服斥力做功，分子势能增加，故D错误。3下列四幅图中，能正确反映分子间作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是()解析：选B当rr0时引力与斥力的合力为零，即分子力为零，A、D错；当分子间的距离大于或小于r
13、0时，分子力做负功，分子势能增加，rr0时分子势能最小，B对，C错。对内能的理解1对内能的理解(1)内能是对大量分子而言的，对单个分子来说无意义。(2)某个物体的内能在宏观上是由物质的量、温度和体积决定的；微观上由分子数、分子平均动能和分子势能决定。(3)物体的内能跟物体的机械运动状态无关。2内能与机械能的区别和联系内能机械能对应的运动形式微观分子热运动宏观物体机械运动能量常见形式分子动能、分子势能物体动能、重力或弹性势能能量存在原因由物体内大量分子的无规则热运动和分子间相对位置决定由物体做机械运动和物体形变或与地球的相对位置决定影响因素物质的量、物体的温度和体积及物态物体的机械运动的速度、离
14、地高度或相对于零势能面的高度或弹性形变是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典例多选关于内能和机械能的下列说法，正确的是 ()A机械能增大的物体，其内能一定增大B物体的机械能损失时，内能却可能增加C物体的内能损失时，机械能必然会减小D物体的机械能可以为零，内能不可以为零思路点拨(1)物体的动能与质量和速度有关，分子平均动能与温度有关，两者没有必然联系。(2)物体的机械能可以全部转化为内能，但分子平均动能不可能变为零，故内能不可能全部转化为机械能。解析内能和机械能是两种不同形式的能，内能由物体分子状态决定，而机械能由物体的质量、宏观速度、相对地面高度或弹性形变程度
15、决定，二者决定因素是不同的。物体被举高，机械能增大，若温度降低，内能可能减小，故A错误；物体克服空气阻力匀速下降，机械能减小，而摩擦生热，物体温度升高，内能会增大，故B正确；物体静止时，温度降低，内能减小，而物体的机械能不变，故C错误；物体内分子永不停息地运动，内能不可能为零，故D正确。答案BD内能与热量的区别(1)内能：物体内所有分子的动能和势能的总和，内能是由大量分子的热运动和分子之间相对位置所决定的能量。(2)热量：是指热传递过程中内能的改变量。热量用来量度热传递过程中内能转移的数量。一个物体的内能是无法测定的，而在某种过程中物体内能的变化却是可以测定的，热量就是用来测定在热传递过程中内
16、能变化的一个物理量。 1以下说法正确的是()A内能不可能为零B温度相同，质量相同的物体具有相同的内能C温度越高，物体的内能越大D0 的冰的内能比等质量的0 的水的内能大解析：选A内能是所有分子的热运动动能和分子势能的总和，而分子动能又是由分子无规则运动引起的，所以分子动能不可能为零，那么物体的内能当然也不可能为零，A正确；物体的内能与物体的温度、体积和质量(物质的量)有关，B、C错误；因为0 的冰熔化为0 的水要吸收热量，所以冰熔化为水，内能增加，0 的水的内能比等质量的0 的冰的内能大，D错误。2关于物体的内能，下列说法中正确的是()A水分子的内能比冰分子的内能大B物体所处的位置越高，分子势
17、能就越大，内能越大C一定质量的0 的水结成0 的冰，内能一定减少D相同质量的两个同种物体，运动物体的内能一定大于静止物体的内能解析：选C因内能是指组成物体的所有分子的热运动的动能与分子势能的总和，说单个分子的内能没有意义，故选项A错误。内能与机械能是两种不同性质的能，它们之间无直接联系，内能与“位置”高低、“运动”还是“静止”没有关系，故选项B、D错误。一定质量的0 的水结成0 的冰，放出热量，使得内能减小，故选项C正确。3多选关于质量和温度均相同的一杯水和一个钢球，下列说法正确的是()A它们的内能一定相同B它们的分子平均动能一定相同C它们的分子的平均速率一定相同D把钢球置于水中，它们各自的内
18、能一定不变解析：选BD水和钢球温度相同，分子的平均动能相同，故B对；但水分子、钢球分子质量不同，平均速率不同，C错；水和钢球分子势能不一定相同，内能可能不同，故A错；由于两者温度相等，不会发生热传递现象，所以它们的内能各自保持不变，D对。1关于物体的内能、温度和分子的平均动能，下列说法正确的是()A温度低的物体内能一定小B温度低的物体分子运动的平均动能一定小C外界对物体做功时，物体的内能一定增加D做加速运动的物体，由于速度越来越大，因此物体分子的平均动能越来越大解析：选B温度低的物体分子平均动能小，内能不一定小，选项A错误B正确；外界对物体做功时，若同时散热，物体的内能不一定增加，选项C错误；
19、做加速运动的物体，由于速度越来越大，动能越大，但温度不一定升高，物体分子的平均动能不一定增大，选项D错误。2关于物体的温度与分子动能的关系，正确的说法是()A某种物体的温度是0 ，说明物体中分子的平均动能为零B物体温度降低时，每个分子的动能都减小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，则物体的温度越高解析：选C温度是分子平均动能的标志。温度是0 ，物体中分子的平均动能并非为零，因为分子无规则运动不会停止，A错误；温度降低时分子的平均动能减小，并非每个分子动能都减小，B错误；物体温度升高时，分子的平均动能增大，分子的平均速率增大，速率小的分子数目减少，速率
20、大的分子数目增多，C正确；物体的运动速度增大，宏观机械能(动能)增大，但物体内分子的热运动不一定加剧，温度不一定升高，D错误。3下面有关机械能和内能的说法中正确的是()A机械能大的物体，内能一定也大B物体做加速运动时，其运动速度越来越大，物体内分子平均动能必增大C物体降温时，其机械能必减少D摩擦生热是机械能向内能的转化解析：选D机械能与内能有着本质的区别，对于同一物体，机械能是由其宏观运动速度和相对高度决定的，而内能是由物体内部分子无规则运动和聚集状态决定的，故A、B、C错误，摩擦生热是机械能向内能的转化，故D正确。4.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
21、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处时分子势能为零，下列说法正确的是()A在rr0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小B在rr0阶段，F做负功，分子动能减小，势能也减小C在rr0时，分子势能最小，动能最大D.在rr0时，分子势能为零解析：选AC在rr0阶段，两分子间的斥力和引力的合力F表现为引力，两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近，F做正功，分子动能增加，势能减小，选项A正确；在rr0阶段，两分子间的斥力和引力的合力F表现为斥力，F做负功，分子动能减小，势能增大，选项B错误；在rr0时，分子势能最小，动能最大，选项C正确；在整
22、个过程中，只有分子力做功，分子动能和势能之和保持不变，在rr0时，分子势能为负值，选项D错误。5.多选如图所示，甲分子固定于坐标原点，乙分子位于横轴上，甲、乙两分子间引力、斥力及分子势能的大小变化情况分别如图中三条曲线所示，A、B、C、D为横轴上四个特殊的位置；E为两虚线a、b的交点，现把乙分子从A处由静止释放，则由图像可知()A虚线a为分子间斥力变化图线，交点E的横坐标代表乙分子到达该点时分子力为零B虚线b为分子间引力变化图线，表明分子间引力随距离增大而减小C实线c为分子势能的变化图线，乙分子到达C点时分子势能最小D乙分子从A到C的运动过程中一直做加速运动解析：选AB分子间的引力和斥力都随分
23、子间距离r的增大而减小，随分子间距离r的减小而增大，但斥力变化得快，故虚线a为分子间斥力变化图线，虚线b为分子间引力变化图线，交点E说明分子间的引力、斥力大小相等，分子力为零，选项A、B正确；实线c为分子势能的变化图线，乙分子到达B点时分子势能最小，为负值，选项C错误；乙分子从A到C的运动过程中分子力先表现为引力，到达B点后表现为斥力，所以乙分子先做加速运动，后做减速运动，选项D错误。6多选设有甲、乙两分子，甲固定在0点，r0为其与平衡位置间的距离，今使乙分子由静止开始只在分子力作用下由距甲0.5r0处开始沿x方向运动(如图)，则()A乙分子的加速度先减小，后增大B乙分子到达r0处时速度最大C
24、分子力对乙一直做正功，分子势能减小D乙分子在r0处时，分子势能最小解析：选BD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。由图可知，乙分子受到的分子力先变小，位于平衡位置时，分子力为零，过平衡位置后，分子力先变大再变小，故乙分子的加速度先变小再反向变大，再变小，故A错误。当r小于r0时，分子间的作用力表现为斥力，F做正功，分子动能增加，势能减小，当r等于r0时，动能最大，势能最小，当r大于r0时，分子间作用力表现为引力，分子力做负功，动能减小，势能增加。故B、D正确，C错误。7一木块静止在光滑的水平面上，被水平方向飞来的子弹击中，子弹进入木块的
25、深度为d，此时木块相对于水平面移动了L，设木块对子弹的阻力恒为F，求产生的内能和子弹损失的动能之比。解析：产生的内能等于阻力与两者相对位移大小的乘积，即QFd子弹损失的动能等于它克服阻力所做的功，在子弹受到阻力的过程，它发生的位移等于打入深度d与木块移动的距离L之和，则有E损F(dL)所以Q：E损d：(dL)答案：d：(dL)8重1 000 kg的气锤从2.5 m高处落下，打在质量为200 kg的铁块上，要使铁块的温度升高40 ，气锤至少应落下多少次？设气锤撞击铁块时60%的机械能损失用来升高铁块的温度取g10 m/s2，铁的比热容c0.462103 J/(kg)。解析：气锤从2.5 m高处下落到铁块上损失的机械能：Emgh1 000102.5 J2.5104 J。气锤撞击铁块后用来升高铁块温度的能量为：WW60%1.5104 J。使铁块温度升高40 所需的热量Qcmt0.46210320040 J3.696106 J。设气锤应下落n次，才能使铁块温度升高40 ，则由能的转化和守恒定律得nWQ。所以，n246.4。所以至少需要247次才能使铁块温度升高40 。答案：247次