資源簡介

1.4分子動能和分子勢能學案
【學習目標】
1、了解內(nèi)能的概念，能簡單描述溫度和內(nèi)能的關(guān)系．
2、知道熱傳遞過程中，物體吸收(放出)熱量，溫度升高(降低)，內(nèi)能改變．
3、了解熱量的概念，熱量的單位是焦耳．
4、知道做功可以使物體內(nèi)能增加和減少的一些事例
【學習重難點】
重點：探究改變物體內(nèi)能的多種方法。
難點：內(nèi)能與溫度有關(guān)。
【預(yù)習新知】
分子動能
[物理觀念] 分子勢能:分子間存在著相互　　　　　, 可以證明分子間的作用力所做的功與 　　　　無關(guān),分子組成的系統(tǒng)具有分子勢能.
[科學推理] 分子力做功與分子勢能變化的關(guān)系
分子距離 分子力做功 分子勢能變化 (規(guī)定無窮遠處 分子勢能為零) 分子力和分 子勢能隨分子 間距離變化 的圖像
當r>r0時 　分子間的作用力表現(xiàn)為　　　　;若r減小,分子間的作用力做　　　　功 　分子勢能隨分子間距離的減小而　　　
當r當r=r0時 　分子力等于0 　分子勢能　　　
例2 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).若甲分子固定于坐標原點O,乙分子從某處(兩分子間的距離大于r0而小于10r0)由靜止釋放,在分子力的作用下沿r正半軸靠近甲分子.下列說法錯誤的是 (　　)
A.在乙分子靠近甲分子的過程中,分子勢能先減小后增大
B.在乙分子靠近甲分子的過程中,分子動能逐漸增大
C.當乙分子距甲分子為r=r0時,速率最大
D.當乙分子距甲分子為r=r0時,乙分子的分子勢能最小
分子勢能
閱讀教材14至15頁頁回答以下問題：
問題1、什么是分子勢能？
問題2、分子勢能隨分子間距離的變化規(guī)律怎樣？
①當r>r0時，分子力表現(xiàn)為 ，若r增大，需 做功，分子勢能增加。
②當r③當r＝r0時，分子力為 ，分子勢能 。
④當r>10r0時，分子力為 ，分子勢能 。
問題3、分子勢能的大小從微觀上與什么因素有關(guān)？從宏觀上與什么因素有關(guān)？
重點指導：
1、隨著分子間距離的變化，分子力做功，分子勢能發(fā)生變化，分子勢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)．
2、分子勢能為零和分子勢能最小的含義是不同的，前者與選擇的零勢能點有關(guān)，而后者的位置確定在r＝r0處。
3、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(yīng)于宏觀的物體體積變化。但不能理解為物體體積越大，分子勢能就越大，因為分子勢能除了與物體的體積有關(guān)外，還與物態(tài)有關(guān)．同樣是物體體積增大，有時體現(xiàn)為分子勢能增大(在r＞r0范圍內(nèi))，有時體現(xiàn)為分子勢能減小(在r＜r0范圍內(nèi))．例如，0 ℃的水結(jié)成0 ℃的冰后，體積變大，但分子勢能卻減小了.
物體的內(nèi)能
閱讀教材15頁回答以下問題：
問題1、什么是內(nèi)能？
普遍性：物體中的分子永不停息地做 、分子間存在 ，所以任何物體都具有
問題2、物體的內(nèi)能與那些因素有關(guān)？
重點指導：
1、內(nèi)能是對大量分子而言的，對單個分子來說無意義．
2、物體的內(nèi)能跟物體的機械運動狀態(tài)無關(guān)．
3、決定因素：
(1)在微觀上，物體的內(nèi)能取決于物體所含分子的總數(shù)、分子的平均動能和分子間的距離；
(2)在宏觀上，物體的內(nèi)能取決于物體所含物質(zhì)的多少、溫度和體積．
【重難探究】
研習1 分子動能與物體溫度的關(guān)系
[導學探究]
如圖所示，分別向10 ℃和50 ℃的水中滴入一滴紅墨水，問：
(1)哪杯水中紅墨水擴散得快？
(2)哪杯水中分子的平均動能大？
(3)影響分子平均動能的因素是什么？
提示：(1)50 ℃的水
(2)50 ℃的水
(3)溫度是分子熱運動平均動能的標志
要點歸納
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．
(2)分子在不停地做無規(guī)則運動，每個分子動能大小不同并且時刻在變化．
2．分子的平均動能
(1)溫度是大量分子無規(guī)則熱運動的宏觀表現(xiàn)，具有統(tǒng)計規(guī)律．溫度升高，分子平均動能增大，但不是每一個分子的動能都增大，存在個別分子動能反而減小的可能．個別分子或幾十個、幾百個分子熱運動的動能大小與溫度是沒有關(guān)系的．
(2)由于不同物質(zhì)分子的質(zhì)量不盡相同，所以同一溫度下，不同物質(zhì)分子運動的平均速率大小一般不相同．
3．物體內(nèi)分子的總動能
物體內(nèi)分子運動的總動能是指所有分子熱運動的動能總和，它等于分子熱運動的平均動能與分子數(shù)的乘積．物體內(nèi)分子的總動能與物體的溫度和所含分子總數(shù)有關(guān)．
研習指導
[典例1] 一塊10 ℃的鐵與一塊10 ℃的鋁相比，以下說法中正確的是(　　)
A．鐵的分子動能之和與鋁的分子動能之和相等
B．鐵的每個分子的動能與鋁的每個分子的動能相等
C．鐵的分子平均速率與鋁的分子平均速率相等
D．以上說法均不正確
解析：溫度是分子熱運動平均動能的標志，兩物體溫度相等，說明它們的分子平均動能相等；由于沒有說明鐵與鋁的質(zhì)量，只有當它們所含分子數(shù)目一樣時，分子總動能才相等，故A錯誤；分子平均動能相等，但對每個分子而言，它運動的速率是變化的，且每個分子的速率都是不同的，有快的也有慢的，所以每個分子的動能相等的說法不正確，故B錯誤；雖然分子的平均動能相等，但鐵分子、鋁分子質(zhì)量不等，因此分子平均速率不等，故C錯誤，D正確．
答案：D
教師指導
(1)溫度是分子平均動能的“標志”或者說“量度”，溫度只與物體內(nèi)大量分子熱運動的統(tǒng)計意義上的平均動能相對應(yīng)，與單個分子的動能沒有關(guān)系．
(2)熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運動的統(tǒng)計規(guī)律，對個別分子動能沒有實際意義．
(3)溫度高的物體，分子的平均速率不一定大，還與分子的質(zhì)量有關(guān)．
針對訓練
1．關(guān)于物體的溫度與分子動能的關(guān)系，正確的說法是(　　)
A．某種物體的溫度是0 ℃說明物體中分子的平均動能為零
B．物體溫度降低時，每個分子的動能都減小
C．物體溫度升高時速率小的分子數(shù)目減少，速率大的分子數(shù)目增多
D．物體的運動速度越大，則物體的溫度越高
答案：C
解析：溫度是分子平均動能的標志，溫度是0 ℃，物體中分子的平均動能并非為零，因為分子無規(guī)則運動不會停止，A錯誤；溫度降低時分子的平均動能減小，并非每個分子動能都減小，B錯誤；物體溫度升高時，分子的平均動能增大，分子的平均速率增大，速率小的分子數(shù)目減少，速率大的分子數(shù)目增多，C正確；物體的運動速度增大，宏觀機械能(動能)增大，但物體內(nèi)分子的熱運動不一定加劇，溫度不一定升高，D錯誤．
2．(多選)下列說法中正確的是(　　)
A．只要溫度相同，任何物體分子的平均動能都相同
B．分子動能指的是由于分子做無規(guī)則運動而具有的能
C．物體中10個分子的動能很大，這10個分子的溫度很高
D．溫度低的物體中的每一個分子的運動速率一定小于溫度高的物體中的每一個分子的運動速率
答案：AB
解析：溫度相同，物體分子平均動能相同，故A正確；分子動能指的是由于分子做無規(guī)則運動而具有的能，故B正確；物體溫度是對大量分子而言，對于10個這樣少數(shù)的分子無意義，故C錯誤；溫度低的物體分子的平均速率小(相同物質(zhì))，但具體到每一個分子的速率是不確定的，可能大于平均速率，也可能小于平均速率，故D錯誤．
研習2 分子勢能與分子間距離的關(guān)系
[導學探究]
(1)功是能量的轉(zhuǎn)化量度，分子力做功對應(yīng)什么形式的能量變化呢？
(2)當兩個分子從相距無窮遠處逐漸靠近到不能再靠近的過程中，分子勢能如何變化？
提示：(1)對應(yīng)分子勢能的變化
(2)先減小再增大
要點歸納
1．分子勢能與分子間距離的關(guān)系
分子勢能的大小與分子間的距離有關(guān)，即與物體的體積有關(guān)．分子勢能的變化與分子間的距離發(fā)生變化時分子力做正功還是做負功有關(guān)．
(1)當分子間的距離r＞r0時，分子間的作用力表現(xiàn)為引力，分子間的距離增大時，分子力做負功，因此分子勢能隨分子間的距離增大而增大．
(2)當分子間的距離r＜r0時，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力，分子間的距離減小時，分子力做負功，因此分子勢能隨分子間的距離的減小而增大．
(3)如果取兩個分子間相距無限遠時(此時分子間作用力可忽略不計)的分子勢能為零，則分子勢能Ep與分子間距離r的關(guān)系可用上圖所示的曲線表示．從圖線上看出，當r＝r0時，分子勢能最小．
2．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(yīng)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研習指導
[典例2] (多選)如圖所示，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的距離的關(guān)系如圖中曲線所示．F＞0為斥力，F(xiàn)＜0為引力．a(chǎn)、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．乙分子由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小
D．乙分子由b到d的過程中，兩分子間的分子勢能一直增大
[巧指導]
(1)分子在平衡位置時分子勢能最小，分子力為零，分子加速度為零；
(2)根據(jù)分子力做功的正負分析判斷分子勢能的變化．
解析：乙分子由a運動到c的過程，一直受到甲分子的引力作用而做加速運動，到c時速度達到最大值，而后受甲分子的斥力作用做減速運動，A錯誤，B正確；乙分子由a到b的過程所受引力做正功，分子勢能一直減小，C正確；而乙分子從b到d的過程，先是引力做正功，分子勢能減少，后克服斥力做功，分子勢能增加，D錯誤．
答案：BC
教師指導
(1)勢能的大小與物體間距離的關(guān)系有一個共同的規(guī)律：不論是重力勢能、彈性勢能、分子勢能還是電勢能，當它們之間的距離發(fā)生變化時，它們之間的相互作用力如果是做正功，勢能都要減小；如果是做負功，勢能都要增大．
(2)分子勢能最小與分子勢能為零絕不是一回事．
研習3　內(nèi)能與機械能的區(qū)別與聯(lián)系
[導學探究]
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？
提示：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僅改變的是乘客的機械能，不能因此判斷其內(nèi)能的變化情況．
要點歸納
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．
(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勢能三個因素決定．
2．內(nèi)能與機械能的區(qū)別和聯(lián)系
項目 內(nèi)能 機械能
對應(yīng)的運 動形式 微觀分子熱運動 宏觀物體的機械運動
能量常 見形式 分子動能、 分子勢能 物體動能、重力勢能或彈性勢能
能量存在 的原因 物體內(nèi)大量分子的熱運動和分子間存在相互作用力 由于物體做機械運動和物體發(fā)生彈性形變或被舉高
影響因素 物質(zhì)的量、物體的溫度和體積 物體的機械運動的速度、離地高度(或相對于參考平面的高度)或彈性形變量
能否為零 永遠不能等于零 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魵猓瑴囟炔蛔儯诉^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．
【鞏固訓練】
1.如圖所示，分別表示分子間作用力F、分子勢能與分子間距離r的關(guān)系圖線(取無窮遠處分子勢能)。則下列說法正確的是( )
A.甲圖表示分子勢能與分子間距離的關(guān)系圖線
B.當時，分子勢能為零
C.當時，分子間作用力隨分子間距離的增大而減小
D.當時，分子勢能隨分子間距離增大而減小
2.關(guān)于溫度與分子的動能，下列說法正確的是( )
A.溫度相同的氫氣和氧氣，氫氣分子和氧氣分子的平均速率相同
B.物體的內(nèi)能等于物體的重力勢能和動能的總和
C.內(nèi)能不同的物體，它們分子熱運動的平均動能可能相同
D.溫度是分子平均動能的標志，所以兩個動能不同的分子，動能大的分子溫度高
3.將兩個質(zhì)量均為m的完全相同的分子從x軸上的坐標原點和處由靜止釋放，如圖甲所示.圖乙為這兩個分子的分子勢能隨分子間距變化的圖像，當分子間距分別為和時，兩分子之間的勢能為和，取間距無窮遠處勢能為零，整個運動除分子間的作用力外不考慮其他外力，下列說法正確的是( )
A.當分子B到達坐標時，兩分子之間的分子力為零
B.分子B的最大動能為
C.兩分子從靜止釋放到相距無窮遠的過程中，它們之間的分子勢能先減小后增大再減小
D.當兩分子間距無窮遠時，分子B的速度大小為
4.一定質(zhì)量的0 ℃的冰熔化成0 ℃的水時，其分子的動能之和與分子的勢能之和的變化情況為( )
A.變大，變大 B.變小，變小
C.不變，變大 D.不變，變小
5.關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說法正確的是( )
A.相同質(zhì)量的兩種物質(zhì)，升高相同的溫度，內(nèi)能的增加量一定相同
B.物體的內(nèi)能改變時溫度也一定改變
C.內(nèi)能與物體的溫度有關(guān)，所以0 ℃的物體內(nèi)能為零
D.分子數(shù)和溫度相同的物體不一定具有相同的內(nèi)能
6.選定分子間距離r為無窮遠時的分子勢能為0，則分子勢能隨分子間距離r變化的圖像如圖所示。將分子A固定，分子B從無窮遠處沿兩分子連線方向以一定速度向分子A運動，下列說法正確的是( )
A.分子B向A運動的過程速度大小先減小后增大
B.分子間距為時，分子B速度最小
C.分子B第一次速度為零時，間的距離大于
D.分子B第一次速度為零時，間的距離小于
7.如圖所示是焦耳在研究熱與功之間關(guān)系的兩個典型實驗，那么從焦耳的這兩個實驗中可得出的結(jié)論是( )
A.熱量可由高溫物體傳給低溫物體
B.機械能守恒
C.在各種不同的絕熱過程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變與做功方式無關(guān)，僅與做功數(shù)量有關(guān)
D.在各種不同的絕熱過程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變不僅與做功方式有關(guān)，還與做功數(shù)量有關(guān)
8.如圖為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖，兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體，M可沿N的內(nèi)壁上下滑動，設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，在M向下滑動的過程中( )
A.外界對氣體做正功，氣體內(nèi)能增大 B.外界對氣體做正功，氣體內(nèi)能減小
C.氣體對外界做正功，氣體內(nèi)能增大 D.氣體對外界做正功，氣體內(nèi)能減小
9.如圖所示，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。表示斥力，表示引力，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，下列選項中的圖像分別表示乙分子的速度、加速度、勢能、動能與兩分子間距離的關(guān)系，其中大致正確的是( )
A. B.
C. D.
10.關(guān)于物體的內(nèi)能，以下說法正確的是( )
A.不同的物體，若溫度相等，則內(nèi)能也相等
B.物體速度增大，則分子動能增大，內(nèi)能也增大
C.體積相同的同種氣體，它們的內(nèi)能一定相等
D.物體的內(nèi)能與物體的質(zhì)量、溫度和體積都有關(guān)系
參考答案
1.答案：D
解析：AB.在時，分子勢能最小，但不為零，此時分子力為零，則甲圖表示分子間作用力與分子間距離的關(guān)系圖線，乙圖表示分子勢能與分子間距離的關(guān)系圖線，AB錯誤；
C.由兩圖可知，當時，距離增大，分子間作用力先增大后減小，C錯誤；
D.當時，分子之間的作用力表現(xiàn)為斥力，分子間距離增大，斥力做正功，分子勢能減小，D正確。
故選D。
2.答案：C
解析：溫度是分子平均動能的標志，溫度相同的氫氣和氧氣，氫氣分子和氧氣分子的平均動能相同，但是兩分子的質(zhì)量不同，則兩分子的平均速率不同，A錯誤；內(nèi)能是物體內(nèi)部所有分子動能與分子勢能的總和，物體的重力勢能和動能的總和等于機械能，B錯誤；內(nèi)能不同的物體，溫度可能相同，則它們分子熱運動的平均動能可能相同，C正確；溫度是分子平均動能的標志，不是系統(tǒng)中某個分子動能大小的標志，而是所有分子動能的平均值大小的標志，是大量分子的統(tǒng)計結(jié)果，通過兩個分子的動能比較溫度沒有意義，D錯誤.
3.答案：D
解析：由題圖乙可知，分子間距離為時，兩分子之間的分子勢能最小，分子力為零，則兩個完全相同的分子從題圖甲所示位置由靜止釋放后，在相互作用的斥力下，A分子向左運動，B分子向右運動，運動的加速度大小相同，當分子B到達坐標時，A向左運動相同的距離，兩分子之間的距離大于，分子之間作用力不為零，A錯誤；整個運動除分子間的作用力外不考慮其他外力，動能和勢能的總和不變，可得分子間距離為時，兩分子之間的分子力為零，分子勢能最小，動能最大，此時減小的勢能為，減小的勢能轉(zhuǎn)化為兩個分子的動能，則分子B的最大動能為，B錯誤；由題圖乙可知，兩分子從靜止釋放到相距無窮遠的過程中，它們之間的分子勢能先減小后增大，C錯誤；當兩分子間距無窮遠時，設(shè)分子A和B的速度大小為v，則有，解得，D正確.
4.答案：C
解析：一定質(zhì)量的0 ℃的冰熔化成0 ℃的水時，溫度不變，分子的平均動能不變，則分子的動能之和不變，故A、B錯誤；0 ℃的冰熔化成0 ℃的水時，需要吸收熱量，所以其內(nèi)能一定增加，而其分子總動能不變，則分子的勢能之和增大，故C正確，D錯誤.
5.答案：D
解析：質(zhì)量相同的物體，其物質(zhì)的量不一定相同，因此相同質(zhì)量的兩種物質(zhì)，升高相同的溫度，內(nèi)能的增加量不一定相同，故A錯誤；物體的內(nèi)能取決于物體的溫度、體積以及物態(tài)等，物體的內(nèi)能改變時溫度不一定改變，例如100 ℃的水變?yōu)樗魵膺^程中，內(nèi)能增大而溫度不變，故B錯誤；一切物體在任何溫度下都具有內(nèi)能，因此0 ℃的物體仍具有內(nèi)能，故C錯誤；物體的內(nèi)能取決于物體的溫度、體積以及物態(tài)等，所以分子數(shù)和溫度相同的物體不一定具有相同的內(nèi)能，故D正確.
6.答案：D
解析：分子B沿連線方向運動的過程，分子勢能先減小后增大，由能量知識可知，分子B向A運動的過程速度大小先增大后減小，A錯誤；分子B在處分子勢能最小，速度最大，B錯誤；分子B在無窮遠處和分子間距為處時，分子勢能均為零，則分子間距為時分子B的速度不為零，分子B第一次速度為零時，分子間距離小于，C錯誤，D正確。
7.答案：C
解析：焦耳通過多次實驗，最后得到的結(jié)論是，在各種不同的絕熱過程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變與做功方式無關(guān)，僅與做功數(shù)量有關(guān)，故選項C正確，其余選項不是焦耳實驗的結(jié)論。
8.答案：A
解析：筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，當氣體體積變小時，外界對氣體做正功，使得氣體的內(nèi)能增大，A正確。
9.答案：B
解析：從A到D，乙分子的運動方向始終不變，故A錯誤；加速度與力的大小成正比，方向與力相同，在C點，乙分子的加速度等于0，故B正確；乙分子從A處由靜止釋放，分子力先是引力后是斥力，分子力先做正功，后做負功，則分子勢能先減小后增大，在C點，分子勢能最小，從C圖中可知，在A點靜止釋放乙分子時，分子勢能為負動能為0，乙分子的總能量為負，在以后的運動過程中乙分子的總能量不可能為正，而動能不可能小于0，則分子勢能不可能大于0，所以C圖中不可能出現(xiàn)橫軸上方那部分，故C錯誤；分子動能不可能為負值，故D錯誤。
10.答案：D
解析：物體的內(nèi)能是指組成物體的所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和，分子的平均動能取決于物體的溫度，分子勢能的大小與分子間距離有關(guān)，從宏觀角度來看就是與物體的體積有關(guān)，而對于一種物質(zhì)來說，質(zhì)量決定著分子數(shù)目的多少，故D正確；溫度相同，只是分子的平均動能相同，不能說明內(nèi)能也相等，故A錯誤；分子動能取決于分子的熱運動，與物體的宏觀運動速度無關(guān)，故B錯誤；體積相同的同種氣體，既不知溫度關(guān)系也不知密度關(guān)系，也就不能確定內(nèi)能關(guān)系，故C錯誤。

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