物体的内能 人教试验修订本

物体的内能
【基础知识精讲】
知识框图 ①r ＜r 0时，r
减小，r ＞r 0时，r 增大，分子势能增大；③当r=r 0时，分子势能最小；1.分子动能是一个自然迁移而成的概念.因为分子在作热运动，所以分子具有动能，但分子热运动是无规则的，面对大量无规则运动的分子，研究单个分子的动能是不可能的，也是毫无意义的.我们只研究大量分子的动能，而大量分子的动能则表现出统计规律性，比如物体所有分子动能之和或平均每个分子的动能具有确定的数值.要注意区别单个分子的动能、物体所有分子的动能及分子的平均动能这三个概念.
2.回顾重力势能，取决于重力和高度.看的深刻些，重力势能是由物体与地球引力及两者之间相对位置决定的能量.类比迁移，体会分子势能概念，并类比重力做功与重力势能变化的关系，迁移把握分子力做功与分子势能变化的关系，结合分子的特点、规律掌握分子势能与分子间距离(物质体积V)的关系.
3.物体的内能指物体中所有分子做无规则运动动能和分子势能的总和.注意“所有”二字，明确任何物体都有内能，物体的内能与温度、体积、分子总数有关，内能是状态量，它与机械能是两种根本不同的能量形式.
【重点难点解析】
重点 物体的内能及大小的相关因素. 难点 分子力做功与分子势能的关系. 1.温度是分子平均功能的标志
分析 分子运动理论指出：温度越高，分子热运动越剧烈，平均每个分子的动能就越大，所以说温度是分子的平均功能的标志.这是对温度这一概念从物体的冷热程度的简单认识，进一步深化到它的微观含义.
2.物体的内能与机械能的区别
例1 甲、乙两个分子相距较远(此时它们之间的分子力可以忽略)，设甲固定不动，在乙逐渐向甲靠近直到不能再靠近的过程中，关于分子势能变化情况的下列说法，哪个是正确的?( )
A.分子势能不断增大
B.分子势能不断减小
C.分子势能先增大后减小
D.分子势能先减小后增大
解析从分子间的作用力与分子间的距离的关系知道，当分子间距离大于10r0时，分子间的作用力十分小，可以忽略，所以当乙从较远处向甲尽量靠近的过程中，分子力先是对乙做正功，后是分子力对乙做负功或者乙克服分子力做功，而由做功与分子势能变化的关系又知道，若分子力做正功，分子势能减小，若分子力做负功，分子势能增加.因此当乙尽量向甲靠近的过程中，分子势能是先减小后增大，故选D.
例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分子平均速率大，则( )
A.甲气体温度一定高于乙气体温度
B.甲气体温度一定低于乙气体温度
C.甲气体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快
解析气体温度是气体分子的平均动能的标志，而分子平均动能不仅跟分子的平均速率有关，还跟分子的质量有关，通常认为分子运动越剧烈(即分子的平均速率越大)温度越高是指同一物体而言.本题涉及两种不同气体(分子质量不同)，它们的分子质量和平均速率的大小是无法确定分子平均动能的大小的，因而也无法确定这两种气体温度高低，故AB错，C正确，平均值大，并不一定每个分子速率都大，故D不正确.
例3 以下说法正确的是( )
A.机械能为零，内能不为零是可能的
B.温度相同，质量相同的物体具有相同内能
C.温度越高，物体的内能越大
D.0℃的冰的内能比等质量的0℃的水内能大
解析由内能和机械能的区别可知A正确；物体内能由物体的温度、体积和物态等因素决定，故BC不正确；由于0℃的冰的体积比0℃的水大，温度相同，有的同学误认D正确，实际上水有较为复杂的反常膨胀现象，我们用体积来讨论其内能是不适合的，我们可以从能量角度来讨论，因为0℃的冰溶解为0℃的水要吸收热量，或对它做功(如摩擦)，所以有其它形成的能转化或内能转移给冰，所以0℃的水的内能比等质量的0℃的冰内能大.
答案选A.
【命题趋势分析】
本节主要考查三个概念分子平均动能、分子势能、物体内能的理解，以及内能的决定因素、内能与机械能之间的区别等内容.
【典型热点考题】
例1 x、y两容器中装有相同质量的氦气，已知x中氦气的温度高于y中氦气的温度，但压强却低于y 中氦气的压强，由此可知( )
A.x中氦气分子的平均动能一定大于y中氦气分子的平均动能
B.x中每个氦气分子的动能一定大于y中氦气分子的动能
C.x中动能大的氦气分子数一定大于y中动能大的氦气分子数
D.x中氦气分子的热运动一定比y中氦气分子的热运动激烈
答案选ACD.
例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，分子势能越大
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
答案选BC.
【同步达纲练习】
1.温度相同的氧气和氢气，它们的分子平均动能之比为( )
A.1∶1
B.8∶1
C.1∶8
D.无法确定
2.对温度的描述，正确的有( )
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.分子的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
3.由分子间作用力和分子间距离的关系可知( )
A.当r＜r0时，r越小，则E p越小
B.当r＞r0时，r越小，则E p越大
C.当r＝r0时，E p最小
D.当r→∞时，E p最小
4.下列叙述中正确的是( )
A.物体的内能与物体的温度有关，与物体的体积无关
B.物体的温度越高，物体中分子的无规则运动越剧烈
C.物体体积改变，内能可能不变
D.物体在压缩时，分子间存在着斥力，不存在引力
5.晶体在熔解过程中，温度，分子平均动能，其内能 .
6.两个分子相距为r0时，分子势能为零.当分子距离由r0增大时，分子势能；当分子距离由r0减小时，分子势能 .
7.三个瓶子分别盛有质量相同的氢气、氧气和氮气，它们的温度相同，则分子平均速率最大的是；气体内能最大的是 .
8.在一列火车上放一杯水，火车静止和匀速运动时，水的内能是否变化?
【素质优化训练】
1.关于机械能和内能，下列说法中正确的是( )
A.物体温度升高，内能增加时，其机械能却不一定增加
B.物体的内能损失时，必然导致其机械能减少
C.物体机械能损失时，其内能却有可能增加
D.物体的动能增大时，其分子内能的平均动能也随之增大
2.取一个横截面积是3dm2的不高的圆筒，筒内装水0.6kg，用来测量射到地面的太阳能.在太阳光垂直照射2min后，水的温度升高了1℃.
a.计算在阳光直射下，地球表面每平方厘米每分钟获得的能量.
b.已知射到大气顶层的太阳能只有45%到达地面，另外55%被大气吸收和反射而未到达地面，你能由此估算出太阳辐射的功率吗?需要什么数据，自己去查找.
3.某同学为测量地球表面植物吸收太阳能的本领，做了如下实验：用一面积为0.1m2的面盆盛6kg的水，
经太阳垂直照射15min ，温度升高5℃，若地表植物接收太阳的能力与水相等，试计算：
(1)每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为多少焦耳?
(2)若绿色植物在光合作用下每吸收1kJ 的太阳能可以放出0.05L 的氧气，则每公顷绿地每秒可放出多
少升的氧气.(1公顷=104m 2
)
参考答案
【同步达纲练习】
1.A
2.D
3.C
4.BC
5.不变，不变，增大
6.增大，增大
7.氢气，氢气
8.不变
【素质优化训练】
1.AC
2.a.圆筒内的水经过2分钟内能的增加为 ΔE ＝Q ＝cm Δt
＝4.2×103×0.6×1J ＝2.5×103
J 每分钟获得的能量为
2.5×103J/2min ＝1.25×103
J/min
圆筒面积为3dm 2＝3×102cm 2
，所以每分钟每平方厘米获得的能量为
2
310
31025.1⨯⨯J/cm 2·min ＝4.2J/cm 2
·min b.以太阳为球心，又日地距离r 为半径作一个球面，根据上述观测，在此球面的每平方厘米面积上每秒钟接受到的太阳能(即射到大气顶层的太阳能)为
45.0602.4⨯J/cm 2·s ＝6
1J/cm 2
·s
太阳的辐射能向四面八方，是均匀辐射的，则上述球面每秒钟接受到的太阳能，即为太阳的辐射功率P ，
上述球面的面积为4πr 2.其中r ＝1.5×1013
cm 所以
P ＝4πr 2
×
6
1
J/s ＝4π(1.5×1013)2
×
6
1
J/s ＝2×(1.5×1013)2
J/s
＝4.5×1026
J/s.
3.(1)6kg 水经15min 的照射增加内能为ΔE ＝Q ＝cm Δt ＝
4.2×103×6×5＝1.26×105
J.
每秒钟获得的能量为1.26×105J ÷15min ＝1.4×102
J/s. 每平方米绿色植物每秒接收太阳能为
1.4×102J/s ÷0.1m 2＝1.4×103J/s ·m 2
.
(2)每平方米绿色植物每秒钟吸收的太阳能可放出的氧气为3
310
1104.1⨯⨯×0.05L/s ·m 2＝0.07L/s ·m 2
. 每公顷绿地每秒可以放出的氧气为 104m 2×0.07L/s ·m 2
＝700L/s.。