2020金版教程物理选修3-3第七章 第5节

第5节内能1．知道什么是分子动能，知道温度是分子热运动平均动能的标志。

2．知道什么是分子势能，知道分子势能与分子间距离和物体体积的关系。

3．知道什么是内能，知道决定物体内能大小的因素。

一、分子动能1．定义：分子由于□01永不停息地做无规则运动而具有的能。

2．分子热运动的平均动能：所有□02分子的热运动的动能的□03平均值。

3．温度的微观意义：温度是□04分子热运动的平均动能的标志。

二、分子势能1．定义：分子间由于存在□01分子力，因此分子组成的系统具有由分子间的□02相互位置决定的势能，这种势能叫做分子势能。

2．分子势能的决定因素(1)微观上：分子势能与分子之间的□03距离有关。

(2)宏观上：分子势能的大小与物体的□04体积有关。

三、内能1．定义：物体中所有分子的热运动□01动能与□02分子势能的总和。

2．决定因素(1)分子热运动的平均动能由□03温度决定。

(2)分子的势能与物体的□04体积有关。

(3)物体的内能由□05物质的量、□06温度、□07体积共同决定。

判一判(1)温度高的物体，分子的平均动能一定大。

()(2)分子势能可以为正值、负值、零值。

()(3)物体所处的位置越高，分子势能就越大，内能也越大。

()提示：(1)√(2)√(3)×课堂任务对分子动能的理解1．单个分子的动能由于分子运动的无规则性，在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一，就是同一个分子，在不同时刻的动能也是不同的，所以单个分子的动能没有意义。

2．分子热运动的平均动能(1)热现象研究的是大量分子运动的宏观表现，有意义的是物体内所有分子热运动的平均动能。

(2)温度是分子热运动的平均动能的标志，这是温度的微观意义，在相同温度下，各种物质分子热运动的平均动能都相同，由于不同物质分子的质量不一定相同，因此相同温度时不同物质分子热运动的平均速率不一定相同。

物体温度升高，分子热运动加剧。

分子热运动的平均动能增大，但并不是每一个分子的动能都变大。

例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．物体分子的平均动能增大[规范解答]温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增大。

温度对单个分子无意义。

物体的温度升高，分子运动加剧，分子的平均动能增大，但不否认某些分子动能减小，故答案选D。

[完美答案] D分子动能与温度的关系温度是分子热运动的平均动能的标志。

温度是0 ℃，物体中分子热运动的平均动能并非为零，因为分子无规则运动不会停止；温度降低时分子热运动的平均动能减小，但并非每个分子动能都减小；物体温度升高时，分子热运动的平均动能增大，分子热运动的平均速率增大，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多。

[变式训练1]关于分子动能，下列说法正确的是()A．某种物体的温度是0 ℃，说明物体中分子热运动的平均动能为零B．物体温度升高时，每个分子的动能都增大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，则物体的温度越高答案 C解析某种物体温度是0 ℃，物体中分子热运动的平均动能并不为零，因为分子在永不停息地运动，从微观上讲，分子运动快慢是有差别的，各个分子运动的快慢无法跟踪测量，而温度的概念是建立在统计规律的基础上的，在一定温度下，分子速率大小按一定的统计规律分布，当温度升高时，分子热运动激烈，分子热运动的平均动能增大，但并不是所有分子的动能都增大；物体的运动速度越大，说明物体的动能越大，这并不能代表物体内部分子的热运动，则物体的温度不一定高，故C正确。

课堂任务对分子势能的理解1．分子势能与分子间距离有关分子势能的大小随分子间距离的变化规律，在平衡位置(r＝r0)两侧是有所不同的：(1)当r>r0时，分子力表现为引力，随着r的增加，需不断克服分子引力做功，分子势能增大；(2)当r<r0时，分子力表现为斥力，随着r的减小，需不断克服分子斥力做功，分子势能增大；(3)当r＝r0时，分子力为零，分子势能为最小值。

分子势能随分子间距离的变化类似于弹簧，弹簧在原长的基础上无论拉伸还是压缩，势能都会增大。

分子势能曲线如图所示，规定：无穷远(r→∞)处，分子势能为零。

从曲线上可看出，当r<r0时，曲线比较陡，这是因为分子间的斥力随分子间距离的减小而增加得很快，分子势能的增加也就很快；当r>r0时，曲线比较缓，这是因为分子间的引力随分子间距离的增大而变化得慢，分子势能的增加也就慢。

2．分子势能与物体的体积有关物体的体积发生变化时，分子间的相对位置也发生变化，因而分子势能也随着发生变化。

由于物体分子间距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。

(1)分子力做功是分子势能变化的唯一原因。

(2)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、电势能、还是分子势能，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。

(3)分子势能最小与分子势能为零绝不是一回事，分子势能的正、负代表大小，如E p＝－10 J小于E p＝5 J。

例2甲、乙两分子相距较远(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，关于分子势能的变化情况，下列说法正确的是()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[规范解答]此题可以从分子力做功的角度进行分析，也可以由分子势能与分子间距离的关系的图线进行分析。

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r0时，分子力表现为引力；当分子间距离小于r0时，分子力表现为斥力；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，当乙从较远处向甲逐渐靠近的过程中，分子力先是对乙做正功，而由做功与分子势能变化的关系知道，分子力做正功，分子势能减小；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知道，分子力做负功，分子势能增加，因此在乙逐渐向甲靠近的过程中，分子势能是先减小后增大。

答案为D。

[完美答案] D分子势能图象问题的解题技巧首先要明确分子势能、分子力与分子间距离关系图象中拐点意义的不同。

分子势能图象的最低点(最小值)对应的距离是分子平衡距离r0，而分子力图象的最低点(引力最大值)对应的距离大于r0；分子势能图象与r轴交点的距离小于r0，分子力图象与r轴交点表示平衡距离r0。

其次要把图象上的信息转化为分子间距离，再求解其他问题。

[变式训练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。

F>0为斥力，F<0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，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答案BC解析乙分子由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。

课堂任务物体的内能1．热能是内能通俗而不确切的说法，热量是物体在热传递过程中内能转移的多少。

2．物体温度升高，内能不一定增加；温度不变，内能可能改变；温度降低，内能可能增加。

3．内能是物体内部所有分子无规则运动的动能和势能的总和。

机械能是指整个物体发生机械运动时具有的能量。

一个物体可以同时具有内能和机械能。

例3下列说法正确的是()A．分子动能与分子势能的和叫做这个分子的内能B．物体的分子势能由物体的温度和体积决定C．物体的速度增大时，物体的内能增大D．物体的动能减小时，物体的温度可能增加[规范解答]内能是针对物体中所有分子，单个分子无内能可言，A错误；物体的分子势能由分子间距离决定，宏观上反映为由物体的体积决定，故B错误；物体的内能与物体做宏观的机械运动的速度无关，故C错误；物体的温度由分子的平均动能决定，与物体宏观运动的动能无关，因此D正确。

[完美答案] D1．分子热运动的(平均)动能、分子势能、物体的内能2．内能和机械能的区别和联系[变式训练3－1]下列说法中正确的是()A．温度低的物体内能小B．温度低的物体分子热运动的平均速率小C．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D．物体的体积改变，内能不一定改变答案 D解析内能是物体内所有分子的动能和势能的总和，温度低只表示物体分子平均动能小，而不表示分子势能一定也小，也就是所有分子的动能和势能的总和不一定也小，所以A错误；温度低的物体，分子热运动的平均动能小，但不同物质的分子质量一般不同，而分子动能不仅与分子速率有关，也与分子质量有关，所以B错误；分子无规则运动的剧烈程度只与物体的温度有关，而与物体的宏观运动情况无关，故C错误；物体体积改变，分子势能改变，但内能不一定变，D 正确。

[变式训练3－2]下列说法中正确的是()A．机械能大的物体，其内能一定很大B ．物体的机械能损失时，内能却可以增加C ．物体的内能损失时，机械能必然减少D ．物体的分子动能总和为零时，机械能可以不为零答案 B解析 内能和机械能是两种不同形式的能量，两者并不存在必然联系。

只有在系统的能量转化形式只发生在机械能与内能之间时，机械能的损失才等于内能的增加，故A 、C 错误，B 正确；因为物质分子总在不停地做无规则热运动，故分子动能总和不可能为零，D 错误。

A 组：合格性水平训练1．(温度、分子动能)下列说法中正确的是( )A ．温度是分子平均动能的标志，物体的温度越高，则分子的平均动能越大B ．温度是分子平均动能的标志，物体的温度升高，则物体的每一个分子的动能都增大C ．某物体当其内能增大时，则该物体的温度一定升高D ．甲物体的温度比乙物体的温度高，则甲物体内分子的平均速率比乙物体内分子的平均速率大答案 A解析 温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增大，有的分子动能可能减小，A 正确，B 错误；物体内能增大，也可能是分子势能增大，如果分子平均动能不变，这时温度不变，因而C 错误；由于甲、乙两物体的分子质量无法确定，故D 错误。