A.物体的内能

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高考总复习 一轮复习导学案 ·物理
第十四章 选修3－3
对物体内能的理解 物体的内能是一个宏观物理量，分子动能与分子势能是微观概念．从微观上说， 物体的内能是物体内所有分子的动能与所有分子的势能之和．从宏观上说，物体的 内能与物体的温度、物体的体积和物体内物质的量(即物体内所含的分子数)有关，特 别要注意物体的内能与物质的量有关的这个要素．物体的内能尽管是宏观量，但它 与其他形式的能(如机械能中的物体动能、物体势能)是毫不相干的．
名称
分子间的相互 作用力 F
随分子间距的变化 情况的关系图象
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第十四章 选修3－3
分子势能 Ep
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第十四章 选修3－3
项目
名称
分子间的相互 作用力 F
分子势能 Ep
F 引和 F 斥都随距离的增大而减小，随 r 增大，斥力做正功，分子势
r<r0
距离的减小而增大，F 引<F 斥，F 表现 能减少，r 减小，斥力做负功，
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第十四章 选修3－3
2. 分子热运动：一切物质的分子都在__永__不__停__息___地做无规则运动． (1) 扩散现象：相互接触的不同物质彼此进入对方的现象．温度__越__高____，扩散
越快，可在固体、液体、气体中进行． (2) 布朗运动：悬浮在液体(或气体)中的微粒的无规则运动，微粒__越__小____，温
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第十四章 选修3－3
第1讲 分子动理论 内能
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第十四章 选修3－3
基础梳理 1. 物体是由大量分子组成的． (1) 分子的大小：① 分子直径的数量级是__1_0_－_1_0__m．② 分子质量的数量级是 _1_0_－__26___kg. ③ 测量方法是_油__膜__法___． (2) 阿伏加德罗常数：1 mol 任何物质所含有的粒子数，NA＝_6_._0_2_×__1_0_2_3 _mol－1.
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第十四章 选修3－3
5. 温度和温标 (1) 意义 宏观上表示物体的___冷__热___程度．微观上是物体中分子_平__均__动__能____的标志．
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第十四章 选修3－3
(2) 两种温标 ① 摄氏温标 t：单位℃，在 1 个标准大气压下，水的__熔__点____作为 0 ℃，沸点 作为 100 ℃，在 0～100 ℃之间等分 100 份，每一份表示 1 ℃. ② 热力学温标 T：单位 K，把_－__2_7_3_.1_5_℃作为 0 K. ③ 就每一度表示的冷热差别来说，两种温度是相同的，即 ΔT＝Δt.只是零值的 起点不同，所以二者关系式为 T＝__t＋__2_7_3_._1_5__K. ④ 绝对零度(0K)：是低温__极__限____，只能接近不能达到，所以热力学温度无负 值．
(1) 吸入氧气的质量． (2) 吸入氧气的分子数． 【答案】 (1) 4 kg (2) N＝7×1025 个或 8×1025 个
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【解析】 (1) m＝ρV V＝Tt n0V0η 解得 m＝4 kg (2) N＝MmNA 解得 N＝7×1025 个或 8×1025 个
度__越__高____，布朗运动越显著．
3. 分子力 分子间同时存在引力和斥力，且都随分子间距离的增大而__减__小____，随分子间 距离的减小而__增__大____，但总是斥力变化得___快_____．
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第十四章 选修3－3
4. 热平衡定律 (1) 在物理学中，通常把所研究的对象称为__系__统____，为了描述系统的状态需要 用到一些物理量，这些描述系统状态的物理量就叫做系统的_状__态__参__量___．
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第十四章 选修3－3
1. 对于温度微观意义(即温度是物体分子热运动的平均动能的标志)的理解，要注 意以下几个方面：
(1) 研究一个分子热运动的动能是没有意义的，因为它的动能在毫无规则地变化 着，我们无法把握，也无需把握，因而一个分子的热运动代表不了温度．
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第十四章 选修3－3
典题演示 4 如图甲所示是氧气在 0℃和 100℃两种不同情况下，各速率区间的
分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系．由图可知( AC )
A. 100℃的氧气，速率大的分子比例较多 B. 具有最大比例的速率区间，0℃时对应的速率大 C. 温度越高，分子的平均速率越大 D. 在 0℃时，部分分子速率比较大，说明内部有温度较高的区域
A. 在 r＞r0 阶段，F 做正功，分子动能增加，势能减小 B. 在 r＜r0 阶段，F 做负功，分子动能减小，势能也减小 C. 在 r＝r0 时，分子势能最小，动能最大 D. 分子间的斥力和引力随 r 增大而减小，在 r＞r0 阶段，斥力比引力减小得快一 些，分子间的作用力表现为引力
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第十四章 选修3－3
典题演示 2 关于扩散现象和布朗运动，下列说法中正确的是( AC )
A. 温度越高，扩散现象和布朗运动都越剧烈
B. 布朗运动是液体分子的无规则运动
C. 布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡引起的
D. 液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的 【解析】 根据分子动理论，温度越高，扩散现象和布朗运动都越剧烈，故 A 正
确；布朗运动是悬浮颗粒的无规则运动，不是液体分子的运动，选项 B 错误；布朗 运动是由于液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用不平衡引起的，选项 C 正确；
液体中的扩散现象不是由于液体的对流形成的，是液体分子无规则运动产生的，故 D
错误．
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项目
分子力与分子势能的比较
为斥力源自文库
分子势能增加
F 引和 F 斥都随距离的增大而减小，随 r 增大，引力做负功，分子势
r>r0
距离的减小而增大，F 引>F 斥，F 表现 能增加，r 减小，引力做正功，
为引力
分子势能减少
r＝r0
F 引＝F 斥，F＝0
r>10r0(10－9 m)
F 引和 F 斥都已十分微弱，可以认为分 子间没有相互作用力
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第十四章 选修3－3
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第十四章 选修3－3
布朗运动与扩散现象的区别 1. 产生的条件 布朗运动：悬浮在液体中的足够小的微粒． 扩散现象：相互接触的两种物质，在气体、液体和固体中都能发生． 2. 影响快慢的因素 布朗运动：微粒的大小和温度的高低． 扩散现象：温度的高低和物体的状态．
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第十四章 选修3－3
【解析】 由图象可知随着温度的升高，速率大的分子比例变多，A 正确；具有 最大比例的速率区间，100℃时对应的速率大，B 错误；温度越高，分子的平均动能 变大，氧气分子的质量是常量，则分子的平均速率将变大，C 正确；分子的速率分布 遵循统计规律，只分析部分分子无意义，D 错误．
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第十四章 选修3－3
6. 内能 (1) 分子平均动能：所有分子动能的_平__均__值___．__温__度____是分子平均动能的标志． (2) 分 子 势 能 ： 由 分 子 间 _相__对__位__置___ 决 定 的 能 ， 在 宏 观 上 分 子 势 能 与 物 体 __体__积____有关，在微观上与分子间的__距___离___有关．
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第十四章 选修3－3
【解析】 由图象可知 r0 是分子的平衡距离，当 r 大于平衡距离时，分子力表现 为引力，F 做正功，分子动能增加，势能减小，故 A 正确；当 r 小于 r0 时，分子间 的作用力表现为斥力，F 做负功，分子动能减小，势能增加，故 B 错误；分子动能 和势能之和在整个过程中不变，当 r 等于 r0 时，分子势能最小，动能最大，故 C 正 确；分子间同时存在斥力和引力，在 r＞r0 阶段，当分子间的距离增大时，分子间的 引力和斥力均减小，但斥力减小得更快，所以分子间的作用力表现为引力，故 D 正 确．
分子势能最小，但不为零 分子势能为零
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第十四章 选修3－3
典题演示 3 (2017·金陵中学)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，若两分子相距无限远时分子势能为零，下列说法中错 误的是( B )
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3. 微观解释 布朗运动：微粒在液体分子撞击下的无规则运动． 扩散现象：分子的无规则运动． 4. 与分子运动的关系 布朗运动：间接证明了液体分子的无规则运动． 扩散现象：直接证明了分子的无规则运动．
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第十四章 选修3－3
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两气体分子之间的平均间距 d＝3 V. 3. 物质所含的分子数
N＝nNA＝MmANA＝VVANA＝ρmVANA.
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第十四章 选修3－3
典题演示 1 (2017·连云港、宿迁、徐州三模)成年人在正常状态下 1 分钟呼吸 18 次，每次吸入的空气约为 500 mL，空气中氧气的含量约为 21%，氧气的密度约为 1.4 kg/m3、摩尔质量为 3.2×10－2 kg/mol，阿伏加德罗常数 NA 取 6.0×1023 mol－1. 求 一个成年人在一昼夜的时间内：(结果均保留一位有效数字)
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2. 分子的大小
第十四章 选修3－3
关于计算分子大小的两种物理模型：
(1) 对于固体和液体，分子间距离比较小，可以认为分子是一个个紧挨着的，设
3 分子体积为 V，则分子直径 d＝
6πV(球体模型)，d＝3 V(立方体模型)．
(2) 对于气体，分子间距离比较大，处理方法是建立立方体模型，从而可计算出
(2) 温度代表着大量分子热运动的平均动能，但这并不意味着温度高每个分子热 运动的动能都会大．关于气体的内能，通常情况下气体分子间的势能可以不计，即 在通常情况下气体的内能与气体的体积无关．
(3) 特别要注意同一温度下，不同物质分子的平均动能都相同，但由于不同物质 的分子质量不尽相同，所以分子运动的平均速率不尽相同．
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第十四章 选修3－3
用统计规律法理解温度的概念 对微观世界的理解离不开统计的观点．单个分子的运动是不规则的，但大量分 子的运动是有规律的，如对大量气体分子来说，朝各个方向运动的分子数目相等， 且分子的速率按照一定的规律分布．宏观物理量与微观物理量的统计平均值是相联 系的，如温度是分子热运动平均动能的标志．但要注意统计规律的适用对象是大量 的微观粒子，若对“单个分子”谈温度是毫无意义的．
(3) 物体的内能 ① 内能：物体中所有分子的_热__运__动__的__动__能___与_分__子__势__能___的总和． ② 决定因素：__温__度____、__体__积____及物质的总量．
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第十四章 选修3－3
阿伏加德罗常数的应用 1. 阿伏加德罗常数把摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量与分子质量、分子大 小等微观物理量联系起来．例如，如果知道了某物质的摩尔质量 MA 和摩尔体积 VA， 则可求得 (1) 分子的质量 m0＝MNAA＝ρNVAA. (2) 分子的体积 V0＝NVAA＝ρMNAA.
(2) 在没有外界影响的情况下，经过足够长的时间，系统中各部分的状态参量会 达到稳定，这种情况下我们就说系统达到了_平__衡__态___，否则就是非__平__衡__态__．
(3) 热平衡定律：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统 彼此之间也必定处于__热__平__衡__．
(4) 处于热平衡的系统之间有一“共同性质”，即__温__度____．