(新)高中物理第七章分子动理论第5节内能导学案新人教版选修3-31

5 内能

别内能与机械能。

2011年11月1日5时58分，神舟八号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空，11月3日又与天宫一号成功对接，这一喜讯激励了国人，震撼了世界。如图所示是火箭发射离地的过程，火箭加速上升的过程中，速度逐渐增大，高度逐渐升高。有的同学说，由于火箭速度增大，所以组成火箭的每个分子动能也在增大；火箭升高具有较大的势能，因此分子也具有较大的势能。这种说法对吗？

提示：不对。因为分子动能与分子势能跟火箭的机械运动情况无关。

一、分子动能

1．定义：做________的分子所具有的动能叫分子动能。

2．分子的平均动能

(1)定义：物体内所有分子的动能的________叫做分子的平均动能。

(2)决定因素：______是物体分子热运动平均动能的标志。

思考1：同一温度下，不同物质(如：空气、水、铁块、木头等)平均动能都相同吗？平均速率呢？

二、分子势能

1．定义：由于分子间存在着______力，因此分子组成的系统也存在着由分子间的__________决定的势能，这种势能叫做分子势能。

2．决定因素

(1)微观上：分子势能的大小由分子间__________决定。

(2)宏观上：分子势能的大小与物体的______有关。

3．变化规律

(1)当分子间距离r＞r0时，分子间的作用力表现为引力，分子间距离增大时，分子力做____功，因此分子势能随分子间距离的增大而______。

(2)当分子间距离r＜r0时，分子间的作用力表现为斥力，分子间距离减小时，分子力做____功，因此分子势能随分子间距离的减小而______。

思考2：当物体的体积增大时，分子势能一定增大吗？

三、内能

1．定义：物体中所有分子的热运动______与__________的总和，叫做物体的内能。

2．特点：组成任何物体的分子都在做着无规则的热运动，所以______物体都具有内能。

3．决定因素

(1)微观因素：物体内能的大小由组成物体的______个数、分子热运动的__________和分子间的______三个因素决定。

(2)宏观因素：物体内能的大小由物体所含物质的多少即__________、______和______三个因素决定。

思考3：物体运动越来越快，其内能是否发生变化？

答案：一、1.热运动

2．(1)平均值(2)温度

思考1

提示：平均动能相同，平均速率不一定相同。

二、1.分子相互位置

2．(1)相互位置(2)体积

3．(1)负增大

(2)负增大

思考2

提示：不一定。例如相同质量的0 ℃的水与0 ℃的冰，冰的体积增大，但水的分子势能大于冰的分子势能。

三、1.动能分子势能

2．任何

3．(1)分子平均动能距离

(2)物质的量温度体积

思考3

提示：物体的内能指的是物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和，物体运动越来越快对应的是机械能，两者本质不同，可在一定条件下相互转化，故物体运动越来越快，其内能有可能变化，也有可能不变。

一、对分子动能的理解

1．单个分子的动能

(1)物体由大量分子组成，每个分子都有分子动能且不为零。

(2)分子在永不停息地做无规则热运动，每个分子动能大小不同并且时刻在变化。

(3)热现象是大量分子无规则运动的统计结果，个别分子动能没有实际意义。

2．分子的平均动能

分子的平均动能是所有分子动能的平均值。温度是分子平均动能的标志，这是温度的微观含义。宏观上物体的冷热程度是微观上大量分子热运动的集体表现。温度越高，分子热运动的平均动能就越大。温度不反映单个分子的特性，两个物体只要温度相同，它们的分子平均动能就相同，但是它们单个分子动能不一定相同，温度高的物体内部也存在着动能很小的分子；物质种类不同的物体，如果温度相同，它们分子的平均动能就相同，但它们的平均速率不同，因为分子质量不同。

3．分子的总动能

物体内分子运动的总动能是所有分子热运动的动能总和。它等于分子的平均动能与分子数的乘积，即它与物体的温度和所含的分子数目有关。

(1)温度是分子平均动能的“标志”或者“量度”，温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对应，与单个分子的动能没有关系。

(2)温度高的物体，分子的平均速率不一定大，还与分子质量有关。

二、分子势能跟分子间距离的关系

分子势能的大小与分子间的距离有关，宏观上与物体的体积有关。分子势能的变化与分

子间的距离发生变化时分子力做功情况有关。

1．当分子间的距离r>r0时(此时类似于被拉伸的弹簧)，分子间的作用力表现为引力，分子间的距离增大时，克服分子力做功，因此分子势能随分子间距离的增大而增大。

2．当分子间的距离r

3．当r＝r0时(此时相当于弹簧处于自由伸长状态)，分子势能最小。分子势能变化曲线如图所示(规定无限远处分子势能为0)。

由于物体分子间距离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

(1)当r＝r0时，分子势能最小，但分子势能最小与分子势能为零不是一回事。分子势能的正负代表大于或小于零势能点分子势能，如E p＝－10 J，E p′＝0，E p

(2)分子势能的变化只与分子力做功有关。分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加。分子力做功的值等于分子势能的变化量。这与“重力(弹力或电场力)做的功等于重力(弹性或电)势能变化量的负值”是一样的。

三、对内能的理解

1．任何物体都具有内能，因为一切物体都是由永不停息地做无规则热运动且相互作用着的分子组成的。内能是对一个宏观物体而言的，不存在某个分子内能的说法。

2．内能的决定因素

物体的内能跟物体的温度和体积有关，温度发生变化，分子的平均动能发生变化；物体的体积发生变化，分子势能发生变化。还要注意，物体的内能还与物体所含的分子数有关，

(1)物体的内能跟物体的机械运动状态无关，但受物态变化的影响。

(2)物体的温度升高，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。

类型一温度与分子动能

【例1】当氢气和氧气温度相同时，下列说法中正确的是( )。