高中物理物体的内能

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1、分 子 运 动 论 基 本 观 点 :1、 物 质 是 由 大 量 分 子 组 成 的2、 分 子 在 永 不 停 息 地 做 无 规 则 运 动 (热 运 动 )3、 分 子 间 存 在 相 互 的 作 用 力 (分 子 力 ： 引 力 和 斥 力 ) 第 十 一 章 分 子 热 运 动 能 量 守 恒四 、 物 体 的 内 能 我们知道做机械运动的物体具有机械能，那么热现象发生过程中，也有相应的能量变化。另一方面，我们又知道热现象是大量分子做无规律热运动产生的。那么热运动的能量与大量的无规律运动有什么关系呢？这是今天学习的问题。 分子运动分子平均动能分子运动无规则存在分子动能分 子 的 动

2、 能分子做无规则运动而具有的能量物体里所有分子动能的平均值 一 、 分 子 的 动 能1 分 子 动 能 ： 组 成 物 体 的 分 子 由 于 热 运 动 而 具 有 的能 叫 做 分 子 动 能 大 量 分 子 的 运 动 速 率 不 尽 相 同 ， 以 中 等 速 率者 占 多 数 在 研 究 热 现 象 时 ， 有 意 义 的 不 是 一 个分 子 的 动 能 ， 而 是 大 量 分 子 动 能 的 平 均 值 2 平 均 动 能 ： 物 体 里 所 有 分 子 动 能 的 平 均 值 叫 做 分子 热 运 动 的 平 均 动 能 温 度分 子 热 运 动 的 平 均 动 能 大 小

3、与 什 么 量 有 关 ？ 点击下图观看动画演示温度与分子动能的关系 温 度 （ 1） 宏 观 含 义 ： 温 度 是 表 示 物 体 的 冷 热 程 度 （ 2） 微 观 含 义 （ 即 从 分 子 动 理 论 的 观 点 来 看 ） ：温 度 是 物 体 分 子 热 运 动 的 ， 温 度越 高 ， 物 体 分 子 热 运 动 的 平 均 动 能 越 大 温 度分 子 总 动 能 从 微 观 上 看 与 分 子 的 个 数 和 平 均 动 能 有 关分 子 总 动 能 从 宏 观 上 看 与 物 体 的 质 量 ， 摩 尔 质 量和 温 度 有 关 。 分子平均速率分子的平均动能分子总动能

4、不 同 分 子 、 不 同 质 量 的 物 体 ， 只 要 处 于 同 一 温 度 ，则 它 们 的 分 子 平 均 动 能 就 相 同 ； 但 分 子 运 动 的 平 均速 率 不 同 分 子 间 存 在 相 互 的 作 用 力 (分 子 力 ： 引 力 和 斥 力 )地 面 上 的 物 体 ,由 于 与 地 球 相 互 作 用 重 力 势 能发 生 弹 性 形 变 的 弹 簧 , 相 互 作 用 弹 性 势 能分 子 间 相 互 作 用 分 子 势 能分 子 势 能 :分 子 间 存 在 着 相 互 作 用 力 ， 因 此 分 子 间 所 具 有 的 由它 们 的 相 对 位 置 所 决

5、定 的 能 . 地 面 上 的 物 体 ,由 于 与 地 球 相 互 作 用 重 力 势 能发 生 弹 性 形 变 的 弹 簧 , 相 互 作 用 弹 性 势 能分 子 间 相 互 作 用 分 子 势 能 弹 性 势 能 的变 化 与 弹 力做 功 有 关重 力 势 能 的变 化 与 重 力做 功 有 关分 子 势 能 的变 化 与 分 子力 做 功 有 关 1 分 子 势 能 ： 由 于 分 子 间 存 在 相 互 作 用 力 ， 并 由它 们 的 相 对 位 置 决 定 的 能 叫 做 分 子 势 能 2 分 子 力 做 功 跟 分 子 势 能 变 化 的 关 系 分 子 力 做 正 功

6、时 ， 分 子 势 能 减 少 ， 分 子 力 做负 功 时 ， 分 子 势 能 增 加 如 果 分 子 间 距 离 约 为 10-10m数量 级 时 ， 分 子 的 作 用 力 的 合 力为 零 ， 此 距 离 为 r0。 当 分 子 距 离 小 于 r0时 ， 分 子 间 的作 用 力 表 现 为 斥 力 ， 要 减 小 分 子间 的 距 离 必 须 克 服 斥 力 做 功 ， 因此 ， 分 子 势 能 随 分 子 间 距 离 的 减小 而 增 大 。 如 果 分 子 间 距 离 大 于 r 0时 ， 分子 间 的 相 互 作 用 表 现 为 引 力 ，要 增 大 分 子 间 的 距 离

7、必 须 克 服引 力 做 功 ， 因 此 ， 分 子 势 能 随分 子 间 的 距 离 增 大 而 增 大 结 论 ： 分 子 间 距 离 以 r0为 数 值 基 准 ， r不 论 减 小 或 增 大 ， 分 子 势 能 都 增大 。 所 以 说 ， 分 子 在 平 衡 位 置 处 是 分 子 势 能 最 低 点 rr = r0 EpEp Ep最 小 分 子 力 随 分 子 间 距 的 变 化 图 结 论 ： 分 子 间 距 离 以 r0为 数 值 基 准 ， r不 论 减 小 或 增 大 ， 分 子 势 能 都 增大 。 所 以 说 ， 分 子 在 平 衡 位 置 处 是 分 子 势 能 最

8、 低 点 取 分 子 间 距 离 是 无 限远 时 分 子 势 能 为 零 值 分 子 间 距 离 从 无 限 远 逐 渐 减 少 至 r0以 前 过 程 ， 分 子 间 的 作 用 力表 现 为 引 力 ， 而 且 距 离 减 少 ， 分 子 引 力 做 正 功 ， 分 子 势 能 不 断减 小 ， 其 数 值 将 比 零 还 小 为 负 值 。分 子 间 距 离 到 达 r0以 后 再 减 小 ， 分 子 作 用 力 表 现 为 斥 力 ， 在 分子 间 距 离 减 小 过 程 中 ， 克 服 斥 力 做 功 ， 使 分 子 势 能 增 大 。 其 数值 将 从 负 值 逐 渐 变 大 至

9、 零 ， 甚 至 为 正 值 。 取 分 子 间 距 离 是 无 限 远 时 分 子 势 能 为 零 值r 3 决 定 分 子 势 能 的 因 素 （ 1 ） 从 宏 观 上 看 ： 分 子 势 能 跟 物 体 的 体 积 有 关 （ 2 ） 从 微 观 上 看 ： 分 子 势 能 跟 分 子 间 距 离 r 有 关 1、 一 般 选 取 两 分 子 间 距 离 很 大 （ r 10r0 ） 时 ， 分 子 势 能 为 零 2、 在 r r0的 条 件 下 ， 分 子 力 为 引 力 ， 当 两 分 子 逐 渐 靠 近 至 r0过 程中 ， 分 子 力 做 正 功 ， 分 子 势 能 减 小

10、3、 在 r r 0的 条 件 下 ， 分 子 力 为 斥 力 ， 当 两 分 子 间 距 离 增 大 至 r0过程 中 ， 分 子 力 也 做 正 功 ， 分 子 势 能 也 减 小 当 两 分 子 间 距 离 r r0时 ， 分 子 势 能 最 小 三 、 物 体 的 内 能1 物 体 的 内 能 ： 物 体 中 所 有 分 子 做 热 运 动 的 动 能 和 分 子 势 能的 总 和 叫 做 物 体 的 内 能 也 叫 做 物 体 的 热 力 学 能 2 任 何 物 体 都 具 有 内 能 因 为 一 切 物 体 都 是 由 不 停 地 做 无 规则 热 运 动 并 且 相 互 作 用

11、着 的 分 子 所 组 成 3 决 定 物 体 内 能 的 因 素 （ 1） 从 宏 观 上 看 ： 物 体 内 能 的 大 小 由 物 体 的 摩 尔 数 、 温 度和 体 积 三 个 因 素 决 定 （ 2） 从 微 观 上 看 ： 物 体 内 能 的 大 小 由 组 成 物 体 的 分 子 总 数 ，分 子 热 运 动 的 平 均 动 能 和 分 子 间 的 距 离 三 个 因 素 决 定 1 能 量 的 形 式 不 同 物 体 的 内 能 和 物 体 的 机 械 能 分 别 跟两 种 不 同 的 运 动 形 式 相 对 应 ， 内 能 是 由 于 组 成 物 体 的 大 量分 子 的

12、热 运 动 及 分 子 间 的 相 对 位 置 而 使 物 体 具 有 的 能 而机 械 能 是 由 于 整 个 物 体 的 机 械 运 动 及 其 与 它 物 体 间 相 对 位置 而 使 物 体 具 有 的 能 2 决 定 能 量 的 因 素 不 同 内 能 只 与 物 体 的 温 度 和 体 积 有关 ， 而 与 整 个 物 体 的 运 动 速 度 路 物 体 的 相 对 位 置 无 关 机械 能 只 与 物 体 的 运 动 速 度 和 跟 其 他 物 体 的 相 对 位 置 有 关 ，与 物 体 的 温 度 体 积 无 关 3 一 个 具 有 机 械 能 的 物 体 ， 同 时 也 具

13、 有 内 能 ； 一 个 具 有内 能 的 物 体 不 一 定 具 有 机 械 能 四 、 物 体 的 内 能 跟 机 械 能 的 区 别 物 体 的 内 能分子因热运动而具有的能量同温度下各分子的分子动能K 不同分子动能的平均值仅和温度有关分子动能分子间因有相互作用力而具有的、由它们相对位置决定的能量 r r0时,rP;0时,rP。0时，P最低 P随物态的变化而变化分子势能物体内所有分子的K 和P 总和物体的内能与温度和体积有关物体内能 例 题 ： 有 甲 、 乙 两 种 气 体 ， 如 果 甲 气 体 内 分 子 平 均 速率 比 乙 气 体 内 平 均 速 率 大 ， 则 （ ） A 甲

14、 气 体 温 度 一 定 高 于 乙 气 体 的 温 度 B 甲 气 体 温 度 一 定 低 于 乙 气 体 的 温 度 C 甲 气 体 的 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 的 快 解 析 ： A认 为 气 体 分 子 平 均 速 率 大 ， 温 度 就 高 ， 这 是 对 气体 温 度 的 微 观 本 质 的 错 误 认 识 ， 气 体 温 度 是 气 体 分子 平 均 动 能 的 标 志 ， 而 分 子 的 平 均 动 能 不 仅 与 分 子的 平 均 速 率 有 关 ，

15、 还 与 分 子 的 质 量 有 关 本 题 涉 及 两 种 不 同 气 体 （ 即 分 子 质 量 不 同 ） ， 它 们的 分 子 质 量 无 法 比 较 因 而 无 法 比 较 两 种 气 体 温 度的 高 低 故 A、 B错 ， C正 确 ， 速 率 的 平 均 值 大 ， 并不 一 定 每 个 分 子 速 率 都 大 ， 故 D错 所 以 ， 正 确 选 项 是 C 例 1： 一 定 质 量 的 的 冰 熔 解 成 的 水 ， 其 总 的 分子 动 能 EK ， 分 子 势 能 EP ， 以 及 内 能 E的 变 化 是 （ ） A EK 、 EP 、 E均 变 大 B EK 、 E

16、P 、 E均 变 小 C EK不 变 、 EP 变 大 、 E变 大 D EK不 变 、 EP 变 小 、 E变 小C0 C0例 2： 下 列 说 法 正 确 的 有 （ ） A 某 气 体 的 温 度 是 ， 则 该 气 体 中 每 一 个 分 子 的温 度 也 是 B 运 动 快 的 分 子 温 度 较 高 ， 运 动 慢 的 分 子 温 度 较 低 C 如 果 一 摩 尔 物 质 的 内 能 为 E， 则 每 个 分 子 的 内 能 为 E/N A（ NA为 阿 伏 伽 德 罗 常 数 ） D 以 上 说 法 均 不 对 C0C0 CD 例 3： 质 量 相 同 的 氢 气 和 氧 气

17、， 温 度 相 同 ， 下 列 说 法 正 确的 是 （ ） A 每 个 氧 分 子 的 动 能 都 比 每 个 氢 分 子 的 动 能 大 B 每 个 氢 分 子 的 速 率 都 比 每 个 氧 分 子 的 速 率 大 C 两 种 气 体 分 子 平 均 动 能 一 定 相 等 D 两 种 气 体 分 子 的 平 均 速 率 一 定 相 等例4：有两个分子，用r表示它们之间的距离，当 r =r0时，两分子间的斥力和引力相等，使两分子从相距很远处（r r0 ）逐渐靠近，直至不能靠近为止（r r0 ）在整个过程中两分子间相互作用的势能（ ） A一直增加 B一直减小 C先增加后减小 D先减小后增加

18、C D 例 5： 若 已 知 分 子 势 能 增 大 ， 则 在 这 个 过 程 中（ ） A 一 定 克 服 分 子 力 做 功 B 分 子 力 一 定 减 小 C 分 子 间 距 离 的 变 化 情 况 无 法 确 定 D 以 上 说 法 都 不 正 确A C 例 6： 用 力 拉 着 铁 块 在 水 平 面 上 运 动 ， 铁 块 内能 和 机 械 能 有 没 有 变 化 ？ 【解析】当地面光滑时，铁块由受到外力后将做加速运动，速度越来越大，但势能保持不变，所以铁块的机械能增加，增加的机械能等于外力对它所做的功由于运动过程中，铁块所含的分子数，分子无规则运动的平均动能和分子势能都不变化，

19、因而铁块内能不变 当地面不光滑时，铁块运动中时刻受摩擦力的作用，若所受外力等于地面摩擦力，铁块将匀速运动，机械能不变若所受外力大于地面的摩擦力，铁块做加速运动，克服摩擦做功将机械能转变为内能，其中一部分使铁块温度升高，分子的平均动能增大，铁块的机械能和内能都增加 小 结 ：1、 物 体 的 内 能 是 组 成 物 体 的 所 有 分 子 做 热 运动 的 动 能 和 分 子 势 能 的 总 和 2、 温 度 是 物 体 分 子 热 运 动 平 均 动 能 的 标 志 3、 决 定 物 体 内 能 的 因 素 （ 1） 从 宏 观 上 看 ： 物 体 内 能 的 大 小 由 物 体 的三 个 因 素 决 定 （ 2） 从 微 观 上 看 ： 物 体 内 能 的 大 小 由 组 成 物 体 的三 个 因 素 决 定 （ 1） 从 宏 观 上 看 ： 物 体 内 能 的 大 小 由 物 体 的三 个 因 素 决 定 （ 2） 从 微 观 上 看 ： 物 体 内 能 的 大 小 由 组 成 物 体 的三 个 因 素决 定 物 体 内 能 是 可 以 被 改 变 的 ！通 过 什 么 途 径 可 以 改 变 物 体 内 能 ？