高中物理 第1章 用統(tǒng)計(jì)思想研究分子運(yùn)動(dòng) 1_6 物體的內(nèi)能教師用書 滬科版選修3-3

16物體的內(nèi)能學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道分子間相互作用力的特點(diǎn)及變化規(guī)律(重點(diǎn))2.知道分子勢(shì)能隨分子間距離的變化關(guān)系及影響因素(重點(diǎn)、難點(diǎn))3.理解內(nèi)能的概念，掌握影響內(nèi)能的因素(重點(diǎn))分子力 1分子間同時(shí)存在著相互作用的引力和斥力它們的大小都跟分子之間的距離有關(guān)2分子間作用力與分子距離的關(guān)系分子間的引力和斥力都隨分子間距離r的增大而減小，隨分子間距離的減小而增大但斥力比引力變化得快3平衡位置引力和斥力大小相等時(shí)，兩分子間距離為r0，r0的數(shù)量級(jí)約為1010 m.4分子動(dòng)理論一個(gè)宏觀的熱學(xué)系統(tǒng)是由大量分子組成的；分子永不停息地做著無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)；分子之間同時(shí)存在著引力和斥力1當(dāng)分子間距為r0時(shí)，它們之間既無(wú)引力也無(wú)斥力()2當(dāng)物體被壓縮時(shí)，分子間的引力增大，斥力減小()3當(dāng)分子間的距離大于10r0時(shí)，分子力可忽略不計(jì)()當(dāng)壓縮物體時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力，物體反抗被壓縮，這時(shí)候分子間還有引力嗎？【提示】分子間同時(shí)存在分子引力和分子斥力，當(dāng)物體被壓縮時(shí)，分子斥力大于分子引力，分子力表現(xiàn)為斥力，分子間的引力仍然存在1分子力：在任何情況下，分子間總是同時(shí)存在著引力和斥力，而實(shí)際表現(xiàn)出來(lái)的分子力是分子引力和斥力的合力2分子力與分子間距離變化的關(guān)系：(1)平衡位置：分子間距離rr0時(shí)，引力與斥力大小相等，分子力為零平衡位置即分子間距離等于r0(數(shù)量級(jí)為1010 m)的位置(2)分子間的引力和斥力隨分子間距離r的變化關(guān)系：分子間的引力和斥力都隨分子間距離r的增大而減小，但斥力減小得更快(3)分子力與分子間距離變化的關(guān)系及分子力模型.分子力F隨分子間距離r的變化關(guān)系圖像分子間距離分子力分子力模型rr0零r<r0表現(xiàn)為斥力，且分子力隨分子間距的增大而減小r>r0表現(xiàn)為引力，且分子力隨分子間距的增大，先增大后減小1下列現(xiàn)象不能說(shuō)明分子之間有相互作用力的是()A一般固體難于拉伸，說(shuō)明分子間有引力B一般液體易于流動(dòng)和變成小液滴，說(shuō)明液體分子間有斥力C用打氣筒自己給車胎打氣，越打越費(fèi)力，說(shuō)明只有經(jīng)過(guò)壓縮的氣體分子間才有斥力D高壓密閉的鋼筒中的油沿筒壁溢出，這是鋼分子對(duì)油分子的斥力E兩塊鐵經(jīng)過(guò)高溫加壓會(huì)連成一整塊，這說(shuō)明鐵分子間有吸引力【解析】固體難于拉伸，是分子間引力的表現(xiàn)，故A對(duì)；B中液體的流動(dòng)性不能用引力、斥力來(lái)說(shuō)明，它的原因是化學(xué)鍵的作用；C中是氣體壓強(qiáng)的作用；D中說(shuō)明鋼分子間有空隙，油從筒中溢出，是外力作用的結(jié)果，而不是鋼分子對(duì)油分子的斥力所致；高溫下鐵分子運(yùn)動(dòng)非常激烈，兩鐵塊上的鐵分子間距很容易充分接近到分子力起作用的距離內(nèi)，所以兩塊鐵經(jīng)過(guò)高溫加壓將很容易連成一整塊，E正確【答案】BCD2關(guān)于分子力，正確的說(shuō)法是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：35500010】A分子間的相互作用力是萬(wàn)有引力的表現(xiàn)B分子間的作用力是由分子內(nèi)帶電粒子相互作用和運(yùn)動(dòng)所引起的C當(dāng)分子間距離r>r0時(shí)，隨著r的增大，分子間斥力和引力都減小，但斥力減小的更快，合力表現(xiàn)為引力D當(dāng)分子間距離大于10倍的r0時(shí)，分子間的作用力幾乎等于零E當(dāng)分子間的距離為r0時(shí)，它們之間既沒(méi)有引力，也沒(méi)有斥力【解析】分子力是由于分子內(nèi)帶電粒子的相互作用和運(yùn)動(dòng)而引起的，由于分子的質(zhì)量非常小，分子間的萬(wàn)有引力忽略不計(jì)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；分子間同時(shí)存在著相互作用的斥力和引力，且斥力和引力都隨著分子間距離的增大而減小，且分子力為短程力，當(dāng)分子間距離r>r0時(shí)，分子間相互作用的斥力小于引力，分子力表現(xiàn)為引力，選項(xiàng)C、D正確；分子間同時(shí)存在著相互作用的引力和斥力，當(dāng)兩個(gè)分子間距離為r0時(shí)， 每個(gè)分子受另一個(gè)分子的引力和斥力大小相等、方向相反、合力為零，而不是既無(wú)引力也無(wú)斥力，E錯(cuò)誤【答案】BCD3對(duì)下列現(xiàn)象的解釋正確的是()A兩塊鐵經(jīng)過(guò)高溫加壓將連成一整塊，這說(shuō)明鐵分子間有吸引力B一定質(zhì)量的氣體能充滿整個(gè)容器，這說(shuō)明在一般情況下，氣體分子間的作用力很微弱C電焊能把二塊金屬連接成一整塊是分子間的引力起作用D破碎的玻璃不能把它們拼接在一起是因?yàn)槠浞肿娱g斥力作用的結(jié)果E兩個(gè)相同的半球殼吻合接觸，中間抽成真空(馬德堡半球)，用力很難拉開(kāi)，這是分子間存在引力的宏觀表現(xiàn)【解析】高溫下鐵分子運(yùn)動(dòng)非常激烈，兩鐵塊上的鐵分子間距很容易充分接近到分子力起作用的距離內(nèi)，所以兩塊鐵經(jīng)過(guò)高溫加壓將很容易連成一整塊，電焊也是相同的原理，所以A、C項(xiàng)正確；通常情況下，氣體分子間的距離大約為分子直徑的10多倍，此種情況下分子力非常微弱，氣體分子可以無(wú)拘無(wú)束的運(yùn)動(dòng)，從而充滿整個(gè)容器，所以B項(xiàng)正確；玻璃斷面凹凸不平，即使用很大的力也不能使兩斷面間距均勻接近到分子引力作用的距離，所以碎玻璃不能接合，若把玻璃加熱，玻璃變軟，亦可重新接合，所以D項(xiàng)錯(cuò)誤；抽成真空的馬德堡半球很難分開(kāi)是大氣壓強(qiáng)作用的結(jié)果，E錯(cuò)；正確答案為A、B、C.【答案】ABC1當(dāng)拉伸物體時(shí)，組成物體的分子間的分子力表現(xiàn)為引力，以抗拒外界對(duì)它的拉伸2當(dāng)壓縮物體時(shí)，組成物體的分子間的分子力表現(xiàn)為斥力，以抗拒外界對(duì)它的壓縮3大量的分子能聚集在一起形成固體和液體，說(shuō)明分子間存在引力；固體有一定的形狀，液體有一定的體積，而固體、液體分子間有空隙，且沒(méi)有緊緊地吸在一起，說(shuō)明分子間還同時(shí)存在著斥力分子勢(shì)能 1定義在物理學(xué)中，把由分子間的相對(duì)位置決定的勢(shì)能，叫做分子勢(shì)能2分子勢(shì)能的決定因素(1)宏觀上：與物體的體積有關(guān)(2)微觀上：與分子間的距離有關(guān)若rr0，當(dāng)r增大時(shí)，分子勢(shì)能增加若rr0，當(dāng)r減小時(shí)，分子勢(shì)能增加若rr0，分子勢(shì)能最小1分子勢(shì)能與體積有關(guān)()2當(dāng)rr0時(shí)，分子勢(shì)能最小為0.()3分子勢(shì)能與重力勢(shì)能類似可以取負(fù)值()物體的體積增大時(shí)，其分子勢(shì)能一定增大嗎？【提示】不一定當(dāng)分子間距離r>r0時(shí)，分子間作用力表現(xiàn)為引力，物體的體積增大，分子間距離增大，分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增大；當(dāng)r<r0時(shí)，分子間作用力表現(xiàn)為斥力，物體的體積增大，分子間距離增大，分子力做正功，分子勢(shì)能減小1分子勢(shì)能與分子力做功的關(guān)系(1)分子力做正功，分子勢(shì)能減少，分子力做了多少正功，分子勢(shì)能就減少多少(2)分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加，克服分子力做了多少功，分子勢(shì)能就增加多少2分子勢(shì)能與分子間距的關(guān)系如圖161為分子間作用力F合和分子勢(shì)能Ep隨r變化的圖像可以看到：圖161(1)當(dāng)rr0時(shí)，F(xiàn)合0，Ep最小(若以分子間距無(wú)限遠(yuǎn)處為0勢(shì)能點(diǎn)，則此時(shí)Ep<0)(2)當(dāng)r>r0時(shí)，F(xiàn)合<0，即為引力，所以此時(shí)增大r，克服分子力做功，Ep增大(3)當(dāng)r<r0時(shí)，F(xiàn)合>0即為斥力，所以此時(shí)減小r，克服分子力做功，Ep增大3分子勢(shì)能與體積的關(guān)系分子勢(shì)能與體積有關(guān)，一般體積變化，勢(shì)能就變化(氣體除外)，但不能說(shuō)體積變大，勢(shì)能就變大4設(shè)rr0時(shí)分子間的作用力為零，則一個(gè)分子從遠(yuǎn)處以某一動(dòng)能向另一個(gè)固定的分子靠近的過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是()Arr0時(shí)，分子力做正功，動(dòng)能不斷增大，勢(shì)能減小Brr0時(shí)，動(dòng)能最大，勢(shì)能最小Crr0時(shí)，分子力做負(fù)功，動(dòng)能減小，勢(shì)能增大Dr>r0時(shí)，分子勢(shì)能是負(fù)的Er<r0時(shí)，分子勢(shì)能是正的【解析】當(dāng)兩個(gè)分子從遠(yuǎn)處開(kāi)始靠近的過(guò)程中，rr0時(shí)兩者之間是引力，引力對(duì)分子做正功，分子勢(shì)能減小，由動(dòng)能定理可知，分子動(dòng)能增大，故A項(xiàng)正確當(dāng)rr0時(shí)兩者之間是斥力，對(duì)分子做負(fù)功，分子勢(shì)能增大，由動(dòng)能定理可知，分子動(dòng)能減小，故C項(xiàng)正確由上兩種情況分析可知，當(dāng)rr0時(shí)，分子的動(dòng)能最大，分子勢(shì)能最小，B項(xiàng)正確因沒(méi)有說(shuō)明分子零勢(shì)能的位置，故D、E中的分子勢(shì)能正、負(fù)不好確定，D、E錯(cuò)誤【答案】ABC5如圖162為兩分子系統(tǒng)的勢(shì)能EP與兩分子間距離r的關(guān)系曲線，下列說(shuō)法正確的是()圖162A當(dāng)r>r1時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為引力B當(dāng)r<r1時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力C當(dāng)rr2時(shí)，分子間的作用力為零D在r由r1變到r2的過(guò)程中，分子間的作用力做負(fù)功E當(dāng)r<r1時(shí)，隨著r的減小，分子勢(shì)能增大，分子間相互作用的引力和斥力也增大【解析】當(dāng)rr2時(shí)，分子力為零，分子勢(shì)能最小，則當(dāng)r大于r2時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為引力，故A錯(cuò)誤，C正確；當(dāng)r1<r<r2時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力，故B正確；Ep在r由r1變到r2的過(guò)程中，分子力是斥力，則分子力做正功，故D錯(cuò)誤；當(dāng)r<r1時(shí)，隨著r的減小，分子勢(shì)能增大，分子間相互作用的引力和斥力也增大，E正確【答案】BCE分子勢(shì)能圖像問(wèn)題的解題技巧(1)首先要明確分子勢(shì)能、分子力與分子間距離關(guān)系圖像中拐點(diǎn)意義的不同分子勢(shì)能圖像的最低點(diǎn)(最小值)對(duì)應(yīng)的距離是分子平衡距離r0，而分子力圖像的最低點(diǎn)(引力最大值)對(duì)應(yīng)的距離大于r0.分子勢(shì)能圖像與r軸交點(diǎn)的距離小于r0，分子力圖像與r軸交點(diǎn)表示平衡距離r0.(2)其次要把圖像上的信息轉(zhuǎn)化為分子間距離，再求解其他問(wèn)題內(nèi)能 1定義物理學(xué)中，把系統(tǒng)內(nèi)所有分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，叫做系統(tǒng)的內(nèi)能(熱力學(xué)能)，用符號(hào)U表示2決定因素(1)微觀上：分子的多少、分子熱運(yùn)動(dòng)的速率、分子間相互作用(2)宏觀上：物體的質(zhì)量、溫度、體積1任何物體都具有內(nèi)能()2物體內(nèi)能只與溫度有關(guān)()3做功和熱傳遞改變內(nèi)能時(shí)，本質(zhì)是相同的()溫度升高，物體的內(nèi)能一定增大嗎？【提示】不一定溫度升高，物體內(nèi)分子的平均動(dòng)能增大而分子勢(shì)能與分子之間的距離有關(guān)，分子勢(shì)能變化情況不確定，而物體的內(nèi)能等于分子動(dòng)能和分子勢(shì)能之和，故溫度升高，物體的內(nèi)能不一定增大1內(nèi)能的決定因素(1)從宏觀上看：物體內(nèi)能的大小由物體的物質(zhì)的量、溫度和體積三個(gè)因素決定(2)從微觀上看：物體的內(nèi)能由組成物體的分子總數(shù)、分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能和分子間的距離三個(gè)因素決定2內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別和聯(lián)系項(xiàng)目?jī)?nèi)能機(jī)械能對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)形式微觀分子熱運(yùn)動(dòng)宏觀物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)能量常見(jiàn)形式分子動(dòng)能、分子勢(shì)能物體動(dòng)能、重力勢(shì)能或彈性勢(shì)能能量存在的原因物體內(nèi)大量分子的熱運(yùn)動(dòng)和分子間存在相互作用力由于物體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)和物體發(fā)生彈性形變或被舉高影響因素物質(zhì)的量、物體的溫度和體積物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度、離地高度(或相對(duì)于參考平面的高度)或彈性形變能否為零永遠(yuǎn)不能等于零一定條件下可以等于零聯(lián)系在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化6有關(guān)分子的熱運(yùn)動(dòng)和內(nèi)能，下列說(shuō)法正確的是()A一定質(zhì)量的氣體，溫度不變，分子的平均動(dòng)能不變B物體的溫度越高，分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈C物體的內(nèi)能是物體中所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和D布朗運(yùn)動(dòng)是由懸浮在液體中的微粒之間的相互碰撞引起的E外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能必定增加【解析】溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，所以溫度不變，分子的平均動(dòng)能不變，A正確；物體的溫度越高，分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，B正確；物體的內(nèi)能就是物體內(nèi)部所有分子的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，C正確；布朗運(yùn)動(dòng)是由液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的，D錯(cuò)誤；改變內(nèi)能的方式有做功和熱傳遞，外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能不一定增加，E錯(cuò)誤；故選ABC.【答案】ABC71 g 100 的水和1 g 100 的水蒸汽相比較，下述說(shuō)法是否正確？(1)分子的平均動(dòng)能和分子的總動(dòng)能都相同(2)它們的內(nèi)能相同【解析】(1)正確.1 g水與1 g水蒸汽的分子數(shù)一樣多，兩者的溫度都是100 ，因溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，故兩者分子的平均動(dòng)能和分子的總動(dòng)能都相同(2)不正確水變?yōu)樗羝麜r(shí)要吸收熱量，吸收的熱量轉(zhuǎn)化為水蒸汽的內(nèi)能，因此1 g 100 的水蒸汽要比1 g 100 的水的內(nèi)能大【答案】(1)正確(2)錯(cuò)誤8放在光滑水平面上的物體受到一個(gè)水平方向的作用力而做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，有人說(shuō)：“隨著物體運(yùn)動(dòng)加快，物體內(nèi)分子的運(yùn)動(dòng)也加快，因此分子的平均動(dòng)能增大，物體的溫度升高”這種說(shuō)法是否正確？為什么？【解析】這種說(shuō)法是錯(cuò)誤的熱運(yùn)動(dòng)是物體內(nèi)分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，這種無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)是相對(duì)于物體本身的運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體中所有分子在無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上又疊加了一個(gè)“整體有序”的運(yùn)動(dòng)這個(gè)“整體有序”的運(yùn)動(dòng)就是物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)而物體的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)跟溫度有關(guān)，物體的溫度越高，無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈，所以把這種運(yùn)動(dòng)叫熱運(yùn)動(dòng)，物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)不會(huì)影響物體的溫度，所以物體的溫度不會(huì)因物體的運(yùn)動(dòng)速度增大而升高分子的熱運(yùn)動(dòng)和物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)是兩種不同形式的運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，熱運(yùn)動(dòng)是物體內(nèi)大量分子的無(wú)序運(yùn)動(dòng)，而機(jī)械運(yùn)動(dòng)則是由大量分子組成的整體的有序運(yùn)動(dòng)，這兩種運(yùn)動(dòng)形式可以相互轉(zhuǎn)化，這對(duì)應(yīng)于與它們相聯(lián)系的兩種形式的能量之間的轉(zhuǎn)化，即內(nèi)能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)化【答案】見(jiàn)解析