教育资料第1章第3节 温度与内能学习精品.docx

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教育资料第1章第3节温度与内能学习精品

第3节　温度与内能

学习目标

知识脉络

1.了解分子的动能、平均动能，认识温度是分子平均动能的标志．（重点）

2．知道分子势能跟物体的体积有关，了解分子势能随分子间距离变化而变化的定性规律．（难点）

3．理解内能的概念，了解物体的内能与哪些宏观量有关，知道改变内能的两种方式．（难点）

温度与分子平均动能

1．分子动能：

分子由于做热运动所具有的动能．

2．平均动能：

大量分子动能的平均值．

3．温度与平均动能的关系

（1）温度升高，分子的平均动能增大；温度降低，分子的平均动能减小．

（2）分子热运动的平均动能与物体的热力学温度成正比．

（3）温度的微观本质：

温度是物体内分子热运动平均动能的标志．

1．温度是分子平均动能的标志．（√）

2．温度升高时，物体的每个分子的动能都将增大．（×）

3．分子的平均动能的大小与物质的种类有关．（×）

为什么研究分子动能时主要关心平均动能？

【提示】　分子动能是指单个分子热运动的动能，但分子是无规则运动的，因此各个分子的动能以及一个分子在不同时刻的动能也不尽相同，所以研究单个分子的动能没有意义，我们主要关心的是大量分子的平均动能．

探讨1：

做热运动的分子具有动能，各个分子的动能相同吗？

【提示】　不相同．因为物体中分子热运动的速率大小不一，各个分子的动能有大有小，所以不相同．

探讨2：

物体分子运动的总动能为所有分子热运动动能的总和，试从微观和宏观两个角度分析分子的总动能与哪些因素有关．

【提示】　微观上：

与分子的平均动能和分子数有关．

宏观上：

由于温度是分子平均动能的标志，所以与物体的温度和物质的量有关．

1．温度的微观含义

温度是分子平均动能的标志，因不同的分子具有的速率一般不同，且不同时刻同一分子的速率一般也不相同，故单个分子的动能无意义．温度是物体内大量分子热运动的集体表现．只要温度相同，分子的平均动能就相同，但分子平均速率不一定相同．

2．分子热运动的平均动能

（1）分子的平均动能永远不可能为零，因为分子无规则运动是永不停息的．

（2）平均动能与平均速率的关系可简单地理解为：

Ek＝

mv2，m为该物质分子的质量．（通常提到的分子速率一般是指分子的平均速率，单个分子的速率无意义）

（3）分子的动能与宏观物体的运动无关，也就是分子热运动的平均动能与宏观物体运动的动能无关．

3．温度与分子动能、分子平均动能的关系

在宏观上温度是表示物体冷热程度的物理量．在微观上温度是物体中分子热运动的平均动能的标志．

在相同温度下，各种物质分子的平均动能都相同，温度升高，分子平均动能增加；温度降低，分子平均动能减少．

在同一温度下，虽然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一定相同，所以分子热运动的平均速率不一定相同．

1．当氢气和氧气的质量和温度都相同时，下列说法中正确的是（　　）

A．两种气体分子的平均动能相等

B．氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率

C．氢气分子的平均动能大于氧气分子的平均动能

D．两种气体分子热运动的总动能不相等

E．两种气体分子热运动的平均速率相等

【解析】　温度相同，两种气体分子的平均动能相等，A对，C错；因两种气体分子的质量不同，平均动能又相等，所以分子质量大的（氧气）分子平均速率小，故B对，E错；由于两种气体的摩尔质量不同，物质的量不同（质量相同），分子数目就不等，故总动能不相等，选项D对．

【答案】　ABD

2．关于物体的温度与分子动能的关系，正确的说法是（　　）

【导学号：

30110011】

A．某种物体的温度是0℃，说明物体中分子的平均动能为零

B．物体温度升高时，某个分子的动能可能减小

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

E．物体的温度与物体的速度无关

【解析】　某种物体温度是0℃，物体中分子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，说明分子运动剧烈，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，这并不表示物体内部分子的热运动加剧，则物体的温度不一定高，所以BCE正确．

【答案】　BCE

关于温度的两个注意事项

1．因为温度是分子平均动能的唯一标志，所以会误认为0℃的物体中分子的平均动能也为零，要正确理解0℃的意义．

2．温度是物体分子平均动能的标志，而不是物体分子动能的标志．

分子势能

1．定义：

由于分子间存在分子力，分子具有的由分子间的相对位置决定的势能．

2．分子势能的决定因素

（1）宏观上：

与物体的体积有关．

（2）微观上：

与分子间的距离有关．

①若r＞r0，当r增大时，分子势能增加．

②若r＜r0，当r减小时，分子势能增加．

③若r＝r0，分子势能最小．

1．分子势能与体积有关．（√）

2．当r＝r0时，分子势能最小为0.（×）

3．分子势能与重力势能类似可以取负值．（√）

物体的体积增大时，其分子势能一定增大吗？

【提示】　不一定．当分子间距离r>r0时，分子间作用力表现为引力，物体的体积增大，分子间距离增大，分子力做负功，分子势能增大；当r

探讨1：

分子势能最小的位置在哪儿？

最小等于零吗？

【提示】　当分子位于平衡位置时，分子势能最小；由于分子势能有相对性，所以分子势能最小时不一定等于零．

探讨2：

分子势能的正负能表示分子势能的大小吗？

【提示】　能．正的分子势能总比负的分子势能大．

影响分子势能大小的因素

如图131所示，随着分子间距离的变化，分子力做功，分子势能发生变化，分子势能的变化微观上决定于分子间的距离，宏观上与物体的体积有关．

图131

分子间距离

r＝r0

r>r0

r

分子力

等于零

表现为引力

表现为斥力

分子力做功

分子间距增大时，分子力做负功

分子间距减小时，分子力做负功

分子势能

最小

随分子间距的增大而增大

随分子间距的减小而增大

3．设r＝r0时分子间的作用力为零，则一个分子从远处以某一动能向另一个固定的分子靠近的过程中，下列说法中正确的是（　　）

A．r＞r0时，分子力做正功，动能不断增大，势能减小

B．r＝r0时，动能最大，势能最小

C．r＜r0时，分子力做负功，动能减小，势能增大

D．r>r0时，分子势能是负的

E．r

【解析】　当两个分子从远处开始靠近的过程中，r＞r0时两者之间是引力，引力对分子做正功，分子势能减小，由动能定理可知，分子动能增大，故A项正确．当r＜r0时两者之间是斥力，对分子做负功，分子势能增大，由动能定理可知，分子动能减小，故C项正确．由上两种情况分析可知，当r＝r0时，分子的动能最大，分子势能最小，B项正确．因没有说明分子零势能的位置，故D、E中的分子势能正、负不好确定，D、E错误．

【答案】　ABC

4．如图132为两分子系统的势能EP与两分子间距离r的关系曲线，下列说法正确的是（　　）

【导学号：

30110012】

图132

A．当r>r1时，分子间的作用力表现为引力

B．当r

C．当r＝r2时，分子间的作用力为零

D．在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做负功

E．当r

【解析】　当r＝r2时，分子力为零，分子势能最小，则当r大于r2时，分子间的作用力表现为引力，故A错误，C正确；当r

【答案】　BCE

分子势能图象问题的两点提醒

（1）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；

（2）分子势能图象与r轴交点表示的距离小于r0，分子力图象与r轴交点表示平衡距离r0.

物体的内能

1．定义

物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和．

2．普遍性

物体中的分子永不停息地做无规则运动，分子间有相互作用力，所以任何物体都具有内能．

3．相关因素

（1）物体含有的分子数目与物体的质量有关．

（2）分子热运动的平均动能与温度有关．

（3）分子势能与体积有关．

所以，物体的内能与物体的质量、温度和体积有关．

李笑来学习这里4．改变内能的方式：

做功和热传递．

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（1）通过做功改变物体的内能时，内能的变化量可用做功的多少来量度．

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（2）通过热传递而改变物体内能时，内能的变化量由热量来量度．热量和内能变化的过程相联系，热量是过程量．

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探究学习法1．任何物体都具有内能．（√）

2．物体内能只与温度有关．（×）

期中质量检测分析3．做功和热传递改变内能时，本质是相同的．（×）

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温度升高，物体的内能一定增大吗？

【提示】　不一定．温度升高，物体内分子的平均动能增大．而分子势能与分子之间的距离有关，分子势能如何变化不确定，而物体的内能等于分子动能和分子势能之和，故温度升高，物体的内能不一定增大．

探讨：

做功和热传递都能改变物体的内能．做功和热传递在改变物体内能上的本质是否相同？

教师教育理念一句话【提示】　本质不同．做功改变物体的内能是其他形式的能和内能之间的转化，而热传递改变物体的内能是物体之间能量的转移．

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欧洲西部教学反思1．内能的决定因素

（1）宏观因素：

物体内能的大小由物体的质量、温度和体积三个因素决定，同时也受物态变化的影响．

（2）微观因素：

物体内能的大小由物体所含的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定．

2．内能与机械能的比较

能量名称

内能

机械能

对应的运动形式

微观分子热运动

宏观物体机械运动

能量常见的形式

分子动能、分子

势能

物体的动能、重力势能或弹性势能

能量存在的原因

由物体内大量分子

的无规则热运动和

分子间相对位置决

定

由物体做机械运动、与地球相对位置或物体形变决定

影响因素

物体的质量、物体

的温度和体积

物体做机械运动的速度、离地高度（或相对于零势能面的高度）或弹性形变

是否为零

永远不能等于零

一定条件下可以等于零

联　系

在一定条件下可以相互转化

3.物态变化对内能的影响：

一些物质在物态发生变化时，如冰的熔化、水在沸腾时变为水蒸气，温度不变．此过程中分子的平均动能不变，由于分子间的距离变化，分子势能变化，所以物体的内能变化．

5．有关分子的热运动和内能，下列说法正确的是（　　）

A．一定质量的气体，温度不变，分子的平均动能不变

B．物体的温度越高，分子热运动越剧烈

C．物体的内能是物体中所有分子热运动动能和分子势能的总和

D．布朗运动是由悬浮在液体中的微粒之间的相互碰撞引起的

E．外界对物体做功，物体的内能必定增加

【解析】　温度是分子平均动能的标志，所以温度不变，分子的平均动能不变，A正确；

物体的温度越高，分子热运动越剧烈，B正确；

物体的内能就是物体内部所有分子的动能和分子势能的总和，C正确；

布朗运动是由液体分子的无规则运动引起的，D错误；

改变内能的方式有做功和热传递，外界对物体做功，物体的内能不一定增加，E错误；故选ABC

【答案】　ABC

6．1g100℃的水和1g100℃的水蒸气相比较，下述说法是否正确？

（1）分子的平均动能和分子的总动能都相同．

（2）它们的内能相同．

【解析】　

（1）正确.1g水与1g水蒸气的分子数一样多，两者的温度都是100℃，因温度是分子平均动能的标志，故两者分子的平均动能和分子的总动能都相同．

（2）不正确．水变为水蒸气时要吸收热量，吸收的热量转化为水蒸气的内能，因此1g100℃的水蒸气要比1g100℃的水的内能大．

【答案】　

（1）正确　

（2）错误