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rC.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