第1讲 分子动理论内能教案Word格式.docx

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子势能、物体内能、热量等五个以上物理概念

4.知道三个物理规律：

温度与分子平均动能关系，分子势能与分子间距离关系，做功与热传递在改变物体内能上的关系。

三、情感、态度与价值观

1.注重理论联系实际，勤观察、多思考，养成良好的学习习惯。

2.物理离不开生活，能用分子力解释日常生活中一些常见的现象。

培养学生物理就在身边的发现精神。

3.在分子平均动能与温度关系的讲授中，渗透统计的方法。

在分子间势能与分子间距离的关系上和做功与热传递关系上都要渗透归纳推理方法。

教学中着重培养学生对物理概念和

规律的理解能力。

教学重点

1.了解扩散现象和布朗运动．

2.理解布朗运动的成因和分子热运动．

3.分子间的作用力和分子间作用力的变化.

4.分子的平均动能与温度的关系．

5.分子势能的概念．

7.内能的概念及物体的内能与哪些因素有关．

教学难点

1.布朗运动和分子热运动的区别．

2.用分子动理论解释有关现象。

3.分子势能与分子力做功、分子间距离的关系．

教学过程

一、复习预习

提出问题：

飞机从地面起飞，随后在高空做高速航行，有人说：

“在这段时间内，飞机中乘客的势能、动能都增大了，他们身上所有分子的动能和势能也都增大了，因此乘客的内能也增大了”．这种说法对吗？

为什么？

二、知识讲解

课程引入：

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。

考点/易错点1、扩散现象

（1）定义：

扩散现象是指不同物质能够彼此进入对方的现象．

（2）产生原因：

扩散现象不受外界影响，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无规则运动产生的．

（3）应用：

生产半导体器材时，在纯净半导体材料中掺入其他元素，就是在高温条件下通过分子的扩散来完成的．

（4）意义：

反映分子在永不停息的做无规则运动．

（5）影响扩散现象的因素：

①扩散现象发生时，气态物质的扩散现象最快、最显著，液态次之，固态物质的扩散现象最慢，短时间内非常不明显．

②在两种物质一定的前提下，扩散现象发生的明显程度与物质的温度有关，温度越高，扩散现象越显著．

③扩散现象发生的明显程度还受到“已进入对方”的分子浓度的限制，当浓度低时，扩散现象较为显著．

（6）扩散现象的本质：

扩散现象不是外界作用引起的，而是分子无规则运动的直接结果，是分子无规则运动的宏观反映．

（7）对分子运动两个特点的理解：

①永不停息即分子不分白天和黑夜，不分季节，永远在运动．

②无规则是指单个分子运动无规则，但大量分子运动又具有统计规律性，如总体上分子由浓度大的地方向浓度小的方向运动．

注意：

1．扩散现象在任何情况下都可以发生，与外界因素无关．

2．当两部分的分子分布浓度相同时，浓度不再变化，宏观上扩散停止，但分子运动并没有停止，因此这种状态是一种动态平衡．

考点/易错点2、布朗运动

1．布朗运动→

2．对布朗运动的认识

（1）布朗运动的无规则性．悬浮微粒受到液体分子撞击不平衡是形成布朗运动的原因，由于液体分子的运动是无规则的，使微粒受到较强撞击的方向也不确定，所以布朗运动是无规则的．

（2）微粒越小，布朗运动越明显．悬浮微粒越小，某时刻与它相撞的分子数越少，来自各方向的冲击力越不平衡；

另外微粒越小，其质量也就越小，相同冲击力下产生的加速度越大，因此微粒越小，布朗运动越明显．

（3）温度越高，布朗运动越激烈．温度越高，液体分子的运动（平均）速率越大，对悬浮于其中的微粒的撞击作用也越大，产生的加速度也越大，因此温度越高，布朗运动越激烈．

（4）布朗运动不是分子的运动，而是固体微粒的运动．布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性；

布朗运动与温度有关，表明液体分子的运动与温度有关．

3．布朗运动与热运动的区别与联系

布朗运动

热运动

不同点

研究对象

悬浮于流体中的微粒

分子

观察难易程度

可以在显微镜下看到，肉眼看不到

在显微镜下看不到

相同点

①无规则；

②永不停息；

③温度越高越激烈

联系

周围液体（气体）分子的热运动是布朗运动产生的原因，布朗运动反映了分子的热运动

1．任何固体微粒悬浮在液体内，只要足够小，在任何温度下都会做布朗运动．

2．布朗运动只能在气体、液体中发生．扩散现象可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间．

3．布朗运动不是液体分子的无规则运动，也不是固体颗粒分子的无规则运动，而是固体小颗粒的无规则运动．

4．布朗运动产生的原因不是外界因素造成的，如加热对流、重力等都不能形成布朗运动，布朗运动是液体分子无规则运动撞击小颗粒形成的．

5．布朗运动是永不停息的无规则运动，实验中的折线是固体颗粒的位置连线，不代表颗粒运动的轨迹．

考点/易错点3、热运动

（1）定义

分子永不停息的无规则运动．

（2）宏观表现

布朗运动和扩散现象．

（3）特点

①永不停息．

②运动无规则．

③温度越高，分子的热运动越激烈．

考点/易错点4、分子间的作用力

（1）分子间有空隙

①气体很容易被压缩，说明气体分子间有很大的空隙．

②水和酒精混合后总体积减小，说明液体分子之间存在着空隙．

③压在一起的金片和铅片的分子，能扩散到对方的内部，说明固体分子之间有空隙．

（2）分子间的相互作用

①分子间同时存在着相互作用的引力和斥力．大量分子能聚集在一起形成固体或液体，说明分子间存在着引力；

用力压缩物体，物体内要产生反抗压缩的弹力，说明分子间存在着斥力．

②当两个分子的距离为r0时，分子所受的引力与斥力大小相等，此时分子所受的合力为零．当分子间的距离小于r0时，作用力的合力表现为斥力；

当分子间的距离大于r0时，作用力的合力表现为引力．

考点/易错点5、分子动理论

（1）内容：

物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着引力和斥力．

（2）统计规律

①微观方面：

各个分子的运动都是不规则的，带有偶然性．

②宏观方面：

大量分子的运动有一定的规律，叫做统计规律．大量分子的集体行为受统计规律的支配．

（3）由分子动理论分析物体三种状态

分子间的距离不同，分子间的作用力表现也不一样，物体的状态特征也不相同.

物态

分子特点

宏观表现

固体

（1）分子间的距离小

（2）作用力表现明显

（3）分子只能在平衡位置附近做无规则振动

（1）体积一定

（2）形状一定

液体

（1）分子间距小

（2）平衡位置不固定

（3）可在较大范围做无规则振动

（1）有一定体积

（2）无固定形状

气体

（1）分子间距较大

（2）分子力可忽略，只有相互碰撞或与器壁碰撞时有相互作用

（1）没有一定体积

（2）没有一定形状

（3）总充满容器

1．宏观现象的特征是大量分子间分子合力的表现，分子与分子间的相互作用力较小，但大量分子力的宏观表现合力却很大．

2．物体状态不同，分子力的宏观特征也不同，如固体难压缩是分子间斥力的表现，气体难压缩是气体压强的表现．

考点/易错点6、分子间的作用力与分子距离的关系

1．分子力与分子引力、斥力的关系

在任何情况下，分子间总是同时存在着引力和斥力，而实际表现出来的是分子力，分子力是分子引力和斥力的合力．

2．分子力与分子间距离变化的关系

（1）平衡位置

分子间距离r＝r0时，引力与斥力大小相等，分子力为零．分子间距离等于r0（数量级为10－10m）的位置即为平衡位置．

（2）分子间的引力和斥力随分子间距离r的变化关系

分子间的引力和斥力都随分子间距离r的增大而减小，但斥力减小得更快．

3．F随r变化的关系图象

当r＜r0时，合力随距离的增大而减小；

当r＞r0时，合力随距离的增大先增大后减小．

1．分子间距为r0时，引力与斥力大小相等．分子力为零并不是无引力和斥力，且此时分子并不是静止不动而是在平衡位置附近振动．

2．分析分子间作用力，应掌握分子力随分子间距离r的变化关系图象．

考点/易错点7、分子动能

（1）分子动能

做热运动的分子跟运动的物体一样也具有动能，这就是分子动能．

（2）分子的平均动能

热现象研究的是大量分子运动的宏观表现，重要的不是系统中某个分子的动能大小，而是所有分子的动能的平均值，叫做分子平均动能．

（3）温度的微观解释

温度是物体分子热运动平均动能的标志．

（4）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．

（5）分子的平均动能

①温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义．温度升高，分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大．个别分子动能可能增大也可能减小，个别分子甚至几万个分子热运动的动能大小与温度是没有关系的．但总体上所有分子的动能之和一定是增加的．

②理想气体的分子平均动能大小只由温度决定，与物质种类、质量、压强、体积无关，即只要温度相同，任何分子的平均动能都相同．由于不同物质的分子质量不尽相同，所以同一温度下，不同物质的分子运动平均速率大小一般不相同．

1．温度是分子平均动能的“标志”或者说“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．

考点/易错点8、分子势能

（1）分子势能

由于分子间存在着相互作用力，所以分子间也有相互作用的势能，这就是分子势能．

（2）影响分子势能大小的因素

微观上，分子势能的大小由分子间距离决定；

宏观上，分子势能的大小跟物体的体积有关．

（3）分子势能的变化规律

①当分子间的距离r＞r0时，分子间的作用力表现为引力，分子间的距离增大时，分子力做负功，因此分子势能随分子间的距离增大而增大．

②当分子间的距离r＜r0时，分子间的作用力表现为斥力，分子间的距离减小时，分子力做负功，因此分子势能随分子间的距离减小而增大．

③如果取两个分子间相距无限远时（此时分子间作用力可忽略不计）的分子势能为零，分子势能Ep与分子间距离r的关系可用图所示的曲线表示．从图线上看出，当r＝r0时，分子势能最小．

（4）影响因素

①宏观上：

分子势能的大小与体积有关．

②微观上：

分子势能与分子之间的相对位置有关．

1．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的分子势能，如Ep＝－10J，Ep′＝0，则Ep＜Ep′.

2．体积越大，分子势能不一定越大，如相同质量的0℃的水与0℃的冰，冰体积大，但水的分子势能大于冰的分子势能．

考点/易错点9、物体的内能

物体中所有分子热运动动能与分子势能的总和，叫做物体的内能．

（2）决定因素

①分子总个数由物体物质的量决定．

②分子热运动的平均动能由温度决定．

③分子势能宏观上与物体的体积有关．

④物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定．

（3）内能的决定因素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．

（4）内能与机械能的区别

内能是由大量分子的热运动和分子间的相对位置所决定的能；

机械能是物体做机械运动和物体形变所决定的能．物体具有内能的同时又具有机械能．物体的机械能在一定的条件下可以等于零，但物体的内能不可能等于零，这是因为组成物体的分子在永不停息地做着无规则的热运动，分子之间彼此有相互作用．在热现象的研究中，一般不考虑物体的机械能．

（5）内能与热量的区别

内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下有不同的内能，而热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起的内能变化过程中转移的能量，即内能的改变量．如果没有热传递，就无所谓热量，但此时物体仍有一定的内能．例如，我们不能说“某物体在某温度时具有多少热量”．

1．研究热现象时，一般不考虑机械能，在机械运动中有摩擦时，有可能发生机械能转化为内能．

2．物体温度升高，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．

三、例题精析

【例题1】

【题干】下列说法正确的是

A.分子间距离增大时，分子间的引力和斥力都减小

B.布朗运动就是气体或液体分子的无规则运动

C.分子a从无穷远处由静止开始接近固定不动的分子b，只受分子力作用，当a受到分子力为0时，a的动能一定最大

D.大量气体分子对容器壁的持续性作用形成气体的压强

E.破碎的玻璃不能重新拼接在一起是因为其分子间存在斥力

【答案】ACD

【解析】随着分子间距离增大，分子间的引力和斥力都减小，A正确；

布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，是液体分子热运动的体现，B错误；

分子a只在分子力作用下从远处由静止开始靠近固定不动的分子b，当a受到的分子力为零时，加速度为零，再接近表现为斥力，故此时动能最大，C正确；

根据气体的压强的微观意义可知，气体的压强是由大量的气体分子对容器壁的碰撞引起的，故D正确；

破碎的玻璃不能把它们拼接在一起是因为其分子间距离较大，分子间不存在作用力，并不是存在斥力作用的，故E错误．

【例题2】

【题干】下列说法正确的是________

A.布朗运动就是液体分子的无规则运动

B.空气的相对湿度定义为空气中所含水蒸气压强与同温度水的饱和蒸汽压的比值

C.尽管技术不断进步,热机的效率仍不能达到100%,制冷机却可以使温度降至热力学零度

D.将一个分子从无穷远处无限靠近另一个分子,则这两个分子间分子力先增大后减小最后再增大,分子势能是先减小再增大

E.附着层内分子间距离小于液体内部分子间距离时,液体与固体间表现为浸润

【答案】BDE

【解析】布朗运动是悬浮在液体表面的固体颗粒的无规则运动，是液体分子的无规则运动的表现，选项A错误；

空气的相对湿度定义为空气中所含水蒸气压强与同温度水的饱和蒸汽压的比值，选项B正确；

尽管技术不断进步,热机的效率仍不能达到100%,制冷机也不可以使温度降至热力学零度，选项C错误；

将一个分子从无穷远处无限靠近另一个分子,则这两个分子间分子力先增大后减小最后再增大,分子势能是先减小再增大，选项D正确；

附着层内分子间距离小于液体内部分子间距离时,液体与固体间表现为浸润，选项E正确；

故选BDE.

【例题3】

【题干】下列说法准确的是．（填正确答案标号．选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A.显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停的做无规则运动，这反映了小炭粒分子运动的无规则性

B.气体对容器壁的压强，是由气体分子对容器壁的频繁碰撞造成的

C.分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大

D.不可能从单一热源吸收热量使之完全转化为有用的功而不产生其他影响

E.当温度升高时，物体内每一个分子热运动的速率一定都增大

【答案】BCD

【解析】布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动，用显微镜只能观测到固体小颗粒的运动，反映了液体分子运动的无规则性，A错误；

气体对容器壁的压强，是由气体分子对容器壁的频繁碰撞造成的，B正确；

分子力做正功时分子势能减小，分子力做负功时分子势能增加，当分子间距从小于平衡间距开始增加时，分子势能先减小后增加，故C正确；

根据热力学第二定律可得不可能从单一热源吸收热量使之完全转化为有用的功而不产生其他影响，D正确；

当温度升高时，分子热运动平均动能增加，故平均速度也增加，但不是每个分子的速度都增加，E错误．

【例题4】

【题干】下列关于分子运动和热现象的说法正确的是

A.一定量100℃的水变成100℃的水蒸气，其分子间势能增加

B.气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在斥力的缘故

C.一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子势能的总和

D.如果气体温度升高，那么所有分子的速率都增加

【答案】AC

【解析】一定量100℃的水变成100℃的水蒸汽，内能增加，平均动能不变，其分子之间的势能增加，A正确；

气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子在做永不停息的无规则运动，B错误；

一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子之间势能的总和，C正确；

如果气体温度升高，分子平均动能增加，不一定所以分子动能都增加，D错误．

【例题5】

【题干】下面所列举的现象，哪些能说明分子是不断运动着的（　　）

A．将香水瓶盖打开后能闻到香味

B．汽车开过后，公路上尘土飞扬

C．洒在地上的水，过一段时间就干了

D．悬浮在水中的花粉做无规则的运动

【解析】扩散现象和布朗运动都能说明分子在不停地做无规则运动．香水的扩散、水分子在空气中的扩散以及悬浮在水中花粉的运动都说明了分子是不断运动的，故A、C、D均正确；

而尘土不是单个分子，是颗粒，所以尘土飞扬不是分子的运动．

【例题6】

【题干】下列关于布朗运动的说法，正确的是（　　）

A．布朗运动是液体分子的无规则运动

B．布朗运动是指悬浮在液体中的固体分子的无规则运动

C．布朗运动说明了液体分子与悬浮颗粒之间存在着相互作用力

D．观察布朗运动会看到，悬浮的颗粒越小，温度越高，布朗运动越剧烈

【答案】D

【解析】布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，小颗粒由许多分子组成，所以布朗运动不是分子的无规则运动，也不是指悬浮颗粒内固体分子的无规则运动，故A、B选项错误；

布朗运动虽然是由液体分子与悬浮颗粒间相互作用引起的，但其重要意义是反映了液体分子的无规则运动，而不是反映了分子间的相互作用，故C选项错误；

观察布朗运动会看到固体颗粒越小、温度越高，布朗运动越明显，故D选项正确．

【例题7】

【题干】以下说法正确的是（）

A．热量只能由高温物体传递给低温物体

B．物体温度不变，其内能一定不变

C．对大量事实的分析表明：

热力学零度不可能达到

D．如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡，用来表征它们所具有的“共同热学性质”的物理量叫做内能

【答案】C

【解析】

试题分析：

A、热量只能自发地由高温物体传递给低温物体，但在有其他因素的影响下，也可以由低温物体传递到高温物体，如冰箱制冷，故A错误．

B、物体的内能与物体的体积、体积和物质的量有关，则物体温度不变时，其内能也可能变化．故B错误．

C、根据热力学第三定律知，热力学零度不可能达到，故C正确．

D、如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡，用来表征它们所具有的“共同热学性质”的物理量叫做温度，不是内能，故D错误．

故选：

C

【例题8】

【题干】当两个分子间的距离为r0时，正好处于平衡状态，下列关于分子间作用力与分子间距离的关系的说法正确的是（　　）

A．当分子间的距离r＜r0时，它们之间只有斥力作用

B．当分子间距离r＝r0时，分子处于平衡状态，不受力

C．当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中，分子间的引力和斥力都在减小，且斥力比引力减小得快

D．当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中，分子间相互作用力的合力在逐渐减小

【解析】分子间同时存在着相互作用的引力和斥力．当r＝r0时，引力和斥力的大小相等，分子力表现为零，当分子间距离减小时，斥力增大较快，当分子间距离增大时，斥力减小较快．分子间相互作用的引力和斥力是同时存在的，当r＝r0时，F引＝F斥，每个分子所受的合力为零，并非不受力；

当r＜r0，F斥＞F引合力为斥力，并非只受斥力，故A、B错误．

当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中，分子间的引力和斥力都减小，而且斥力比引力减小得快，分子间作用力的合力先减小到零，再增大再减小到零，故C正确，D错误．

【例题9】

【题干】在弹性限度内，弹力的大小跟弹簧伸长或缩短的长度成正比，从分子间相互作用力跟分子间距离的关系图象来看，最能反映这种规律的是图中的（　　）

A．ab段B．bc段

C．de段　　D．ef段

【答案】B

【解析】当r＝r0时，分子间作用力为零；

当r＞r0时，分子间作用力表现为引力，对应弹簧被拉长；

当r＜r0时，分子间作用力表现为斥力，对应弹簧被压缩；

由于bc段近似为直线，分子间的作用力与距离增大量或减小量成正比，因此选B.

【例题10】

【题干】下列说法正确的是（　　）

A．水的体积很难被压缩，这是分子间存在斥力的宏观表现

B．气体总是很容易充满容器，这是分子间存在斥力的宏观表现

C．两个相同的半球壳吻合接触，中间抽成真空（马德堡半球），用力很难拉开，这是分子间存在引力的宏观表现

D．用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，这是分子间存在引力的宏观表现

【答案】AD

【解析】解答本题应把握以下三点：

（1）气体分子运动特点决定气体体积特点．

（2）马德堡半球实验原理．（3）分子间相互作用的常见表现．

本题考查分子间作用力的有关知识．液体体积很难压缩，说明分子间存在斥力，固体很难被拉断，说明分子间存在引力，故选项A、D正确．气体容易充满容器是分子热运动的结果，抽成真空的马德堡半球很难分开是大气压强作用的结果，故选项B、C错误．

四、课堂小结

1．扩散现象：

当两种物质相接触时，物质分子可以彼此进入对方的现象。

①物质处于固态、液态和气态时均能发生扩散现象，只是气态物质的扩散现象最显著，处于固态时扩散现象非常不明显。

②在两种物质一定的前提下，扩散现象发生的显著程度与物质的温度有关，温度越高，扩散现象越显著。

这表明温度越高，分子运动得越剧烈。

③扩散现象发生的显著程度还受到“已进入对方”的分子浓度的限制，当进入对方的分子浓度较低时，扩散现象较为显著；

当进入对方的分子浓度较高时，扩散