高中物理人教版选修33教案 《内能》2篇.docx
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高中物理人教版选修33教案《内能》2篇
内能
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（1）知道分子热运动的动能跟温度有关，知道温度是分子热运动平均动能的标志。
（2）知道什么是分子的势能；知道改变分子间的距离，分子势能就发生变化；知道分子势能跟物体体积有关。
（3）知道什么是内能，知道物体的内能跟温度和体积有关。
（4）能够区别内能和机械能。
诱思导学
１．分子动能
（１）分子平均动能
做热运动的分子，都具有动能，这就是分子动能。
由于分子运动的无规则性，若想研究单个分子的动能是非常困难、也是没有必要的。
热现象研究的是大量分子运动的宏观表现，所以，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，即分子平均动能。
（２）温度是物体分子热运动平均动能的标志。
说明：
①温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，含有统计的意义，对于个别分子，温度是没有意义的。
分子平均动能的大小由温度高低决定：
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；温度不变，分子的平均动能不变。
温度升高，分子的平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大，可能有个别的分子动能反而减小。
②分子的平均动能大小只由温度决定，与物质的种类无关。
也就是说，只要处于同一温度下，任何物质分子做热运动的平均动能都相同。
由于不同物质分子的质量不尽相同，因此，在同一温度下，不同物质分子运动的平均速率大小也不相同。
２．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。
分子势能的大小有分子间的相互位置决定。
分子势能的变化非常类似于长度变化的弹簧中的弹性势能的变化。
（２）影响分子势能大小的因素
分子势能的大小与分子间的距离有关，即与物体的体积有关。
分子势能的变化与分子间的距离发生变化时分子力做正功还是负功有关。
具体情况如下：
①当分子间的距离
时（此时类似于被拉伸的弹簧），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距离的增大而增大。
②当分子间的距离
时（此时类似于被压缩的弹簧），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距离的减小而增大。
③当
时（此时相当于弹簧处于自由伸长状态），分子势能最小。
（３）分子势能变化曲线如下图7．5–1所示。
说明：
①由于物体分子距离变化的宏观表现为物体的体积变化，所以微观的分子势能变化对应于宏观的物体体积变化。
但是，同样是物体体积增大（或减小），有时体现为分子势能增大（或减小）（在
范围内）；有时体现为分子势能减小（或增大）（在
范围内）。
②分子势能与物体体积有关，但不能简单理解成物体体积越大，分子势能就越大；体积越小，分子势能就越小。
如0℃的水变成0℃的冰后，体积变大，但分子势能减少。
所以一般来说，物体体积变化了，其对应的分子势能也将发生变化。
具体怎么变化，关键要看在变化过程中分子力做正功还是负功。
③分子势能最小并不一定是分子势能为零。
３．内能
物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和叫做物体的内能。
（１）任何物体都具有内能
（２））内能的决定因素
物体的内能跟物体的温度和体积有关。
温度发生变化，分子的平均动能发生变化；物体的体积发生变化，分子势能发生变化。
还要注意，物体的内能还与物体所含的分子数有关，因为内能是物体内所有分子的动能和分子势能的总和。
（３）内能与机械能的区别
内能与机械能是两个不同的物理概念。
内能是由物体内大量分子的热运动和分子间的相对位置所决定的能；机械能是物体整体做机械运动或物体形变所产生的能，它对物体的内能没有贡献。
在热现象的研究中，一般不考虑物体的机械能。
典例探究
例１ 有甲、乙两个分子，甲分子固定不动，乙分子由无穷远处逐渐向甲靠近，直到不再靠近为止，在这整个过程中，分子势能的变化情况是（）
A．不断增大
B．不断减小
C．先增大后减小
D．先减小后增大
解析：
分子力做功与分子势能变化的关系和弹簧非常相似，即分子力做正功分子势能减小，分子力做负功分子势能增加。
当乙分子由无穷远处向r0移动时，分子力做正功，分子势能减小；当乙分子由r0向甲分子继续靠近时，要克服分子斥力做功，分子势能增大。
所以移动的整个过程，分子势能是先减小、后增大。
也可知当分子间的距离为r0时，分子势能最小。
本题的正确选项为D。
友情提示：
①有关分子势能随分子间距离变化来判定分子势能变化的问题，首先要明确是在r＞r0范围内，还是在r＜r0范围内变化的。
例２ 下列说法正确的是（）
A．分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能
B．物体内分子势能由物体的温度和体积决定
C．物体的速度增大时，物体的内能增大
D．物体的动能减小时，物体的温度可能增加
分析：
内能是指物体的，一个分子无内能可言，选项A是错误的；物体的分子势能由分子间距离决定，宏观上反映为由物体的体积决定，所以选项B也是错误的；物体的内能与物体做宏观的机械运动的速度无关，故选项C也是错误的；物体的温度由分子的平均动能决定，与物体宏观运动的动能无关，因此选项D是正确的。
答案：
D。
友情提示：
分子动能、势能、内能的变化特点及影响因素要非常熟练。
例３ 1g100℃的水与1g100℃的水蒸气相比较，下述说法中正确的是（）
A．分子的平均动能与分子的总动能都相同
B．分子的平均动能相同，分子的总动能不同C．内能相同
D．1g100℃的水的内能小于1g100℃的水蒸气的内能
解析：
温度是分子平均动能的标志，因而在相同的温度下，分子的平均动能相同，又1g水与1g水蒸气的分子数相同，因而分子总动能相同，选项A正确。
当从100℃的水变成100℃的水蒸气的过程中，分子距离变大，分子要克服分子引力做功，因而分子势能增加，所以100℃的水的内能小于100℃水蒸气的内能，选项D正确。
故本题答案为：
AD。
友情提示：
解决该题的关键是搞清物体的内能与哪些因素有关（从宏观、微观两个角度）。
例４ 氢气和氧气的质量、温度都相同，在不计分子势能的情况下，下列说法正确的是（）
A．氧气的内能较大 B．氢气的内能较大
C．两者的内能相等 D．氢气分子的平均速率较大
解析：
氢气与氧气的温度相同，分子的平均动能相同，由于氧分子质量比氢分子质量大，所以氢分子的平均速率更大。
又因为两种气体的总质量相等，氢分子质量比氧分子质量小，所以氢分子数大于氧分子数，氢气的分子动能总和大于氧气的分子动能总和，由于气体分子间距离比较大，不计分子势能，所以氢气的内能更大。
答案：
BD。
友情提示：
本题在不考虑分子间势能的条件下，物体的内能等于所有的分子动能之和，仅由温度决定。
课后问题与练习点击
１．解析：
（１）弹簧处于自然长度时，这个系统的弹性势能最小；
（２）如果把弹簧拉长，放开时小球的运动使系统的势能减小；如果把弹簧压缩，结论相同。
如果系统不受外力，处于静止状态时势能取最小值。
２．正值，变小；负值，变小
解析：
如果以无穷远处的电势能为０，当两个同号电荷由无穷远处逐渐靠近的过程中，电荷要克服两者间斥力做功，电势能逐渐增大，因此，当两个同号电荷的距离为r时，电势能是正值；由于同号电荷之间具有斥力，它们具有相互远离的趋势，它们运动的趋势将使系统的势能变小。
如果以无穷远处的电势能为０，当两个异号电荷由无穷远处逐渐靠近的过程中，两电荷间引力要做功，电势能逐渐变小，因此，当两个异号电荷的距离为r时，电势能是负值；由于异号电荷之间具有引力，它们具有相互靠近的趋势，它们运动的趋势将使系统的势能变小。
３．这种说法是错误的。
解析：
在这段时间内，飞机中乘客的势能、动能确实都增大了，但他的所有分子的动能和势能并没有变化。
这是因为，首先人的体温基本是恒定的，每个分子的动能基本不变，并不因飞机高速航行而改变；其次，乘客的体积无论在地面上还是在飞机中也基本相同，他的分子间距离基本不变，分子势能也不变。
基础训练
一、选择题
1．关于分子势能，下列说法正确的是（）
A．分子间表现为引力时，分子间距离越小，分子势能越大
B．分子间表现为斥力时，分子间距离越小，分子势能越小
C．物体在热胀冷缩时，分子势能发生变化
D．物体在做自由落体运动时，分子势能越来越小
2．关于物体内能的下述说法中，正确的是（）
A．每一个分子的动能与分子势能的和叫物体的内能
B．物体所有分子的动能与分子势能的总和叫物体的内能
C．一个物体当它的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化
D．一个物体的内能，与它的机械能多少有关
3．一定质量的0℃的水在凝结成0℃的冰的过程中，体积变大，它内能的变化是（）
A．分子平均动能增加，分子势能减少
B．分子平均动能减小，分子势能增加
C．分子平均动能不变，分子势能增加
D．分子平均动能不变，分子势能减少
4．两分子相距为r，当r稍增大些（）
A．分子力一定减小，分子势能一定增大
B．分子力一定增大，分子势能一定减小
C．分子力可能增大也可能减小，分子势能一定减小
D．因为不知道r大小，对分子力和分子势能的变化都无法判定
5．对温度的描述，正确的是（）
A．温度的高低是由人的感觉决定的
B．物体的内能越大，则温度越高
C．分子的平均速率大的物体的温度比分子平均速率小的物体的温度高
D．分子的平均动能越大，物体的温度越高
6．以下说法正确的是（）
A．物体的机械能可以为零，而内能不可能为零
B．温度相同且质量也相同的物体具有相同的内能
C．温度越高，物体的内能越大
D．0℃的冰的内能比等质量的0℃的水的内能大
7．关于温度的概念，下述说法中正确的是（）
A．温度是分子平均动能的标志，物质温度高，则分子的平均动能大
B．温度是分子平均动能的标志，温度升高，则物体内每一个分子的动能都增大
C．当某物体内能增大时，则该物体的温度一定升高
D．甲物体的温度比乙物体高，则甲物体分子平均速率比乙物体分子平均速率大
8．关于内能和机械能的说法正确的是（）
A．物体有内能，必有机械能
B．物体的内能为零时，机械能可以不为零
C．物体的机械能可以为零，内能却不能为零
D．光滑水平面上加速运行的物体，由于速度增大，每个分子速度也增大了，所以分子的平均动能增大，内能和机械能都增大
9．温度相同的氧气和氢气，它们的分子平均动能之比为（）
A．1∶1B．8∶1
C．1∶8D．无法确定
10．由分子间作用力和分子间距离的关系可知（）
A．当r＜r0时，r越小，则Ep越小
B．当r＞r0时，r越小，则Ep越大
C．当r＝r0时，Ep最小
D．当r→∞时，Ep最小
11．关于物体的内能，下列说法正确的是（）
A．相同质量的两种物体，升高相同的温度，内能增量一定相同
B．一定量0℃的水结成0℃的冰，内能一定增大
C．一定量气体体积增大，但既不吸热也不放热，内能一定减少
D．一定量气体吸收热量而保持体积不变，内能一定减少
12．下列说法正确的是（）。
A．物体内所有分子的动能之和叫做这个物体的动能
B．物体的分子势能由物体的温度和体积决定
C．自行车轮胎充气后轮胎膨胀，主要原因是由于气体分子间有斥力
D．物体的内能和其机械能没有必然联系，但两者可以相互转化
13．关于温度的概念下列说法正确的是（）
A．某物体的温度为0℃，则其中每个分子的温度都为0℃
B．温度是物体分子热运动的平均速率的标志
C．温度是物体分子热运动平均动能的标志
D．温度可从高温物体传递到低温物体，达到热平衡时，两物体温度相等
14．下列关于温度、热量和内能的说法正确的是（）
A．温度是分子动能的标志，动能越大的分子其温度也就越高
B．静止的物体没有内能
C．温度高的物体比温度低的物体含有的热量多
D．分子的势能跟物体的体积有关
15．关于物体的内能的下列叙述中，正确的是（）
A．物体运动速度越大，其内能就越大
B．物体被举得越高，其内能就越大
C．物体的温度越高，其内能就越大
D．以上说法都不对
16．关于物体的内能，下列说法正确的是（）
A．一定质量的氧气（不计其分子间引力和斥力），其温度不变时，它的内能就不变
B．两杯温度相同的水，它们的内能一定相等
C．0℃的物体内能为零
D．物体的内能是由它的温度和体积决定的
二、填空题
17．通常情况下的固体被压缩时，其分子势能将_________；若膨胀时，其分子势能又将__________。
18．晶体在熔解过程中，温度，分子平均动能，其内能。
19．两个分子相距为r0时，分子势能为零。
当分子距离由r0增大时，分子势能；当分子距离由r0减小时，分子势能。
20．三个瓶子分别盛有质量相同的氢气、氧气和氮气，它们的温度相同，则分子平均速率最大的是________；在不计分子势能的情况下气体内能最大的是________。
三、回答、计算题
21．在一列火车上放一杯水，火车静止和匀速运动时，水的内能是否变化?
试简要说明理由。
22．某同学为测量地球表面植物吸收太阳能的本领，做了如下实验：
用一面积为0.1m2的面盆盛6kg的水，经太阳垂直照射15min，温度升高5℃，若地表植物接收太阳能的能力与水相等，试计算：
（1）每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为多少焦耳?
（2）若绿色植物在光合作用下每吸收1kJ的太阳能可以放出0.05L的氧气，则每公顷绿地每秒可放出多少升的氧气。
（1公顷=104m2）
多维链接
1.内能与机械能的区别
内能和机械能是两种不同形式的能量。
内能是由物体内大量分子的热运动和分子间的相对位置决定的能量，这与物体的温度、体积等因素有关，而机械能是由物体做机械运动和物体形变决定的能量，它是对宏观物体整体来说的，物体具有内能的同时又可以具有机械能。
一个静止在地面上的物体，如果以地面作为零电势点，那么这个物体的机械能为零，但是这个物体里的分子却始终处在永不停息的热运动中，所以它的内能绝不为零，内能和机械能在一定的条件下可以相互转化。
2.一般气体分子间距约为10-9m，分子力可以忽略不计.这样，在改变气体体积时分子势能如何变化？
这样的气体的内能与哪些因素有关？
提示：
分子势能将不改变（为零），这样的气体可视为理想气体，其内能只与温度有关。
3.课本P17页思考与讨论
提示：
两分子靠近过程，先引力做正功，后斥力做负功，则分子势能是先减小后增大.这样在平衡位置时分子势能最小，不为零是负值。
7.5内能
教学目的
1．了解组成物质的分子具有动能及势能，并且了解分子平均动能和分子势能都与哪些因素有关。
2．理解物体的内能以及物体内能由物体的状态所决定。
教学重点
物体的内能是一个重要的概念，是本章教学的一个重点。
学生只有正确理解物体的内能才能理解做功和热传递及物体内能的变化关系。
教学难点
分子势能。
教学过程
一、复习提问
什么样的能是势能？
弹性势能的大小与弹簧的形变关系怎样？
二、新课教学
1．分子动能。
（1）组成物质的分子总在不停地运动着，所以运动着的分子具有动能，叫做分子动能。
（2）启发性提问：
根据你对布朗运动实验的观察，分子运动有什么样的特点？
应答：
分子运动是杂乱无章的，在同一时刻，同一物体内的分子运动方向不相同，分子的运动速率也不相同。
教师分析分子速率分布特点——在同一时刻有的分子速率大，有的分子速率小，从大量分子总体来看，速率很大和速率很小的分子是少数，大多数分子是中等大小的速率。
教帅进一步指出：
由于分子速率不同，所以每个分子的动能也不同。
对于热现象的研究来说，每个分子的动能是毫无意义的，而有意义的是物体内所有分子动能的平均值，此平均值叫做分子的平均动能。
（3）要学生讨论研究。
用分子动理论的观点，分析冷、热水的区别。
讨论结论应是：
组成冷、热水的大量分子的速率各不相同，则其动能也各不相同，但就冷水总体来说分子的平均动能小于热水的分子平均动能。
教师指出：
由此可见，温度是物体分子平均动能的标志。
2．分子势能。
（1）根据复习提问的回答（地面上的物体与地球之间有相互作用力；发生了形变的弹簧各部分间存在着相互作用力，因此在它们的相对位置发生变化时，它们之间便具有势能）说明分子间也存在着相互作用力，所以分子也具有由它们相对位置所决定的能，称之为分子势能。
（2）分子势能与分子间距离的关系。
提问：
分子力与分子间距离有什么关系？
应答：
当r=r0时，F=0，r＜r0时，F为斥力，r＞r0时，F为引力。
教师指出：
由于分子间既有引力又有斥力，好象弹簧形变有伸长或压缩两种情况，因此分子势能与分子间距离也分两种情况。
①当r＞r0时，F为引力，分子势能随着r的增大而增加。
此种情况与弹簧被拉长弹性势能的增加很相似。
②当r此种情况与弹簧被压缩时弹性势能的增加很相似。
小结：
分子势能随着分子间距离变化而变化，而组成物体的大量分子间距离若增大（减小）则宏观表现为物体体积增大（减小）。
可见分子势能跟物体体积有关。
（3）物体的内能。
教师指出：
物体里所有的分子动能和势能的总和叫做物体的内能。
由此可知一切物体都具有内能。
①物体的内能是由它的状态决定的（状态是指温度、体积、物态等）。
提问：
对于质量相等、温度都是100℃的水和水蒸气来说它们的内能相同吗？
应答，质量相等意味着它们的分子数相同，温度相等意味着它们的平均动能相同，但由于水蒸气分子间平均距离比水分子间平均距离大得多，分子势能也大得多，因而质量相等的水蒸气的内能比水大。
②物体的状态发生变化时，物体的内能也随着变化。
举例说明：
当水沸腾时，水的温度保持不变，所供给的大量能用于把分子拉开，增大了分子势能，因而增大了物体的内能，当水汽凝结时，分子动能没有明显变化，但分子靠得更紧密了，分子势能便减小了，因此物体的内能减小了。
③物体的内能是不同于机械能的另一种形式的能。
a．静止在地面上的物体以地球为参照物，物体的机械能等于0，但物体内部的分子仍然在不停地运动着和相互作用着，物体的内能永远不能为0。
b．物体在具有一定的内能时，也可以具有一定的机械能。
如飞行的子弹。
C．不能把物体的机械能和物体的内能混淆。
只要物体的温度、体积、物态不变，不论物体的机械能怎样变化其内能仍保持不变。
反之，尽管物体的内能在变化，它的机械能可以保持不变。
课堂练习：
如图33－3为一分子势能随距离变化的图线，从图中分析可得到（B）
A．r1处为分子的平衡位置；
B．r2处为分子的平衡位置；
C．r→∞处，分子间的势能为最小值，分子间无相互作用力；
D．若r＜r1,r越小，分子间势能越大，分子间仅有斥力存在.
（4）学生讨论题：
①静止在光滑水平地面上的木箱具有什么能？
若木箱沿光滑水平地面加速运动，木箱具有什么能？
此时木箱的内能与静止时相比较变化了没有？
②质量相等而温度不相等的两杯水，哪一杯水具有较大的内能？
温度相同而质量不等的两杯水，哪一杯水具有较大的内能？
最后总结一下本课要点。
布置作业：
本节课后问题与练习1、2
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