第12.1节 物体的内能-2024-2025学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第三册）.docx

第十二章热力学定律

12.1物体的内能

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知识要点

难易度

1.分子平均动能：只与温度有关

2.分子势能：r=r0时分子势能最小，总势能与体积有关

3.内能=分子动能+分子势能

4.做功和热传递：两种改变内能的方式，等效

5.气体体积增大，对外做功；气体体积减小，外界对气体做功

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??知识精讲

一、物体的内能

1.分子动能；

(1)定义：分子永不停息的做无规则运动所具有的动能。表达式：

(2)分子热运动的平均动能：大量分子热运动动能的平均值。表达式：

(3)温度是分子热运动平均动能的唯一标志。

温度越高，分子热运动平均动能越大。温度是宏观物理量，分子平均动能是微观物理量。

温度不变时，单个分子动能不断变化，但分子平均动能不变。

2.分子势能：

(1)定义：分子间有相互作用力，作用力的大小和方向与相对位置有关，与位置相关的能量叫分子势能。

(2)分子势能模型

当分子从无限远处逐渐靠近的过程中，r0为平衡位置，分子引力=分子斥力

①当rr0时，分子力为引力，力的方向与位移方向相同，分子力做正功，动能增加，势能减小。

②当rr0时，分子力为斥力，力的方向与位移方向相反，分子力做负功，动能减小，势能增加。

所以，在r=r0时，势能最小，动能最大。

以无限远处分子势能为0点，则r0处分子势能为负值。

(3)分子势能和体积有关：体积变化，分子间距变化，分子势能变化。

5.内能

(1)定义：物体所有大量分子动能和分子势能的总和称为内能，通常用U表示。

总动能=分子数×分子平均动能。

(2)内能是宏观物理量，与物体温度、体积有关。

(3)由于分子热运动永不停息，所以物体内部永远大于0。

(4)理想气体：分子间距比较大，分子势能可以忽略，内能等于分子动能总和。

另一说法：温度不太低、压强不太大时可看作理想气体。

(5)内能和机械能的区别：热运动具有内能，机械运动具有机械能（动能和势能）。

例1.右图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

（A）当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力

（B）当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力

（C）当r等于r1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

答案：B

解析：r=r2为势能最小值，即平衡位置，r=r1时为斥力，B正确。

二、物体内能的变化

1.改变物体内能的两种方式：做功和热传递，两种方式是等效的。

①对物体做功，物体内能增加；物体对外做功（对物体做负功），物体内能减少。

气体：气体膨胀，体积增大，对外界做功；（自由膨胀除外）

压缩气体，体积减小，外界对气体做功。

?热传递：热量从高温物体传递给低温物体，或从物体的高温部分传递给低温部分。

热平衡：热传递最终达到温度相等的状态。

在热传递过程中，物体吸热，内能增加；物体放热，内能减少。

?做功和热传递，对改变物体的内能等效的。

物体内能的变化与做功和热传递两个因素有关，即吸热不一定升温。

2.做功是其它形式能和内能之间的转化，热传递是内能在不同物体之间转移。

例2.判断下列说法是否正确：

(1)质量和温度都相同的气体，内能一定相同。（）

(2)气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大。（）

(3)气体被压缩时，内能可能不变。（）

(4)一定量的某种理想气体的内能只与温度有关。（）

(5)一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加。（）

答案：×，×，√，√，√

解析：(1)质量与温度都相同的不同理想气体，分子的平均动能相同，但气体的摩尔质量不同，因此分子个数不同，气体的内能不同，错误；

(2)气体的温度不变，气体分子的平均动能不变，内能不变，整体运动速度增大，内能也不会改变，错误；(3)气体被压缩时，如果同时放热，放出的热量等于外界对气体做的功，则气体内能不变，正确;

(4)理想气体的分子势能为零，内能等于所有分子的动能之和，分子数一定，总动能只与温度有关，正确；

(5)由理想气体状态方程可知，在等压膨胀过程中，气体压强不变，体积增大，温度升高，内能增加，正确。

例3.关于温度和内能的理解，下列说法中正确的是()

A．温度是分子平均动能的标志，物体温度升高，则物体每一个分子的动能都增大

B．不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能

C．1g100℃水的内能小于1g100℃水蒸气的内能

D．做功和热传递对改变物体内能是等效的，也就是说做功和热传递的实质是相同的

答案：C

解析：物体温度升高分子的平均动能增加，但不是每一个分子的动能都增大，A错误；

质量相等的氢气和氧气温度相同，分子的平均动能相