2024－2024学年高中物理第一章分子动理论第五节物体的内能讲义含解析粤教版选修3_3.docVIP

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物体的内能

1．分子由于热运动而具有动能，因分子热运动的无规则性，探讨热现象时，我们探讨的是物体内全部分子动能的平均值，这个动能叫做分子的平均动能，它的标记是温度。

2．分子势能和重力势能类似，它是由分子力和分子间的相对位置所确定的势能，它与分子间距离的变更规律可用分子力做功来恒量，分子力做正功，分子势能削减，分子力做负功，分子势能增加，且分子力做功的数值等于分子势能的变更量。

3．物体的内能包括物体中全部分子的动能和势能，它从宏观上确定于物质的量、温度、体积，同时受物态变更的影响。

4．气体分子间距离大约为分子直径的10倍，分子间的作用力特别微弱，当气体分子间距离变更时，分子力所做的功特别小，因此，分子势能的变更可以忽视。

5．一般状况下，人们把气体分子看作没有相互作用的质点，这种气体的简化模型称为志向气体微观模型，因此，它的内能只取决于物质的量和温度这两个宏观量。

分子动能和分子势能

1.分子的动能

(1)定义：分子由于热运动而具有的动能。

(2)分子的动能与温度的关系

①单个分子的动能

由于分子运动的无规则性，在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一，就是同一个分子，在不同时刻的动能也是不同的，所以单个分子的动能没有意义。

②分子的平均动能

温度是分子平均动能的标记，这是温度的微观意义，在相同温度下，各种物质分子的平均动能都相同，由于不同物质分子的质量不肯定相同，因此相同温度时不同物质分子的平均速率不肯定相同。

2．分子势能

(1)定义：分子间由分子力和分子间的相对位置确定的势能。

(2)分子势能与分子间距离的关系

分子势能的大小与分子间的距离有关，宏观上与物体的体积有关。分子势能的变更与分子间的距离发生变更时分子力做正功还是负功有关。

①当分子间的距离rr0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rr0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假如取两个分子间相距无限远时(此时分子间作用力可忽视不计)的分子势能为零，分子势能Ep与分子间距离r的关系可用如图所示的曲线表示。从图线上看出，当r＝r0时，分子势能最小。

(1)热现象探讨的是大量分子运动的宏观表现，有意义的是物体内全部分子热运动的平均动能。

(2)物体的温度上升，分子的热运动加剧，分子的平均动能增大，并不是每个分子的动能都增大。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。

(3)分子势能同重力势能、弹性势能、电势能一样，都是与某种力对应又由相对应位置确定的能量，且该种力做功等于对应势能的变更。

1．相同质量的氧气和氢气温度相同，下列说法正确的是()

A．每个氧分子的动能都比氢分子的动能大

B．每个氢分子的速率都比氧分子的速率大

C．两种气体的分子平均动能肯定相等

D．两种气体的分子势能肯定相等

解析：选C温度是分子平均动能的标记，氧气和氢气的温度相同，其分子的平均动能应相同，但分子的运动速率有的大，有的小，各个分子的动能并不相同，只是全部分子的动能的平均值相同。分子势能与分子间距离有关，即与体积有关，因此无法比较两种气体的分子势能，因此，只有C选项正确。

物体的内能

1.定义

物体中全部分子做热运动的动能和分子势能的总和。

2．内能的确定因素

(1)任何物体都具有内能，因为一切物体都是由不停地做无规则热运动且相互作用着的分子所组成的。

(2)确定物体内能的因素：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确定。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确定。

3．志向气体及其内能

(1)志向气体微观模型：把一般状况下的气体分子看作是没有相互作用的质点。

(2)志向气体的内能

①忽视气体分子的相互作用力和分子势能。

②从宏观上看，志向气体的内能由气体的摩尔数、温度二个因素确定。从微观上看，由组成气体的分子总数和分子热运动的平均动能确定。

4．内能与机械能的区分和联系

项目

内能

机械能

对应的运动形式

微观分子的热运动

宏观物体的机械运动

确定因素

物质的量、物体的温度和体积及物态

物体的机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度或弹性形变)

是否为零

恒久不能等于零

肯定条件下可以等于零

联系

在肯定条件下可以相互转化

(1)探讨物体的内能变更时，要从分子动能和分子势能两个方面全面考虑(志向气体除外)，物体温度上升时，内能不肯定增加，温度不变，内能可能变更，温度降低，内能可能增加。

(2)探讨热现象时，一般不考虑机械能。在机械运动中有摩擦时，有可能发朝气械能转化为内能。

2．关于机械能和内能，下列说法中正确