资源简介

1.3 温度与内能 教案4（鲁科版选修3-3）
新课标要求
知识与技能
过程与方法
情感、态度和价值观
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．知道什么是分子势能，知道改变分子间的距离必须克服分子力做功，因而分子势能发生变化，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。
通过分子势能和弹性势能的类比，培养学生用类比方法分析问题的能力
培养学生综合宏观量来分析微观量的方法和能力
教材分析与方法
教学重点
教学难点
教学方法
教学用具
1．分子势能及分子势能与体积的关系。
2．物体的内能及其跟物体体积的关系
分子势能跟物体体积的关系
讲述法，分析归纳法，类比法
多媒体
复习预习引入
教师活动
学生活动
1、分子力指的是什么？
2、分子力随分子距离的变化有什么规律？
知识探究过程
一、分子动能
问题情景分析：据分子动理论，组成物体的分子不停地做无规则运动，那么做热运动的分子也具有动能。而物体里分子运动的速率各不相同，有的大，有的小，所以各个分子的动能并不相同。由于碰撞的结果，各个分子的动能还会发生变化。而在热现象的研究中，我们所关心的不是每个分子的动能，而是物体里所有分子的动能的平均值。
1.分子平均动能：物体里所有分子的动能的平均值，叫做分子热运动的平均动能。
2.平均动能的决定因素：温度升高，物体分子的热运动加剧，分子热运动的平均动能也增加，温度越高，分子热运动的平均动能越大。
温度越低，分子热运动的平均动能越小。
结论：温度是物体分子热运动的平均动能的标志。
二、分子势能
对比分析：（1）重力做正功时，重力势能如何改变？重力做负功时，重力势能如何改变？
（2）弹力做正功时，弹性势能如何改变？弹力做负功时，弹性势能如何改变？
回答：重力做正功时，重力势能减小，重力做负功时，重力势能增大；
弹力做正功时，弹性势能减小，弹力做负功时，弹性势能增大。
1.分子势能的得出：由于重物和地球间存在相互作用力，弹簧与物体间存在相互作用力，由它们的相对位置决定的能，称为势能。这就是重力势能或弹性势能。同样在分子间存在相互作用力，所以分子间具有它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能！
2.决定分子势能的因素：
问题1：当分子间距r＞r0时，分子力表现为什么力？此时如果分子间距增大，分子力做功情况如何？分子势能如何变化？如果分子间距变小，分子力做功情况如何？分子势能如何变化？
分析：分子间的距离r大于r0的时候，分子间的相互作用表现为引力，要增大分子间的距离，分子引力做负功，所以分子势能随着分子间距离的增大而增大。如果分子间距离变小，分子引力做正功，所以分子势能随分子间的减小而减小。
问题2：当分子间距r＜r0时，分子力表现为什么力？此时如果分子间距增大，分子力做功情况如何？分子势能如何变化？如果分子间距变小，分子力做功情况如何？分子势能如何变化？
分析：分子间的距离r小于r0时，分子间的相互作用力表现为斥力，要增大分子间的距离，分子斥力做正功，所以分子势能随分子间距离的增大而减小；如果分子间距离变小，分子斥力做负功，所以分子势能增大，分子势能随分子间距的减小而增大。
结论：物体的体积变化时，分子间的距离将发生变化，分子势能随之改变。因此分子势能与物体的体积有关。
三、内能
1.内能：物体内所有分子做热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。
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组成的，所以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都有关系，温度变化时，分子的动能发生变化，因而物体的内能发生变化；体积变化时，分子势能发生变化，因而物体的内能发生变化。物体的内能还与物体所含的分子数有关。因为内能是物体所有分子动能和分子势能的总和。
3.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，物体可以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无规则的热运动，分子之间彼此有相互作用。
能力创新思维
例1.关于分子动能，下列说法中正确的是
A．温度相同时，不同物体的分子平均动能相同
B．温度相同时，不同物体的分子平均速率相同
C．温度相同时，只有同种物体的分子平均动能才相等
D．温度升高时，物体中所有分子的动能都增大
答案：A
例2.甲、乙两个分子相距较远（此时它们之间的分子力可以忽略），设甲固定不动，在乙逐渐向甲靠近直到不能再靠近的过程中，关于分子势能变化情况的下列说法，正确的是 .? A.分子势能不断增大 B.分子势能不断减小
C.分子势能先增大后减小 D.分子势能先减小后增大
解析：从分子间的作用力与分子间的距离的关系知道：当分子间距离大于r0时，分子间表现为引力，当分子间距离小于r0时，分子间表现为斥力，当分子间距离大于10r0时，分子间的作用力十分小，可以忽略，所以当乙从较远处向甲尽量靠近的过程中，分子先是对乙做正功，后是分子力对乙做负功或者乙克服分子力做功，而由做功与分子势能变化的关系又知道：若分子力做正功，分子势能减小，若分子力做负功，分子势能增加。因此，当乙尽量向甲靠近的过程中，分子势能是先减小后增大。
答案：D
能力提升训练
课堂练习
1．一定质量的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( C )
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?
2．对温度的描述，正确的是?( D )
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
3．以下说法正确的是( AC )
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

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(　　)
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1-3-1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1-3-1
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1-3-2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(　　)
图1-3-2
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．
4．改变内能的方式：做功和热传递．
(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．
(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．

1．任何物体都具有内能．(√)
2．物体内能只与温度有关．(×)
3．做功和热传递改变内能时，本质是相同的．(×)

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？
【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．

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
6．1 g 100 ℃的水和1 g 100 ℃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.1 g水与1 g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1 g 100 ℃的水蒸气要比1 g 100 ℃的水的内能大．
【答案】　(1)正确　(2)错误
课件36张PPT。知识点一知识点二学业分层测评知识点三温 度 与 分 子 平 均 动 能 热运动平均值增大减小正比平均动能分 子 势 能 分子力相对位置体积距离增加增加最小物 体 的 内 能 热运动的动能分子势能无规则运动有相互作用力内能质量温度体积质量温度体积做功热传递做功的多少热量过程量

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