分子动能和分子势能PPT课件免费下载
展开一、【课程的主要内容】
一、分子动能1.分子动能:分子不停地做_______运动,做热运动的分子也具有_____。 2.平均动能:所有分子的动能的_______。温度越高,分子热运动的_________越大;温度越低,分子热运动的平均动能_____。二、分子势能1.分子势能:由于分子间存在着___________,所以分子具有由它们的相对位置决定的势能,这就是分子势能。
2.分子势能与分子间距离的关系:(1)当分子间距离r大于r0时,分子间的相互作用力表现为_____,要增大分子间的距离,必须克服_____做功,因此分子势能随着分子间距离的增大而_____。(2)当分子间距离r小于r0时,分子间的相互作用力表现为_____,要减小分子间的距离,必须克服_____做功,因此分子势能随分子间距离的减小而_____。3.物体的体积变化时,分子间距离发生变化,分子势能随着发生变化,可见分子势能跟物体的_____有关。
4.下列关于分子势能与分子间距离关系的说法中正确的是_____。①两分子间距为r0时分子势能最小。②分子势能随着分子间距的增大而增大。③分子势能随着分子间距的增大而减小。④分子势能可以为正值、负值、零。
三、内能思考 在水平地面上滚动的足球,球内的气体分子在做无规则热运动的同时,还共同参与水平地面上的机械运动。当足球静止在地面上时足球内的气体还具有什么形式的能呢?提示:足球内的气体具有内能。
1.物体中所有分子热运动的_____与_________的总和,叫作物体的内能,对于给定的某种物体,其内能大小跟物体的质量、_____和_____有关。2.组成物体的分子在做无规则的热运动,具有热运动的动能,它是___能的一部分;同时物体还可能做整体的运动,因此,还会具有动能,这是_____能的一部分,它是由物体的机械运动决定的。
3.下列关于内能的说法正确的是___。①物体的温度越高,内能越大。②机械能越大的物体内能越大。③气体的内能不为0(分子间距在10r0左右)。④物体的体积越大,内能就越大。
一 分子动能和分子势能的理解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,即使是同一个分子,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.分子热运动的平均动能:(1)热现象研究的是大量分子运动的宏观表现,有意义的是物体内所有分子热运动的平均动能。(2)温度是分子热运动的平均动能的标志,分子动理论使我们懂得了温度的微观意义,在相同温度下,各种物质分子热运动的平均动能都相同,由于不同物质分子的质量不一定相同,因此相同温度时不同物质分子热运动的平均速率不一定相同。
3.分子势能:(1)组成物质的分子间存在相互作用力,分子间具有由它们的相对位置决定的势能,这种势能叫作分子势能。(2)分子势能的特点:由分子间相对位置决定的能量,随分子间距的变化而变化,分子势能是标量,分子势能的正负号表示大小。
4.分子势能的大小和分子间距离的关系: (1)如果取两个分子间相距无穷远时(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的关系可用如图所示的曲线表示,从图线上可看出,当r=r0时,分子势能最小。
(2)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距离的增大而增大。(3)当分子间的距离r
(2)分子势能与体积有关,能否说物体体积越大,分子势能就越大?提示:不能,由于物体分子间距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。同样是物体体积增大,有时体现为分子势能增大(在r>r0范围内),有时体现为分子势能减小(在r
【解析】从距O点很远处向O点运动,两分子间距减小到r2的过程中,分子间体现引力,引力做正功,分子势能减小;由r2减小到r1的过程中,分子间仍然体现引力,引力做正功,分子势能减小;在间距等于r1之前,分子势能一直减小,取无穷远处分子间势能为零,则在r1处分子势能小于零。答案:减小 减小 小于
【误区警示】分子力做功与分子势能变化关系的理解(1)分子力做功是分子势能变化的唯一原因。(2)势能的大小与物体间距离的关系有一个共同的规律:不论是重力势能、弹性势能、电势能、还是分子势能,当它们之间的距离发生变化时,它们之间的相互作用力如果是做正功,势能都要减小;如果是做负功,势能都要增大。(3)分子势能最小与分子势能为零绝不是一回事,分子势能的正、负代表大小,如Ep=-10 J小于Ep=5 J。
【素养训练】1.(多选)如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子沿x轴运动,两分子间的分子势能Ep与两分子间距离的变化关系如图中曲线所示,图中分子势能的最小值为-E0。若两分子所具有的总能量为0,则下列说法中正确的是( )A.乙分子在P点(x=x2)时,其动能为E0B.乙分子在P点(x=x2)时,加速度最大C.乙分子在Q点(x=x1)时,处于平衡状态D.乙分子的运动范围为x≥x1
【解析】选A、D。两分子所具有的总能量为0,乙分子在P点时,分子势能为-E0,故分子动能为E0,故A正确;乙分子在P点时,分子力为零,故加速度为零、最小,故B错误;乙分子在Q点时分子势能为零,但此时受分子力不为零,故不是平衡状态,故C错误;当乙分子运动至Q点(x=x1)时,其分子势能为零,故其分子动能也为零,分子间距最小,而后向分子间距变大的方向运动,故乙分子的运动范围为x≥x1,故D正确。
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,每个分子的动能都增大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
【解析】选C。某种物体温度是0 ℃,物体中分子的平均动能并不为零,A项错误;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,说明分子运动激烈,分子平均动能增大,速率小的分子数目减小,速率大的分子数目增多,但并不是所有分子的动能都增大,故B错误,C正确;物体的运动速度越大,说明物体的动能越大,这并不能代表物体内部分子的热运动越剧烈,则物体的温度不一定高,选项D错误。
【补偿训练】(多选)关于分子势能与分子间距离之间的关系,下列判断正确的是( )A.当r
【解析】选A、C。当r
二 内能和机械能的区别和联系1.内能是对大量分子而言的,对单个分子来说无意义。2.物体内能的决定因素:(1)从宏观上看,物体内能的大小由物体的质量、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。
3.内能与机械能的区别和联系:
【思考·讨论】一架飞机在空中以某一速度飞行,由于飞机中所有分子都具有飞机的速度,所以分子具有动能,又由于飞机在空中,飞机中所有分子都离地面有一定高度,以地面为零势能面,所以分子具有势能,上述动能和势能的总和就是飞机的内能,当飞机停在地上时,飞机的内能为零,以上说法是否正确?为什么?提示:不正确,飞机的内能不是飞机的机械能,它是飞机中所有分子做无规则热运动和由于分子之间的相互作用而具有的势能的总和,与飞机的高度和飞机速度无关。
【典例示范】关于物体的内能,下列说法中正确的是( )A.相同质量的两种物质,升高相同的温度,内能增量一定相同B.一定质量0 ℃的水结成0 ℃的冰,内能一定减小C.静止的物体内能一定为零D.相同质量的两个同种物体,运动物体的内能一定大于静止物体的内能
【解析】选B。质量相同的两种物质,升高相同的温度时,分子总数和体积变化情况不一定相同,故选项A错;水结成冰要对外放热,因此0 ℃的水结成0 ℃的冰,水的内能一定大于冰的内能,选项B正确;内能是物体所有分子动能和势能的总和,没有内能为零的物体存在,故C错误;内能和机械能无关,是两个不相干的量,选项D错。
【误区警示】内能和机械能与运动状态的关系(1)影响物体内能的因素有温度、体积和物质的量。(2)物体的内能跟物体的机械运动状态无关。(3)研究热现象时,一般不考虑机械能,但在机械运动中有摩擦时,存在内能与机械能的相互转化,这时要考虑机械能。
【解析】选C、D。内能是物体中所有分子热运动平均动能与分子势能的总和,A错误;宏观上,物体的分子势能与物体的体积有关,与物体的温度无关,B错误;物体的内能与其速度无关,所以物体的速度增大,内能可能增大,也可能减小,速度减小,其温度可能升高,也可能降低,C、D正确。
2.(多选)下列说法正确的是( )A.橡皮筋被拉伸时,分子间势能增加B.1 kg 0 ℃的水内能比1 kg 0 ℃的冰内能大C.静止的物体其分子的平均动能为零D.A、B两物体温度相同,内能可能不同,分子的平均动能也可能不同
【解析】选A、B。橡皮筋被拉伸时,要克服分子力做功,故其分子势能增加,A正确;1 kg 0 ℃的水变成0 ℃的冰要放出热量,故1 kg 0 ℃的水内能大,B正确;静止的物体动能为零,但分子在永不停息地运动,其平均动能不为零,同理被举高的物体,势能增加,但其体积不变,分子势能不变,故C错;温度是分子热运动的平均动能的标志,不同物体,温度相同,分子的平均动能相同,故D错。
【拓展例题】考查内容:内能和机械能的关系与转化【典例】关于内能和机械能的关系与转化,以下说法正确的是( )A.机械能是内能的宏观反映B.内能是机械能的微观表现C.在一定条件下内能和机械能可以相互转化D.机械能可以转化为内能,但内能不能转化为机械能
【解析】选C。机械能是宏观物体的做功本领的反映,是由于宏观物体的运动以及相互作用而存在的能量,内能是组成宏观物体的微观粒子由于运动和相互作用而具有的能量,它们没有A、B选项描述的这种联系;机械能通过摩擦或做功可以转化为内能,内能也可以通过热机转化为机械能,C正确,D错误。
1.关于温度的概念,下列说法中正确的是( )A.温度是分子平均动能的标志,物体的温度高,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,则物体的每一个分子的动能都增大C.某物体当其内能增大时,则该物体的温度一定升高D.甲物体的温度比乙物体高,则甲物体分子的平均速率比乙物体分子的平均速率大
【解析】选A。温度是分子平均动能的标志,温度升高,分子的平均动能增大,但有些分子的动能可能减小,A正确,B错误;内能增大,温度不一定升高,因为增加内能可以只通过改变分子势能,C错误;不同种类的分子,分子质量不一定相等,因此无法比较分子的平均速率大小,D错误。
2.下列四幅图中,能正确反映分子间作用力F和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是( )
【解析】选B。当r=r0时引力与斥力的合力为零,即分子力为零,A、D两项错误;当分子间的距离趋于r0时,分子力做正功,分子势能减少,r=r0时分子势能最小,B项正确,C项错误。
3.下列关于温度、内能和热量的说法正确的是( )A.物体的温度越高,所含热量越多B.物体的内能越大,所含热量越多C.物体的温度越高,它的分子热运动的平均动能越大D.物体的温度不变,其内能也不变
【解析】选C。物体的内能是一个状态量,而热量是一个过程量,物体之间只发生热传递时内能的改变量等于热量,故选项A、B均错误;温度越高,分子的平均动能越大,选项C正确;物体的内能由物质的量、温度、体积等因素共同决定,温度不变时,内能可能改变,故选项D错误。
4.足球内充入2个标准大气压的气体,下列关于足球内能的说法中正确的是( )A.在草地上足球的速度减小,其内能也减小B.足球的容积不变,内部气体的温度降低,则内部气体的内能将减小C.当足球高度发生变化时,足球内气体的分子势能也会发生变化D.在0 ℃的环境内,足球内气体没有内能
【解题指南】解答本题应注意以下两点:(1)因为温度是分子平均动能的唯一标志,0 ℃的物体中分子的平均动能也有一定值,并不为零。(2)区分物体内分子做无规则热运动的速度和物体做机械运动的速度。
【解析】选B。物体的内能与物体的机械运动无关,故A错误。当气体的体积不变而温度降低时,气体的分子势能不变,分子的平均动能减小,气体的内能减小,故B正确。分子势能与空间位置无关,故C错误;任何物体都有内能,故D错误。
【新思维·新考向】情境:如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子位于x轴上,甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示。F>0为斥力,F<0为引力。A、B、C、D为x轴上四个特定的位置,现把乙分子从A处由静止释放。
问题:(1)当乙分子由A向C运动时分子力怎样变化?加速度怎样变化?提示:乙分子处于A、C之间时,在r>r0范围内,分子力表现为引力,当分子间距离减小时分子力先增大后减小,根据牛顿第二定律,加速度也先增大后减小。
(2)只有分子力做功时,分子的动能和分子势能的总和恒定吗?提示:分子力同重力的特点一样,只有分子力做功时分子势能和分子动能的总和保持不变。
【解析】选A。温度是分子热运动平均动能的标志,温度升高,分子的平均动能增大,平均速率也增大,但并不能说明每个分子的动能都变大,再者研究单个分子动能变大是毫无意义的,B、C、D正确,本题选不正确的,故选A。
2.两分子的距离为r,当r稍增大些( )A.分子力一定减小,分子势能一定增加B.分子力一定增大,分子势能一定减少C.分子力可能增大也可能减小,分子势能一定减少D.因为不知道r的大小,对分子力和分子势能的变化都无法判定【解析】选D。分析分子力和分子势能随分子间距离的变化问题,首先要明确分子间的距离r,是r>r0还是r
4.下列说法中正确的是( )A.物体的内能变化时,它的温度可以不变B.每个分子的内能等于它的势能和动能的总和C.同种物质,温度较高时的内能肯定比温度较低时的内能大D.温度是分子热运动剧烈程度的反映,当温度升高时,物体内部分子的动能都增加
【解析】选A。零摄氏度的冰变为零摄氏度的水,内能增加,故物体的内能变化时,它的温度可以不变,A项正确;分子势能存在于系统之间,对单个分子无势能可言,B项错误;内能大小与温度、状态和物质的量有关,同种物质,温度较高时,内能不一定较大,C项错误;温度是分子热运动剧烈程度的反映,当温度升高时,物体内部分子的平均动能增加,并不是每个分子的动能都增加,D项错误。
【补偿训练】下列说法正确的是( )A.只要温度相同,任何物体分子的平均动能都相同B.分子动能指的是由于分子定向移动而具有的动能C.100个分子动能和势能的总和就是这100个分子的内能D.温度高的物体分子平均速率小于温度低的同种物质组成的物体分子平均速率
【解析】选A。温度是分子平均动能的标志,温度相同,则物体分子的平均动能相同,A正确;分子动能是由于分子做无规则运动而具有的动能,B错误;物体内能是对大量分子而言的,对于100个分子而言毫无意义,C错误;若组成物体的物质相同,温度高的物体分子平均速率大,D错误。
5.在两个分子间的距离由r0(平衡位置)变为10r0的过程中,关于分子间的作用力F和分子间的势能Ep的说法中,正确的是( )A.F不断减小,Ep不断减小B.F先增大后减小,Ep不断增大C.F不断增大,Ep先减小后增大D.F、Ep都是先减小后增大【解析】选B。分子间距r=r0时,分子力F=0;随着r的增大,分子力表现为引力,F≠0;当r=10r0时,F=0,所以F先增大后减小;在分子间距由r0至10r0的过程中,始终克服分子引力做功,所以分子势能一直增大,所以B项正确。
6.在温度相同的条件下,下列有关氧气、氮气分子说法正确的是( )A.每一个氧分子和每一个氮分子的动能相同B.1克氧气分子动能之和与1克氮气分子动能之和相等C.1摩尔氧气分子动能总和与1摩尔氮气分子动能总和相等D.1摩尔氧气分子动能总和大于1摩尔氮气分子动能总和【解析】选C。温度相同,表明氧气和氮气分子平均动能相等,若质量相同则氮气分子数多,氮气分子总动能大,故B错;每个氧分子和每个氮分子动能无法比较,分子平均动能是对系统而言,对单个分子无意义,故A错;温度相同,分子平均动能相同,1摩尔氧气与1摩尔氮气所含有的分子数相同,分子动能总和相同,故C项正确,D错误。
二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)7.(12分)一颗炮弹在空中以某一速度飞行,有人说:由于炮弹中所有分子都只有这一速度,所以分子具有动能;又由于分子都处于高处,所以分子又具有势能,因此分子的上述动能和势能的总和就是炮弹的内能。这种说法正确吗?
8.(12分)为了阻断新冠肺炎流通途径,对公共场所进行定期消毒,消毒剂从喷雾器中射出时变成雾状液沫,设其温度不变,消毒剂的内能是否变化?(消毒液分子间距为r0) 【解析】液体变成雾状液沫后,分子之间的距离在r0的基础上变大了,分子势能的总和变大,所以内能增大。答案:见解析
【能力提升】(15分钟·40分)9.(7分)(多选)将一定质量的液氮注入一个导热的真空容器中,当容器的温度达到常温时,液氮全部变成氮气,下列说法正确的是( )A.液氮中氮分子的间距大于平衡距离,分子间的作用力表现为引力B.液氮中氮分子的间距近似等于平衡距离,分子间的作用力可认为等于零C.液氮变成氮气,内能增加D.液氮变成氮气,内能减小
【解析】选B、C。液氮中氮分子的间距近似等于平衡距离,分子间的作用力可认为等于零,A项错误,B项正确;液氮变成氮气,温度升高,分子平均动能增加,同时分子间距离增大,分子间作用力表现为引力,且分子间作用力做负功,分子势能增加,则内能增加,C项正确,D项错误。
10.(7分)(多选)现有18 g水、18 g水蒸气和32 g氧气,在它们的温度都是100 ℃时,下列说法正确的是( )A.它们的分子数目相同,分子的平均速率相同B.它们的分子数目相同,分子的平均动能相同C.它们的分子数目相同,水蒸气的内能比水大D.它们的分子数目不相同,分子的平均动能相同
【解析】选B、C。水和水蒸气的分子量相同,摩尔质量相同,18 g的水和水蒸气分子数相同,都是6.02×1023个,32 g的氧气分子数为6.02×1023个,故分子数目相同;温度是分子热运动平均动能的标志,温度相等,则分子热运动的平均动能相同,由于氧分子的质量大,故氧分子的平均速率小;内能包括分子势能和分子热运动的动能,由液体水变成水蒸气分子间距离从r0变大,引力做负功,分子势能增加,故B、C正确,A、D错误。
【补偿训练】(多选)对于20 ℃的水和20 ℃的水银,下列说法正确的是( )A.两者的分子平均动能相同B.水银的分子平均动能比水的大C.两者的分子平均速率相同D.水银分子的平均速率比水分子的平均速率小【解析】选A、D。温度相同的任何物体,内部的分子平均动能都相等,所以A项正确,B项错误;分子平均动能相同,平均速率不一定相同,还与分子质量有关,水银的分子质量大,平均速率小,所以C项错误,D项正确。
11.(7分)如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子位于x轴上,甲、乙两分子间的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示,F>0为斥力,F<0为引力。a、b、c、d为x轴上四个特定的位置,现将乙分子从a移动到d的过程中,两分子间的分子力和分子势能同时都减小的阶段是( )A.从a到b B.从b到cC.从c到d D.从b到d
【解析】选B。从a到b的过程中,两分子间的分子力为引力且正在增大,A错误;从b到c的过程中,两分子间的分子力为引力且在减小,随着分子距离的减小,分子力做正功,分子势能也在减小,B正确;从c到d的过程中,两分子间的分子力为斥力且在增大,所以选项C、D错误。
12.(19分)分子势能随分子间距离r的变化情况可以在如图所示的图像中表现出来,就图像回答: (1)从图中看到分子间距离在r0处,分子势能最小,试说明理由。(2)图中分子势能为零的点选在什么位置,在这种情况下分子势能可以大于零,也可以小于零,也可以等于零,对吗?(3)如果选两个分子相距r0时分子势能为零,分子势能有什么特点?
【解析】(1)如果分子间作用力的合力为零,此距离为r0。当分子间距离小于r0时,分子间的作用力表现为斥力,要减小分子间的距离必须克服斥力做功,因此,分子势能随分子间距离的减小而增大。如果分子间距离大于r0时,分子间的相互作用表现为引力,要增大分子间的距离必须克服引力做功,因此,分子势能随分子间的距离增大而增大。从以上两种情况综合分析,分子间距离以r0为数值基准,分子间距离不论减小或增大,分子势能都增大。所以说,分子在平衡位置处是分子势能最低点。
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