2019-2020年高中物理（SWSJ）鲁科版选修3-3教学案：第1章第3节温度与内能含答案

2019-2020年高中物理（SWSJ）鲁科版选修3-3教学案第1章第3节温度与内能含答案温度与分子平均动能[自读教材·抓基础]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[跟随名师·解疑难]1．温度的物理含义1宏观上温度表示物体的冷热程度2微观上标志物体分子热运动的激烈程度，它是物体分子平均动能的标志3温度是一个“统计”概念，它仅对物体，即大量的分子有意义，对单个分子来说，温度是没有意义的，故“分子的温度”这种说法是不科学的4温度与物体的宏观运动状态无关2．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不相同所以研究单个分子的动能没有意义3．分子的平均动能只要温度相同，一切物体分子的平均动能就一定相同与物质种类、质量、压强、体积无关[特别提醒]　在温度相同时，一切物体分子的平均动能相同，平均速率一般不相同因为k＝m2，而不同物质的分子质量一般不同例如，氧气和氢气在温度相同时，kO＝kH，即mO2＝mH2，因为mOmH，所以OH[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄小试身手关于分子动能，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，所有分子的动能都增大C．同种物体，温度高时分子的平均动能一定比温度低时的大D．物体的运动速度越大，则物体的分子动能也越大解析选C　某种物体的温度是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，说明分子运动激烈，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，这并不能代表物体内部分子的热运动，则物体的温度不一定高，所以选C分子势能[自读教材·抓基础]1．定义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rr0，当r增大时，分子势能增加

②若rr0，当r减小时，分子势能增加

③若r＝r0，分子势能最小[跟随名师·解疑难]1．影响分子势能大小的因素如图1­3­1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1­3­1分子间距离r＝r0rr0rr0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[特别提醒]　1分子力做功是分子势能变化的量度2物体体积改变，分子势能必定发生改变大多数物质是体积越大，分子势能越大；也有少数反常物质如冰、铸铁体积越大，分子势能反而越小3当r＝r0时，分子力为零，分子势能为最小值，分子势能最小值和分子势能为零不是一回事[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄小试身手关于分子势能，下列说法中正确的是　　A．分子势能只由分子引力决定B．分子势能跟物体的体积有关C．物体体积增大时，分子势能一定增加D．物体体积减小时，分子势能一定减小解析选B　物体体积发生变化时，分子势能将发生变化，但没有确定关系当分子间距离rr0时，分子力表现为斥力，分子势能随r的增大而减小；当分子间距离rr0时，分子力表现为引力，分子势能随r的增大而增大；r＝r0时，分子势能最小物体的内能[自读教材·抓基础]1．定义物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和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4．改变内能的方式改变内能的方式有做功和热传递1做功改变内能时，可以使其他形式的能与内能发生转化，内能的变化量可用做功的多少来量度2通过热传递改变物体内能时，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[跟随名师·解疑难]1．对内能的理解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2．改变内能的两种方式及其区别做功热传递特征有力参与做功存在温度差本质内能与其他形式的能转化内能的转移量度功热量举例摩擦、压缩等不同温度的物体接触3．内能与机械能的区别和联系项目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形式分子动能、分子势能物体动能、重力势能和弹性势能能量存在原因由物体内大量分子的热运动和分子间相对位置决定由于物体做机械运动或物体形变或被举高而具有影响因素物质的量、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程度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[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄小试身手关于物体的内能，以下说法正确的是　　A．不同物体温度相等，内能也相等B．所有分子的势能增大，内能也增大C．做功和热传递都能改变物体的内能，但二者本质不同D．只要两物体的质量、温度、体积相等，两物体的内能一定相等解析选C　物体的内能包括所有分子动能和分子势能之和，A、B均错；通过做功改变内能，是其他形式的能与内能的转化，而通过热传递改变内能，则是内能在物体间的转移，二者有本质的不同，C项正确；两物体质量相同，但种类不一定相同，分子总数就不一定相等，即使温度、体积相等，内能也不一定相等，D项错对分子势能的考查[典题例析]1．多选海南高考两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图1­3­2中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0，相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是　　图1­3­2A．在r＞r0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小B．在r＜r0阶段，F做负功，分子动能减小，势能也减小C．在r＝r0时，分子势能最小，动能最大D．在r＝r0时，分子势能为零E．分子动能和势能之和在整个过程中不变[思路点拨]　1分子间作用力何时表现为引力，何时表现为斥力？提示rr0时，引力；rr0时，斥力2分子力做正功时，分子势能如何变化？分子动能如何变化？提示分子势能减少，分子动能增加解析在r＞r0阶段，当r减小时F做正功，分子势能减小，分子动能增加，故选项A正确；在r＜r0阶段，当r减小时F做负功，分子势能增加，分子动能减小，故选项B错误；在r＝r0时，分子势能最小，动能最大，故选项C正确；在r＝r0时，分子势能最小，但不为零，故选项D错误；在整个相互接近的过程中分子动能和势能之和保持不变，故选项E正确答案ACE[探规寻律]分子势能图像问题的解题技巧1明确分子势能、分子力与分子间距离图像中拐点意义的不同，分子势能图像的最低点最小值对应的距离是分子平衡距离r0，而分子力图像的最低点引力最大值对应的距离大于r02分子势能图像与r轴交点表示的距离小于r0，分子力图像与r轴交点表示平衡距离r0，其次要把图像上的信息转化为分子间距离再求解其他问题[跟踪演练]下列关于分子力和分子势能的说法中，正确的是　　A．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大B．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小C．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大D．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小解析选C　分子间作用力表现为引力时，随分子间距离增大，要克服分子引力做功，分子势能增大，但分子间作用力可能先增大后减小，也可能一直减小；分子间作用力表现为斥力时，随分子间距离减小，分子间作用力增大，克服斥力做功，分子势能增大，C正确对物体内能的考查[典题例析]2．下列关于内能的说法中，正确的是　　A．不同的物体，若温度相等，则内能也相等B．物体速度增大，则分子动能增大，内能也增大C．对物体做功或向物体传热，都可能改变物体的内能D．冰融化成水，温度不变，则内能也不变[思路点拨]　1物体内能的决定因素是什么？提示质量、温度和体积2内能与机械能有什么关系？提示没有必然的联系3改变物体内能的方式有哪些？提示做功和热传递解析不同的物体，温度相同，只是分子的平均动能相同，但物质的量和分子势能两个因素不确定，故内能不一定相等，A错；物体的速度是宏观量，物体的速度增大，分子热运动的动能不一定增大，内能不一定增大，B错；改变物体内能的方式有两种即做功和热传递，对物体做功或向物体传热，都可能改变物体的内能，C对；冰融化成水，温度不变，分子的平均动能不变，体积变小，分子间距变小，分子势能增加，故内能增加，D错答案C[探规寻律]影响物体内能的因素有温度、体积和物体的质量或所包含分子的个数，且内能与机械能无关[跟踪演练]四川高考物体由大量分子组成，下列说法正确的是　　A．分子热运动越剧烈，物体内每个分子的动能越大B．分子间引力总是随着分子间的距离减小而减小C．物体的内能跟物体的温度和体积有关D．只有外界对物体做功才能增加物体的内能解析选C　分子运动的剧烈程度是针对大量分子的统计规律而言，并不能说明每一个分子的运动情况，故A选项错误；根据分子间的引力大小与分子间的距离之间的关系分子间的引力大小随分子间的距离的减小而增大可知，B选项错误；从宏观角度看，物体的内能与物体的温度和体积有关，故C选项正确；改变物体内能的方式有两种做功和热传递，故D选项错误[课堂双基落实]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，物体的温度越高，则分子的平均动能越大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，因为增加的内能可以只改变分子势能，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．分子间距离增大时，分子势能将　　A．增加　　　　　B．减小C．不变D．不能确定解析选D　分子势能的变化与分子力做功紧密联系当分子力做正功时，分子势能减小；当分子力做负功时，分子势能增大当rr0时，r增大，分子力做负功，分子势能增大；当rr0时，r增大，分子力做正功，分子势能减小由此可知选项D正确3．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．物体的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解析选D　内能是对物体内所有分子而言的，单个分子无内能可言，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；物体的温度决定分子的平均动能，与物体宏观运动的动能无关，因此选项D是正确的

4.如果取分子间距离r＝r0r0＝10－10m时为分子势能的零势能点，则rr0时，分子势能为________值；rr0时，分子势能为________值填“正”“负”或“零”按规定的零势能点，试着在图1­3­3上画出Ep­r的图像图1­3­3解析当r＝r0时，分子势能最小，所以若规定此时分子势能为零，则无论rr0，还是rr0，分子势能均为正值答案正　正　如图所示[课下综合检测]

一、选择题

1.关于热量、内能、温度的关系，下面说法中不正确的是　　A．温度是物体内能的标志B．热量是热传递过程中物体内能转移量的量度C．内能少的物体也可能将其部分内能转移到内能多的物体D．内能总是从分子平均动能大的物体转移到分子平均动能小的物体上解析选A　温度是分子平均动能的标志，而不是物体内能多少的标志，因为决定内能的因素还有质量、体积等因素可见选项A是错误的选项B符合热量的定义，因此是正确的内能少的物体若温度较高，而内能多的物体其温度较低，则根据热传递的条件和规律，知选项C正确分子平均动能大的物体就是温度高的物体，根据热传递的条件和规律，知选项D正确2．关于机械能和内能，下列说法中正确的是　　A．机械能大的物体，其内能一定很大B．物体的机械能损失时，内能却可以增加C．物体的内能损失时，机械能必然减少D．物体的内能为零时，机械能可以不为零解析选B　内能和机械能是两种不同形式的能量，两者并不存在必然联系只有在系统的能量转化形式只发生在机械能与内能之间时，机械能的损失才等于内能的增加，故A、C错，B对；因为物体分子总在不停地做无规则运动，故内能不可能为零，D错3．福建高考下列四幅图中，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　　图1解析选B　本题考查分子间作用力以及分子势能随分子间距离变化关系，意在考查考生对该部分知识的了解情况当r＝r0时，分子间作用力f＝0，分子势能Ep最小，排除A、C、D，选B4．对于物体的“热胀冷缩”现象，下列说法中正确的是　　A．物体受热后温度升高，分子的平均动能增大；温度降低后，分子的平均动能减小，分子势能没有变化B．受热后物体膨胀，体积增大，分子势能增大；遇冷收缩后，体积减小，分子势能减小，分子的平均动能不会改变C．受热膨胀，温度升高，分子的平均动能增大，体积增大，分子势能也增大；遇冷收缩，温度降低，分子的平均动能减小，体积减小，分子势能也减小D．受热膨胀，分子的平均动能增大，分子势能也增大；遇冷收缩，分子的平均动能减小，但分子势能增大解析选C　物体受热后温度升高，分子平均动能增大，物体膨胀，体积增大，分子势能增大，遇冷后温度降低，体积减小，分子平均动能和分子势能都减小5．多选当氢气和氧气温度相同时，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．两种气体分子热运动的总动能相等D．两种气体分子热运动的平均速率相等解析选AB　因为温度是分子平均动能的标志，现在氢气和氧气温度相同，所以二者分子的平均动能相等，故A选项正确；因为氢气分子的质量较小，而氢气和氧气分子的平均动能相等，所以氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率，故B选项正确，D选项错误；因为两种气体的质量未知，所以二者的分子数目未知，故C选项错误6．北京高考下列说法中正确的是　　A．物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大B．物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大C．物体温度降低，其内能一定增大D．物体温度不变，其内能一定不变解析选B　根据温度是分子平均动能的标志知，温度升高，分子热运动的平均动能增大；温度降低，分子热运动的平均动能减小，选项A错误，B正确理想气体的温度升高，内能增大；温度降低，内能减小，选项C错误晶体熔化或凝固时温度不变，但是内能变化，熔化时吸收热量，内能增大；凝固时放出热量，内能减小，选项D错误7．多选新课标全国卷Ⅰ两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不再靠近在此过程中，下列说法正确的是　　A．分子力先增大，后一直减小B．分子力先做正功，后做负功C．分子动能先增大，后减小D．分子势能先增大，后减小E．分子势能和动能之和不变解析选BCE　本题考查分子力、分子力做功和分子势能的概念，意在考查考生对分子力、分子力做功与分子势能关系的掌握情况分子力应先增大，后减小，再增大，所以A选项错；分子力先为引力，做正功，再为斥力，做负功，B选项正确；根据动能定理可知分子动能先增大后减小，分子势能先减小后增大，分子动能和分子势能之和保持不变，所以C、E选项正确，D错误

二、非选择题

8.江苏高考密闭在钢瓶中的理想气体，温度升高时压强增大从分子动理论的角度分析，这是由于分子热运动的________增大了该气体在温度T

1、T2时的分子速率分布图像如图2所示，则T1________选填“大于”或“小于”T2图2解析密闭在钢瓶中的理想气体的体积不变，当温度升高时，分子的平均动能增大，单位面积受到撞击的分子数不变，但每次撞击的作用力变大，所以压强增大；当温度升高时，气体分子的平均速率会增大，大多数分子的速率都增大，所以波峰应向速率大的方向移动，即T2T1答案平均动能　小于9．1g100℃的水和1g100℃的水蒸气相比较，下列说法是否正确？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温度相同，分子的平均动能就相同，又因为质量同为1g且都由水分子组成，所以分子的总动能也相同，故该说法正确2当100℃的水变成100℃的水蒸气时，该过程吸收热量，内能增加，所以1g100℃的水的内能小于1g100℃的水蒸气的内能，故该说法错误答案见解析10．用质量为

0.5kg的铁锤去打击质量为50g的铁钉，已知铁锤打击铁钉时的速度为12m/s，且每次打击后铁锤不再弹起如果在打击时有80%的能量变成内能，并且这些能量有50%被铁钉吸收，现要使铁钉温度升高10℃，问要打多少次铁钉？[不计铁钉的体积变化，铁的比热容为460J/kg·℃]解析这是一个铁锤对铁钉做功使铁钉内能增加的过程，由于不计铁钉的体积变化，所以铁钉的内能增加将完全表现为铁钉分子动能的变化，即反映在铁钉的温度变化上铁锤每次打击铁钉后不再弹起，表明其全部的机械能Ek＝m1v2将完全损失，其中有η1＝80%将变为内能，并有η2＝50%被铁钉吸收设铁钉温度升高Δt＝10℃需要打击n次，则有n×η1×η2×m1v2＝cm2Δt代入已知数据可解得打击次数为n＝≈16次答案16次

1.温度是分子平均动能的标志，温度越高，分了的平均动能越大，温度对单个分子的动能无意义2．分子势能的变化根据分子间作用力做功判断，做正功，分子势能减少，做负功，分子势能增加；分子间距等于r0时，分子势能最小3．分子势能和物体的体积有关，物体体积变化时，分子间距会变化，分子势能也会变化4．所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫物体的内能，做功和热传递是改变内能的两种方式其大小与质量、温度和体积有关。