第十一章分子熱運(yùn)動(dòng)能量守恒

1、第十一章第十一章 分子熱運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng) 能量守恒能量守恒四、物體的內(nèi)能四、物體的內(nèi)能分子運(yùn)動(dòng)分子運(yùn)動(dòng)分子平均動(dòng)能分子平均動(dòng)能分子運(yùn)動(dòng)無(wú)規(guī)則分子運(yùn)動(dòng)無(wú)規(guī)則存在分子動(dòng)能存在分子動(dòng)能分子的動(dòng)能分子的動(dòng)能分子做無(wú)規(guī)分子做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)而具則運(yùn)動(dòng)而具有的能量有的能量物體里所有分子動(dòng)能的平均值物體里所有分子動(dòng)能的平均值一、分子的動(dòng)能一、分子的動(dòng)能 溫度溫度 1分子動(dòng)能：組成物體的分子由于熱運(yùn)動(dòng)而具分子動(dòng)能：組成物體的分子由于熱運(yùn)動(dòng)而具有的能叫做有的能叫做分子動(dòng)能分子動(dòng)能 大量分子的運(yùn)動(dòng)速率不盡相同，以中等大量分子的運(yùn)動(dòng)速率不盡相同，以中等速率者占多數(shù)在研究熱現(xiàn)象時(shí)，有意義的速率者占多數(shù)在研究熱現(xiàn)象時(shí)，有意義的

2、不是一個(gè)分子的動(dòng)能，而是大量分子動(dòng)能的不是一個(gè)分子的動(dòng)能，而是大量分子動(dòng)能的平均值平均值2 2平均動(dòng)能：物體里所有分子動(dòng)能的平均值叫平均動(dòng)能：物體里所有分子動(dòng)能的平均值叫做分子熱運(yùn)動(dòng)的做分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能平均動(dòng)能 分子熱運(yùn)動(dòng)的分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能平均動(dòng)能 大小與什么量有關(guān)？大小與什么量有關(guān)？點(diǎn)擊下圖觀看動(dòng)畫(huà)演示溫度與分子動(dòng)能的關(guān)系點(diǎn)擊下圖觀看動(dòng)畫(huà)演示溫度與分子動(dòng)能的關(guān)系溫度溫度 （1 1）宏觀含義：溫度是表示物體的冷熱程度）宏觀含義：溫度是表示物體的冷熱程度（2 2）微觀含義（即從分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)看）：溫）微觀含義（即從分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)看）：溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的，溫度溫

3、度越高，物體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大越高，物體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大溫溫 度度分子總動(dòng)能從微觀上看與分子的個(gè)數(shù)和平均動(dòng)能有關(guān)分子總動(dòng)能從宏觀上看與物體的質(zhì)量，摩爾質(zhì)量和溫度有關(guān)。分子平均速率分子平均速率分子的平均動(dòng)能分子的平均動(dòng)能 分子總動(dòng)能分子總動(dòng)能不同分子、不同質(zhì)量的物體，只要處于同一不同分子、不同質(zhì)量的物體，只要處于同一溫度，則它們的分子平均動(dòng)能就相同；但分溫度，則它們的分子平均動(dòng)能就相同；但分子運(yùn)動(dòng)的平均速率不同子運(yùn)動(dòng)的平均速率不同分子間存在相互的作用力分子間存在相互的作用力( (分子力：引力和斥力分子力：引力和斥力) )地面上的物體地面上的物體, ,由于由于與地球相互作用與地球相互

4、作用重力勢(shì)能重力勢(shì)能發(fā)生彈性形變的彈發(fā)生彈性形變的彈簧簧, , 相互作用相互作用彈性勢(shì)能彈性勢(shì)能分子間相互作用分子間相互作用分子勢(shì)能分子勢(shì)能分子勢(shì)能分子勢(shì)能: :分子間存在著相互作用力，因此分分子間存在著相互作用力，因此分子間所具有的由它們的相對(duì)位置所決定的能子間所具有的由它們的相對(duì)位置所決定的能.地面上的物體地面上的物體, ,由于由于與地球相互作用與地球相互作用重力勢(shì)能重力勢(shì)能發(fā)生彈性形變的彈發(fā)生彈性形變的彈簧簧, , 相互作用相互作用彈性勢(shì)能彈性勢(shì)能分子間相互作用分子間相互作用分子勢(shì)能分子勢(shì)能彈性勢(shì)能的彈性勢(shì)能的變化與彈力變化與彈力做功有關(guān)做功有關(guān)重力勢(shì)能的重力勢(shì)能的變化與重力變化與重力做

5、功有關(guān)做功有關(guān)分子勢(shì)能的分子勢(shì)能的變化與分子變化與分子力做功有關(guān)力做功有關(guān)1 1分子勢(shì)能：由于分子間存在相互作用力，并分子勢(shì)能：由于分子間存在相互作用力，并由它們的相對(duì)位置決定的能叫做由它們的相對(duì)位置決定的能叫做分子勢(shì)能分子勢(shì)能2 2分子力做功跟分子勢(shì)能變化的關(guān)系分子力做功跟分子勢(shì)能變化的關(guān)系 分子力做正功時(shí)，分子勢(shì)能減少，分子力做正功時(shí)，分子勢(shì)能減少， 分子力做負(fù)功時(shí)，分子勢(shì)能增加分子力做負(fù)功時(shí)，分子勢(shì)能增加如果分子間距離約為10-10m數(shù)量級(jí)時(shí)，分子的作用力的合力為零，此距離為r r0 0。 當(dāng)分子距離小于r0時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力，要減小分子間的距離必須克服斥力做功，因此，分子勢(shì)能

6、隨分子間距離的減小而增大。 如果分子間距離大于r0時(shí)，分子間的相互作用表現(xiàn)為引力，要增大分子間的距離必須克服引力做功，因此，分子勢(shì)能隨分子間的距離增大而增大 結(jié)論：分子間距離以r0為數(shù)值基準(zhǔn)，r不論減小或增大，分子勢(shì)能都增大。所以說(shuō)，分子在平衡位置處是分子勢(shì)能最低點(diǎn) rr = r0epepep最小分子力隨分子間距的變化圖分子力隨分子間距的變化圖結(jié)論結(jié)論：分子間距離以r0為數(shù)值基準(zhǔn)，r不論減小或增大，分子勢(shì)能都增大。所以說(shuō)，分子在平衡位置處是分子勢(shì)能最低點(diǎn) 取分子間距離是無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)分子勢(shì)能為零值分子間距離從無(wú)限遠(yuǎn)逐漸減少至分子間距離從無(wú)限遠(yuǎn)逐漸減少至r r0 0以前過(guò)程，分子間的以前過(guò)程，分子間的

7、作用力表現(xiàn)為引力，而且距離減少，分子引力做正功，分作用力表現(xiàn)為引力，而且距離減少，分子引力做正功，分子勢(shì)能不斷減小，其數(shù)值將比零還小為負(fù)值。子勢(shì)能不斷減小，其數(shù)值將比零還小為負(fù)值。分子間距離到達(dá)分子間距離到達(dá)r r0 0以后再減小，分子作用力表現(xiàn)為斥力，以后再減小，分子作用力表現(xiàn)為斥力，在分子間距離減小過(guò)程中，克服斥力做功，使分子勢(shì)能增在分子間距離減小過(guò)程中，克服斥力做功，使分子勢(shì)能增大。其數(shù)值將從負(fù)值逐漸變大至零，甚至為正值。大。其數(shù)值將從負(fù)值逐漸變大至零，甚至為正值。 取分子間距離是無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)分子勢(shì)能為零值取分子間距離是無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)分子勢(shì)能為零值r3決定分子勢(shì)能的因素決定分子勢(shì)能的因素 （1）從

8、宏觀上看：分子勢(shì)能跟物體的體積有關(guān)）從宏觀上看：分子勢(shì)能跟物體的體積有關(guān) （2）從微觀上看：分子勢(shì)能跟分子間距離）從微觀上看：分子勢(shì)能跟分子間距離 r 有關(guān)有關(guān) 1、一般選取兩分子間距離很大（、一般選取兩分子間距離很大（ r r1010r0 ）時(shí)，分）時(shí)，分子勢(shì)能為零子勢(shì)能為零 2、在在rr0的條件下的條件下，分子力為引力，當(dāng)兩分子逐漸，分子力為引力，當(dāng)兩分子逐漸靠近至靠近至r0過(guò)程中，分子力做正功，分子勢(shì)能減小過(guò)程中，分子力做正功，分子勢(shì)能減小 3、在在rr0的條件下的條件下，分子力為斥力，當(dāng)兩分子間距，分子力為斥力，當(dāng)兩分子間距離增大至離增大至r0過(guò)程中，分子力也做正功，分子勢(shì)能也減過(guò)程中

9、，分子力也做正功，分子勢(shì)能也減小小 當(dāng)兩分子間距離當(dāng)兩分子間距離rr0時(shí)，分子勢(shì)能最小時(shí)，分子勢(shì)能最小例題：例題：有甲、乙兩種氣體，如果甲氣體內(nèi)分子平有甲、乙兩種氣體，如果甲氣體內(nèi)分子平均速率比乙氣體內(nèi)平均速率大，則（均速率比乙氣體內(nèi)平均速率大，則（ ）a甲氣體溫度一定高于乙氣體的溫度甲氣體溫度一定高于乙氣體的溫度b甲氣體溫度一定低于乙氣體的溫度甲氣體溫度一定低于乙氣體的溫度c甲氣體的溫度可能高于也可能低于乙甲氣體的溫度可能高于也可能低于乙氣體的溫度氣體的溫度d甲氣體的每個(gè)分子運(yùn)動(dòng)都比乙氣體每甲氣體的每個(gè)分子運(yùn)動(dòng)都比乙氣體每個(gè)分子運(yùn)動(dòng)的快個(gè)分子運(yùn)動(dòng)的快c例例2：質(zhì)量相同的氫氣和氧氣，溫度相同，

10、下列：質(zhì)量相同的氫氣和氧氣，溫度相同，下列說(shuō)法正確的是（說(shuō)法正確的是（ ）a每個(gè)氧分子的動(dòng)能都比每個(gè)氫分子的每個(gè)氧分子的動(dòng)能都比每個(gè)氫分子的動(dòng)能大動(dòng)能大b每個(gè)氫分子的速率都比每個(gè)氧分子的速每個(gè)氫分子的速率都比每個(gè)氧分子的速率大率大c兩種氣體分子平均動(dòng)能一定相等兩種氣體分子平均動(dòng)能一定相等d兩種氣體分子的平均速率一定相等兩種氣體分子的平均速率一定相等c例例3：若已知分子勢(shì)能增大，則在這個(gè)過(guò)程：若已知分子勢(shì)能增大，則在這個(gè)過(guò)程中（中（ ） a一定克服分子力做功一定克服分子力做功 b分子力一定減小分子力一定減小 c分子間距離的變化情況無(wú)法確定分子間距離的變化情況無(wú)法確定 d以上說(shuō)法都不正確以上說(shuō)法都

11、不正確a c三、物體的內(nèi)能三、物體的內(nèi)能1 1物體的內(nèi)能：物體中所有分子做熱運(yùn)動(dòng)的物體的內(nèi)能：物體中所有分子做熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng) 能 和 分 子 勢(shì) 能 的 總 和 叫 做動(dòng) 能 和 分 子 勢(shì) 能 的 總 和 叫 做 物 體 的 內(nèi)物 體 的 內(nèi)能能也叫做物體的也叫做物體的熱力學(xué)能熱力學(xué)能2 2任何物體都具有內(nèi)能因?yàn)橐磺形矬w都是任何物體都具有內(nèi)能因?yàn)橐磺形矬w都是由不停地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)并且相互作用著由不停地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)并且相互作用著的分子所組成的分子所組成3 3決定物體內(nèi)能的因素決定物體內(nèi)能的因素（1 1）從宏觀上看：物體內(nèi)能的大小由物體）從宏觀上看：物體內(nèi)能的大小由物體的摩爾數(shù)、溫度和體積三個(gè)因素

12、決定的摩爾數(shù)、溫度和體積三個(gè)因素決定（2 2）從微觀上看：物體內(nèi)能的大小由組成）從微觀上看：物體內(nèi)能的大小由組成物體的分子總數(shù)，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能物體的分子總數(shù)，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能和分子間的距離三個(gè)因素決定和分子間的距離三個(gè)因素決定1.決定能量的因素不同內(nèi)能只與物體的決定能量的因素不同內(nèi)能只與物體的溫度溫度和和體積體積有關(guān)，而與整個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)速有關(guān)，而與整個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)速度和物體的相對(duì)位置無(wú)關(guān)機(jī)械能只與物度和物體的相對(duì)位置無(wú)關(guān)機(jī)械能只與物體的體的運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)速度和和跟其他物體的相對(duì)位置跟其他物體的相對(duì)位置有有關(guān)，與物體的溫度體積無(wú)關(guān)關(guān)，與物體的溫度體積無(wú)關(guān) 2一個(gè)具有機(jī)械能的物體，同時(shí)也具有

13、一個(gè)具有機(jī)械能的物體，同時(shí)也具有內(nèi)能；一個(gè)具有內(nèi)能的物體不一定具有機(jī)內(nèi)能；一個(gè)具有內(nèi)能的物體不一定具有機(jī)械能械能 四、物體的內(nèi)能跟機(jī)械能的區(qū)別四、物體的內(nèi)能跟機(jī)械能的區(qū)別 物體的內(nèi)能分子因熱運(yùn)動(dòng)而具有的能量分子因熱運(yùn)動(dòng)而具有的能量同溫度下各分子的分子動(dòng)能同溫度下各分子的分子動(dòng)能k 不同不同分子動(dòng)能的平均值僅和溫度有關(guān)分子動(dòng)能的平均值僅和溫度有關(guān)分子分子動(dòng)能動(dòng)能分子間因有相互作用力而具有的、由分子間因有相互作用力而具有的、由它們相對(duì)位置決定的能量它們相對(duì)位置決定的能量 rr0時(shí)時(shí),rp;0時(shí)時(shí),rp。0時(shí)，時(shí)，p最低最低p隨物態(tài)的變化而變化隨物態(tài)的變化而變化分子分子勢(shì)能勢(shì)能物體內(nèi)所有分子的物體內(nèi)

14、所有分子的k 和和p 總和總和物體的內(nèi)能與溫度和體積有關(guān)物體的內(nèi)能與溫度和體積有關(guān)物體物體內(nèi)能內(nèi)能10kg 500c 水分子的平均動(dòng)能水分子的平均動(dòng)能_1kg 500c 水分子平均動(dòng)能水分子平均動(dòng)能10kg 500c 水的內(nèi)能水的內(nèi)能_ 1kg 500c 的水的內(nèi)能的水的內(nèi)能例例4：有兩個(gè)分子，用：有兩個(gè)分子，用r表示它們之間的距離，表示它們之間的距離，當(dāng)當(dāng) r =r0時(shí)，兩分子間的斥力和引力相等，使時(shí)，兩分子間的斥力和引力相等，使兩分子從相距很遠(yuǎn)處（兩分子從相距很遠(yuǎn)處（r r0 ）逐漸靠近，）逐漸靠近，直至不能靠近為止（直至不能靠近為止（r r0 ）在整個(gè)過(guò)程中）在整個(gè)過(guò)程中兩分子間相互作用

15、的勢(shì)能（兩分子間相互作用的勢(shì)能（ ） a一直增加一直增加 b一直減小一直減小 c先增加后減小先增加后減小 d先減小后增加先減小后增加d小結(jié)：小結(jié)：1、物體的內(nèi)能是組成物體的所有分子做熱運(yùn)、物體的內(nèi)能是組成物體的所有分子做熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和2、溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志、溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志3、決定物體內(nèi)能的因素、決定物體內(nèi)能的因素（1）從宏觀上看：物體內(nèi)能的大小由物體）從宏觀上看：物體內(nèi)能的大小由物體的的三個(gè)因素決定三個(gè)因素決定 （2）從微觀上看：物體內(nèi)能的大小由組成）從微觀上看：物體內(nèi)能的大小由組成物體的物體的三個(gè)因素決定三個(gè)因素決定

16、（1）從宏觀上看：物體內(nèi)能的大小由物體的）從宏觀上看：物體內(nèi)能的大小由物體的三個(gè)因素決定三個(gè)因素決定 （2）從微觀上看：物體內(nèi)能的大小由組成物）從微觀上看：物體內(nèi)能的大小由組成物體的體的三個(gè)因素決定三個(gè)因素決定物體內(nèi)能是可以被改變的！物體內(nèi)能是可以被改變的！通過(guò)什么途徑可以改變物體內(nèi)能？通過(guò)什么途徑可以改變物體內(nèi)能？一、做功一、做功外界對(duì)物體做功外界對(duì)物體做功（外界消耗機(jī)械能）（外界消耗機(jī)械能）內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能物體對(duì)外做功物體對(duì)外做功（外界獲得機(jī)械能）（外界獲得機(jī)械能）機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì): : 其它形式的能其它形式的能 內(nèi)能內(nèi)能轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化二、熱傳遞也可以改變

17、物體的內(nèi)能二、熱傳遞也可以改變物體的內(nèi)能外界傳遞給物體熱量外界傳遞給物體熱量物體的內(nèi)能就增加物體的內(nèi)能就增加 物體傳遞給外界熱量物體傳遞給外界熱量物體的內(nèi)能就減少物體的內(nèi)能就減少 實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì): : （高溫）內(nèi)能（高溫）內(nèi)能 ( (低溫）內(nèi)能低溫）內(nèi)能轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移 內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)量，一個(gè)物體在不同的狀態(tài)內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)量，一個(gè)物體在不同的狀態(tài)下有不同的內(nèi)能下有不同的內(nèi)能內(nèi)能與熱量的區(qū)別內(nèi)能與熱量的區(qū)別 熱量是一個(gè)過(guò)程量，它表示由于熱傳遞而引熱量是一個(gè)過(guò)程量，它表示由于熱傳遞而引起的變化過(guò)程中轉(zhuǎn)移的能量，即內(nèi)能的改變量。起的變化過(guò)程中轉(zhuǎn)移的能量，即內(nèi)能的改變量。 如果沒(méi)有熱傳遞，就沒(méi)有熱量可言，但此時(shí)如果

18、沒(méi)有熱傳遞，就沒(méi)有熱量可言，但此時(shí)仍有內(nèi)能！仍有內(nèi)能！熱傳遞時(shí)，內(nèi)能的改變是用熱傳遞時(shí)，內(nèi)能的改變是用熱量熱量來(lái)量度的來(lái)量度的1 1、下列說(shuō)法中正確的是、下列說(shuō)法中正確的是: :a a、做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種不同的物、做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種不同的物理過(guò)程理過(guò)程b b、做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的，因、做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的，因此對(duì)物體做功就是對(duì)物體傳熱此對(duì)物體做功就是對(duì)物體傳熱c c、熱量是在熱傳遞中，從一個(gè)物體向另一個(gè)物體、熱量是在熱傳遞中，從一個(gè)物體向另一個(gè)物體或物體一部分向另一部分轉(zhuǎn)移的內(nèi)能的多少或物體一部分向另一部分轉(zhuǎn)移的內(nèi)能的多少dd、高溫的物體具有熱量多，低溫的物體具有熱量、高溫的物體具有熱量多，低溫的物體具有熱量少少e e、冷和熱的物體混合時(shí)，熱的物體把溫度傳給冷、冷和熱的物體混合時(shí)，熱的物體把溫度傳給冷的物體，最后溫度相同的物體，最后溫度相同（a，c）2 2、關(guān)于物體內(nèi)能，下列說(shuō)法中正確的是、關(guān)于物體內(nèi)能，下列說(shuō)法中正確的是a a、手感到冷時(shí)，搓搓手就會(huì)感到暖些，這是、手感到冷時(shí)，搓搓手就會(huì)感到暖些