第1节 热力学第一定律-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（粤教版2019）

第一节　热力学第一定律

【素养目标】　1.理解内能的概念及其决定因素。　2.明确分子势能与分子间距离的关系。　3.知道做功和热传递是改变内能的两种方式，理解做功和热传递改变内能的异同点。　4.明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系。　5.知道热力学第一定律，并会应用其解决问题。

知识点一　物体的内能

[情境导学]　(1)物体由于运动而具有的能量叫作动能，分子有没有动能？

(2)电荷与电荷间存在静电相互作用，电荷具有电势能。分子间也存在着相互作用，分子是否具有势能？

提示：(1)有。分子有一定的质量，又在不停地做无规则运动，因此分子都具有动能。

(2)分子间具有分子势能。

(阅读教材P56完成下列填空)

1．分子势能：由于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。

2．分子动能：物体内部的分子由于做热运动而具有的动能。

3．内能：物体中所有分子的动能和分子势能的总和，叫作物体的内能。

[问题探究]　(1)类比重力做功与重力势能变化的关系，弹力做功与弹性势能变化的关系，思考分子力做功与分子势能变化的关系？

(2)物体运动得越快，其内能就越大吗？静止在地面上的物体，内能为零吗？

提示：(1)分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加。

(2)物体运动得越快，物体动能越大，但内能不一定越大。静止在地面上的物体内部的分子在永不停息地做热运动，物体的内能不为零。

角度1　分子力做功与分子动能、分子势能的关系

设有甲、乙两分子，甲固定在O点，r0为其平衡位置间的距离，现在使乙分子由静止开始只在分子力作用下由距甲0.5r0处开始沿直线向远处运动，则(　　)

A．乙分子的加速度先减小，后增大

B．乙分子到达r0处时速度最大

C．分子力对乙一直做正功，分子势能减小

D．乙分子在r0处时，分子势能最大

答案：B

解析：从0.5r0处到r0处分子力表现为斥力且减小，则加速度减小，从r0处到无穷远处分子力表现为引力且先增大后减小，则加速度先增加后减小，故A错误；从0.5r0处到r0处，乙分子受到斥力，做加速运动，通过r0处后受到引力，做减速运动，在r0处分子力为0，则加速度a＝0，速度最大，故B正确；从0.5r0到r0处分子力做正功，分子的势能减小，通过r0处后，分子力做负功，分子的势能增大，说明分子在r0处的势能最小，故C、D错误。

学生用书↓第48页

1．分子动能

(1)组成物体的每个分子都在不停地做无规则运动，因此分子具有动能。由于分子运动的无规则性，研究单个分子的动能没有意义。

(2)分子的平均动能指物体内所有分子做热运动动能的平均值。温度升高时，分子的平均动能增大，温度是分子热运动平均动能的标志。

2．分子势能

(1)由分子间的相对位置决定，随分子间距离的变化而变化。分子势能是标量，正、负表示的是大小，具体的值与零势能点的选取有关。

(2)分子力、分子势能与分子间距离的关系(下图中选定两分子间距离为无穷远时的分子势能为零)

针对练．(多选)两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0。相距很远(未超出分子力的作用范围)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(　　)

A．在r>r0阶段，F做正功，分子动能增大，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，动能为零

D．在r＝r0时，分子势能小于零

答案：AD

解析：r0为分子间的平衡距离，在r>r0阶段，分子力表现为引力，相互靠近时F做正功，分子动能增加，势能减小，故A正确；在r<r0阶段，分子力表现为斥力，相互靠近时F做负功，分子动能减小，势能增加，故B错误；由以上分析可知，在r＝r0时，分子势能最小，动能最大，故C错误；由于两分子相距无穷远时分子势能为零，在r>r0阶段，相互靠近时F做正功，势能减小，故在r＝r0时，分子势能小于零，故D正确。

角度2　物体内能的理解

关于质量相同的100 ℃的水和100 ℃的水蒸气，下列说法中正确的是(　　)

A．分子平均动能不相同，分子势能相同，内能相同

B．分子平均动能相同，分子势能不相同，内能相同