人教版高中物理選修性必修第三冊(cè)1.4《分子動(dòng)能和分子勢(shì)能》教案

1、分子動(dòng)能和分子勢(shì)能【教學(xué)目標(biāo)】1知道分子的動(dòng)能，知道物體的溫度是分子平均動(dòng)能大小的標(biāo)準(zhǔn)。2知道分子的勢(shì)能跟物體的體積有關(guān)，知道分子勢(shì)能隨分子間距離變化而變化的定性規(guī)律。3知道什么是物體的內(nèi)能，物體的內(nèi)能與哪個(gè)宏觀量有關(guān)，能區(qū)別物體的內(nèi)能和機(jī)械能。【教學(xué)重難點(diǎn)】掌握三個(gè)概念（分子動(dòng)能、分子勢(shì)能、物體內(nèi)能）?！窘虒W(xué)過(guò)程】一、復(fù)習(xí)導(dǎo)入1分子動(dòng)理論（1）物體是有大量分子組成。（2）分子在做永不停息的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)。（3）分子間存在著相互作用的引力和斥力。2氣體壓強(qiáng)的微觀解釋氣體的壓強(qiáng)是大量氣體分子頻繁地碰撞器壁而產(chǎn)生的。我們知道做機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物體具有機(jī)械能，那么熱現(xiàn)象發(fā)生過(guò)程中，也有相應(yīng)的能量變化。另一方

2、面，我們又知道熱現(xiàn)象是大量分子做無(wú)規(guī)律熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。那么熱運(yùn)動(dòng)的能量與大量的無(wú)規(guī)律運(yùn)動(dòng)有什么關(guān)系呢？這是今天學(xué)習(xí)的問(wèn)題。二、新課教學(xué)（一）分子動(dòng)能物體內(nèi)大量分子不停息地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，對(duì)于每個(gè)分子來(lái)說(shuō)都有無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。由于物體內(nèi)各個(gè)分子的速率大小不同，因此，各個(gè)分子的動(dòng)能大小不同。由于熱現(xiàn)象是大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，所以研究個(gè)別分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能是沒(méi)有意義的。而研究大量分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，需要將所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的平均值求出來(lái)，這個(gè)平均值叫做分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能。1分子動(dòng)能：組成物體的分子由于熱運(yùn)動(dòng)而具有的能叫做分子動(dòng)能。2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)的平均動(dòng)能。實(shí)驗(yàn)：擴(kuò)

3、散快慢與溫度的關(guān)系結(jié)論：擴(kuò)散的快慢受溫度影響。溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越快。布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散現(xiàn)象都與溫度有關(guān)系，溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越激烈，擴(kuò)散也加快。依照分子動(dòng)理論，這說(shuō)明溫度升高后，分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)加劇。用上述分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能來(lái)說(shuō)明，就是溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大。如果溫度降低，說(shuō)明分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能減小。因此從分子動(dòng)理論觀點(diǎn)來(lái)看，溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志。“標(biāo)志”的含義是指物體溫度升高或降低，表示了物體內(nèi)部大量分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大或減小。溫度不變，就表示了分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能不變。其他宏觀物理量如時(shí)間、質(zhì)量、物質(zhì)種類(lèi)都不是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志。但是，溫度不是直接等于

4、分子的平均動(dòng)能。另一方面，溫度只與物體內(nèi)大量分子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)意義上的平均動(dòng)能相對(duì)應(yīng)，對(duì)于個(gè)別分子或幾十個(gè)、幾百個(gè)分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能大小與溫度是沒(méi)有關(guān)系的。我們知道，溫度這個(gè)物理量在宏觀上的意義是表示物體冷熱程度，而它又是大量分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能大小的標(biāo)志，這是溫度的微觀含義。3溫度：（1）宏觀含義：溫度是表示物體的冷熱程度。（2）微觀含義（即從分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)來(lái)看）：溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度越高，物體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大。需要注意：1同一溫度下，不同物質(zhì)分子的平均動(dòng)能都相同。但由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不一定相同。所以分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率也不一定相同。2溫度反映的是大量分子平均動(dòng)

5、能的大小，不能反映個(gè)別分子的動(dòng)能大小，同一溫度下，各個(gè)分子的動(dòng)能不盡相同。例題1：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（ C ）A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C甲氣體的溫度可能高于也可能低于乙氣體的溫度D甲氣體的每個(gè)分子運(yùn)動(dòng)都比乙氣體每個(gè)分子運(yùn)動(dòng)的快（二）分子勢(shì)能回顧我們學(xué)習(xí)的勢(shì)能：地面上的物體，由于與地球相互作用：重力勢(shì)能發(fā)生彈性形變的彈簧，相互作用：彈性勢(shì)能分子間存在著相互作用力，因此分子間具有由它們的相對(duì)位置決定的勢(shì)能，這就是分子勢(shì)能。1分子勢(shì)能：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。重力勢(shì)能

6、與彈性勢(shì)能都跟位置（距離）有關(guān)，那么分子勢(shì)能與分子間距離有什么關(guān)系呢？2分子勢(shì)能與分子間距離的關(guān)系出示模型（類(lèi)似彈簧與小球）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r0。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)能隨分子間距離的減小而增大。這種情形與彈簧被壓縮時(shí)彈性勢(shì)能增大是相似的。如彈簧壓縮，彈性勢(shì)能Ep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。這種情況與彈簧被拉伸時(shí)彈性勢(shì)能增大是相似的。如彈簧拉伸，Ep增大。從以

7、上兩種情況綜合分析，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)。如果分子間距離是無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)，取分子勢(shì)能為零值，分子間距離從無(wú)限遠(yuǎn)逐漸減少至r0以前過(guò)程，分子間的作用力表現(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。當(dāng)分子間距離到達(dá)r0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)能增大。其數(shù)值將從負(fù)值逐漸變大至零，甚至為正值。分子勢(shì)能隨分子間距離r的變化情況可以在圖的圖象中表現(xiàn)出來(lái)。既然分子勢(shì)能的大小與分子間距離有關(guān)，那么在宏觀上什么物理量能反映分子勢(shì)能的大小變化情況

8、呢？如果對(duì)于確定的物體，它的體積變化，直接反映了分子間的距離，也就反映了分子間的勢(shì)能變化。所以分子勢(shì)能的大小變化可通過(guò)宏觀量體積來(lái)反映。例題2：如圖所示，甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O，乙分子位于x軸上，甲分子對(duì)乙分子的作用力與兩分子間的距離的關(guān)系如圖中曲線所示。F0為斥力，F(xiàn)0為力。a、b、c、d為x軸上四個(gè)特定的位置。現(xiàn)把乙分子從a處由靜止釋放，則（ BC ）A乙分子由a到b做加速運(yùn)動(dòng)，由b到c做減速運(yùn)動(dòng)B乙分子由a到c做加速運(yùn)動(dòng)，到達(dá)c時(shí)速度最大C乙分子由a到b的過(guò)程中，兩分子間的分子勢(shì)能一直減小D乙分子由b到d的過(guò)程中，兩分子間的分子勢(shì)能一直增大（三）物體的內(nèi)能1物體的內(nèi)能：物體中所有分子做熱

9、運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和叫做物體的內(nèi)能。也叫做物體的熱力學(xué)能。2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)并且相互作用著的分子所組成。提問(wèn)學(xué)生：宏觀量中哪些物理量是分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能和分子勢(shì)能的標(biāo)志？根據(jù)學(xué)生的回答，引導(dǎo)到一個(gè)確定的物體，分子總數(shù)是固定的，那么這物體的內(nèi)能大小是由宏觀量溫度和體積決定的。如果不是確定的物體，那么物體的內(nèi)能大小是由質(zhì)量、溫度、體積和物態(tài)來(lái)決定。3決定物體內(nèi)能的因素（1）從宏觀上看：物體內(nèi)能的大小由物體的摩爾數(shù)、溫度和體積三個(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。課堂討論：

10、下列各個(gè)實(shí)例中，比較物體的內(nèi)能大小，并說(shuō)明理由。一塊鐵由15升高到55，比較內(nèi)能。質(zhì)量是1kg 50的鐵塊與質(zhì)量是0.1kg 50的鐵塊，比較內(nèi)能。質(zhì)量是1kg 100的水與質(zhì)量是1kg 100的水蒸氣，比較內(nèi)能。物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)著機(jī)械能，熱運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)著內(nèi)能。任何物體都具有內(nèi)能，同時(shí)還可以具有機(jī)械能。例如在空中飛行的炮彈，除了具有內(nèi)能，還具有機(jī)械能動(dòng)能和重力勢(shì)能。提問(wèn)學(xué)生：一輛汽車(chē)的車(chē)廂內(nèi)有一氣瓶氧氣，當(dāng)汽車(chē)以60km/h行駛起來(lái)后，氣瓶?jī)?nèi)氧氣的內(nèi)能是否增加？通過(guò)此問(wèn)題，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)內(nèi)能是所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢(shì)能之總和，而不是分子定向移動(dòng)的動(dòng)能。另一方面，物體機(jī)械能增加，內(nèi)能不一定增加。4物體

11、的內(nèi)能跟機(jī)械能的區(qū)別內(nèi)能機(jī)械能對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)形式微觀分子熱運(yùn)動(dòng)宏觀物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)常見(jiàn)的能量形式分子動(dòng)能、分子勢(shì)能物體動(dòng)能、重力勢(shì)能或彈性勢(shì)能影響因素物質(zhì)的量、物體的溫度和體積及物態(tài)物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度、相對(duì)于零勢(shì)能面的高度或彈性形變量大小永遠(yuǎn)不等于零一定條件下可以等于零聯(lián)系在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化【練習(xí)鞏固】1有甲、乙兩個(gè)分子，甲分子固定不動(dòng)，乙分子由無(wú)窮遠(yuǎn)處逐漸向甲靠近，直到不再靠近為止，在這整個(gè)過(guò)程中，分子勢(shì)能的變化情況是（ D ）A不斷增大B不斷減小C先增大后減小D先減小后增大2下列說(shuō)法正確的是（ D ）A分子的動(dòng)能與分子的勢(shì)能的和叫做這個(gè)分子的內(nèi)能B物體內(nèi)分子勢(shì)能由物體的溫度和體積決定C物體的速度增大時(shí)，物體的內(nèi)能增大D物體的動(dòng)能減小時(shí)，物體的溫度可能增加3氫氣和氧氣的質(zhì)量、溫度都相同，在不計(jì)分子勢(shì)能的情況下，下列說(shuō)法正確的是（ BD ）A氧氣的內(nèi)能較大B氫氣的內(nèi)能較大C兩者的內(nèi)能相等D氫氣分子的平均速率較大4關(guān)于分子動(dòng)能，正確的說(shuō)法是（ C ）A某種物體的溫度是0說(shuō)明物體中分子的平均動(dòng)能為零B物體溫度升高時(shí)，每個(gè)分子的動(dòng)能都增大C物體溫度升高時(shí)，分子的平均動(dòng)能增大D物體的運(yùn)動(dòng)速度