高中 物理 必修第三冊(cè) 第一章 分子動(dòng)理論《第4節(jié) 分子動(dòng)能和分子勢(shì)能》課件

物理第一章分子動(dòng)理論第4節(jié)分子動(dòng)能和分子勢(shì)能01必備知識(shí)素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達(dá)標(biāo)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．知道分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能跟溫度有關(guān)。知道溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志。2．掌握分子勢(shì)能的概念，理解分子力做功對(duì)應(yīng)分子勢(shì)能的變化。知道分子勢(shì)能跟物體體積有關(guān)。3．理解分子勢(shì)能與分子間距離的變化關(guān)系曲線。4．知道什么是內(nèi)能，知道物體的內(nèi)能跟溫度和體積有關(guān)。知識(shí)點(diǎn)1分子動(dòng)能和分子勢(shì)能分子能量比較內(nèi)容

分子動(dòng)能分子勢(shì)能定義分子_____________而具有的能由分子力和分子間____________決定的能大小決定因素物質(zhì)的______是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志宏觀上與物體的______有關(guān)，微觀上與_______________有關(guān)無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)相對(duì)位置溫度體積分子間距離[判一判]1．(1)溫度高的物體，分子的平均動(dòng)能一定大。(

)(2)溫度升高時(shí)，物體的每個(gè)分子的動(dòng)能都將增大。(

)(3)分子勢(shì)能可以為正值、負(fù)值、零。(

)√×√知識(shí)點(diǎn)2物體的內(nèi)能1．定義：物體中____________的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與____________的總和。2．決定因素(1)分子總個(gè)數(shù)由物體物質(zhì)的量決定。(2)分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能由______決定。(3)分子勢(shì)能宏觀上與物體的______有關(guān)。(4)物體的內(nèi)能由____________、______、______共同決定。所有分子分子勢(shì)能溫度體積物質(zhì)的量溫度體積3．內(nèi)能的普遍性：因?yàn)橐磺形矬w都是由不停地做無(wú)規(guī)則_________且相互作用著的分子所組成的，所以任何物體都具有內(nèi)能。熱運(yùn)動(dòng)[判一判]2．(1)一個(gè)分子的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和叫作該分子的內(nèi)能。(

)(2)當(dāng)一個(gè)物體的機(jī)械能發(fā)生變化時(shí)，其內(nèi)能也一定發(fā)生變化。(

)(3)溫度高的物體一定比溫度低的物體內(nèi)能大。(

)×××√√解析：溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度升高，分子的平均動(dòng)能增加，但是其中個(gè)別分子的動(dòng)能卻有可能減小，A錯(cuò)誤，B正確；2．(分子勢(shì)能)下列關(guān)于分子力和分子勢(shì)能的說(shuō)法正確的是(

)A．當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時(shí)，分子力和分子勢(shì)能總是隨分子間距離的增大而增大B．當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時(shí)，分子力和分子勢(shì)能總是隨分子間距離的增大而減小C．當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時(shí)，分子力和分子勢(shì)能總是隨分子間距離的減小而增大D．當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時(shí)，分子力和分子勢(shì)能總是隨分子間距離的減小而減小√解析：當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時(shí)，分子間距離增大，分子力可能先增大后減小，也可能一直減小,分子力做負(fù)功,分子勢(shì)能增大，所以A、B錯(cuò)誤；當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時(shí)，分子間距離減小，分子力增大，分子力做負(fù)功,分子勢(shì)能增大，所以C正確，D錯(cuò)誤。3．(物體的內(nèi)能)關(guān)于溫度與內(nèi)能的關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是(

)A．不同質(zhì)量的同種物質(zhì)，只要溫度相同，分子的平均動(dòng)能就相同B．物體的溫度變化時(shí)，它的內(nèi)能一定改變C．物體的溫度升高時(shí)，每個(gè)分子的動(dòng)能都增大D．物體的內(nèi)能等于物體的動(dòng)能與勢(shì)能的總和√探究一分子動(dòng)能1．單個(gè)分子的動(dòng)能(1)物體由大量分子組成，每個(gè)分子都有分子動(dòng)能且不為零。(2)分子在永不停息地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，每個(gè)分子的動(dòng)能大小不同，并且時(shí)刻在變化。(3)熱現(xiàn)象是大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，個(gè)別分子的動(dòng)能沒(méi)有實(shí)際意義。2．分子的平均動(dòng)能(1)溫度是大量分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)，具有統(tǒng)計(jì)意義，溫度升高,分子的平均動(dòng)能增大，但不是每一個(gè)分子的動(dòng)能都增大，個(gè)別分子的動(dòng)能也可能減小，但總體上所有分子的動(dòng)能之和一定是增加的。(2)雖然同一溫度下，不同物質(zhì)的分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能相同，但由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不盡相同，平均速率大小一般不相同。3．分子的總動(dòng)能分子的總動(dòng)能是物體內(nèi)所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的總和，它等于分子的平均動(dòng)能與分子數(shù)的乘積，即它與物體的溫度和物體所含的分子數(shù)目有關(guān)?！纠?】關(guān)于物體的溫度與分子動(dòng)能的關(guān)系，正確的說(shuō)法是(

)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．物體溫度降低時(shí)，每個(gè)分子的動(dòng)能都減小C．物體溫度升高時(shí)速率小的分子數(shù)目減少，速率大的分子數(shù)目增多D．物體的運(yùn)動(dòng)速度越快，則物體的溫度越高√[解析]

溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。溫度是0℃，物體中分子的平均動(dòng)能并非為零，因?yàn)榉肿訜o(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)不會(huì)停止，A錯(cuò)誤；溫度降低時(shí)分子的平均動(dòng)能減小，并非每個(gè)分子動(dòng)能都減小，B錯(cuò)誤；物體溫度升高時(shí)，分子的平均動(dòng)能增大，分子的平均速率增大，速率小的分子數(shù)目減少，速率大的分子數(shù)目增多，C正確；物體的運(yùn)動(dòng)速度增大，宏觀機(jī)械能(動(dòng)能)增大，但物體內(nèi)分子的熱運(yùn)動(dòng)不一定加劇，溫度不一定升高，D錯(cuò)誤?！纠?】(多選)當(dāng)氫氣和氧氣的質(zhì)量和溫度都相同時(shí)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．兩種氣體分子的平均動(dòng)能相等B．氫氣分子的平均速率大于氧氣分子的平均速率C．兩種氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能相等D．兩種氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率相等√√[解析]

因?yàn)闇囟仁欠肿悠骄鶆?dòng)能的標(biāo)志，溫度相同，則分子平均動(dòng)能相同，故A正確；因?yàn)闅錃夥肿拥馁|(zhì)量小于氧氣分子的質(zhì)量，而分子平均動(dòng)能又相等，所以氫氣分子的平均速率大，故D錯(cuò)誤，B正確；雖然氣體質(zhì)量和分子平均動(dòng)能(溫度)都相等，但由于氣體摩爾質(zhì)量不同，分子數(shù)目不相等，分子總動(dòng)能不相等，故C錯(cuò)誤。[針對(duì)訓(xùn)練1]有甲、乙兩種不同的氣體，如果甲氣體內(nèi)分子平均速率比乙氣體內(nèi)分子平均速率大，則(

)A．甲氣體的溫度一定高于乙氣體的溫度B．甲氣體的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)分子都比乙氣體的分子運(yùn)動(dòng)得快√解析：氣體溫度是氣體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，而分子的平均動(dòng)能不僅與分子的平均速率有關(guān)，還與分子的質(zhì)量有關(guān)。本題涉及兩種不同氣體(分子質(zhì)量不同)，它們的分子質(zhì)量無(wú)法比較，因而無(wú)法比較兩種氣體溫度的高低，A、B錯(cuò)誤，C正確；速率的平均值大，并不一定每個(gè)分子運(yùn)動(dòng)得都快，D錯(cuò)誤。[針對(duì)訓(xùn)練2]一塊10℃的鐵與一塊10℃的鋁相比，以下說(shuō)法中正確的是(

)A．鐵的分子動(dòng)能之和與鋁的分子動(dòng)能之和相等B．鐵的每個(gè)分子動(dòng)能與鋁的每個(gè)分子的動(dòng)能相等C．鐵的分子平均速率與鋁的分子平均速率相等D．以上說(shuō)法均不正確√解析：兩物體溫度相等，說(shuō)明它們的分子平均動(dòng)能相等，因?yàn)闇囟仁欠肿訜徇\(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志；由于沒(méi)有說(shuō)明鐵與鋁的質(zhì)量，只有當(dāng)它們所含分子數(shù)目一樣，分子總動(dòng)能才相等，故A錯(cuò)誤；分子平均動(dòng)能相等，但對(duì)每個(gè)分子而言，它運(yùn)動(dòng)的速率是變化的，且每個(gè)分子的速率都是不同的，有快的也有慢的，所以每個(gè)分子的動(dòng)能相等的說(shuō)法不正確，故B錯(cuò)誤；1．分子勢(shì)能由于分子間存在著相互作用力，所以分子間也有相互作用的勢(shì)能，這就是分子勢(shì)能。其大小由分子間的相對(duì)位置決定。2．分子勢(shì)能的特點(diǎn)由分子間的相對(duì)位置決定，隨分子間距離的變化而變化。分子勢(shì)能是標(biāo)量，正、負(fù)表示的是大小，具體的值與零勢(shì)能點(diǎn)的選取有關(guān)。探究二分子勢(shì)能3．分子勢(shì)能與分子間距離的關(guān)系分子勢(shì)能的大小與分子間的距離有關(guān)，距離發(fā)生變化時(shí)，分子力要做功,分子勢(shì)能發(fā)生變化。分子勢(shì)能隨分子間距離的變化情況如圖所示(取無(wú)窮遠(yuǎn)處Ep為0)。(1)當(dāng)分子間的距離r＞r0時(shí)，分子勢(shì)能隨分子間距離的增大而增大。(2)當(dāng)分子間的距離r＜r0時(shí)，分子勢(shì)能隨分子間距離的減小而增大。(3)當(dāng)r＝r0時(shí)，分子勢(shì)能最小，但不為零。4．分子勢(shì)能的影響因素(1)宏觀上：分子勢(shì)能跟物體的體積有關(guān)。(2)微觀上：分子勢(shì)能跟分子間距離r有關(guān)，分子勢(shì)能與r的關(guān)系不是單調(diào)變化的。【例3】如圖所示，用F表示兩分子間的作用力，用Ep表示分子間的分子勢(shì)能，在兩個(gè)分子之間的距離由10r0變?yōu)閞0的過(guò)程中，以下判斷正確的是(

)A．F不斷增大，Ep不斷減小B．F先增大后減小，Ep不斷減小C．F不斷增大，Ep先增大后減小D．F、Ep都是先增大后減小√[解析]由題圖中分子力與距離的關(guān)系圖像可知，兩個(gè)分子之間的距離從10r0變?yōu)閞0的過(guò)程中，F(xiàn)表現(xiàn)為引力，且分子力先增大后減小，由題圖中分子勢(shì)能與距離的關(guān)系圖像可知，兩個(gè)分子之間的距離從10r0變?yōu)閞0的過(guò)程中，Ep不斷減小?！纠?】(2022·江蘇徐州高二期末)有兩個(gè)分子M、N，固定M，將N由靜止釋放，N僅在分子力作用下遠(yuǎn)離M，其速度和位移的圖像如圖所示，則(

)A．N由x＝0到x＝x2過(guò)程中，M、N間作用力先表現(xiàn)為引力后表現(xiàn)為斥力B．N由x＝x1到x＝x2過(guò)程中，N的加速度一直減小C．N由x＝0到x＝x2過(guò)程中，M、N系統(tǒng)的分子勢(shì)能先減小后增大D．N在x＝x1時(shí)，M、N間分子力最大√[解析]

由題圖可知，在x＝x1處N分子的動(dòng)能最大，則分子力做功最多，分子勢(shì)能最小，則x＝x1處為平衡位置，此時(shí)分子力為零，當(dāng)x<x1時(shí)，分子力表現(xiàn)為斥力，x>x1時(shí)，分子力表現(xiàn)為引力。N由x＝0到x＝x2過(guò)程中，M、N間作用力先表現(xiàn)為斥力后表現(xiàn)為引力，A錯(cuò)誤；由v－t圖像的斜率表示加速度，加速度先增大后減小，B錯(cuò)誤；N由x＝0到x＝x2過(guò)程中，M、N系統(tǒng)的分子勢(shì)能先減小后增大，C正確；N在x＝x1時(shí)，M、N間分子力為零，D錯(cuò)誤。[針對(duì)訓(xùn)練3]兩分子間的斥力與引力的合力F與分子間距離r的關(guān)系如圖所示，曲線與r軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為r0。相距很遠(yuǎn)的兩分子在分子力作用下，由靜止開(kāi)始相互接近。若兩分子相距無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)分子勢(shì)能為零，則下列說(shuō)法正確的是(

)A．在r＞r0階段，F(xiàn)做正功，分子動(dòng)能和分子勢(shì)能均增大B．在r＜r0階段，分子勢(shì)能先增大后減小C．在r＝r0時(shí)，分子勢(shì)能為零，動(dòng)能最大D．在r＝r0時(shí)，分子引力和分子斥力大小相等√解析：在r＞r0階段，分子力表現(xiàn)為引力，相互接近過(guò)程中，F(xiàn)做正功，分子動(dòng)能增大，分子勢(shì)能減小，所以A錯(cuò)誤；在r＜r0階段，分子力表現(xiàn)為斥力，相互接近過(guò)程中，F(xiàn)做負(fù)功，分子勢(shì)能逐漸增大，所以B錯(cuò)誤；由于在r＞r0階段，分子力表現(xiàn)為引力，相互接近過(guò)程中，F(xiàn)做正功，分子勢(shì)能減小，在r＜r0階段，分子力表現(xiàn)為斥力，相互接近過(guò)程中，F(xiàn)做負(fù)功，分子勢(shì)能逐漸增大，則在r＝r0時(shí)，分子勢(shì)能最小，且一定小于0,動(dòng)能最大，所以C錯(cuò)誤；在r＝r0時(shí)，分子引力和分子斥力大小相等，分子間作用力的合力為0，所以D正確。探究三物體的內(nèi)能1．對(duì)物體內(nèi)能的理解(1)內(nèi)能的特點(diǎn)①內(nèi)能是物體具有的，不是某個(gè)分子具有的，討論某個(gè)分子的內(nèi)能毫無(wú)意義。②任何物體的分子都在做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，分子間都有相互作用，所以任何物體都有內(nèi)能，或者說(shuō)任何物體的內(nèi)能都不為零。③物體內(nèi)能與物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、位置等因素?zé)o關(guān)，但受物態(tài)變化的影響。(2)影響物體內(nèi)能的因素①微觀決定因素：分子的勢(shì)能、分子的平均動(dòng)能、分子的個(gè)數(shù)。②宏觀決定因素：物體的體積、溫度、物質(zhì)的量。2．內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別和聯(lián)系項(xiàng)目?jī)?nèi)能機(jī)械能區(qū)別對(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)能量常見(jiàn)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)能能量存在原因由物體內(nèi)大量分子的熱運(yùn)動(dòng)和分子間相對(duì)位置決定由物體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)和物體形變或被舉高項(xiàng)目?jī)?nèi)能機(jī)械能區(qū)別影響因素物質(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、離地高度(或相對(duì)于零勢(shì)能面的高度或彈性形變)是否為零永遠(yuǎn)不能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【例5】關(guān)于機(jī)械能和內(nèi)能，下列說(shuō)法中正確的是(

)A．機(jī)械能大的物體，其內(nèi)能一定很大B．物體的機(jī)械能損失時(shí)，內(nèi)能卻可能增大C．物體的內(nèi)能損失時(shí)，機(jī)械能必然減小D．物體的內(nèi)能為零時(shí)，機(jī)械能可以不為零√[解析]

機(jī)械能和內(nèi)能是兩種不同形式的能，機(jī)械能包括物體的動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能；而內(nèi)能是指所有分子動(dòng)能和分子勢(shì)能之和，與物體的溫度、體積和物質(zhì)的量有關(guān)；機(jī)械能大的物體其內(nèi)能不一定大，機(jī)械能損失時(shí)，其內(nèi)能可能增大、不變或減小，故A錯(cuò)誤，B正確；物體具有機(jī)械能的大小與物體內(nèi)能的大小無(wú)直接關(guān)系，物體的內(nèi)能損失時(shí)，機(jī)械能可能增大、不變或減小，故C錯(cuò)誤；由分子動(dòng)理論知，物體的內(nèi)能不能為零，機(jī)械能可以