新教材同步系列2024春高中物理第一章分子動理論4分子動能和分子勢能課件新人教版選擇性必修第三冊

第一章分子動理論4分子動能和分子勢能學(xué)習(xí)目標學(xué)法與考法1．知道溫度是分子熱運動平均動能的標志(重點)2．掌握分子勢能的概念，分子力做功對應(yīng)分子勢能的變化．知道分子勢能跟物體體積有關(guān)(重難點)3．理解分子勢能與分子間距離的變化關(guān)系曲線(難點)4．知道物體的內(nèi)能跟溫度和體積有關(guān)(重點)學(xué)法：①通過分子平均動能與溫度關(guān)系的講授，滲透統(tǒng)計的方法．②通過分析推理法弄清分子勢能與分子間距離的變化關(guān)系．③通過綜合分析的方法從宏觀和微觀兩方面弄清與內(nèi)能有關(guān)的因素考法：①考查對分子動能、勢能和有關(guān)因素的理解．②考查分子勢能曲線與分子力曲線的區(qū)別．③考查對內(nèi)能的理解和影響因素，以及與機械能的區(qū)別知識導(dǎo)圖

課前?自主預(yù)習(xí)分子動能1．分子動能做_________的分子跟運動的物體一樣也具有動能，這就是分子動能．2．分子的平均動能熱現(xiàn)象研究的是大量分子運動的宏觀表現(xiàn)，重要的不是系統(tǒng)中某個分子的動能大小，而是所有分子的動能的平均值，叫作分子_________．3．溫度的微觀解釋溫度是物體分子熱運動的___________的標志．熱運動平均動能平均動能運動的鐵球速度越來越大，則鐵分子的平均動能越來越大，對嗎？【答案】不對，鐵分子的平均動能與溫度有關(guān)，與物體運動的速度無關(guān)．

(多選)下列說法中正確的是 (

)A．只要溫度相同，任何物體分子的平均動能都相同B．分子動能指的是由于分子做無規(guī)則運動而具有的能C．物體中10個分子的動能很大，這10個分子的溫度很高D．物體溫度升高時，速度小的分子數(shù)減少，速度大的分子數(shù)增多【答案】ABD【解析】溫度相同，物體分子平均動能相同，故A正確；分子動能指的是由于分子做無規(guī)則運動而具有的能，B正確；物體溫度是對大量分子而言，對于10個這樣少的分子無意義，故C錯誤；平均動能概念是建立在統(tǒng)計規(guī)律的基礎(chǔ)上的，當溫度升高時，速率小的分子數(shù)減小，速度大的分子數(shù)增加，故D正確．分子勢能1．定義：由分子間的分子力和分子間的___________決定的能叫作分子勢能．2．決定因素(1)宏觀上：分子勢能的大小與物體的_______有關(guān)．(2)微觀上：分子勢能與分子之間的_______有關(guān)．相互位置體積距離3．分子勢能與分子間距離的關(guān)系(1)當r＞r0時，分子力表現(xiàn)為________，若r增大，需克服引力做功，分子勢能________．(2)當r＜r0時，分子力表現(xiàn)為________，若r減小，需克服斥力做功，分子勢能________．(3)當r＝r0時，分子力為零，分子勢能________．引力增加斥力增加最小在宏觀上，物體的勢能與物體的體積有關(guān)，當物體的體積增大時，分子勢能一定增大嗎？【答案】不一定，水結(jié)成冰的時候分子勢能減小，但體積卻增大了．

(多選)關(guān)于分子勢能，下列說法正確的是 (

)A．分子間表現(xiàn)為引力時，分子間距離越小，分子勢能越小B．分子間表現(xiàn)為斥力時，分子間距離越小，分子勢能越小C．物體在熱脹冷縮時，分子勢能發(fā)生變化D．物體在做自由落體運動時，分子勢能越來越小【答案】AC【解析】分子間的作用力表現(xiàn)為引力，分子間的距離減小時，分子力做正功，因此分子勢能隨分子間距離的減小而減小，A正確；分子力為斥力，分子間的距離減小時，分子力做負功，因此分子勢能隨分子間距離的減小而增大，B錯誤；物體在熱脹冷縮時，物體體積發(fā)生變化，說明分子勢能發(fā)生變化，C正確；物體在做自由落體運動時，物體重力勢能減小，但分子勢能與重力勢能無關(guān)，D錯誤．物體的內(nèi)能1．定義：物體中所有分子_____________與___________的總和．2．內(nèi)能的普遍性：組成任何物體的分子都在做_______________，所以任何物體都具有內(nèi)能．熱運動動能分子勢能無規(guī)則的熱運動3．決定因素(1)物體所含的分子總數(shù)由___________決定．(2)分子的熱運動平均動能由________決定．(3)分子勢能與物體的______有關(guān)，故物體的內(nèi)能由_________、_______、_______共同決定，同時受物態(tài)變化的影響．物質(zhì)的量溫度體積物質(zhì)的量溫度體積0℃的冰熔化為0℃的水時，內(nèi)能是否發(fā)生變化？【答案】要吸收熱量，內(nèi)能變化了．下列關(guān)于物體內(nèi)能的說法正確的是 (

)A．一個分子的動能和分子勢能的總和叫作該分子的內(nèi)能B．物體中所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和叫作物體的內(nèi)能C．當一個物體的機械能發(fā)生變化時，其內(nèi)能也一定發(fā)生變化D．溫度高的物體一定比溫度低的物體內(nèi)能大【答案】B【解析】根據(jù)內(nèi)能的概念可判斷B正確．課堂?重難探究－對分子動能的理解1．單個分子的動能(1)物體由大量分子組成，每個分子都有分子動能且不為零．(2)分子在永不停息地做無規(guī)則熱運動，每個分子動能大小不同并且時刻在變化．(3)熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運動的統(tǒng)計結(jié)果，個別分子的動能沒有實際意義．2．分子的平均動能(1)溫度是大量分子無規(guī)則熱運動的宏觀表現(xiàn)，具有統(tǒng)計意義．溫度升高，分子平均動能增大，但不是每一個分子的動能都增大．個別分子動能可能增大也可能減小，個別分子甚至幾萬個分子熱運動的動能大小與溫度是沒有關(guān)系的，但總體上所有分子的動能之和一定是增加的．(2)只要溫度相同，任何分子的平均動能都相同．由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不盡相同，所以同一溫度下，不同物質(zhì)的分子運動平均速率大小一般不相同．對分子動能的理解例1關(guān)于分子動能，正確的說法是 (

)A．某種物體的溫度是0℃，說明物體中分子的平均動能為零B．物體溫度升高時，每個分子的動能都增大C．物體溫度升高時速率小的分子數(shù)目減少，速率大的分子數(shù)目增多D．物體的運動速度越大，則物體的溫度越高【答案】C【解析】溫度是分子平均動能的標志，分子在永不停息地做無規(guī)則運動，物體中分子的平均動能不可能為零，A錯誤；物體溫度升高時，分子平均動能增大，但對于單個分子，其動能可能減小，也可能增大，故B錯誤；物體溫度升高時，分子的平均動能增大，即速率大的分子數(shù)增多，速率小的分子數(shù)減少，C正確；物體運動速度的變化改變的是機械能，與分子的熱運動無關(guān)，D錯誤．變式1

(2023年揚州期末)體育老師用氣筒給籃球快速打氣時，假設(shè)打氣過程中籃球的容積不變，則此過程 (

)A．球內(nèi)氣體分子數(shù)密度不變B．氣體溫度保持不變C．球內(nèi)所有氣體分子的動能都增大D．單位時間內(nèi)碰撞單位面積內(nèi)壁的分子數(shù)增大【答案】D理解分子動能的三個方面1．溫度是分子平均動能的“標志”或者說“量度”，溫度只與物體內(nèi)大量分子熱運動的統(tǒng)計意義上的平均動能相對應(yīng)，與單個分子的動能沒有關(guān)系．2．每個分子都有分子動能且不為零，熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運動的統(tǒng)計結(jié)果，個別分子動能沒有實際意義．3．溫度高的物體，分子的平均速率不一定大，還與分子質(zhì)量有關(guān)．－對分子勢能的理解1．分子勢能與分子力做功的關(guān)系(1)分子力做正功，分子勢能減少，分子力做了多少正功，分子勢能就減少多少．(2)分子力做負功，分子勢能增加，克服分子力做了多少功，分子勢能就增加多少．2．分子勢能與分子間距的關(guān)系如圖為分子間作用力F合和分子勢能Ep隨r變化的圖像．可以看到(①為F合－r圖像；②為Ep－r圖像)：(1)當r＝r0時，F(xiàn)合＝0，Ep最小(若以分子間距無限遠處為零勢能點，則此時Ep＜0)．(2)當r＞r0時，F(xiàn)合＜0，即為引力，所以此時增大r，克服分子力做功，Ep增大．(3)當r＜r0時，F(xiàn)合＞0即為斥力，所以此時減小r，克服分子力做功，Ep增大．3．分子勢能與體積的關(guān)系分子勢能與體積有關(guān)，一般體積變化，勢能就變化(氣體除外)，但不能說體積變大，勢能就變大．4．分子勢能的變化與分子力做功有關(guān)當r＞r0時，分子力表現(xiàn)為引力，分子間距離增大時，分子力做負功，分子勢能增大，反之減?。划攔＜r0時，分子力表現(xiàn)為斥力，分子間距離減小時，分子力做負功，分子勢能增大，反之減??；當r＝r0時，分子勢能最小，但不一定為零，分子勢能的大小和正、負都與零勢能點的選取有關(guān)．對分子勢能的理解例2

(2023年海南卷)下列關(guān)于分子力和分子勢能的說法，正確的是 (

)A．分子間距離大于r0時，分子間表現(xiàn)為斥力B．分子從無限遠靠近到距離r0處過程中分子勢能變大C．分子勢能在r0處最小D．分子間距離小于r0且減小時，分子勢能在減小【答案】C【解析】分子間距離大于r0，分子間表現(xiàn)為引力，分子從無限遠靠近到距離r0處過程中，引力做正功，分子勢能減小，則在r0處分子勢能最??；繼續(xù)減小距離，分子間表現(xiàn)為斥力，分子力做負功，分子勢能增大．變式2

(2023年肇慶聯(lián)考)由于分子間存在著分子力，而分子力做功與路徑無關(guān)，因此分子間存在與其相對距離有關(guān)的分子勢能．如圖所示為分子勢能Ep隨分子間距離r變化的圖像，取r趨近于無窮大時Ep為零．通過功能關(guān)系可以從分子勢能的圖像中得到有關(guān)分子力的信息，則下列說法正確的是(

)A．圖中r1是平衡位置B．假設(shè)將兩個分子從它們相距r2時釋放，它們將相互靠近C．當分子間的距離r＝r3時，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力D．當分子間的距離從r3減小到r2時，分子間的作用力表現(xiàn)為引力，且先增大后減小【答案】D【解析】在平衡位置，分子勢能最小，則圖中r2是平衡位置，所以將兩個分子從它們相距r2時釋放，它們既不會相互遠離，也不會相互靠近，A、B錯誤；當分子間的距離r＝r3時，分子力表現(xiàn)為引力，C錯誤；當分子間的距離從r3減小到r2時，分子力表現(xiàn)為引力，Ep－r圖像的斜率大小表示引力大小，可知引力先增大后減小，D正確．1．如何判斷分子勢能的變化(1)分子勢能在平衡位置有最小值，無論分子間距離如何變化，靠近平衡位置，分子勢能減小，反之增大．(2)判斷分子勢能的變化有兩種方法：①看分子力的做功情況．②直接由分子勢能與分子間距離的關(guān)系圖線判斷，但要注意其和分子力與分子間距離的關(guān)系圖線的區(qū)別．2．分子勢能圖像問題的解題技巧(1)首先要明確分子勢能、分子力與分子間距離關(guān)系圖像中拐點的意義不同．分子勢能圖像的最低點(最小值)對應(yīng)的距離是分子平衡距離r0，而分子力圖像的最低點(引力最大值)對應(yīng)的距離大于r0．分子勢能圖像與r軸交點的距離小于r0，分子力圖像與r軸交點表示平衡距離r0．(2)其次要把圖像上的信息轉(zhuǎn)化為分子間距離，再求解其他問題．－對內(nèi)能的理解1．對內(nèi)能的理解(1)內(nèi)能是對大量分子而言的，對單個分子來說無意義．(2)某種物體的內(nèi)能在宏觀上是由物質(zhì)的量、溫度和體積決定的；微觀上由分子數(shù)、分子平均動能和分子間的距離決定．(3)物體的內(nèi)能跟物體的機械運動狀態(tài)無關(guān)．2．內(nèi)能與機械能的區(qū)別和聯(lián)系項目內(nèi)能機械能對應(yīng)的運動形式微觀分子熱運動宏觀物體的機械運動能量常見形式分子動能、分子勢能物體動能、重力勢能或彈性勢能能量存在的原因物體內(nèi)大量分子的熱運動和分子間存在相互作用力由于物體做機械運動和物體發(fā)生彈性形變或被舉高項目內(nèi)能機械能影響因素物質(zhì)的量、物體的溫度和體積物體的機械運動的速度、離地高度(或相對于參考平面的高度)或彈性形變能否為零永遠不能等于零一定條件下可以等于零關(guān)系在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化例3關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說法中正確的是 (

)A．水分子的內(nèi)能比冰分子的內(nèi)能大B．物體所處的位置越高，分子勢能就越大，內(nèi)能越大C．一定質(zhì)量的0℃的水結(jié)成0℃的冰，內(nèi)能一定減少D．相同質(zhì)量的兩個相同物體，運動物體的內(nèi)能一定大于靜止物體的內(nèi)能【答案】C【解析】因內(nèi)能是指組成物體的所有分子的熱運動的動能與分子勢能的總和，說單個分子的內(nèi)能沒有意義，故A錯誤．內(nèi)能與機械能是兩種不同性質(zhì)的能，它們之間無直接聯(lián)系，內(nèi)能與“位置高低”“運動”還是“靜止”沒有關(guān)系，故B、D錯誤．一定質(zhì)量的0℃的水結(jié)成0℃的冰，放出熱量，使得內(nèi)能減小，故C正確．變式3

(多選)關(guān)于內(nèi)能和機械能的下列說法，正確的是 (

)A．機械能增大的物體，其內(nèi)能一定增大B．物體的機械能損失時，內(nèi)能卻可能增加C．物體的內(nèi)能損失時，機械能必然會減小D．物體的機械能可以為零，內(nèi)能不可以為零【答案】BD【解析】內(nèi)能和機械能是兩種不同形式的能，內(nèi)能由物體分子狀態(tài)決定，而機械能由物體的質(zhì)量、宏觀速度、相對地面高度或彈性形變程度決定，二者決定因素是不同的．物體被舉高，機械能增大，若溫度降低，內(nèi)能可能減小，故A錯誤；物體克服空氣阻力勻速下降，機械能減小，而摩擦生熱，物體溫度升高，內(nèi)能會增大，故B正確；物體靜止時，溫度降低，內(nèi)能減小，而物體的機械能不變，故C錯誤；物體內(nèi)分子永不停息地運動，內(nèi)能不可能為零，故D正確．對內(nèi)能理解的要點1．內(nèi)能是一種與分子熱運動及分子間相互作用相關(guān)的能量形式，與物體宏觀有序運動狀態(tài)無關(guān)，它取決于物質(zhì)的量、溫度、體積及物態(tài)．2．研究熱現(xiàn)象時，一般不考慮機械能，在機械運動中有摩擦?xí)r，有可能發(fā)生機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．3．物體溫度升高，內(nèi)能不一定增加；溫度不變，內(nèi)能可能改變；溫度降低，內(nèi)能可能增加．小練?隨堂鞏固1．1g100℃的水與1g100℃的水蒸氣相比較，下列說法正確的是

(

)A．分子的平均動能和分子的總動能都相同B．分子的平均動能相同，分子的總動能不同C．內(nèi)能相同D．1g100℃的水的內(nèi)能大于1g100℃的水蒸氣的內(nèi)能【答案】A【解析】1g100℃的水和1g100℃的水蒸氣具有相同的溫度即二者分子的平均動能相同，具有相同的分子數(shù)目，所以二者分子的總動能也相同，A正確、B錯誤；水吸收熱量才能變成水蒸氣，所以1g100℃的水的內(nèi)能小于1g100℃的水蒸氣的內(nèi)能，C、D錯誤．2．當兩個分子間的距離r＝r0時，分子處于平衡狀態(tài)，設(shè)r1＜r0＜r2，則當兩個分子間的距離由r1變到r2的過程中 (

)A．分子力先減小后增大B．分子力有可能先減小再增大，最后再減小C．在r0處分子勢能最大D．分子勢能先增大后減小【答案】B【解析】因為r1＜r0＜r2，則當兩個分子間的距離由r1變到r2的過程中，分子力有可能先減小再增大最后再減小，A錯誤，B正確；根據(jù)分子勢能與分子距離變化的關(guān)系可知，分子勢能r0處最小，則當兩個分子間的距離由r1變到r2的過程中，分子勢能先減小后增大，C、D錯誤．3．(多選)一輛運輸瓶裝氧氣的貨車，由于某種原因，司機緊急剎車，最后停下來，則下列說法正確的是 (

)A．汽車機械能減小，氧氣內(nèi)能增加B．汽車機械能減小，氧氣內(nèi)能減小C．汽車機械能減小，氧氣內(nèi)能不變D．汽車機械能減小，汽車(輪胎)內(nèi)能增加【答案】CD【解析】氧氣溫度不變，體積沒變，內(nèi)能不變，故A、B錯誤；汽車機械能減小，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，C、D正確．4．(2023年上海模擬)兩個分子間的作用力隨分子間距離