人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案：4 分子動(dòng)能和分子勢(shì)能

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊(cè)PAGEPAGE14分子動(dòng)能和分子勢(shì)能〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.知道溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志.2.明確分子勢(shì)能與分子間距離的關(guān)系.3.理解內(nèi)能的概念及其決定因素．一、分子動(dòng)能1．分子動(dòng)能：由于分子永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)而具有的能量．2．分子的平均動(dòng)能所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的平均值．3．物體的溫度是它的分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志．二、分子勢(shì)能1．分子勢(shì)能：由分子間的相對(duì)位置決定的能．2．分子勢(shì)能Ep隨分子間距離r變化的情況如圖1所示．圖1當(dāng)r＝r0時(shí)，分子勢(shì)能最?。?．決定因素(1)宏觀上：分子勢(shì)能的大小與物體的體積有關(guān)．(2)微觀上：分子勢(shì)能的大小與分子之間的距離有關(guān)．三、物體的內(nèi)能1．物體的內(nèi)能：物體中所有分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和．任何物體都具有內(nèi)能．2．相關(guān)因素(1)物體所含的分子總數(shù)由物質(zhì)的量決定．(2)分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能與溫度有關(guān)．(3)分子勢(shì)能與物體的體積有關(guān)．故物體的內(nèi)能由物質(zhì)的量、溫度、體積共同決定，同時(shí)受物態(tài)變化的影響．1．判斷下列說(shuō)法的正誤．(1)物體的溫度升高時(shí)，物體每個(gè)分子的動(dòng)能都增大．(×)(2)溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志．(√)(3)分子的勢(shì)能是由分子間相對(duì)位置決定的能量，隨分子間距的變化而變化．(√)(4)分子力做正功時(shí)，分子勢(shì)能一定減小．(√)(5)溫度高的物體內(nèi)能一定大．(×)2．(1)1千克10℃的水比10千克2℃的鐵的分子的平均動(dòng)能________．(2)質(zhì)量和體積一定的同種氣體，溫度高時(shí)氣體的內(nèi)能________．〖答案〗(1)大(2)大一、分子動(dòng)能導(dǎo)學(xué)探究(1)為什么研究分子動(dòng)能的時(shí)候主要關(guān)心大量分子的平均動(dòng)能？(2)物體溫度升高時(shí)，物體內(nèi)每個(gè)分子的動(dòng)能都增大嗎？(3)物體運(yùn)動(dòng)的速度越大，其分子的平均動(dòng)能也越大嗎？〖答案〗(1)分子動(dòng)能是指單個(gè)分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，但分子是無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的，因此各個(gè)分子的動(dòng)能以及一個(gè)分子在不同時(shí)刻的動(dòng)能都不盡相同，所以研究單個(gè)分子的動(dòng)能沒(méi)有意義，我們主要關(guān)心的是大量分子的平均動(dòng)能．(2)溫度是大量分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn)，含有統(tǒng)計(jì)的意義，對(duì)于個(gè)別分子，溫度是沒(méi)有意義的．所以物體溫度升高時(shí)，個(gè)別分子的動(dòng)能可能減小，也可能不變．(3)不是．分子的平均動(dòng)能與宏觀物體運(yùn)動(dòng)的速度無(wú)關(guān)．知識(shí)深化1．單個(gè)分子的動(dòng)能(1)定義：組成物體的每個(gè)分子都在不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，因此分子具有動(dòng)能．(2)由于分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)則性，在某時(shí)刻物體內(nèi)部各個(gè)分子的動(dòng)能大小不一，就是同一個(gè)分子，在不同時(shí)刻的動(dòng)能也可能是不同的，所以單個(gè)分子的動(dòng)能沒(méi)有意義．2．分子的平均動(dòng)能(1)定義：物體內(nèi)所有分子的動(dòng)能的平均值．(2)決定因素：物體的溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志．溫度升高的物體，分子的平均動(dòng)能增大，但不是每個(gè)分子的動(dòng)能都增大，個(gè)別分子的動(dòng)能可能減小或不變，但總體上所有分子的動(dòng)能之和一定是增加的．3．物體內(nèi)分子的總動(dòng)能物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能是指所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能總和，它等于分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能與分子數(shù)的乘積．物體內(nèi)分子的總動(dòng)能與物體的溫度和所含分子總數(shù)有關(guān)．關(guān)于溫度與分子動(dòng)能的關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是()A．某物體的溫度為0℃，說(shuō)明物體中分子的平均動(dòng)能為零B．溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志C．溫度較高的物體，其分子平均動(dòng)能較大，則分子的平均速率也較大D．物體的運(yùn)動(dòng)速度越大，則物體的溫度越高〖答案〗B〖解析〗某物體溫度是0℃，物體中分子的平均動(dòng)能并不為零，因?yàn)榉肿釉谟啦煌Ｏ⒌刈鰺o(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度越高的物體，分子的平均動(dòng)能越大，但由于分子的質(zhì)量不一定相同，則分子平均速率不一定大，B正確，C錯(cuò)誤；物體內(nèi)分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速度與機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度無(wú)關(guān)，物體的運(yùn)動(dòng)速度越大，不能代表物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，所以物體的溫度不一定高，D錯(cuò)誤．(多選)下列說(shuō)法中正確的是()A．只要溫度相同，任何物體分子的平均動(dòng)能相同B．分子動(dòng)能指的是由于分子做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而具有的能C．物體中10個(gè)分子的動(dòng)能很大，這10個(gè)分子的溫度很高D．溫度低的物體中的每一個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速率一定小于溫度高的物體中的每一個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速率〖答案〗AB〖解析〗溫度相同，物體分子的平均動(dòng)能相同，故A正確；分子動(dòng)能指的是由于分子做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而具有的能，B正確；物體溫度是對(duì)大量分子而言的，對(duì)于10個(gè)分子無(wú)意義，故C錯(cuò)誤；溫度低的物體分子的平均運(yùn)動(dòng)速率小(相同物質(zhì))，但具體到每一個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速率是不確定的，可能大于平均速率，也可能小于平均速率，故D錯(cuò)誤．由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量一般不同，所以同一溫度下，不同物質(zhì)的分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能相同，但平均速率一般不同.二、分子勢(shì)能導(dǎo)學(xué)探究(1)功是能量轉(zhuǎn)化的量度，分子力做功對(duì)應(yīng)什么形式的能量變化呢？(2)當(dāng)兩個(gè)分子從相距無(wú)窮遠(yuǎn)處逐漸靠近到不能再靠近的過(guò)程中，分子勢(shì)能如何變化？〖答案〗(1)分子力做功對(duì)應(yīng)分子勢(shì)能的變化．(2)分子勢(shì)能先減小后增大．知識(shí)深化1．分子力、分子勢(shì)能與分子間距離的關(guān)系(如圖2所示)圖2分子間距離rr＝r0r>r0r<r0分子力F等于零表現(xiàn)為引力表現(xiàn)為斥力分子力做功W分子間距增大時(shí)，分子力做負(fù)功分子間距減小時(shí)，分子力做負(fù)功分子勢(shì)能Ep最小隨分子間距的增大而增大隨分子間距的減小而增大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)．3．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．(2021·吉林江城中學(xué)高二期中)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3中曲線所示，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，下列說(shuō)法正確的是()圖3A．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，F(xiàn)做負(fù)功，分子動(dòng)能減小，分子勢(shì)能增大C．在r<r0階段，分子勢(shì)能先增大后減小D．在r＝r0時(shí)，分子勢(shì)能為零，動(dòng)能最大〖答案〗B〖解析〗在r>r0階段，分子力為引力，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，分子力為斥力，相互接近過(guò)程中，F(xiàn)做負(fù)功，分子動(dòng)能減小，分子勢(shì)能增大，所以B正確，C錯(cuò)誤；由于在r>r0階段，分子勢(shì)能減小，在r<r0階段，分子勢(shì)能增大，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D錯(cuò)誤．三、內(nèi)能導(dǎo)學(xué)探究(1)結(jié)合影響分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的因素，從微觀和宏觀角度討論影響內(nèi)能的因素有哪些？(2)物體的內(nèi)能隨機(jī)械能的變化而變化嗎？?jī)?nèi)能可以為零嗎？〖答案〗(1)微觀上：物體的內(nèi)能取決于物體所含分子的總數(shù)、分子的平均動(dòng)能和分子間的距離．宏觀上：物體的內(nèi)能取決于物體所含物質(zhì)的量、溫度、體積及物態(tài)．(2)物體的機(jī)械能變化時(shí)其溫度和體積不一定變化，因此其內(nèi)能不一定變化，兩者之間沒(méi)有必然聯(lián)系．組成物體的分子在做永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，因此物體的內(nèi)能不可能為零．知識(shí)深化1．內(nèi)能的決定因素(1)宏觀因素：物體內(nèi)能的大小由物質(zhì)的量、溫度和體積三個(gè)因素決定，同時(shí)也受物態(tài)變化的影響．(2)微觀因素：物體內(nèi)能的大小由物體所含的分子總數(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．2．溫度、內(nèi)能和熱量的比較(1)溫度宏觀上表示物體的冷熱程度，是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志．(2)內(nèi)能是物體中所有分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和．(3)熱量指在熱傳遞過(guò)程中，物體吸收或放出熱的多少．3．內(nèi)能和機(jī)械能的區(qū)別與聯(lián)系內(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、彈性勢(shì)能影響因素物質(zhì)的量、物體的溫度、體積及物態(tài)物體的質(zhì)量、機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度、相對(duì)于零勢(shì)能面的高度、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4.物態(tài)變化對(duì)內(nèi)能的影響一些物質(zhì)在物態(tài)發(fā)生變化時(shí)，如冰的熔化、水在沸騰時(shí)變?yōu)樗魵?，溫度不變，此過(guò)程中分子的平均動(dòng)能不變，由于分子間的距離變化，分子勢(shì)能變化，所以物體的內(nèi)能變化．下列關(guān)于物體內(nèi)能的說(shuō)法正確的是()A．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B．物體中所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和叫作物體的內(nèi)能C．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〗內(nèi)能是物體中所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和，A錯(cuò)誤，B正確；機(jī)械能與內(nèi)能是兩種不同形式的能，物體的機(jī)械能發(fā)生變化，內(nèi)能不一定變化，C錯(cuò)誤；溫度高的物體比溫度低的物體的分子平均動(dòng)能大，但內(nèi)能不一定大，D錯(cuò)誤．1．(分子動(dòng)能)(多選)對(duì)于20℃的水和20℃的水銀，下列說(shuō)法正確的是()A．兩種物體的分子的平均動(dòng)能相同B．水銀分子的平均動(dòng)能比水的大C．兩種物體的分子的平均速率相同D．水銀分子的平均速率比水分子的平均速率小〖答案〗AD〖解析〗溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度相同的物體的分子平均動(dòng)能相同，故A對(duì)，B錯(cuò)；由水銀的摩爾質(zhì)量大于水的摩爾質(zhì)量，知水銀分子的平均速率比水分子的平均速率小，故D對(duì)，C錯(cuò)．2．(分子力和分子勢(shì)能)下列四幅圖中，能正確反映分子間作用力F和分子勢(shì)能Ep隨分子間距離r變化關(guān)系的是()〖答案〗B〖解析〗當(dāng)r<r0時(shí)，分子力表現(xiàn)為斥力，隨分子間距離r增大，分子勢(shì)能Ep減??；當(dāng)r>r0時(shí)，分子力表現(xiàn)為引力，隨分子間距離r增大，分子勢(shì)能Ep增大；當(dāng)r＝r0時(shí)，分子力為零，此時(shí)分子勢(shì)能最小，故選項(xiàng)B正確．3．(分子力和分子勢(shì)能)兩個(gè)分子甲和乙相距較遠(yuǎn)(此時(shí)分子力可以忽略)，設(shè)甲分子固定不動(dòng)，乙分子逐漸向甲靠近直到不能再靠近，在這個(gè)過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()A．分子力總對(duì)乙做正功，分子勢(shì)能不斷減小B．乙總是克服分子力做功，分子勢(shì)能不斷增大C．乙先是克服分子力做功，然后分子力對(duì)乙做正功，分子勢(shì)能先增大后減小D．先是分子力做正功，然后乙克服分子力做功，分子勢(shì)能先減小后增大〖答案〗D〖解析〗甲和乙相距較遠(yuǎn)時(shí)，此時(shí)分子力為零，分子勢(shì)能為零，甲分子固定不動(dòng)，乙向甲靠近直到r＝r0的過(guò)程中，由于r＞r0，分子力合力為引力，分子力做正功，分子勢(shì)能越來(lái)越小，且為負(fù)值．r＝r0時(shí)分子勢(shì)能最小，乙分子從r＝r0到不能再靠近甲的過(guò)程中，由于r＜r0，分子力合力為斥力，分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加．所以先是分子力對(duì)乙做正功，然后乙克服