4.分子动能和分子势能
课后训练 巩固提升
基础巩固
1.下列物理量与物体的内能无关的是( )
A.物体的温度
B.物体的体积
C.质量
D.物体的运动速度
答案：D
解析：物体的内能与温度、体积以及所含的分子数有关,与物体的运动状态无关,所以D选项符合题意。
2.下列有关温度的概念的说法正确的是( )
A.温度反映了每个分子热运动的剧烈程度
B.温度是分子平均动能的标志
C.一定质量的某种物质,内能增大,温度一定升高
D.温度升高时物体的每个分子的动能都将增大
答案：B
解析：温度是分子平均动能大小的标志,而对某个确定的分子来说,其热运动的情况无法确定,不能用温度反映,故A、D错,B对。温度不升高而仅使分子的势能增大,也可以使物体内能增大,冰熔化为同温度的水就是一个例证,故C错。
3.关于分子势能,下列说法正确的是(设两分子相距无穷远时分子势能为零)( )
A.体积增大,分子势能增大;体积缩小,分子势能减小
B.当分子间距离r=r0时,分子间合力为零,所以分子势能为零
C.当分子间作用力为引力时,体积越大,分子势能越大
D.当分子间作用力为斥力时,体积越大,分子势能越大
答案：C
解析：设想两个分子相距无穷远,此时分子间势能为零,当两个分子越来越近时,分子间引力做正功,分子势能减小,当r=r0时,分子势能减小到最小为负值,故B错误。分子力为引力时,体积增大,分子间距增大,分子间引力做负功,分子势能增大,故C正确。分子力为斥力时,体积增大,分子间距增大,分子间斥力做正功,分子势能减小,故A、D错误。
4.一定质量的0 ℃的水在凝结成0 ℃的冰的过程中,体积变大,它内能的变化是( )
A.分子平均动能增加,分子势能减少
B.分子平均动能减小,分子势能增加
C.分子平均动能不变,分子势能增加
D.分子平均动能不变,分子势能减少
答案：D
解析：温度相同,分子的平均动能相同,体积改变,分子势能发生了变化。由于不清楚由水变成冰分子力做功的情况,不能从做功上来判断。水变成冰是放出热量的过程,因此分子势能减少,故选D。
5.一绝热容器内封闭着一些气体,容器在高速运输途中突然停下来,则( )
A.因气体温度与机械运动速度无关,故容器内气体温度不变
B.因容器是绝热的,故容器中气体内能不变
C.因容器突然停止运动,气体分子运动速度亦随之减小,故容器中气体温度降低
D.容器停止运动时,由于分子和容器壁的碰撞,容器中气体温度将升高
答案：D
解析：容器里的分子除做无规则的热运动外,还随容器做机械运动,当容器停止机械运动时,气体分子由于惯性与器壁或分子间碰撞,热运动加剧,气体的温度升高,故D选项正确。
6.下图为两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线。下列说法正确的是( )
A.当r大于r1时,分子间的作用力表现为引力
B.当r小于r1时,分子间的作用力表现为斥力
C.当r等于r2时,分子间的作用力最大
D.在r由r1变到r2的过程中,分子间的作用力做负功
答案：B
解析：由题图像可知,分子间距离为r2时分子势能最小,此时分子间的距离为平衡距离;当0r2时分子力为引力,当r7.三个瓶子分别盛有质量相同的氢气、氧气和氮气,它们的温度相同,则分子平均速率最大的是 ;在不计分子势能的情况下,气体内能最大的是 。
答案：氢气 氢气
8.甲、乙两名同学对0 ℃的水和0 ℃的冰进行了如下争论:
甲说:“冰和水的温度相同,所以分子平均动能相等。质量相同时,冰的体积大,因此冰的分子势能大,所以说冰的内能大于水的内能。”
乙说:“0 ℃的水变成0 ℃的冰需要向外界放出热量,在质量相同的情况下,水的内能大于冰的内能。”
请你判断一下:甲、乙两名同学谁的说法是正确的
答案：乙同学的说法是正确的。甲同学认为冰的体积大,分子势能大,这是错误的说法(冰的体积大的主要原因在于宏观的冰晶粒间空隙大)。分子势能大小与体积有关,但二者并不一定成正比。0 ℃的冰变为0 ℃的水需吸热,故水的内能大,它们相同的物理量是分子平均动能,不同的物理量是分子势能,显然水的分子势能大。
能力提升
1.关于物体的内能,以下说法正确的是( )
A.箱子运动的速度减小,其内能也减小
B.篮球的容积不变,内部气体的温度降低,其气体的内能将减小
C.物体的温度和体积均发生变化,其内能一定变化
D.对于一些特殊的物体,可以没有内能
答案：B
解析：物体的内能与物体的机械运动无关,故A错误。当气体的体积不变而温度降低时,气体的分子势能不变,分子平均动能减小,气体的内能减小,故B正确。物体的温度和体积均发生变化时,物体内的分子势能和分子平均动能都发生变化,其内能可能不变,故C错误。任何物体都有内能,故D错误。
2.如图所示,甲分子固定于坐标原点O,乙分子从无穷远处由静止释放,在分子力的作用下靠近甲,图中b点是引力最大处,d点是分子靠得最近处,则乙分子速度最大处是( )
A.a点
B.b点
C.c点
D.d点
答案：C
解析：a点和c点处分子间的作用力为零,乙分子的加速度为零,从a点到c点分子间的作用力表现为引力,分子力做正功,速度增加,从c点到d点分子间的作用力表现为斥力,分子间的作用力做负功,故分子由a点到d点先加速再减速,所以在c点速度最大,故C正确。
3.下列说法正确的是( )
A.物体温度降低,其分子热运动的平均动能增大
B.物体温度升高,其分子热运动的平均动能增大
C.物体温度降低,其内能一定增大
D.物体温度不变,其内能一定不变
答案：B
解析：温度是物体分子平均动能的标志,温度升高则其分子平均动能增大,反之,则其分子平均动能减小,故A错误,B正确。物体的内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和,宏观上取决于物体的温度、体积和质量,故C、D错误。
4.(多选)如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子沿x轴运动,两分子间的分子势能Ep与两分子间距离的关系如图中曲线所示。图中分子势能的最小值为-E0。若两分子所具有的总能量为0,则下列说法正确的是( )
A.乙分子在P点(x=x2)时,加速度最大
B.乙分子在P点(x=x2)时,其动能为E0
C.乙分子在Q点(x=x1)时,处于平衡状态
D.乙分子的运动范围为x≥x1
答案：BD
解析：当分子间距离为r0时,分子势能最小,即x2=r0,故在P点分子力为零,加速度为零,由于分子所具有的总能量为0,势能为-E0时,动能为E0,A、C错误,B正确。又由于动能不可能为负值,故势能最大为零,D正确。
5.下列关于分子力和分子间势能的说法正确的是( )
A.当分子力表现为引力时,分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大
B.当分子力表现为引力时,分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小
C.当分子力表现为斥力时,分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大
D.当分子力表现为斥力时,分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小
答案：C
解析：当分子间距离r>r0时,分子力表现为引力,距离增大,分子力先增大后减小,最后减小为零。分子力一直做负功,分子势能一直增大,A、B选项都错误。当分子间距r6.(多选)把一个物体竖直下抛,下列哪种情况是在下落的过程中发生的(不考虑空气阻力)( )
A.物体的动能增大,分子的平均动能也增大
B.物体的重力势能减小,分子势能却增大
C.物体的机械能保持不变
D.物体的内能保持不变
答案：CD
解析：物体下落过程,不考虑空气阻力,只有系统内的重力做功,机械能不变;物体下落过程中,物体的温度和体积也没有发生变化,所以分子热运动的平均动能和分子势能都保持不变,因此,选项A、B错误,C、D正确。
7.(1)1 kg的40 ℃的水跟1 kg的80 ℃的水哪个内能多
(2)1 kg的40 ℃的水跟2 kg的40 ℃的水哪个内能多
(3)一杯100 ℃的开水跟一池塘常温下的水哪个内能多
(4)1 kg的100 ℃的水跟1 kg的100 ℃的水蒸气哪个内能多
答案：见解析：
解析：(1)两者质量一样,同种物质,所以分子数目一样,而80 ℃的水比40 ℃的水的水分子平均动能大,若不考虑水的膨胀引起的体积微小变化,则1 kg的80 ℃的水的内能多。
(2)1 kg的40 ℃的水跟2 kg的40 ℃的水比较,2 kg的40 ℃的水内能多,因为后者分子数目多。
(3)虽然100 ℃的开水的水分子平均动能较大,但池塘的水的分子数比一杯水的分子数多得多,故一池塘常温下的水的内能比一杯100 ℃的开水的内能多。
(4)它们的质量相等,因而所含分子数相等,分子的平均动能也相同,但100 ℃的水蒸气分子势能比100 ℃的水的分子势能大,故1 kg的100 ℃的水蒸气的内能比1 kg的100 ℃的水的内能多。(共39张PPT)
4.分子动能和分子势能
第一章
2022
内容索引
01
02
03
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
04
随堂练习
课标定位
素养阐释
1.理解分子动能的概念。
2.理解分子势能的概念。
3.掌握内能的概念。
1.通过分子动能和分子势能学习,培养科学思维能力。
2.通过内能的概念学习,树立科学态度与责任。
自主预习 新知导学
一、分子动能
1.分子动能:做热运动的分子具有的 动能 。
2.分子平均动能:所有分子的动能的 平均值 。
3.分子平均动能与温度的关系:物体温度升高时,分子热运动的平均动能 增加 。
4.温度的微观含义:温度是分子 平均动能 的标志。
5.运动速度大的物体中分子的平均动能也大吗 温度高的物体中分子的平均速率一定大吗
答案：分子的平均动能只是由温度决定的,与物体的运动速度无关。温度高的物体中分子的平均速率不一定大,还与分子质量有关。
二、分子势能
1.分子势能:分子间的作用力所做的功与 路径 无关,分子组成的系统具有分子势能。
2.分子力做功与分子势能变化:分子间的作用力做正功,分子势能 减小 ;分子间的作用力做负功,分子势能 增大 。
3.分子势能 Ep与分子间距离r的关系:分子势能Ep随分子间距离r的变化有最小值,即当r=r0 时,分子势能 最小 。
4.分子势能决定因素
(1)宏观上:分子势能的大小与物体的 体积 有关。
(2)微观上:分子势能与分子之间的 距离 有关。
(3)当分子间距离等于r0时,分子力为零,那么分子间的势能也一定是零吗 分子间距离越大分子势能也越大吗
答案：不一定。分子势能具有相对意义,一般选无穷远处势能为零,这样r0处势能为负值。不一定。当r小于r0时,随分子间距离的增大,分子势能减小;当r大于r0时,随分子间距离的增大,分子势能增大。
三、物体的内能
1.内能:物体中所有 分子的热运动动能 与 分子势能 的总和。
2.普遍性:组成任何物体的分子都在做着无规则的 热运动 ,所以任何物体都具有内能。
3.相关因素:物体的内能由 物质的量、温度、体积 共同决定,同时受物态变化的影响。
4.物体运动得越来越快,其内能是否一定发生变化
答案：物体的内能指的是物体内所有分子的热运动动能和分子势能的总和。物体运动得越来越快对应的是机械能,两者本质不同,可在一定条件下相互转化,故物体运动得越来越快,其内能有可能变化,也有可能不变。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)温度反映了每个分子热运动的剧烈程度。( )
(2)温度是分子平均动能的标志。( )
(3)温度升高时物体中的每个分子的动能都将增大。( )
(4)分子的势能是由分子间相对位置决定的能量,随分子间距的变化而变化。( )
(5)温度高的物体内能大。( )
×
×
×
√
√
2.下列说法正确的是( )
A.温度低的物体内能小
B.温度低的物体,其分子运动的平均速率小
C.物体做加速运动时,速度越来越大,物体内分子的平均动能也越来越大
D.物体的体积改变,内能可能不变
解析：内能是指物体内部所有分子动能和分子势能的总和,温度是分子平均动能的标志,故温度低的物体内能不一定小,A错。温度低的物体,其分子平均动能小,但由于不同物体的分子质量不同,所以温度低的物体,其分子平均速率不一定小,B错。物体做加速运动时,速度增大,机械能中的动能增大,但分子热运动的平均动能与机械能无关,而与温度有关,故C错。物体的体积改变,分子势能改变,但内能不一定改变,D对。
D
合作探究 释疑解惑
知识点一
分子动能
【问题引领】
1.为什么研究分子动能的时候主要关心大量分子的平均动能
2.物体温度升高时,物体内每个分子的动能都增大吗
3.物体运动的速度越大,其分子的平均动能也越大吗
提示：1.分子动能是指单个分子热运动的动能,但分子是无规则运动的,因此各个分子的动能以及一个分子在不同时刻的动能都不尽相同,所以研究单个分子的动能没有意义,我们主要关心的是大量分子的平均动能。
2.温度是大量分子无规则热运动的集体表现,含有统计的意义,对于个别分子,温度是没有意义的。所以物体温度升高时,个别分子的动能可能减小,也可能不变。
3.不是。分子的平均动能与宏观物体运动的速度无关。
【归纳提升】
1.单个分子的动能
由于分子运动的无规则性,每个分子动能大小不同并且时刻在变化。所以单个分子的动能一般没有意义。
2.分子的平均动能
温度升高,分子的平均动能增大,但不是每个分子的动能都增大,个别分子的动能可能减小或不变,但总体上所有分子的动能之和一定是增加的。
【典型例题】
【例题1】 (多选)下列关于分子动能的说法正确的是( )
A.物体的温度升高,每个分子的动能都增加
B.物体的温度升高,分子的总动能增加
C.如果分子的质量为m,平均速率为v,则分子平均动能为 mv2
D.分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与分子的总数之比
解析：温度是分子平均动能的标志,温度升高,分子的平均动能增加,但是其中个别分子的动能有可能减小,A错、B对。分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与分子总数的比值,所以C错、D对。
BD
误区警示 温度是分子平均动能的“标志”或者说“量度”,温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对应。
【变式训练1】 下列关于物体的温度与分子动能的关系,说法正确的是
( )
A.某物体的温度是0 ℃,说明物体中分子的平均动能为零
B.物体温度升高时,每个分子的动能都增大
C.物体温度升高时,分子平均动能增大
D.物体的运动速度越大,则物体的温度越高
解析：某物体温度是0 ℃,物体中分子的平均动能并不为零,因为分子在永不停息地运动,A错。当温度升高时,分子运动加剧,平均动能增大,但并不是所有分子的动能都增大,B错,C对。物体的运动速度越大,物体的动能越大,这并不能代表物体内部分子的热运动越剧烈,所以物体的温度不一定越高,D错。
C
【问题引领】
知识点二
分子势能
1.功是能量转化的量度,分子力做功对应什么形式的能量变化呢
2.若分子力表现为引力,则分子间距离增大时,分子力做什么功 分子势能如何变化 分子间距离减小时,分子力做什么功 分子势能如何变化
3.若分子力表现为斥力,则分子力做功情况以及分子势能的变化情况又如何呢
提示：1.分子力做功对应分子势能的变化。
2.负功 分子势能增大 正功 分子势能减小
3.分子间距离增大时,分子力做正功,分子势能减小;分子间距离减小时,分子力做负功,分子势能增大。
【归纳提升】
分子势能的大小与分子间的距离有关,宏观上与物体的体积有关。当分子间的距离发生变化时,分子力做功,分子势能发生变化。
(1)当分子间的距离r>r0时,分子间的作用力表现为引力,分子间的距离增大时,分子力做负功,因此分子势能随分子间距离的增大而增大。
(2)当分子间的距离r(3)如果取两个分子间相距无限远时(此时分子间作用力可忽略不计)的分子势能为零,分子势能Ep与分子间距离r的关系可用如图所示的曲线表示。从图线上看出,当r=r0时,分子势能最小。
画龙点睛 分子势能最小与分子势能为零不同,分子势能的正负表示大于或小于分子零势能。
【典型例题】
【例题2】 如图所示,甲分子固定在坐标原点O处,乙分子位于x轴上,甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示。F>0为斥力,F<0为引力,a、b、c、d为x轴上四个特定的位置,现把乙分子从a处由静止释放,则( )
A.乙分子由a到b做加速运动,
由b到c做减速运动
B.乙分子由a到c做加速运动,
到达c时速度最大
C.乙分子由a到c的过程,动能先增大后减小
D.乙分子由b到d的过程,两分子间的分子势能一直增大
B
解析：乙分子由a运动到c的过程,一直受到甲分子的引力作用而做加速运动,到c时速度达到最大,而后受到甲分子的斥力做减速运动,A错误、B正确。乙分子由a到c的过程所受引力做正功,分子势能一直减小,分子的动能一直增大,C错误。乙分子由b到d的过程中,先是引力做正功,分子势能减小,后来克服斥力做功,分子势能增大,D错误。
科学思维 分子势能图像问题的解题技巧
首先,要明确分子势能、分子力与分子间距离关系图像中拐点意义的不同。分子势能图像的最低点(最小值)对应的距离是分子平衡距离r0,而分子力图像的最低点(引力最大值)对应的距离大于r0;分子势能图像与r轴交点的距离小于r0,分子力图像与r轴交点表示平衡距离r0。其次,要把图像上的信息转化为分子间距离,再求解其他问题。
【变式训练2】 (多选)下列关于分子势能的说法正确的是( )
A.当分子力表现为引力时,分子势能总是随分子间距离的增大而增大
B.当分子力表现为斥力时,分子势能总是随分子间距离的减小而减小
C.当分子势能增大时,说明分子间距离在减小
D.当分子势能减小时,说明分子力对分子做正功
解析：当分子力表现为引力时,分子间距离增大,分子力做负功,分子势能增大,故A正确。当分子力表现为斥力时,分子间距离减小,分子力做负功,分子势能增加,故B错误。当分子势能增大时,若分子力为引力,分子间距离增大;若分子力为斥力,分子间距离减小,故C错误。根据功能关系可知,当分子势能减小时,说明分子力对分子做正功,故D正确。
AD
【问题引领】
知识点三
物体的内能
1.结合影响分子动能和分子势能的因素,从微观和宏观角度讨论影响内能的因素有哪些。
2.物体的内能随机械能的变化而变化吗 内能可以为零吗
提示：1.微观上:物体的内能取决于物体所含分子的总数、分子的平均动能和分子间的距离。
宏观上:物体的内能取决于物体所含物质的量、温度、体积及物态。
2.物体的机械能变化时其温度和体积不一定变化,因此其内能不一定变化,两者之间没有必然联系。组成物体的分子在做永不停息的无规则运动,因此物体的内能不可能为零。
【归纳提升】
1.内能的决定因素
(1)宏观因素:物体内能的大小由物质的量、温度和体积三个因素决定,同时也受物态变化的影响。
(2)微观因素:物体内能的大小由物体所含的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。
2.温度、内能和热量的比较
(1)温度宏观上表示物体的冷热程度,是分子平均动能的标志。
(2)内能是物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。
(3)热量指在热传递过程中,物体吸收或放出热的多少,等于物体内能的变化量。
3.内能与机械能的区别和联系
画龙点睛 物体的内能和机械能是常见的两种形式的能量,二者有着本质的区别。
【典型例题】
【例题3】 下列关于内能的说法正确的是( )
A.不同的物体,若温度相同,则内能也相同
B.物体速度增大,则分子动能增大,内能也增大
C.对物体做功或向物体传热,都可能改变物体的内能
D.冰熔化成水,温度不变,则内能也不变
解析：内能是物体中所有分子的热运动的动能与分子势能的总和,温度相同,只是分子的平均动能相同,A错误。分子动能与分子的热运动有关,与物体的速度没有关系,B错误。对物体做功可以把其他形式的能转化为内能,热传递可以向物体转移内能,所以都可以改变物体的内能,C正确。冰熔化成水,温度不变,分子动能不变,物态发生变化,吸收热量,内能增大,D错误。
C
科学思维 一些物质在物态发生变化时,如冰的熔化、水的沸腾,温度不变,此过程中分子的平均动能不变,由于分子间的距离变化,分子势能变化,所以物体的内能变化。
【变式训练3】 一定质量的100 ℃的水汽化成100 ℃的水蒸气时,分子总动能Ek与分子总势能Ep及物体内能E的变化情况为( )
A.Ek变大,Ep变大,E变大
B.Ek变小,Ep变小,E变小
C.Ek不变,Ep变大,E变大
D.Ek不变,Ep变小,E变小
解析：温度是分子平均动能的标志,温度相同,平均动能一定相同。100 ℃的水汽化成100 ℃的水蒸气,分子个数不变,总动能Ek相同。但汽化过程中吸收热量,内能E增大,所以分子势能Ep增大,C对,A、B、D错。
C
课堂小结
随堂练习
1.(对温度的理解)关于温度的概念,下列说法正确的是( )
A.温度是分子平均动能的标志,物体的温度越高,则分子的平均动能越大
B.温度是分子平均动能的标志,物体的温度升高,则物体的每一个分子的动能都增大
C.某物体当其内能增大时,则该物体的温度一定升高
D.甲物体的温度比乙物体的温度高,则甲物体内分子的平均速率比乙物体内分子的平均速率大
解析：温度是分子平均动能的标志,温度升高,分子的平均动能增大,有的分子动能可能减小,A正确,B错误。物体内能增大,也可能是分子势能增大,如果分子平均动能不变,这时温度不变,因而C错误。由于甲、乙两物体的分子质量无法确定,故D错误。
A
2.(分子的动能)(多选)当氢气和氧气温度相同时,下列说法正确的是( )
A.两种气体分子的平均动能相等
B.氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率
C.两种气体分子热运动的总动能相等
D.两种气体分子热运动的平均速率相等
解析：因温度是分子平均动能大小的标志,现在氢气和氧气温度相同,所以二者分子的平均动能相等,A正确。因为氢气和氧气的分子质量不同,平均动能又相等,由 可得,两种气体分子的平均速率不同,分子质量大的平均速率小,故B正确,D错误。虽然两种气体分子平均动能相等,但由于两种气体的质量不清楚,即分子数目关系不清楚,无法比较两种气体分子热运动的总动能的关系,故C错误。
AB
3.(分子的势能)下列情况中分子势能一定减小的是( )
A.分子间距离减小时
B.分子间表现为斥力且分子间距离增大时
C.分子动能增大时
D.分子间作用力做负功时
解析：当分子间距离减小时,分子间的作用力可能做正功,也可能做负功,所以分子势能可能减小也可能增大,A错误。当分子间表现为斥力且分子间距离增大时,分子间的作用力做正功,分子势能减小,B正确。分子动能与分子势能没有关系,C错误。分子间的作用力做负功时,分子势能增大,D错误。
B
4.(物体的内能)关于物体的内能,下列说法正确的是( )
A.机械能可以为零,但内能永远不为零
B.温度相同、质量相同的物体具有相同的内能
C.温度越高,物体的内能越大
D.0 ℃的冰的内能与等质量的0 ℃的水的内能相等
解析：机械能是宏观能量,可以为零,而物体内的分子在永不停息地做无规则运动,且存在相互作用力,所以物体的内能永不为零,A项正确。物体的内能与物质的量、温度、体积及物态有关,B、C、D错误。
A
本 课 结 束
