人教版选择性必修三第一章1.4分子动能和分子势能学案

1.4分子动能和分子势能学案
一学科核心素养
物理观念∶通过类比宏观物体的动能、势能，得出分子动能、分子平均动能、分子势能、内能的概念。
科学思维∶分析理解分子平均动能随温度的变化关系，分子势能和分子间距离的关系，内能及决定因素。
科学探究：运用弹簧连接两小球模拟分子，探究分子势能的大小。
科学态度与责任∶学习好影响内能的因素，培养学生能够通过宏观与微观两种方面来看物理问题的思想。
二学习重难点
重点：分子动能，分子势能，物体内能。
难点：分子热运动的平均动能与温度的关系，分子间距和分子势能的关系以及影响内能的因素。
三课前预习
1．在物理学中，研究微观物理问题可以借鉴宏观的物理模型，可使问题变得更加形象生动。弹簧的弹力和弹性势能变化与分子间的作用力以及分子势能变化情况有相似之处，因此在学习分子力和分子势能的过程中，我们可以将两者类比，以便于理解。
（1）质量相等的两个小球用劲度系数为k，原长为的轻弹簧相连，并置于光滑水平面上。现给其中一个小球沿着弹簧轴线方向的初速度，整个系统将运动起来，可以视为系统中心静止，两小球做简谐运动。已知在此后的运动过程中弹簧的弹性势能大小，与弹簧的长度l的关系如图所示。
①请说明曲线斜率的含义；_____________；
②已知弹簧最小长度为，则弹簧的最大长度为____________；
（2）假设两个质量相同的分子只在分子力作用下绕两者连线的中点做匀速圆周运动，当两者相距为时，分子的加速度最大，此时两者之间的分子势能为，系统的动能与分子势能之和为E，求出此时两分子之间的分子作用力大小________________；
2．唐代诗人齐己在诗句中写道“霏微晓露成珠颗，宛转田田未有风。”露珠呈球形是由于表面张力的原因，在露珠表面的两分子间的作用力表现为________（选填“引力”或“斥力”）；如果两水分子之间的距离为时，两分子间的作用力为零，欲形成如图所示的露珠，则表面层分子间的距离应________（选填“大于”“等于”或“小于”）；在两分子间的距离从大于开始逐渐减小，直到小于的过程中，两分子之间的势能________（选填“逐渐增大”“逐渐减小”“先减小后增大”或“先增大后减小”）。
3．当分子力表现为斥力时，分子力总是随着分子间距离的减小而___________；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__________。
4．分子势能的决定因素
（1）宏观上：分子势能的大小与物体的_______有关；
（2）微观上：分子势能的大小与分子之间的_______有关。
5．在青藏铁路的一些路段，路基两旁各插有一排碗口粗细、高约2米的棒，我们叫它热棒．热棒在路基下还埋有约5米深，整个棒体是中空的，里面封装有适量液氨。热棒的工作原理很简单：当路基温度上升时，液态的氨受热发生________，上升到热棒的上端，通过散热片将热传导给空气，气态氨由此冷却________变成了液态氨，又沉入了棒底。这样，热棒就相当于一个天然“制冷机”。这是我国科技工作者为解决“千年冻土”的许多创新和发明之一。（请在文中横线处填上适当的物态变化名称）
6．如图所示，甲分子固定在坐标原点O，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，时分子间的作用力表现为斥力，时分子间的作用力表现为引力，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，若规定无限远处分子势能为零，则乙分子在___________处的动能最大；乙分子从b处运动到d处的过程中加速度的变化规律是___________。
7．如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上。甲分子对乙分子的作用力f与两分子间距离x的关系如图中曲线所示。现把乙分子从a处逐渐向甲分子靠近，则乙分子从a到c过程中，分子间势能___________；乙分子从c到d过程中，分子间势能___________。（均选填“增大”“不变”或“减小”）
8．甲分子固定在坐标原点，乙分子位于轴上，甲、乙分子间的作用力与距离间的关系如图所示（为平衡距离）。当乙分子从轴上处以大小为的初速度沿轴负方向向甲分子运动时，乙分子所受甲分子的引力_________（选填“先增大后减小”“先减小后增大”或“一直增大”），乙分子的分子势能_________（选填“先增大后减小”“先减小后增大”或“一直减小”）；已知乙分子的质量为，取乙分子在处时，分子势能为零，若只考虑分子力的作用，则该过程中乙分子的最大分子势能为_________。
四自我检测
1．下列说法中正确的是（　　）
A．只要温度相同，任何物体分子的平均动能都相同
B．分子动能指的是由于分子定向运动而具有的能
C．10个分子的动能和分子势能的总和就是这10个分子的内能
D．温度高的物体中的每一个分子的运动速率一定大于温度低的物体中的每一个分子的运动速率
2．如图所示，玻璃瓶A、B中装有质量相等、温度分别为60 ℃的热水和 0 ℃的冷水，下列说法正确的是（　　）
A．温度是分子平均动能的标志，所以A瓶中水分子的平均动能比B瓶中水分子的平均动能大
B．温度越高，布朗运动越显著，所以A瓶中水分子的布朗运动比B瓶中水分子的布朗运动更显著
C．因质量相等，故A瓶中水的内能与B瓶中水的内能一样大
D．A瓶中水分子间的平均距离比B瓶中水分子间的平均距离小
3．由于分子间存在着分子力，而分子力做功与路径无关，因此分子间存在与其相对距离有关的分子势能。如图所示为分子势能Ep随分子间距离r变化的图像，取r趋近于无穷大时Ep为零。通过功能关系可以从分子势能的图像中得到有关分子力的信息，则下列说法正确的是（　　）
A．图中r1是平衡位置
B．假设将两个分子从它们相距r2时释放，它们将相互靠近
C．当分子间的距离r=r3时，分子间的作用力表现为斥力
D．当分子间的距离从r3减小到r2时，分子间的作用力表现为引力，且先增大后减小
4．钻石是首饰和高强度钻头、刻刀等工具中的主要材料，设钻石的密度为（单位为），摩尔质量为M（单位为），阿伏加德罗常数为。已知1克拉等于克，则（　　）
A．a克拉钻石所含有的分子数为
B．a克拉钻石所含有的分子数为
C．每个钻石分子直径的表达式为（单位为m）
D．每个钻石分子直径的表达式为（单位为m）
5．对内能的理解，下列说法正确的是（　　）
A．系统的内能是由系统的状态决定的
B．温度高的系统比温度低的系统的内能大
C．不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能
D．做功可以改变系统的内能，但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能
6．下列说法中正确的是（　　）
A．物体自由下落时速度增大，所以物体内能也增大
B．物体的机械能为零时，内能也为零
C．物体的体积减小，温度不变时，物体内能不一定减小
D．质量、温度、体积都相等的物体的内能一定相等
7．如图所示，玻璃瓶A、B中装有质量相等、温度分别为60 ℃的热水和0 ℃的冷水，下列说法正确的是（　　）
A．温度是分子平均动能的标志，所以A瓶中水分子的平均动能比B瓶中水分子的平均动能大
B．温度越高，布朗运动越显著，所以A瓶中水分子的布朗运动比B瓶中水分子的布朗运动更显著
C．因质量相等，故A瓶中水的内能与B瓶中水的内能一样大
D．A瓶中水的体积比B瓶中水的体积小
8．把一块铅和一块金的接触面磨平磨光后紧紧压在一起，几年后发现金中有铅，铅中有金，下列关于产生此现象的原因正确的是（　　）
A．由于扩散现象
B．由于布朗运动
C．因为分子间存在引力
D．因为铅和金之间存在表面张力
9．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．物体的动能增加，分子的平均动能也增加
B．物体的重力势能减少，分子势能却增加
C．物体的机械能保持不变
D．物体的内能增加
10．分子力F随分子间距离r的变化如图所示。将两分子从相距r＝r2处释放，仅考虑这两个分子间的作用，下列说法正确的是（　　）
A．从r＝r2到r＝r0分子间引力、斥力都在减小
B．从r＝r2到r＝r1分子力的大小先减小后增大
C．从r＝r2到r＝r0分子势能先减小后增大
D．从r＝r2到r＝r1分子动能先增大后减小
参考答案：
三课前预习
1． 斜率表示弹簧弹力（的大小和方向）
2． 引力 大于 先减小后增大
3． 增大 增大
4． 体积 距离
5． 汽化 液化
6． c 先减小后增大
7． 减小 增大
8． 一直增大 先减小后增大
四自我检测
1．A
2．A
3．D
4．A
5．A
6．C
7．A
8．A
9．C
10．D
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