人教版(2019)新教材高中物理选择性必修3 第1章 分子动理论第4节分子动能和分子势能课件(共22张PPT)

(共22张PPT)
内能
一、 分 子 动 能
Ek=mv2/2（机械能的一种）
运动着的篮球
做着无规则热运动分子
_____动能
分子由于热运动而具有的能量叫做分子动能。
情况一：物体中分子热运动速率大小不一，
所以各个分子的动能也有大有小。
情况二：各个分子的速率（动能）都在不断改变。
在热现象的研究中，我们所关心的不是每个分子的动能，
而是物体里所有分子的动能的平均值。
∴
物体里所有分子的动能的平均值。
不确定性、无规律性
分子平均动能定义：
分子运动非常复杂！
分子平均动能决定因素？
情况三：
从扩散现象和布朗运动中我们看到:
温度升高时分子的热运动加剧。
我们可以得出结论：
一种物质温度升高时分子热运动的平均动能增加。
过去我们说：温度是分子热运动剧烈程度的标志。
现在进一步说：物质的温度是它的分子热运动的平均动能标志。
即温度越高，分子的平均动能就越大。
∴
分子平均动能的标志：温度
分子的总动能：
所有分子热运动的动能总和
等于分子的平均动能与分子数的乘积。
与分子的 个数 和 平均动能 有关
与 物质的量 和 温度 有关
微观上看：
宏观上看：
温度是描述物体大量分子无规则运动剧烈程度的物理量。
分子平均动能的标志：温度
从宏观角度看：
温度是描述物体冷热程度的物理量。
从微观角度看：
温度
【每个分子动能，分子平均动能，分子总动能，分子平均速率，物体动能】
1）某物体的温度是00C，说明物体中分子的平均动能为零。
错。分子永不停息的运动，不管温度多低，分子动能永远不可能为零。
2）物体的动能越大，物体内分子的平均动能越大。
错。物体的动能是宏观的机械运动的一种能量,Ek=mv2/2，即由物体的速度与质量决定。分子的平均动能是微观的，仅由物体的温度决定。
3）温度越高的物体，物体内每个分子的动能都大。
错。温度高的物体内部也存在着动能很小的分子。只能说温度越高，分子平均动能越大。
4）物质种类不同的物体，如果温度相同，它们的平均动能相同，因而它们分子的平均速率也相同。
错。它们的平均动能相同，但由于它们的分子质量不同，所以分子的平均速率不同。
物体被举高后
地面附近的物体与地球之间有引力作用
地球和这个物体构成的系统就具有了势能
用弹簧连接的两个物体，把弹簧拉伸或压缩后
两物体之间存在力（引力，斥力）的作用
这个系统也具有了势能
如果宏观物体之间存在斥力或引力，
它们组成的系统就具有势能。
势能是由物体间的相互位置决定的(又称位能）。
∴总之
Ep=mgh
Ep=kDx2/2
二、分子势能
如果宏观物体之间存在斥力或引力，
它们组成的系统就具有势能。
势能是由物体间的相互位置决定的(又称位能）。
分子间存在着分子力（引力或斥力）
r0
r
F
10r0
分子力比重力/弹力/电场力等要复杂的多。
分子势能跟分子间的距离（相互位置）的关系也比较复杂。
能量研究从功能关系入手！
WG = - DEp = Ep0 – Ept = mgh1 - mgh2
重力做正功，重力势能反而减少；重力做负功，重力势能反而增加。
W弹 = - DEp = Ep0 - Ept = kDx12/2 – kDx22/2
弹力做正功，弹性势能反而减少；弹力做负功，弹性势能反而增加。
W电 = - DEp = Ep0 - Ept = qj1 – qj2
电场力做正功，电势能反而减小；电场力做负功，电势能反而增加。
W分 = - DEp = Ep0 - Ept
分子力做正功，分子势能反而减少；分子力做负功，分子势能反而增加。
功 能 关 系
r
r0
F
10r0
当r=r0时，合力为0
当r>r0时，合力表现为引力
要增大分子间的距离必须克服引力做功
（分子力做负功）
v
W分 = - DEp = Ep0 - Ept
分子势能反而增大
r增大，Ep增大
F引
当rF斥
v
要减小分子间的距离必须克服斥力做功
（分子力做负功）
W分 = - DEp = Ep0 - Ept
分子势能反而增大
r减小，Ep增大
排斥力
吸引力
r
r0
F
10r0
当r=r0时
当r>r0时
v
r增大，Ep增大
F引
F斥
v
r减小，Ep增大
原长的弹簧
v
v
伸长的弹簧
拉伸弹簧弹力做负功
弹性势能反而增大。
当r压缩的弹簧
v
v
压缩弹簧时弹力做负功
弹性势能反而增大。
排斥
吸引
【类比：弹簧】
F引
F引
F斥
F斥
r
r0
F
10r0
v
r增大，Ep增大
F引
F斥
v
r减小，Ep增大
无限远时分子势能EP=0
EP
当r=r0时,分子势能最小且小于零.
分子势能EP与分子间距离r关系曲线
r
r0
F
10r0
v
r增大，Ep增大
F引
F斥
v
r减小，Ep增大
无限远时分子势能EP=0
EP
当r=r0时,分子势能最小且小于零.
问：若取r0处势能为零，该图如何画
向上平移即可，势能改变是绝对的。
分子势能
标量（ “正”的分子势能 > “负”的分子势能 ）
相对性:与零势能的选取有关
随着分子间距r的增大：
无限远时分子势能EP=0
当r=r0时,分子势能最小.
减
小
增加
分子势能先减小后增大。
分子力
矢量（大小看绝对值 ；正负号代表分子力的表现形式）
随着分子间距r的增大：
排斥
吸引
当r=r0时,分子力为0.
减小
增加
减小
分子力先减小，再增大，再减小
物体的体积变化时，分子间的距离将发生变化，因而分子势能随之改变。
分子势能与体积有关
无限远时分子势能EP=0
当r=r0时,分子势能最小.
减小
增加
排斥力
吸引力
当r=r0时,分子力为0.
减小
增加
减小
【问】“分子势能与物体体积有关系。”这是严谨的说法。
若理解成物体的体积越大，分子势能就越大，对吗？
若r若r>r0，则r越大，分子势能越大．
【反例】如0oC的水结成0oC的冰后，体积变大了，
分子势能却变小了。
温度决定分子平均动能是单调的！
分子间距(体积）决定分子势能是复杂的！
无限远时分子势能EP=0
当r=r0时,分子势能最小.
减小
增加
排斥
吸引
当r=r0时,分子力为0.
减小
增加
减小
∵分子势能与分子间距有关
∴气态很特殊
气体分子间距比较大，
分子力很微弱，可忽略。
所以气体分子一般不考虑分子势能。
10r0
10r0
三 内 能
内能定义：
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。
物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和。
内能普遍性：
内能的决定因素：
宏观：
物体的摩尔数
温度
体积
微观：
分子总数
分子平均动能
分子势能（分子间距）
内能是对大量分子而言的，对单个分子来说无意义。
应当指出，组成物体的分子做无规则的热运动，具有热运动的动能，它是内能的一部分；
同时物体还可能做整体的运动，因此还会有机械能。
后者是由物体的机械运动决定的，它对物体的内能没有贡献。
在热现象的研究中，一般不考虑物体的机械能。
例（多选）：1g100oC的水与1g100oC的水蒸气相比较，下列说法正确的是（ ）
A分子的平均动能与分子的总动能都相同
B分子的平均动能相同，分子的总动能不同
C内能相同
D 1g100oC的水的内能小于1g100oC的水蒸气的内能
A D
例：(多选)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的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b的过程中，两分子间的分子势能一直减小
D．乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能一直增大
斥力
引力
BC
加速
减速
C
a
b
d
减小
增加
1．(单选)气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和，其大小与气体的状态有关，分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的(　　)
A．温度和体积　　　B．体积和压强
C．温度和压强 D．压强和温度
2．(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，则平均动能为mv2/2
D．分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与所有分子的总数之比
3．（单选）关于分子势能，下列说法中正确的是(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
【课后练习】
4．（单选）关于机械能和内能，下列说法中正确的是(　　)
A．机械能大的物体，其内能一定很大
B．物体的机械能损失时，内能却可以增加
C．物体的内能损失时，机械能必然减小
D．物体的内能为零时，机械能不可以为零
5．(多选)1 g 100 ℃的水与1 g 100 ℃的水蒸气相比较，下列说法中正确的是(　　)
A．分子的平均动能与分子的总动能都相同
B．分子的平均动能相同，分子的总动能不同
C．内能相同
D．1 g 100 ℃的水的内能小于1 g 100 ℃的水蒸气的内能