1.4 分子动能和分子势能（学案） 高二物理人教版（2019）选择性必修第三册

第一章 分子动理论
第4节 分子动能和分子势能
学习目标
1.知道分子的动能和温度的微观含义。
2.知道分子的势能跟物体的体积有关，知道分子势能随分子间距离的变化而变化的定性规律。
3.知道什么是物体的内能，知道物体的内能与哪个宏观量有关，能区别物体的内能和机械能。
重点难点
重点
了解分子动能和分子势能。
难点
分子势能与分子间距离大小之间的关系。
自主探究
1.在热现象的研究中，我们关心的是组成系统的 整体表现出来的热学性质，因而，这里重要的不是系统中 的动能大小，而是 的动能的平均值。这个平均值叫作分子热运动的 。
2.温度 时，分子的热运动加剧，温度越高，分子热。运动的平均动能越 ，温度越低，分子热运动的平均动能越 。
3.物体 升高时，分子热运动的平均动能增大。
4.分子间存在着相互作用力，可以证明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 。
5.如图所示，设两个分子相距无穷远，我们可以规定它们的分子势能为0。让一个分子A不动，另一个分子B从无穷远处逐渐靠近分子A。在这个过程中，分子间的作用力做功，分子势能的大小发生改变。
当分子B向分子A靠近，分子间距离r大于r。时，分子间的作用力表现为 ，力的方向与分子的位移方向 ，分子间的作用力做 ，分子势能 。当分子间距离r减小到r。时，分子间的作用力为 ，分子势能减到 。越过平衡位置r。后，分子B继续向分子A靠近，分子间的作用力表现为 ，力的方向与分子的位移方向 ，分子间的作用力做 ，分子势能 。
6.分子势能的大小是由分子间的 决定的。
如果选定分子间距离r为无穷远时的分子势能E。为0，则分子势能E，随分子间距离r变化的情况如图所示。
分子势能E，随分子间距离r的变化有最 值，即当r=r。时，分子势能
7.物体的 变化时，分子间距离将发生变化，因而分子势能随之改变。可见，分子势能与物体的 有关。
8.物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，叫作物体的 。任何物体都具有
9.分子热运动的平均动能与 有关，分子势能与物体的 有关。一般说来，物体的 和 变化时它的内能都会随之改变。
答案：
1.大量分子 某个分子 所有分子 平均动能
2.升高 大 小
3.温度
4.分子势能
5.引力 相同 正功 减小 0 最小 斥力 相反 负功 增大
6.相对位置 小 最小
7.体积 体积
8.内能 内能
9.温度 体积 温度 体积
预习检测
1.对静止在桌面上的木块，下列说法中正确的是（ ）
A.木块无动能，但有分子平均动能 B.木块无动能，也无分子平均动能
C.木块有动能，但无分子平均动能 D.木块有动能，也有分子平均动能
2.研究热现象时，有意义的是（ ）
A.一个分子的动能 B.速率大的分子的动能
C.速率小的分子的动能 D.所有分子的动能的平均值
3.当气体温度升高时，气体（ ）
A.每个分子的动能都增大 B.每个分子的动能都减小
C.分子平均动能增大 D.分子平均动能减小
4.一杯水含有大量的水分子，若杯中水的温度升高，则（ ）
A.每个水分子的动能改变量均相同 B.只有个别水分子动能增大
C.所有水分子的动能都增大 D.水分子的平均动能增大
5.气体由无规则运动的分子组成，分子间有相互作用，因此气体的内能（ ）
A.仅包含分子动能 B.仅包含分子势能
C.与分子动能及分子势能无关 D.包含分子动能及分子势能
答案1.A 2.D 3.C 4.D 5.D
探究思考
【探究一】分子动能
1.分子动能
组成物体的分子由于热运动而具有的能。
2.分子平均动能
物体里所有分子动能的平均值。
3.温度的微观意义
温度是分子热运动的平均动能的标志。
4.分子动能与温度的关系
(1)单个分子的动能：物体由大量分子组成，每个分子都有分子动能。物体中分子热运动的速率大小不一，所以各个分子的动能也有大有小，而且在不断改变，单个分子的动能没有意义。
(2)分子的平均动能：
①热现象研究的是大量分子运动的宏观表现，有意义的是物体内所有分子热运动的平均动能。
②温度是分子平均动能的标志。在相同温度下，各种物质分子的平均动能都相同，由于不同物质分子的质量不一定相同，因此相同温度时不同物质分子的平均速率不一定相同。
③温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计规律。温度升高，分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大。
【探究二】分子势能
1.分子势能
宏观物体之间存在引力或斥力，它们组成的系统就具有了势能，势能是由物体间的相互位置决定的。分子之间也存在着相互作用的引力和斥力，所以分子和分子组成的系统就具有了势能，即分子势能。
2.分子势能的变化由分子力做功决定
当两个分子间的分子力做正功时，两分子所组成系统的分子势能减小；当两个分子间的分子力做负功时，两分子所组成系统的分子势能增大。
(1)分子势能具有系统性。分子势能的大小由分子间的相互位置决定。
①微观上，分子势能与分子间的距离有关。
②宏观上，分子势能与物体的体积有关。
(2)分子势能具有相对性，通常选取两个分子相距无穷远时，系统的分子势能为0。
分子力、分子势能与分子间距离的关系图像如图所示。
【探究三】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，叫作物体的内能。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。
内能描述的对象是整个物体，只有对由大量分子组成的宏观物体才有意义。个别分子和少数分子的内能是没有意义的。
2.影响物体内能的因素
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。其中，物体所含的分子总数由物质的量决定，分子热运动的平均动能由温度决定，分子势能与分子间的距离有关。
宏观上，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。
知识梳理
1.分子动能
(1)分子的平均动能
(2)温度的微观含义
2.分子势能
(1)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)如果选定分子间距离r为无穷远时的分子势能Ep为0，则分子势能Ep随分子间距离r变化的情况如图所示。
(3)当分子间距离r减小到r0时，分子势能最小。
3.内能
(1)定义：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。
(2)影响内能大小的因素：
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。
②宏观上，物体的内能取决于物体所含物质的量、温度和体积及物态。
(3)物体的内能跟物体的机械运动状态无关。
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