1.4 分子动能和分子势能 高中物理 人教版 选择性必修三(共34张PPT)

(共34张PPT)
第一章　分子动理论
4　分子动能和分子势能
学习目标
重难点
1.理解分子动能和分子势能的概念
2.理解物体内能的含义
重点
3.明确分子势能与分子间距离的关系
重点
分子动能
运动的足球具有动能
运动的分子具有动能吗？
大量分子的运动速率不尽相同，动能也有大有小，而且在不断改变，在研究热现象时，有意义的不是单个分子的动能，而是大量分子动能的平均值。
如图，分别向10 ℃(冷水)和50 ℃(热水)的水中滴入一滴红墨水，请问：
(1)哪杯水中红墨水扩散得快？
答案　热水
(2)哪杯水中分子的平均动能大？
答案　热水
(3)影响分子平均动能的因素是什么？
答案　温度
分子动能
1.分子动能：由于分子不停地做无规则运动而具有的能量
2.分子的平均动能：所有分子热运动动能的平均值.
（1）温度是物体的分子热运动的平均动能的标志,温度升高,分子热运动的平均动能增大.
（2）分子平均动能仅与温度有关，与物质的种类无关，与物体所处的状态无关.
4.温度的意义
（1）宏观:描述物体的冷热程度.
（2）微观:分子热运动的平均动能的标志.
3.分子的总动能
所有分子热运动的动能总和，它等于分子热运动的平均动能与分子数的乘积．
分子动能
1.物体的温度升高时，物体每个分子的动能都增大吗？
答案　物体温度升高时，所有分子的平均动能会增大，但并不是每个分子的动能都增大。
2.同一温度下，不同物质分子的平均速率是否相同？
答案　由于不同物质的分子质量一般不同，所以同一温度下，不同物质的分子热运动的平均动能相同，但平均速率一般不同。
1.(多选)下列说法正确的是
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做无规则运动而具有的能量
C.物体中10个分子的动能很大，这10个分子的温度很高
D.温度低的物体中的每一个分子的运动速率一定小于温度高的物体中的
每一个分子的运动速率
√
√
温度相同，物体分子的平均动能相同，故A正确；
分子动能指的是由于分子做无规则运动而具有的能量，故B正确；
物体温度是对于大量分子而言，对于10个分子无意义，故C错误；
温度低的物体分子的平均速率小(相同物质)，但具体到每一个分子，其速率是不确定的，可能大于平均速率，也可能小于平均速率，故D错误。
2.(多选)当氢气和氧气温度相同时，下列说法中正确的是
A.两种气体的分子平均动能相等
B.氢气分子的平均速率等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不相等
√
√
温度是分子平均动能的标志，温度相同，两种气体的分子平均动能相同，故选项A正确；
氢气和氧气的分子质量不同，所以两种气体分子的平均速率不同，故选项B错误，D正确；
虽然两种气体分子平均动能相等，但由于两种气体的质量未知，即分子数目关系不清楚，则总动能关系不确定，故选项C错误。
分子势能
G
地面上的物体，由于与地球相互作用具有的能——重力势能
发生弹性形变的弹簧，相互作用具有的能——弹性势能
特点：力所做的功与路径无关
分子势能
当两个分子从相距无穷远处逐渐靠近到不能再靠近的过程中，分子势能如何变化？
A
B
r0
r=无穷远
Ep=0
引力
力与运动方向相同
斥力
力与运动方向相反
（1）当r>r0时，分子力做正功，分子势能减小
（2）当r（3）当r＝r0时，分子势能最小
分子势能
1.分子势能：由分子间的相对位置决定的能。
2.分子势能与分子间距离的关系
(1)当r>r0时，分子间作用力表现为引力，若r增大，需克服引力做功，分子势能增大。
(2)当r(3)当r＝r0时，分子间作用力为零，分子势能最小，即分子间距离等于平衡距离时分子势能最小。
分子势能
3.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。分子势能与r的关系不是单调变化的。
4.分子势能的特点
分子势能是标量，正、负表示的是大小，具体的值与零势能点的选取有关。
若选定分子间距离为无穷远时的分子势能为0，请画出分子势能随距离r变化的图像。
F=0
Ep最小
3.(多选)两个分子由于距离发生变化而使得分子势能变小，则可以判断在这一过程中
A.一定是分子间作用力做了正功
B.两个分子间的相互作用力可能变大
C.两个分子间的距离一定变大
D.两个分子间的相互作用力一定是引力
√
√
分子势能变小，说明分子间作用力做正功，故A正确；
如图所示为Ep－r、F－r图像，若分子间距大于平衡间距r0，分子势能变小，分子间距变小，分子间作用力可能变大也可能变小；若分子间距小于平衡间距r0，分子势能变小，分子间距变大，分子间作用力变小，表现为斥力，故B正确，C、D错误。
4.(2022·四川达州高二期末)如图所示，甲分子固定于坐标原点，乙分子位于横轴上，甲、乙两分子间引力、斥力及分子势能的大小变化情况分别如图中三条曲线所示，A、B、C、D为横轴上四个特殊的位置，E为两虚线a、b的交点，现把乙分子从A处由静止释放，则由图像可知
A.虚线a为分子间引力变化图线，交点E的横坐
标代表乙分子到达该点时分子间作用力为零
B.乙分子从A运动到B的过程中一直做加速运动
C.实线c为分子势能的变化图线，乙分子到达C点
时分子势能最小
D.虚线b为分子间斥力变化图线，表明分子间斥力随距离增大而减小
√
分子间的引力和斥力都随分子间距离r的增大而减
小，随分子间距离r的减小而增大，但斥力变化得
快，故虚线a为分子间斥力变化图线，虚线b为分子
间引力变化图线，交点E说明分子间的引力、斥力
大小相等，分子间作用力为零，A、D错误；
乙分子从A运动到B的过程中，分子间作用力表现为引力，一直做加速运动，B正确；
实线c为分子势能的变化图线，乙分子到达B点时分子势能最小，C错误。
物体的内能
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.内能普遍性: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.
内能
宏观：
物质的量
温度
体积及物态
微观：
分子总数
分子平均动能
分子间的距离
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.(1)100 ℃的开水有内能吗？0 ℃的冰块有内能吗？
答案　一切物体，不论温度高低，都具有内能。
(2)物体运动得越快，其内能就越大吗？静止在地面上的物体，内能为0吗？
答案　物体运动得越快，物体动能越大，但内能不一定越大，静止在地面上的物体，如果以地面作为参考平面，那么这个物体的机械能为0，但这个物体内的分子却始终处在永不停息的热运动中，物体的内能不为0。
5.(多选)下列说法正确的是
A.物体温度升高，其内能一定增大
B.在分子相互远离的过程中，分子间的引力和斥力都减小
C.一定质量0 ℃的冰，变为0 ℃的水，其内能增大的原因是平均动能变大了
D.一定质量的水，温度从30 ℃升高到50 ℃，水分子的平均动能变大
√
√
物体的内能包含所有分子的热运动动能与分子势能，与物体的温度、体积以及物质的量等都有关系，当物体温度升高时，物体分子的平均动能增大，但分子势能变化情况不确定，其内能不一定增大，选项A错误；
在分子相互远离的过程中，分子间距离增大，则分子间的引力和斥力都减小，选项B正确；
一定质量0 ℃的冰，变为0 ℃的水，温度不变，平均动能不变，其内能变大的原因是分子势能变大了，故C错误；
温度是分子的平均动能的标志，则一定质量的水，温度从30 ℃升高到50 ℃，水分子的平均动能变大，选项D正确。
物态变化对内能的影响
一些物质在物态发生变化时，如冰在熔化时、水在沸腾时，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。
6.(多选)下列关于内能和机械能的说法正确的是
A.机械能增大的物体，其内能一定增大
B.物体的机械能损失时，内能有可能增大
C.物体的内能损失时，机械能必然会减小
D.物体的机械能可能为0，内能不可能为0
√
√
内能和机械能是两种不同形式的能，二者的决定因素不同，A错误；
例如在物体克服空气阻力匀速下降过程中，机械能减小，而摩擦生热，物体温度升高，内能会增大，B正确；
例如在物体静止时，温度降低，内能减小，而物体的机械能不变，C错误；
物体内分子在永不停息的运动中，内能不可能为0，D正确。
内能和机械能的区别与联系
内能 机械能
对应的运动形式 微观分子热运动 宏观物体机械运动
常见的能量形式 分子动能、分子势能 物体动能、重力势能、弹性势能
影响因素 物质的量、物体的温度、体积及物态 物体的质量、机械运动的速度、相对于参考平面的高度、弹性形变量
大小 永远不等于零 一定条件下可以等于零
联系 在一定条件下可以相互转化
分子动能和分子势能
目标一 分子动能
温度是物体的分子热运动的平均动能的标志温度升高,分子热运动的平均动能增大.
微观决定因素：物质的量、温度、体积及物态.
宏观决定因素：物体所含分子的总数、分子的平均动能和分子间的距离.
目标三 物体的内能
目标二 分子势能
分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大