人教版（2019）选择性必修第三册 1.4 分子动能和分子势能 课件(共44张PPT)

(共44张PPT)
1.4 分子动能和分子势能
[课标引领]
建构核心素养 物理观念 知道分子动能、分子势能、物体内能的概念,知道温度是分子热运动平均动能的标志,分子势能跟物体体积有关
科学思维 理解分子平均动能与温度的关系,分子势能与物体体积的关系,并能解决相关的实际问题
科学探究 学会探究两分子之间相互作用影响分子势能的变化,通过讨论,学会与他人合作交流,在探究中得出相应的结论
科学态度与责任 通过分子平均动能与温度、分子势能与体积的探索,养成实事求是的科学态度,激发学习科学的兴趣
1.4 分子动能和分子势能
新课导入
地面附近的物体所受的重力是G，由于重力做功具有跟路径无关的特点，所以存在重力势能。重力势能由地球和物体的相对位置决定。分子间的作用力做功是否也具有这一特点呢？
G
复习与思考：
一、分子动能
新课讲授
1.扩散现象说明了什么？
2.扩散现象的快慢与温度有何关系？
1.分子动能
分子不停地做无规则运动，那么，像一切运动着的物体一样，做热运动的分子也具有动能，这就是分子动能。
物体内大量分子永不停息地做无规则热运动，对于每个分子来说都有无规则运动的动能。由于物体内各个分子的速率大小不同，因此，各个分子的动能大小也不同。又因为热现象是大量分子无规则运动的结果，所以研究个别分子运动的动能是非常困难、也是没有必要的。于是要研究大量分子热运动的动能，只有将所有分子热运动动能的平均值求出来才有意义，这个平均值就叫做分子热运动的平均动能。
一、分子动能
在热现象的研究中，我们关心的是组成系统的大量分子整体表现出来的热学性质，因而，这里重要的不是系统中某个分子的动能大小，而是所有分子的动能的平均值。这个平均值叫作分子热运动的平均动能。
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。
2.分子平均动能
一、分子动能
温度是描述物体大量分子无规则运动剧烈程度的物理量。温度升高时，分子的热运动加剧，温度越高，分子热运动的平均动能越大。温度越低，分子热运动的平均动能越小。
①宏观含义：温度是描述物体冷热程度的物理量
②微观含义：
温度是分子热运动的平均动能的标志
温度是分子热运动平均动能的唯一标志。
3.温度
一、分子动能
①温度升高，分子的平均动能一定增大，但并不代表所有分子的动能都增大。
②分子的平均动能只与温度有关，与物体的种类及所处的状态无关
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。
一、分子动能
4.注意
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 总个数 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：
5.分子的总动能
一、分子动能
判一判
【判断题】
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。
地面上的物体,由于与地球相互作用
重力势能
发生弹性形变的弹簧, 相互作用
弹性势能
你是否可以尝试定义一下什么是分子势能？
分子间存在着相互作用力，因此分子间所具有的由它们的相对位置所决定的能.
换句话说，功是能量转化的量度分子力做功对应分子势能的变化.
二、分子势能
思考与讨论：
二、分子势能
新课讲授
思考与讨论：
1.当r>r0时，分子力表现为什么力？
2.当r3.设空间存在两个不受外界影响的分子，两个分子相距无穷远，让一个分子A不动，另一个分子B从无穷远处逐渐靠近A。分子力做什么功？分子势能如何变化？
（1）r＞r0时，当两分子间距离逐渐减小到r0过程中，
①分子力对分子做正功还是负功？
②分子势能如何变化？
正功
分子势能减小
新课讲授
二、分子势能
（2）r＜r0时，当两分子间距离由r0逐渐减小过程中，
①分子力对分子做正功还是负功？
②分子势能如何变化？
负功
分子势能增加
新课讲授
（3）分子势能最小的位置
①当两分子间距离r＝r0时，分子势能最小，但不为零
②一般选取两分子间距离很大（ r＞10r0 ）时，分子势能为零．
新课讲授
（4）分子势能与两分子之间的距离关系图
半定量分析分子势能变化情况
取无穷远处分子势能为0
分子力所做的功等于分子势能的减少
①当r>r0时，r不断减小，分子力做正功越来越多，分子势能越来越小。
③当r②当r＝r0时，分子势能最小且小于0。
物体的体积变化时，分子间距离将发生变化，因而分子势能随之改变。可见，分子势能与物体的体积有关。
①从宏观上看：分子势能跟物体的体积有关。
②从微观上看：分子势能跟分子间距离r有关。
（5）决定分子势能的因素：
结论
r
F斥
F引
F合
F
r0
一般选取两分子间距离无穷远时，分子势能为零。
当两分子间距离r＝r0时，分子势能最小且小于零。
① 在r＞r0的条件下，分子力为引力，当两分子逐渐靠近至r0过程中（r↓），分子力做正功，分子势能减小。
在r＜r0的条件下，分子力为斥力，当两分子间距离增大至r0过程中（r↑），分子力也做正功，分子势能也减小。
③在r≥10r0时，分子力可以忽略，若取此时的分子势能为0。则分子势能与分子间距离的关系：
10r0
无限远时分子势能EP=0
注意事项
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.
向上平移即可，势能改变是绝对的。
1、若取 r0处为零势能点，则分子势能都大于0.
2、分子势能为0和分子势能最小的含义不同。
如前者与选择的零势能点有关，后者的位置确定在r=r0处。
物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。
1.内能：
2.内能普遍性：任何物体都具有内能
一切物体都是由分子组成
所有分子都在永不停息地做无规则热运动
分子存在相互作用力
3.决定物体内能的因素（内能是对大量分子而言的，对单个分子来说无意义）
①从宏观上看：物体内能的大小由物体的摩尔数、温度和体积三个因素决定。
②从微观上看：物体内能的大小由组成物体的分子总数，分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。
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）
三、内能
问题1：什么是内能？
问题2：是不是所有物体有内能？内能可能为零吗？
问题3：决定内能的因素？
三者区别
分子动能 分子势能 内能
定义
影响因素 微观
宏观
分子无规则运动的动能
分子间有作用力，由分子间相对位置决定的势能
物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和
分子距离
体积
温度 体积 质量
分子热运动剧烈程度
分子距离
分子个数
分子热运动的剧烈程度
温度
内能与机械能的区别
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、相对于零势能面的高度、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 内能和机械能的物理本质是一样的。 机械能是宏观的物体运动， 内能是组成物体的分子热运动的总和。 课堂总结
[例1] (多选)当氢气和氧气的质量、温度都相同时,下列说法中正确的是(　 　)
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
AB
解析:温度相同,两种气体平均动能相等,选项A正确;因两种气体分子的质量不同,所以分子质量大的(氧气)分子平均速率小,选项B正确,D错误;由于两种气体的质量相同,分子质量不同,分子数目不相等,故总动能不相等,选项C错误。
名师点拨
理解分子动能的三点注意
(1)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,与单个分子的动能没有关系。
(2)每个分子都有分子动能且不为零,热现象是大量分子无规则运动的统计规律,对个别分子动能没有实际意义。
(3)温度高的物体,分子的平均速率不一定大,还与分子质量有关。
A
[针对训练1] 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定向移动具有的动能
C.100个分子的动能和分子势能的总和就是这100个分子的内能
D.温度高的物体中每一个分子的运动速率大于温度低的物体中每一个分子的运动速率
解析:温度是分子平均动能的标志,温度相同,物体分子的平均动能相同,A正确;分子动能是由于分子无规则运动而具有的动能,B错误;物体内能是对大量分子而言,对100个分子没有意义,C错误;相同物质,温度高的物体分子平均速率大,对单个分子没有意义,D错误。
[例2] 两个分子间的作用力的合力F与分子间距离r的关系如图所示,假定两个分子的距离为无限远时它们的分子势能为0,下列说法正确的是(　 　)
A.在r由无限远到趋近于0的过程中,F先变小后变大
B.在r由无限远到趋近于0的过程中,F先做正功后做负功
C.在r由无限远到趋近于0的过程中,分子势能先增大后减小再增大
D.在r=r0处分子势能为零
B
解析:由图可知,在r由无限远到趋近于0的过程中,F先变大后变小,再变大, A错误;在r由无限远到趋近于0的过程中,F先为引力,故先做正功,后变为斥力,故后做负功,B正确;在r由无限远到趋近于0的过程中,由于分子力先做正功后做负功,故分子势能先减小后增大,C错误;在r=r0处分子势能最小,由于规定两个分子的距离为无限远时它们的分子势能为0,故此处的分子势能不为零,D错误。
名师点拨
分子势能图像问题的两点提醒
(1)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。
(2)分子势能图像与r轴交点表示的距离小于r0,分子力图像与r轴交点表示平衡距离r0。
[针对训练2] 下列图中关于两个分子组成的系统的分子势能Ep与分子间距离r的关系曲线一定错误的是(　 　)
A
解析:若分子间距离r>r0,则分子间表现为引力,当分子间距离r减小时,分子力做正功,分子势能减小;若r[例3] 下列说法正确的是(　 　)
A.铁块熔化成铁水的过程中,温度不变,内能也不变
B.物体运动的速度增大,则物体中分子热运动的平均动能增大,物体的内能增大
C.甲、乙两物体接触时有热量从物体甲传到物体乙,这说明物体甲的内能大于物体乙的内能
D.甲、乙两物体的温度相同时,甲、乙两物体的内能可能不同,分子的平均速率也可能 不同
D
名师点拨
比较物体内能的大小和判断内能改变的方法
(1)当物体质量m一定时(相同物质的摩尔质量M相等),物体所含分子数n就一定。
(2)当物体温度一定时,物体内部分子的平均动能就一定。
(3)当物体的体积不变时,物体内部分子间的相对位置就不变,分子势能也不变。
(4)当物体发生物态变化时,要吸收或放出热量,使物体的温度或体积发生改变,物体的内能也随之变化。
[针对训练3](多选)夏天,如果将自行车内胎充气过足,又放在阳光下暴晒(内胎容积几乎不变),车胎极易爆裂。关于这一现象有以下描述,其中正确的是(　 　)
A.车胎爆裂,是车胎内气体温度升高,气体分子间斥力急剧增大的结果
B.在爆裂前气体温度升高过程中,每一个气体分子速率都增大了
C.在爆裂的过程中,气体分子的势能增加
D.在车胎爆裂的瞬间,气体对外做功
CD
解析:车胎内气体温度升高,分子的平均速率增大,分子对胎壁撞击力增大从而压强增大,极易造成爆胎,而与分子间斥力无关,故A错误;气体温度升高,只能是平均速率增大,对于其中个别分子速率可能会减小,故B错误;爆裂的过程中,气体分子间距增大,由于气体分子之间的距离远大于平衡位置间距离,故此过程势能增加,则C正确;车胎爆裂的瞬间,气体要对外做功,故D正确。
[例4]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,机械能可以不为零
B
解析:机械能和内能是两种不同形式的能,机械能包括物体的动能、重力势能和弹性势能;而内能是指所有分子动能和分子势能之和,与物体的温度、体积和物质的量有关;机械能大的物体其内能不一定大,机械能损失时,其内能可能增大、不变或减小,故A错误,B正确;物体具有机械能的大小与物体内能的大小无直接关系,物体的内能损失时,机械能可能增大、不变或减小,故C错误;由分子动理论知,物体的内能不能为零,机械能可以为零也可以不为零,故D错误。
名师点拨
内能与机械能理解的注意事项
(1)内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关的能量形式,与物体宏观有序运动状态无关,它取决于物质的量、温度、体积及物态。
(2)研究热现象时,一般不考虑机械能,在机械运动中有摩擦时,有可能发生机械能转化为内能。
[针对训练4] 下列关于物体内能的说法中,正确的是(　 　)
A.同一个物体,运动时比静止时的内能大
B.1 kg、0 ℃的水的内能比1 kg、0 ℃的冰的内能大
C.静止的物体的分子平均动能为零
D.物体被举得越高,其分子势能越大
B
解析:物体的内能与其宏观运动状态无关,选项A错误;1 kg、0 ℃的水变成1 kg、0 ℃的冰要放出热量,故1 kg、0 ℃的水的内能大,选项B正确;静止的物体的动能为零,但分子在永不停息地运动,其分子平均动能不为零,选项C错误;被举高的物体,势能增加,但其体积不变,分子势能不变,选项D错误。
1．关于温度和分子动能，下列说法正确的是（　　）
A．物体的温度升高，物体内每个分子热运动的速率都增大
B．物体的温度越高，其内部分子的平均动能就一定越大
C．15℃的水蒸发成15℃的水蒸气后，内能不变，分子的平均动能也不变
D．达到热平衡的两个系统，其内部分子的平均动能可以不同
B
课堂练习
【答案】B
【详解】A．分子热运动的速率规律是一个统计规律，物体的温度升高，物体内分子热运动的平均速率增大，而不是物体内每个分子热运动的速率都增大，A错误；
B．温度是物体内部分子平均动能大小的标志，物体的温度越高，其内部分子的平均动能就一定越大，B正确；
C．15℃的水蒸发成15℃的水蒸气后，温度不变，分子的平均动能不变，该物态变化是吸热过程，分子势能增大，即内能增大，C错误；
D．温度是系统达到热平衡的标志，达到热平衡的两个系统温度一定相等，则其内部分子的平均动能一定相同，D错误。
故选B。
课堂练习
2．下列说法正确的是（　　）
A．扩散现象和布朗运动都与温度有关，所以扩散现象和布朗运动都是热运动
B．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规律的
C．温度相同的氢气和氧气，氢气分子和氧气分子的平均速率不相同
D．一定质量的理想气体压强不变，气体分子单位时间内对器壁单位面积的平均碰撞次数随着温度升高而增大
C
课堂练习
【答案】C
【详解】A．扩散现象和布朗运动都是分子热运动的体现，分子运动又叫做热运动，故扩散运动和布朗运动不是热运动，A错误；
B．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动具有一定的统计规律，B错误；
C．温度是分子平均动能的量度，温度相同，则分子平均动能相同，但由于分子运动的平均速率与分子质量有关，故氢气分子和氧气分子的平均速率不相同，C正确；
D．温度升高，分子对器壁的平均撞击力增大，要保证压强不变，分子单位时间对器壁单位面积平均碰撞次数必减小，D错误。
故选C。
课堂练习
3．关于物体的内能，下列说法正确的是（　　）
A．相同质量的两种物质，升高相同的温度，内能的增加量一定相同
B．物体的内能改变时温度不一定改变
C．内能与物体的温度有关，所以0 ℃的物体内能为零
D．分子数和温度都相同的物体一定具有相同的内能
B
课堂练习
【答案】B
【详解】A．相同质量的同种物质，升高相同的温度，吸收的热量相同，相同质量的不同种物质，升高相同的温度，吸收的热量不同，故A错误；
B．物体内能改变时温度不一定改变，比如零摄氏度的冰融化为零摄氏度的水，内能增加，故B正确；
C．分子在永不停息地做无规则运动，可知任何物体在任何状态下都有内能，故C错误；
D．物体的内能与分子数、物体的温度和体积三个因素有关，分子数和温度都相同的物体不一定有相同的内能，故D错误。
故选B。
课堂练习
4．分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示，r=r1时，F=0。分子间势能由r决定，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一分子固定于原点O，另一分子从距O点很远处向O点运动，下列说法正确的是（ 　　）
A．在两分子间距减小到r1的过程中，分子间的作用力先增大后减小
B．在两分子间距减小到r2的过程中，分子势能减小
C．在两分子间距由r2减小到r1的过程中，分子势能减小
D．在两分子间距等于r1处，分子势能等于零
E．在两分子间距减小到r1的过程中，分子斥力先增大后减小
ABC
课堂练习
课堂练习
5．分子力与分子间距离的关系图像如图（a）所示，图中r0为分子斥力和引力平衡时两个分子间的距离；分子势能与分子间距离的关系图像如图（b）所示，规定两分子间距离为无限远时分子势能为0。结合图像判断下列说法正确的是（ ）
A．r1=r0
B．r2=r0
C．在图（b）中r>r2的范围内，r=r3处图像切线的斜率最大
D．分子间距离从无限远减小到r0的过程中，分子间作用力为引力且先增大后减小，分子势能先减小后增大
E．分子间距离从r2减小到r1的过程中，分子间作用力为斥力，分子势能增大
BCE
课堂练习
课堂练习