第4节 分子动能和分子势能 课件-2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册（47页PPT）

(共47张PPT)
第一章 分子动理论
第4节 分子动能和分子势能
图解课标要点
分子间有作用力，随着分子间距离的变化，分子力会做功，那么分子力做功和
分子势能的变化之间有什么关系呢？分子势能随分子间距离的变化有何变化特点
呢？#2.1
学思用·典例详解
例1-1 （多选）当氢气和氧气的质量和温度都相同时，下列说法正确的是( )
AB
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
【解析】温度是分子平均动能的标志，温度相同，则分子平均动能相同，故选项A
正确；因为氢气分子的质量小于氧气分子的质量，而两种气体分子的平均动能又相
等，所以氢气分子的平均速率大，故选项B正确，D错误；虽然氢气和氧气的质量和
分子平均动能（温度）都相等，但由于两者摩尔质量不同，所以分子数目不相等，
气体分子热运动的总动能不相等，故选项C错误。
总结 （1）温度升高，分子的平均动能增大，但并不是所有分子的动能都增大，个
别分子的动能可能不变，也可能减小。
（2）温度是分子平均动能的标志，温度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。
（3）温度越高的物体，分子的平均速率不一定大，还与分子质量有关。
例2-2 （多选）关于分子势能，下列说法正确的是( )
AC
A.分子间作用力表现为斥力时，分子间距离越小，分子势能越大
B.分子间作用力表现为引力时，分子间距离越小，分子势能越大
C.分子势能随物体的体积变化而变化
D.物体热胀冷缩时，分子的平均动能改变，分子势能不变
【解析】
选项 分析 正误
A 当分子间作用力表现为斥力时，分子间距离变小，分子力做负功，分 子势能变大。 √
B 当分子间作用力表现为引力时，分子间距离减小，分子力做正功，分 子势能减小。
C 当物体的体积发生变化时，分子间距离发生变化，则分子势能随之发 生变化。 √
D 物体热胀冷缩时，其温度发生变化，分子的平均动能改变，同时物体 的体积发生变化，则分子势能也会变化。
图1-4-3
例2-3 (2025·北京西城区期末)分子力随分子间距离 的变化如
图 1-4-3所示，下列有关分子势能的说法正确的是( )
B
A.分子间距从到 ，分子势能先减小后增大
B.分子间距从到 ，分子势能不断减小
C.分子间距从到 ，分子势能不断增大
D.分子间距从到 ，分子势能先增大后减小
【解析】
【想一想丨问题辨析】
物体具有机械能时可同时有内能，但没有机械能时也没有内能，这种说法对吗？
提示 不对。机械能可以为0，但内能一定不为0。
例3-4 (2025·江苏徐州二中期中)下列对于内能的实例的判断，正确的是( )
B
A.的冰块熔化成 的水，内能不变
B.手机连续使用较长时间后发烫，内能增大
C.被举高的杠铃由于高度增大，内能也增大
D.自由下落的小球速度越来越大，内能随之增大
【解析】的冰块熔化成 的水，温度不变，但体积变化，故内能变化，A错误；
手机连续使用较长时间后发烫，温度升高，内能增大，B正确；内能与物体宏观的机
械能无关，C、D错误。
例4-5 (2025·山东泰安期中)有甲、乙两个物体，已知甲的温度比乙的温度高，则可
以肯定( )
C
A.甲物体的内能比乙物体的内能大
B.甲物体含的热量比乙物体含的热量多
C.甲物体分子的平均动能比乙物体分子的平均动能大
D.当甲、乙两物体的机械能增加时，它们的内能也跟着增加
【解析】
选项 分析 正误
A 内能不仅与温度有关，还与物质的量及体积有关，所以温度高的物体 内能不一定大。
B 热量是热传递过程中内能转移的多少，与物体温度的高低无关，不能 说物体含有多少热量。
C 温度是分子平均动能的标志，温度高的物体，分子平均动能一定大。 √
D 内能大小与机械能大小无关，物体的机械能增加时，内能不一定增 加。
例4-6 以下说法正确的是( )
C
A.不同的物体,若温度相同,则内能也相同
B.物体速度增大，则分子动能增大，内能也增大
C.机械能和内能可以相互转化
D.静止在地面上的物体，机械能和内能均为零
【解析】物体的内能与物体的温度、体积以及物质的量有关,不同的物体,若温度相同,
内能不一定相同,选项A错误;物体的动能与组成物体的分子的动能无必然联系,物体速
度增大,动能增大，但分子动能不一定增大,内能也不一定增大,选项B错误;机械能可
以转化为内能，内能也可以转化为机械能，选项C正确；物体的内能永远不为零，静
止在地面上的物体，机械能也不一定为零，选项D错误。
. .
. .
方法帮 解题课丨关键能力构建
题型1 分子势能与分子间距离的关系
例7 （多选）分子间存在着分子力，并且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1-4-4所示为分子势能随两分子间距离 变化
的图像，取趋近于无穷大时 为零。通过功能关系可以从此图像中得到有关分子力
的信息，若仅考虑这两个分子间的作用，下述说法正确的是( )
图1-4-4
A.两个分子间的距离 时，分子力为零
B.假设将两个分子从 处由静止释放，它们将相互靠近
C.假设将两个分子从处由静止释放，当 时它们
的速度最大
D.假设将两个分子间的距离从增大至 ，该过程分子力逐
渐减小
√
√
【解析】
【学会了吗丨变式题】
1.(2025·广东江门期末)一分子固定在原点处，另一分子可在 轴上移动，这两个分
子间的分子引力和分子斥力大小（【会审题】注意本题图像中各力表示大小，与常
规图像中的力不同！）随其间距的变化规律如图1-4-7所示，曲线与 的交
点为 ，则( )
B
图1-4-7
A.的情况下， 越大，分子力越小
B.的情况下， 越小，分子力越大
C.的情况下， 越大，分子势能越大
D.的情况下， 越大，分子势能越
小
. .
【解析】的情况下，分子力表现为引力，随着 的增大，分子力先增大后减小，
故A错误；的情况下，分子力表现为斥力， 越小，分子力越大，故B正确；
的情况下，越大，分子力做的正功越多，分子势能越小，故C错误；
的情况下， 越大，分子力做的负功越多，分子势能越大，故D错误。
题型2 物体内能的变化问题判断
例8 若某种实际气体分子之间的作用力表现为引力，一定质量的该气体内能的大小
与气体体积和温度的关系是( )
C
A.如果保持其体积不变，当温度升高时，其内能不变
B.如果保持其体积不变，当温度升高时，其内能减小
C.如果保持其温度不变，当体积增大时，其内能增大
D.如果保持其温度不变，当体积增大时，其内能减小
思路点拨 通过分子间作用力做功的正负来判断分子势能的变化。分子间的作用力表
现为引力时，若气体体积增大，分子间距离增大，分子克服引力做功，分子势能增大。
【解析】
体积 （分子势能） 温度 （分子平均动能）
【学会了吗丨变式题】
2.[教材第16页“练习与应用”第1题改编]（多选）对于一定质量的 在不同物态下的
内能，下列说法正确的是( )
AC
A.固态的熔化为同温度的液态 时内能增大
B.固态的熔化为同温度的液态 时，由于分子力做负功，分子动能转化为分子势
能，故其内能保持不变
C.液态 汽化为同温度的气体时内能增大
D.气态的 温度升高时，内能因其所有分子的动能增大而增大
【解析】固态的熔化为同温度的液态 时，需要吸收热量，故其内能增大,A正确，
B错误；液态 汽化为同温度的气体时，需要吸收热量，故内能增大，C正确；气态
的 温度升高时，分子的平均动能增大，但并不是所有分子的动能都增大，D错误。
高考帮 考试课丨核心素养聚焦
考情揭秘 素养点击
基本考 查点 分子动能、分子势能及物体的内能的理 解。
热点及 难点 温度的含义，分子力做功与分子势能的关 系，内能的改变等。 题型及 难度 通常为选择题，难度中等偏易。 高考中 地位 热学的重要基础知识，也是高考命题的重 点内容。 考向1 对分子力和分子势能的考查
图1-4-8
例9 (2025·山东卷)分子间作用力与分子间距离 的关系如图1-4-8
所示，若规定两个分子间距离等于时分子势能 为零，则
( )
C
A.只有大于时，为正 B.只有小于时， 为正
C.当不等于时，为正 D.当不等于时， 为负
本题结合 图像考查分子势能与分子间距离的关系，要求考生理解分子势能的相
对性。
【解析】
分子间距离为 时，分子势能最小，而分子势能具有相对性，正负表示大
小，规定分子势能最小处为零，则其他地方均为正，选项C正确。
考向2 考查对分子内能的理解
例10 (北京高考题)比较的热水和 的水蒸气，下列说法正确的是( )
B
A.热水分子的平均动能比水蒸气的大 B.热水的内能比相同质量的水蒸气的小
C.热水分子的速率都比水蒸气的小 D.热水分子的热运动比水蒸气的剧烈
本题考查物体内能的影响因素，要求考生从宏观和微观角度理解物体的内能，考查
了考生的科学思维。
【解析】温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增大，故热水分
子的平均动能比水蒸气的小，A错误；物体的内能与物体的物质的量、温度、体积
有关，相同质量的热水和水蒸气，热水变成水蒸气，温度升高，体积增大，吸收热
量，故热水的内能比相同质量的水蒸气的小，故B正确；温度越高，分子热运动的平
均速率越大，的热水中的分子平均速率比 的水蒸气中的分子平均速率小，
但并不是每个分子的速率都小，故C错误；温度越高，分子热运动越剧烈，故D错误。
练习帮 习题课丨学业质量测评
A 基础练丨知识测评
建议时间：10分钟
1.下列关于物体的温度与分子动能的关系，正确的说法是( )
C
A.某物体的温度是 ，说明物体中分子的平均动能为零
B.物体温度升高时，每个分子的动能都增大
C.物体温度升高时，分子平均动能增大
D.物体的运动速度越大，则物体的温度越高
【解析】物体的温度是 ，不代表物体中分子的平均动能为零，故A错误；温度从
宏观角度反映了大量分子无规则运动的剧烈程度，物体温度升高时，速率小的分子
数目减少，速率大的分子数目增多，分子平均动能增大，但并不是每个分子的动能
都增大，故B错误，C正确；温度与物体的宏观的运动速度无关，故D错误。
2.两分子间的距离为，当 稍增大些时 ( )
D
A.分子力一定减小，分子势能一定增加
B.分子力一定增大，分子势能一定减少
C.分子力可能增大也可能减小，分子势能一定减少
D.因为不知道 的大小，所以分子力和分子势能的变化都无法判定
【解析】分析分子力和分子势能随分子间距离的变化问题，一定要明确分子间的距
离是等于、大于还是小于。因为本题不知道与 的大小关系，所以分子力和
分子势能的变化都无法判定，故A、B、C错误，D正确。
3.(2025·江苏南通期中)
设两个分子相距无穷远时分子势能为0，分子间距离为 时分子间的作用力为0。下
列说法正确的是( )
B
A.分子间距离为时分子势能为0 B.分子间距离为 时分子势能最小
C.分子间距离小于时分子势能为正 D.分子势能为负时，分子间距离小于
【解析】两个分子相距无穷远时分子势能为0，假设两个分子从相距无穷远处开始靠
近，在到达之前分子力表现为引力，分子力做正功，分子势能减小，到达 之后分
子力表现为斥力，则分子力做负功，分子势能增加，故分子间距离为 时分子势能
最小，且为负值，选项A错误，B正确；两个分子间距离从 开始继续减小，分子势
能从最小值（负值）开始增加，则分子间距离小于 时分子势能不一定为正值，且
分子势能为负时，分子间距离可能大于、等于或小于 ，选项C、D错误。
4.[链接教材第16页“思考与讨论”]雨滴下落时，体积不变，温度逐渐升高，在这个过
程中，下列说法正确的是( )
C
A.雨滴内分子的势能都在减小，动能逐渐增大
B.雨滴内每个分子的动能都在不断增大
C.雨滴内分子的平均动能不断增大
D.雨滴内分子的势能在不断增大
【解析】雨滴下落时，体积不变则雨滴内分子间的距离不变，分子势能不变，雨滴
的温度逐渐升高，则分子的平均动能逐渐增大，故A、D错误；温度是分子热运动平
均动能的标志，温度升高时雨滴内分子的平均动能增大，但不是每个分子的动能都
在增大，故B错误，C正确。
5.(2025·山东威海期末)
两分子组成的系统中分子势能随分子间距 的变化规
律如图所示，下列说法正确的是( )
B
A.当 时，分子间的作用力表现为引力
B.当 时，分子间的作用力为0
C.在从增大到 的过程中分子力做负功
D.在从增大到 的过程中分子势能先减小后增大
【解析】由题图可知 处分子势能最小，可知该处为平衡位置，分子间的作用力为0，
则当时，分子间的作用力表现为斥力，A错误，B正确；在 时，分子
间表现为斥力，故在从增大到 的过程中分子力做正功，分子势能减小，C、D错误。
B 综合练丨选考通关
建议时间：15分钟
6.(2025·河南南阳六校联考期末)
2025年3月，中国科学院物理研究所研制出二维金属材料（单原子层金属）。科研人
员将金属铋在 的高温下熔化，之后通过范德华挤压技术给金属施压，经数小
时冷却后就得到了二维金属，则金属铋在( )
B
A.熔化的过程中，分子热运动的平均动能一直增加
B.熔化的过程中，温度不变但内能增加
C.温度升高时，每个分子的动能均增大
D.冷却后，所有分子都停止热运动
【解析】分子热运动的平均动能由温度决定，金属熔化时温度保持不变，故分子热
运动的平均动能不变，但熔化过程需吸热，分子势能增大，可知内能增加，A错误，
B正确；温度升高时分子平均动能增大，但个别分子动能可能减小，C错误；分子热
运动永不停息，冷却后分子仍会运动，D错误。
7.(2025·辽宁大连育明高级中学期中)
图中、表示两分子之间的分子力 与分子势
能，其与分子间距离 的关系如图甲、乙中
两条曲线所示（取无穷远处分子势能 ）。
下列说法正确的是( )
B
A.图甲中图线为分子势能与分子间距离的关系图线
B.两分子在分子力作用下靠近的过程中，在阶段， 做正功，分子动能增大，
分子势能减小
C.当 时，分子势能为零
D.两分子从相距 开始远离的过程中，随着分子间距离的增大，分子力先减小后
一直增大
【解析】在 时，分子势能最小，但不为零，此时分子力为零，所以题图乙中图
线为分子势能与分子间距离的关系图线，题图甲为分子力与分子间距离的关系图线，
故A、C错误；在 阶段，分子力表现为引力，两分子在相互靠近的过程中，分
子力 做正功，分子动能增大，分子势能减小，故B正确；由题图甲可知，两分子从
相距 开始远离的过程中，随着分子间距离的增大，分子力先增大后一直减小，
D错误。
8.新生活实际（多选）夏天，如果将自行车内胎充气过足，又放在阳光下暴晒
（暴晒过程中内胎容积几乎不变），车胎极易爆裂。关于这一现象有以下描述，其
中正确的是 ( )
CD
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.在车胎爆裂前的过程中，气体温度升高，标志着每一个气体分子的运动速率都增大了
C.在车胎爆裂的过程中，气体分子的势能增加
D.在车胎爆裂的瞬间，气体内能减少
【解析】一般气体分子之间的距离远大于气体分子平衡位置的距离，分子之间表现为
引力。车胎爆裂是车胎内气体温度升高、压强增大造成的，与分子间的引力和斥力作
用关系不大，A错误；气体温度升高，分子平均速率增大，对于其中个别分子，速率
可能会减小，B错误；车胎爆裂的过程中，气体分子间距增大，由于气体分子之间的
作用力为引力，故此过程中分子力做负功，分子势能增加，C正确；车胎爆裂的瞬间，
气体要对外做功，根据做功与能量转化的关系可知，气体的内能减少，D正确。
9.新新定义题 给一定质量的温度为的水加热，在水的温度由上升到 的过
程中，水的体积随着温度的升高反而减小，我们称之为“反常膨胀”。某研究小组通
过查阅资料知道：水分子之间存在着一种结合力，这种结合力可以形成多分子结构，
在这种结构中，水分子之间也存在着相互作用的势能。在水“反常膨胀”的过程中，
体积减小是由于水分子之间的结构发生了变化，但所有水分子间的总势能是增大的。
关于这个问题，下列说法正确的是 ( )
D
A.水分子的平均动能减小，吸收的热量一部分用于分子间的结合力做正功
B.水分子的平均动能减小，吸收的热量一部分用于克服分子间的结合力做功
C.水分子的平均动能增大，吸收的热量一部分用于分子间的结合力做正功
D.水分子的平均动能增大，吸收的热量一部分用于克服分子间的结合力做功
【解析】温度升高，分子平均动能增大。水的温度由上升到 时，水的体积减
小，这时水分子间的总势能增大，因此，吸收的热量一部分要克服分子间的结合力
做功。故D正确。
10.(2025·浙江省余姚中学期中)
用电脑软件模拟两个相同分子在仅受相互间分子力作用下的运动。将两个质量均为
的、分子从轴上的和处由静止释放，如图甲所示。其中分子的速度
随位置 的变化关系如图乙所示，取无限远处势能为零，下列说法正确的是( )
D
A.、间距离为 时分子力为零
B.、间距离为 时分子力为零
C.释放时、系统的分子势能为
D.、分子势能最小值为
【解析】由题图乙可知，分子从到 过程中做加速运动，说明开始时两分子间作
用力为斥力，在 处速度最大，加速度为0，即两分子间的作用力为0，根据运动的
对称性可知，此时、分子间的距离为 ，A、B错误；两分子运动到无穷远处的
速度为，在无穷远处的总动能为 ，由题意可知，无穷远处的分子
势能为0，由能量守恒可知，释放时、系统的分子势能为 ，C错误；由能量守
恒可知，当两分子速度最大即动能最大时，分子势能最小，则最小分子势能为
，D正确。
C 培优练丨能力提升
建议时间：8分钟
11.(2025·北京海淀区期中)在物理学中，研究
微观物理问题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）如图甲所示，质量相等的两个小球用劲度系数为、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，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 的关系如
图乙所示，请说明曲线斜率的含义。
【答案】弹簧弹力
【解析】根据功能关系：弹簧弹性势能的变化量等于弹簧弹力做功的相反数，即
,由此可知弹簧的弹性势能大小与弹簧的长度 的关系图线的斜率的含
义为弹簧弹力。
（2）如果选定分子距离无穷远处势能为零，则两分子和之间的分子势能 随距
离 变化的规律如图丙所示。
①由图丙可知，分子间距离为 时，分子势能最小，请定性说明曲线斜率绝对值的
大小的物理意义，并说出时分子间相互作用力 的大小；
【答案】分子间相互作用力的大小 零
【解析】根据（1）中分析，同理可知，分子势能 与分子间距
离 的关系图线斜率绝对值的大小的物理意义是分子间相互作用
力的大小。
分子间距离为时，图像的斜率为零，说明 时分子间相互
作用力 的大小为零。
②若分子只在点附近小范围内振动，随距离 变化的规律可近似表示为
，式中和均为常量。假设分子固定不动， 分子振动的
范围为,其中远小于。请在图丁中画出 分子在上述振动范围内
受分子力随距离 变化的图线，并求出振动过程中这个双分子系统的动能的最大值
。
【答案】见解析图，
【解析】根据随距离变化的规律，将对 求导可得
图像的斜率，即分子力，据此可画出 分子在振动范围内受分子
力随距离变化的图线，如图所示（ 为正值表示分子力为斥力）。
根据随距离变化的规律可知，分子处于 处时，系统
的分子势能最小，有 ，由能量守恒定律可知，此时系统的动能最大，有
当分子处于处时，系统的动能为零，有 ，此时系统的分子势能
最大，为
根据能量守恒定律可得
解得 。