人教版高中物理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课件（50页PPT）

(共50张PPT)
[学习目标]
1.知道分子动能和分子热运动的平均动能的概念。了解温度是分子热运动的平均动能的标志。
2.了解分子势能的概念，知道分子势能与分子力做功的关系，分子势能与分子间的距离的关系。
3.知道什么是物体的内能，知道物体的内能跟哪些宏观量有关。
1.分子动能：由于分子__________________而具有的能量。
2.分子的平均动能
(1)所有分子热运动动能的______。
(2)决定因素：物体的____是分子热运动的平均动能的标志。
3.物体内分子运动的总动能等于分子热运动的平均动能与分子数的乘积。物体内分子的总动能与物体的____和所含分子总数有关。
不停地做无规则运动
平均值
温度
温度
[易错辨析]
(1)物体温度升高时，物体内每个分子的动能都增大。( )
(2)物体运动的速度越大，其分子的平均动能也越大。( )
(3)只要温度相同，任何物体分子的平均速率都相同。( )
(4)物体温度升高时，分子的平均动能增大。( )
×
×
×
√
[例1]　关于温度和分子动能的关系的说法正确的是(　　)
A.某物体的温度为0 ℃，说明物体中分子的平均动能为零
B.温度是分子热运动的平均动能的标志
C.温度较高的物体，其分子平均动能较大，则分子的平均速率也较大
D.物体的运动速度越大，则物体的温度越高
解析　某物体的温度是0 ℃，物体中分子的平均动能并不为零，因为分子在做永不停息地无规则运动，A错误；温度是分子热运动的平均动能的标志，温度越高的物体，分子的平均动能越大，但由于分子的质量不一定相同，则分子平均速率不一定大，B正确，C错误；物体内分子无规则热运动的速率与机械运动的速度无关，物体的运动速度越大，不能代表物体内部分子的热运动越剧烈，所以物体的温度不一定高，D错误。
B
[例2]　(多选)当氢气和氧气温度相同时，下列说法正确的是(　　)
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
[总结提升]
理解分子动能的三点注意
(1)温度是分子热运动的平均动能的“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。
1.分子势能：由分子间的_________决定的能。
2.分子势能与分子间距离的关系
(1)当r>r0时，分子间的作用力表现为____，若r增大，需克服引力做功，分子势能____。
(2)当r(3)当r＝r0时，分子间的作用力为零，分子势能____，即分子间距离等于平衡距离时分子势能____。
相对位置
引力
增加
斥力
增加
最小
最小
3.决定因素
(1)宏观上：分子势能的大小与物体的_____有关。
(2)微观上：分子势能的大小与分子之间的____有关。
4.分子势能的特点
(1)分子势能是标量，且有正负，其正负表示相对零势能位置分子势能大或小。
(2)分子势能为零和分子势能最小的含义不同，前者对应于选择的零势能位置，而后者对应于分子间的作用力做正功最大的位置。一般地，分子势能为零、分子势能最小对应的分子间距离分别为无穷远和r0。
体积
距离
[思考探究]
弹力做功，弹性势能减小；克服弹力做功，弹性势能增大。当分子间的作用力做功和克服分子间的作用力做功时，分子的势能如何变化？
提示　分子间的作用力做功，分子的势能减小；克服分子间的作用力做功，分子的势能增大。
[例3]　 (2025·山东卷)分子间的作用力F与分子间距离r的关系如图所示，若规定两个分子间距离r等于r0时分子势能Ep为零，则(　　 )
A.只有r大于r0时，Ep为正
B.只有r小于r0时，Ep为正
C.当r不等于r0时，Ep为正
D.当r不等于r0时，Ep为负
解析　根据题图可知，当r＝r0时，分子间的作用力为0，当r>r0时，分子间的作用力表现为引力，当0C
[例4]　(2025·湖南常德期中)两分子之间的作用力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系分别如图甲、乙所示(取无穷远处分子势能Ep＝0)。下列说法正确的是(　　)
D
A.甲图表示分子势能与分子间距离的关系
B.当r＝r0 时，分子势能为零
C.两分子从相距r＝r0 开始，随着分子间距离的
增大，分子间的作用力先减小，然后一直增大
D.两分子在相互靠近的过程中，在r>r0 阶段，F做正功，分子动能增大，分子势能减小
解析　当r＝r0 时，分子势能最小，但不为零，此时分子力为零，所以题图乙表示分子势能与分子间距离的关系，故A、B错误；由题图甲可知，两分子从相距r＝r0开始，随着分子间距离的增大，分子间的作用力先增大，然后一直减小，故C错误；在r>r0 阶段，分子间的作用力表现为引力，两分子在相互靠近的过程中，分子间的作用力F做正功，分子动能增大，分子势能减小，故D正确。
[总结提升]
分子势能图像问题的解题技巧
(1)首先要明确分子势能、分子间的作用力与分子间距离关系图像中拐点意义的区别。分子势能图像的最低点(分子势能最小值)对应的距离是分子平衡距离r0，而分子间的作用力图像的最低点对应的距离大于r0。分子势能图像与r轴交点到坐标原点的距离小于r0，分子间的作用力图像与r轴交点到坐标原点的距离等于r0。
(2)其次要把图像上的信息转化为分子间的距离，再求解其他问题。
1.定义：物体中所有分子的热运动____与________的总和。
2.内能的普遍性：组成任何物体的分子都在做无规则的______，所以任何物体都具有内能。
3.影响内能的相关因素
(1)物体所含的分子总数：由________决定。
(2)分子热运动的平均动能：与____有关。
(3)分子势能：与物体的____有关。
故物体的内能由________、_____、_____共同决定，同时受物态的影响。
动能
分子势能
热运动
物质的量
温度
体积
物质的量
温度
体积
[思考探究]
物体运动得越快，其内能就越大吗？静止在地面上的物体，内能为零吗？
提示　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，如果以地面作为零势能面，那么这个物体的机械能为零，但这个物体内的分子却始终处在永不停息地热运动中，物体的内能不为零。
[例5]　关于分子动理论和物体的内能，下列说法正确的是(　　)
A.温度高的物体的平均动能一定大，内能也一定大
B.当分子间距增大时，分子间的作用力减小
C.当分子间的作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距的减小而增大
D.当物体的体积增大时，物体的内能一定增大
解析　温度高的物体的分子平均动能一定大，但是内能不一定大，内能还与物体物质的量等有关，故A错误；当分子间的距离增大时，分子间的作用力可能先增大后减小，故B错误；当分子间的作用力表现为斥力时，分子间距离减小，作用力做负功，分子势能增大，故C正确；当物体的体积增大时，分子间距离变大，分子势能改变，但不确定分子势能增大还是减小，即使分子势能增大，也不知道分子动能如何变化，也不能说明内能增大，故D错误。
C
[例6]　关于质量相同的100 ℃的水和100 ℃的水蒸气，下列说法正确的是(　　)
A.分子平均动能不相同，分子势能相同，内能相同
B.分子平均动能相同，分子势能不相同，内能相同
C.分子平均动能相同，分子势能不相同，内能不相同
D.分子平均动能不相同，分子势能相同，内能不相同
解析　质量相同的100 ℃的水和100 ℃的水蒸气的分子数相同，温度是分子平均动能的标志，所以100 ℃的水分子平均动能等于100 ℃的水蒸气的分子平均动能。相同质量的水和水蒸气的体积不同，故分子势能不相同。同样温度的水变为同样温度的水蒸气要吸收热量，所以100 ℃的水的内能小于100 ℃相同质量的水蒸气的内能，故A、B、D错误，C正确。
C
[总结提升]　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
1.(分子动能)(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，分子的平均动能增加
C.如果分子的质量为m，平均速率为v，则平均动能为mv2
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
解析　温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增加，但是其中个别分子的动能却有可能减小或不变，A错误，B正确；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总数的比值，C错误，D正确。
BD
2.(分子势能)如图所示，两个分子A和B，设开始时它们相距无穷远，取分子相距无穷远时势能为零。现让分子B逐渐靠近分子A，则在这个过程中，下列说法正确的是(　　)
D
A.分子间一直表现为引力，分子势能一直减小
B.当分子间距离等于平衡距离r0 时，分子间的作用力为零，分子势能也为零
C.当分子间距离小于r0 后，继续靠近，分子间的作用力做正功，分子势能增大
D.分子间的作用力是由分子内部带电粒子的相互作用引起的
解析　当r>r0 时分子间的作用力表现为引力，r3.(分子势能)(多选)甲、乙两图分别表示分子间的作用力和分子势能随分子间距离变化的图像。由图像判断以下说法正确的是(　　)
A.当分子间距离为r0时，分子间的作用力和分子势能均最小且为零
B.当分子间距离r＞r0时，分子间的作用力随分子间距离的增大先增大后减小
C.当分子间距离r＞r0时，分子势能随分子间距离的增大而增大
D.当分子间距离r＜r0时，分子间距离逐渐减小，分子间的作用力和分子势能都增加
BCD
解析　当分子间距离为r0时，分子间的作用力为0，分子势能最小但不为0，A错误；当分子间距离r＞r0时，由题图甲可知，随分子间距离的增大，分子间的作用力先增大后减小，B正确；当分子间距离r＞r0时，分子间的作用力表现为引力，分子间距离增大时，分子间的作用力做负功，则分子势能随分子间距离的增大而增大，C正确；当分子间距离r＜r0时，分子间的作用力表现为斥力，分子间距离逐渐减小时，分子间的作用力越来越大，分子间的作用力做负功，则分子势能增大，D正确。
4.(物体的内能)(多选)关于物体的内能，以下说法正确的是(　　)
A.物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫作物体的内能
B.高温物体的内能一定大于低温物体的内能
C.体积大的物体的内能一定大于体积小的物体的内能
D.温度低的物体的内能可能大于温度高的物体的内能
解析　内能是指物体内所有分子做无规则热运动所具有的动能和分子势能的总和，一切物体都有内能，故A正确；物体的内能除与温度有关外，还与物体的物态、物质的量、物体的体积有关，温度高的物体的内能可能大于、小于或等于温度低的物体的内能，体积大的物体的内能可能大于、小于或等于体积小的物体的内能，故B、C错误，D正确。
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[基础巩固练]
1.(多选)关于物体的内能，下述说法正确的是(　　)
A.物体的内能只与物体内分子的动能有关
B.物体内所有分子的热运动动能与分子势能的总和叫物体的内能
C.一个物体，当它的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化
D.一个物体内能的多少与它的机械能多少无关
解析　根据内能的定义可知，内能是物体内所有分子的热运动动能与分子势能的总和，故A错误，B正确；当一个物体的机械能变化时，内能不一定变化，二者没有必然联系，故C错误，D正确。
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2.若一气泡从湖底上升到湖面的过程中，温度保持不变，体积增大，则在此过程中关于气泡中的气体，下列说法正确的是(　　)
A.气体分子的平均速率减小 B.气体分子的平均速率增大
C.气体分子的平均动能减小 D.气体分子的平均动能不变
解析　气泡在上升的过程中，内部气体温度不变，气体分子的平均动能不变，平均速率不变，故D正确。
D
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3.(多选)关于内能，下列说法正确的是(　　)
A.质量、温度、体积都相等的物体的内能一定相等
B.内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同
C.一木块被举高，组成该木块的所有分子的分子势能都增大
D.温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大
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解析　物体的内能与物质的量、体积和温度有关，质量相等的不同种类的物体，物质的量不一定相等，所以质量、温度、体积都相等的物体的内能不一定相等，A错误；内能与温度、体积、物质的量有关，内能不同的物体，温度可能相同，它们分子热运动的平均动能可能相同，B正确；分子势能与物体的机械运动无关，被举高只是重力势能增大，分子势能不一定变化，C错误；温度高则分子平均动能大，但内能的大小不仅要看分子平均动能，还要看分子数目和分子势能，所以内能不一定大，D正确。
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4.(多选)18 g的水，18 g的水蒸气，32 g的氧气，在它们的温度都是100 ℃时(　　)
A.它们的分子数目相同，分子的平均动能不相同，氧气的分子平均动能大
B.它们的分子数目相同，分子的平均动能相同
C.它们的分子数目相同，它们的内能不相同，水蒸气的内能比水大
D.它们的分子数目不相同，分子的平均动能相同
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5.(多选)用r表示两分子间的距离，Ep表示分子势能，当r＝r0时引力等于斥力，设两分子相距大于10r0时Ep＝0，则(　　)
A.当r＞r0时，Ep随r的增大而增大 B.当r＜r0时，Ep随r的减小而增大
C.当r＜r0时，Ep不随r的变化而变化 D.当r＞r0时，Ep>0
解析　当r＞r0时，分子间的作用力表现为引力，当r增大时，分子间的作用力做负功，Ep增大，故A正确；当r＜r0时，分子间的作用力表现为斥力，当r减小时，分子间的作用力做负功，Ep增大，故B正确，C错误；因两分子相距大于10r0时Ep＝0，当r＞r0时，随r的减小，分子势能减小，则当r＞r0时，Ep<0，故D错误。
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6.(2025·黑龙江齐齐哈尔期中)关于物体的内能和分子势能，下列说法正确的是(　　)
A.物体的速度增大，则分子的动能增加，内能也一定增加
B.物体温度不变，内能可能变大
C.物体的内能与温度有关，与物体的体积无关
D.把物体举得越高，分子势能越大
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解析　物体的速度增大，是物体的动能增大，增加的是物体的机械能，分子动能的变化与物体的温度有关，故A错误；物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫作物体的内能，分子热运动的平均动能由温度决定，分子势能与物体的体积有关，当发生物态变化时，物体的温度不变，只是分子的平均动能不变，但分子势能可能变大，物体的内能可能增大，故B正确；物体的内能由物体的物质的量、温度、物体的体积共同决定，同时会受物态变化的影响，故C错误；分子势能与物体的体积有关，把物体举得越高，增加的是物体的重力势能，故D错误。
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7.甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x 轴上，甲、乙两分子间的作用力与两分子间距离的关系如图所示，F>0表示分子间的作用力表现为斥力，F<0 表示分子间的作用力表现为引力。A、B、C、D 为x 轴上四个特定的位置，现将乙分子从A移动到D的过程中，两分子间的作用力和分子势能同时都增大的是(　　)

A.从A到B B.从B 到C
C.从B 至D D.从C 到D
D
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解析　根据分子间的作用力做功与分子势能的关系可知，分子间的作用力做正功，分子势能减少，分子间的作用力做负功，分子势能增加，则从A到B过程中，引力增大，且分子间的作用力做正功，分子势能减小；从B到C过程中，引力减小；从B至D过程中，分子间的作用力先为引力，先减小，后为斥力，逐渐增大；从C到D过程中，斥力增大，且分子间的作用力做负功，分子势能增大，故选项D正确。
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8.(2025·河北邯郸期末)(多选)分子势能随分子间距离变化的图像如图所示，据图分析可得(　　)
A.从r＝r1 到r＝r2，分子间引力、斥力都减小
B.从r＝r1 到r＝r2，分子间仅有斥力存在
C.从r＝r1 到r＝r2，分子间的作用力表现为引力
D.当r>r2 时，r 越小，分子势能越小
AD
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解析　r＝r2 时，分子势能最小，分子间的作用力为零，当rr2 时，r 越小，分子势能越小，选项D正确；从r＝r1 到r＝r2，分子间引力、斥力都减小，选项A正确。
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[能力提升练]
9.(2025·天津期中)(多选)分子势能的大小是由分子间的相对位置决定的。分子势能Ep与分子间距离r 的关系如图所示，r0 为分子间的平衡位置，下列说法正确的是(　　)
A.当r＝r0 时，分子势能最小
B.当r＝r1 时，分子势能最小
C.当r＝r0 时，分子间的作用力为0
D.当r＝r1 时，分子间的作用力为引力
解析　根据分子势能Ep与分子间距离r的关系图像可知，当r＝r0时，分子势能最小，分子间的引力等于斥力，分子间的作用力为零，故A、C正确；当r＝r1时，分子势能为零，但是分子势能不是最小，故B错误；当r＝r1时，r11
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10.(2025·河北石家庄期中)下列关于分子间的作用力、分子间的作用力做功和分子势能的说法正确的是(　　)

A.分子间距离大于r0 且减小时，分子间引力和斥力都增大
B.分子间距离从无限远靠近到r0 处过程中，分子间的作用力先做正功后做负功
C.分子势能在r0 处最大
D.分子间距离由r0 减小时，分子势能在减小
A
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解析　分子斥力与引力随着分子间距离的减小而增大，故A正确；分子间距离大于r0 时，分子间的作用力表现为引力，分子从无限远靠近到距离r0 处过程中，分子间的作用力做正功，故B错误；分子从无限远靠近到距离r0 处过程中，分子间的作用力做正功，分子势能减小；分子间距离继续减小，分子间的作用力表现为斥力，分子间的作用力做负功，分子势能增大，所以可知在r0 处分子势能最小，故C、D错误。
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11.(多选)设有甲、乙两分子，如图，甲固定在O点，r0为其与平衡位置间的距离，现在使乙分子由静止开始只在分子间的作用力作用下由距甲0.5r0处开始沿x轴正方向运动，则(　　)
A.乙分子的加速度一直减小
B.乙分子到达r0处时速度最大
C.分子间的作用力对乙一直做正功，分子势能减小
D.乙分子在r0处时，分子势能最小
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解析　由分子间的作用力随分子间距离的变化规律可知，0.5r0处到r0处，分子间的作用力表现为斥力，斥力减小，乙分子的加速度也就减小，从r0处到无穷远处，分子间的作用力表现为引力，引力先增大后减小，乙分子的加速度先增大后减小，A错误；从0.5r0处到r0处，乙分子受到向右的斥力，做向右的加速运动，通过r0处后受到向左的引力，做向右的减速运动，在r0处加速度a＝0，速度最大，B正确；从0.5r0到r0处分子的斥力做正功，分子势能减小，通过r0后，分子的引力做负功，分子势能增大，故乙分子在r0处的分子势能最小，C错误，D正确。
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12.(2025·贵州铜仁期中)(多选)如图所示，F表示两分子间的作用力，Ep表示分子势能，图中两条图线分别表示分子间的作用力和分子势能随分子间距离变化的规律，图中r1是分子势能为0时对应的距离，r2是分子间作用力为0时对应的距离，r3是分子间作用力随分子间距离变化的图像最低点对应的距离，r4是分子间的作用力及分子势能均可视为0的足够远的某一距离。下列说法正确的是(　　)
A.r2对应着分子势能的最小值
B.从r1到r3，Ep先增大后减小
C.从r1到r3，F一直减小
D.从r2到r4，F先增大后减小，Ep不断增大
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解析　根据题图可知，分子间距离小于r2时，F表现为斥力，距离越小，F越大；分子间距离大于r2时，F表现为引力，随着距离增大，F先增大后减小；分子间距离从0开始增大的过程，F为斥力时做正功，F为引力时做负功，故分子间距离等于r2时，Ep最小，从r1到r3，Ep先减小后增大；故A正确，B错误；由于r2是分子间的作用力为0时对应的距离，则从r1到r3，F先减小后增大；从r2到r4，F先增大后减小，分子间的作用力表现为引力，分子间的作用力做负功，则Ep不断增大，故C错误，D正确。
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