人教版（2019）高中物理 选择性必修第三册 第1章 第4节　分子动能和分子势能课件29 张PPT

第4节　分子动能和分子势能
核心素养
物理观念
科学思维
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.体会分析分子势能与分子间距离的关系的过程。
2.会区分物体的内能和机械能。
知识点一　分子动能
1.分子动能
(1)定义：由于分子永不停息地做____________而具有的能。
(2)分子的平均动能：所有分子的热运动动能的________。
①______是物质分子平均动能的标志，______升高，分子的平均动能增大。
②虽然同一温度下，不同物质的分子热运动的平均动能______，但由于不同物质的分子质量不尽相同，平均速率大小一般________。
2.温度的意义
(1)宏观：描述物体的__________。
(2)微观：分子__________的标志。
无规则运动
平均值
温度
温度
相同
不相同
冷热程度
平均动能
[思考判断]
(1)温度反映了每个分子热运动的剧烈程度。( )
(2)温度是分子平均动能的标志 。 ( )
(3)温度升高时物体的每个分子的动能都将增大。 ( )
×
√
×
知识点二　分子势能
[观图助学]
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A。在这个过程中，分子间的作用力做功。
两个分子相互作用的示意图
提出问题　(1)该过程分子力做功的变化情况。
(2)可以证明分子间的作用力所做功与路径无关，再分析该过程A、B系统分子势能的变化情况，并大致画出分子势能与分子距离r关系的曲线。
1.分子势能的定义：分子间由分子力和分子间的__________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，分子力为零，分子势能______。
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：分子势能与分子之间的______有关。
相对位置
引力
增大
斥力
增大
最小
体积
距离
[思考判断]
(1)物体的体积越大，分子势能越大。( )
(2)当分子间距离r＝r0时，分子间合力为0，所以分子势能为0。( )
(3)当r→∞时，分子势能最小，且为0。( )
(4)当分子间距离由0逐渐增大到∞时，分子势能先减小后增大。( )
(5)当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大。( )
×
×
×
√
√
知识点三　物体的内能
1.内能定义：物体中所有分子的热运动______与__________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________，所以任何物体都具有内能。
3.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由______决定。
(3)分子势能与物体的______有关。
故物体的内能由__________、______、______共同决定，同时受物态变化的影响。
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
[要点归纳]
关于分子动能
核心要点
对分子动能的理解
单个分子的动能
(1)物体由大量分子组成。
(2)分子在永不停息地做无规则热运动，每个分子的动能大小不同，并且时刻在变化。
(3)热现象是大量分子无规则运动的宏观表现，探究个别分子的动能没有实际意义。
分子的平均动能
(1)温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义。温度升高，分子的平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大，个别分子的动能可能增大，也可能减小，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的。
(2)虽然同一温度下，不同物质的分子热运动的平均动能相同，但由于不同物质的分子质量不尽相同，平均速率大小一般不相同。
[试题案例]
[例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个分子毫无意义，C错误；相同物质，温度高的物体分子平均速率大，温度是分子平均动能的标志，对单个分子没有意义，D错误。
答案　A
[针对训练1] (多选)对于20℃的水和20℃的水银，下列说法正确的是(　　)
A.两者的分子平均动能相同
B.水银的分子平均动能比水的大
C.两者的分子平均速率相同
D.水银分子的平均速率比水分子的平均速率小
解析　温度相同的任何物体，内部的分子平均动能都相等，所以A正确，B错误；分子平均动能相同，平均速率不一定相同，还与分子质量有关，水银的分子质量大，平均速率小，所以C错误，D正确。
答案　AD
[观察探究]
如图，轻弹簧连接着两个小球，中间位置为弹簧的原长位置。
(1)从平衡位置向外拉伸弹簧时，弹力做什么功？弹性势能如何变化？
(2)从平衡位置向里压缩弹簧时，弹力做什么功？弹性势能如何变化？
(3)弹簧处于什么状态时，弹性势能最小？
核心要点
分子势能
答案　(1)弹力做负功，弹性势能增大。
(2)弹力做负功，弹性势能增大。
(3)原长状态。
[探究归纳]
1.分子势能的大小与分子间的距离有关，宏观上与物体的体积有关。分子势能的变化与分子间的距离发生变化时分子力做功情况有关。
分子间距离
r＝r0
r>r0
r分子力做功
?
分子间距增大时，分子力做负功
分子间距减小时，分子力做负功
分子势能
最小
随分子间距的增大而增大
随分子间距的减小而增大
分子力
等于零
表现为引力
表现为斥力
2.如果取两个分子间相距无限远时(此时分子间作用力可忽略不计)的分子势能为零，分子势能Ep与分子间距离r的关系可用如图所示的曲线表示。从图线上看出，当r＝r0时，分子势能最小。
3.分子势能随分子间距离的变化类似于弹簧的弹性势能随弹簧长度的变化规律，弹簧在原长的基础上无论拉伸还是压缩，势能都会增加。
[试题案例]
[例2] (多选)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不能再靠近。在此过程中，下列说法正确的是(　　)
A.分子力先增大，后一直减小
B.分子力先做正功，后做负功
C.分子动能先增大，后减小
D.分子势能先增大，后减小
解析　由分子动理论的知识，当两个分子相互靠近，直至不能再靠近的过程中，分子力先是表现为引力且先增大后减小，之后表现为分子斥力，一直增大，所以A错误；分子引力先做正功，然后分子斥力做负功，分子势能先减小再增大，分子动能先增大后减小，所以B、C正确，D错误。
答案　BC
方法总结　(1)分子势能的变化情况只与分子力做功相联系。分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大。分子力做功的值等于分子势能的变化量。
(2)讨论分子势能变化时，绝不能简单地由物体体积的增大、减小得出结论。导致分子势能变化的原因是分子力做功。
[针对训练2] 如图所示为一分子势能随距离变化的图线，从图中分析可得到(　　)
A.r1处为分子的平衡位置
B.r2处为分子的平衡位置
C.r→∞处，分子间的势能为最小值，分子间无相互作用力
D.若r解析　当分子处于平衡位置时，分子力为零，分子势能最小，A、C错误，B正确；若r答案　B
[观察探究]
物体下落的时候，物体中的分子在做无规则热运动的同时还共同参与竖直向下的落体运动。再如，地面上滚动的足球，球内的气体分子在做无规则热运动的同时，还共同参与水平地面上的运动。当足球静止在地面上时(如图)，其中的气体分子是否还具有能量呢？
核心要点
物体的内能
答案　分子仍具有势能和动能。
[探究归纳]
1.内能的决定因素
(1)宏观因素：物体内能的大小由物质的量、温度和体积三个因素决定，同时也受物态变化的影响。
(2)微观因素：物体内能的大小由物体所含的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。
2.内能与机械能的比较
　　　能量名称
比较项目　　　
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
能量常见的形式
分子动能、分子势能
物体的动能、重力势能或弹性势能
能量存在的原因
由物体内大量分子的无规则热运动和分子间相对位置决定
由物体做机械运动、与地球相对位置或物体形变决定
影响因素
物质的量、物体的温度和体积
物体的质量、做机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度)或弹性形变
是否为零
永远不能等于零
一定条件下可以等于零
联系
在一定条件下可以相互转化
3.物态变化对内能的影响：一些物质在物态发生变化时，如冰的熔化、水在沸腾时变为水蒸气，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。
[试题案例]
[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.A、B两物体接触时有热量从物体A传到物体B，这说明物体A的内能大于物体B的内能
D.A、B两物体的温度相同时，A、B两物体的内能可能不同，分子的平均速率也可能不同
答案　D
方法总结　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] 关于物体的内能，下列说法正确的是(　　)
A.机械能可以为零，但内能永远不为零
B.温度相同、质量相同的物体具有相同的内能
C.温度越高，物体的内能越大
D.0 ℃的冰的内能与等质量的0 ℃的水的内能相等
解析　机械能是宏观能量，当物体的动能和势能均为零时，机械能就为零；而物体内的分子在永不停息地做无规则运动，且存在相互作用力，所以物体的内能永不为零，A正确；物体的内能与物质的量、温度和体积及物态有关，0 ℃的冰变成等质量的0 ℃的水要吸收热量，内能增加，B、C、D错误。
答案　A