(讲义)第1章 4 分子动能和分子势能-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册(人教版2019)

4．分子动能和分子势能 1．知道温度是分子热运动平均动能的标志。 2．知道什么是分子势能，知道分子势能与分子间距有关。 3．知道什么是内能，知道物体的内能与温度和体积有关。 4．能够区分内能和机械能。 　分子动能 1．分子动能 做热运动的分子也具有动能，这就是分子动能。 2．分子的平均动能 热现象研究的是大量分子运动的整体表现，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。 3．温度的微观解释 温度是物体分子热运动的平均动能的标志。 提醒：温度相同，分子平均动能相等，而不同种类的分子平均速率不一定相等。 如图所示，分别向10 ℃和50 ℃的水中滴入一滴红墨水，请问： 【问题】 (1)哪杯水中红墨水扩散得快？ (2)哪杯水中分子的平均动能大？ (3)影响分子平均动能的因素是什么？ 提示：(1)50 ℃的水。 (2)50 ℃的水。 (3)温度。 1．单个分子的动能 (1)物体由大量分子组成，每个分子都有分子动能且不为零。 (2)分子在永不停息地做无规则热运动，每个分子动能大小不一定相同并且时刻在变化。 (3)热现象是大量分子无规则运动的统计规律，对某一个分子的动能没有实际意义。 2．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，分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大。个别分子动能可能增大也可能减小，个别分子甚至很多个分子热运动的动能大小没有受温度影响，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的。 (2)只要温度相同，任何分子的平均动能都相同。由于不同物质的分子质量不一定相同，所以同一温度下，不同物质分子运动的平均速率大小一般不相同，如果物质分子质量相等、平均速率也相等。 (3)计算公式 ＝＝m，其中＝。 3．分子的总动能 物体内分子运动的总动能是指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。物体内分子的总动能与物体的温度和所含分子总数有关。 【典例1】　(2022·江苏盐城高二期末)一块10 ℃的铁与一块10 ℃的铝相比，以下说法正确的是(　　) A．铁的分子动能之和与铝的分子动能之和相等 B．铁的每个分子动能与铝的每个分子的动能相等 C．铁的分子平均速率与铝的分子平均速率相等 D．以上说法均不正确 D　[因为温度是分子运动平均动能的标志，两物体温度相等，说明它们的分子平均动能相等，由于没有说明铁与铝的质量，只有当它们所含分子数目一样时，分子总动能才相等，故A错误。分子平均动能相等，但对每个分子而言，它运动的速率是变化的，且每个分子的速率都是不同的，有快的也有慢的，所以每个分子的动能相等的说法不正确，故B错误。虽然分子的平均动能相等，但铁分子和铝分子的质量不相等，因此分子平均速率不相等，故C错误。所以只有D正确。] [跟进训练] 1．相同质量的氧气和氢气温度相同，下列说法正确的是(　　) A．每个氧分子的动能都比氢分子的动能大 B．每个氢分子的速率都比氧分子的速率大 C．两种气体的分子平均动能一定相等 D．两种气体的分子平均速率一定相等 C　[温度是分子平均动能的标志，氧气和氢气的温度相同，其分子的平均动能应相同；但分子的运动速率有的大、有的小，各个分子的动能并不相同，只是所有分子的动能的平均值相同；两种分子的分子质量不同，则平均速率不同，因氢气分子质量小于氧气分子质量，平均动能相等，分子质量大的平均速率小，A、B、D错误，C正确。] 　分子势能 1．定义：分子间存在相互作用力，可以证明分子间的作用力所做的功与路径无关，分子组成的系统具有分子势能。 2．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：分子势能是由分子间的相对位置决定的。 3．分子势能与分子间距离的关系 (1)当r>r0时，分子力表现为引力，若r增大，需克服引力做功，分子势能增大。 (2)当r<r0时，分子力表现为斥力，若r减小，需克服斥力做功，分子势能增大。 (3)当r＝r0时，分子力为零，分子势能最小。 研究两个分子间的作用力做功与分子势能的关系。 【问题】 (1)如图甲所示，固定分子A，当分子B从无穷远处(两分子间几乎没有相互作用力)，逐渐靠近分子A，分子间的作用力表现为什么力？分子间的作用力做什么功？分子势能怎样变化？ (2)如图乙所示，当分子B经过平衡位置r0后，再向分子A逐渐靠近时，分子间的作用力表现为什么力？分子间的作用力做什么功？分子势能怎样变化？ (3)当分子间距离为r0时，分子势能有什么特点？ 提示：(1)引力；正功；减小。 (2)斥力；负功；增加。 (3)最小。 1．分子间作用力、分子势能与分子间距离的关系(如图所示) 分子间距离r r＝r0 r>r0 r<r0 分子间作用力F 等于零