第1章 4 分子动能和分子势能-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套word（人教版）

4　分子动能和分子势能 课程解读 课标要点 学科素养 链接浙江选考 通过有关史实，了解能量守恒定律的发现过程 物理观念：进一步建立能量的观念 1．知道分子动能、分子势能和物体内能的概念 2．知道温度是分子平均动能的标志 (见学生用书P10) 知识点一　分子动能 1．分子动能：由于分子永不停息地做无规则运动而具有的能量。 2．单个分子的动能 (1)定义：组成物体的每个分子都在不停地做无规则运动，因此分子具有动能。 (2)由于分子运动的无规则性，在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一，对于某个分子，在不同时刻的动能也可能是不同的，所以研究单个分子的动能没有意义。 3．分子的平均动能 (1)定义：物体内所有分子的动能的平均值。 (2)决定因素：物体的温度是分子热运动的平均动能的标志，这是温度的微观意义。温度升高的物体，分子的平均动能增加，但不是每个分子的动能都增加，个别分子的动能可能减少或不变，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的。 4．物体内分子的总动能：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。 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)研究单个分子的动能没有意义。(　√　) (2)在相同温度下，各种物质分子的平均动能都相同。(　√　) (3)由于不同物质分子的质量不一定相同，所以相同温度时不同物质分子的平均速率不一定相同。(　√　) 2．思考题：物体温度升高，分子的平均动能增加，那么每一个分子的动能都变大吗？ 【答案】 不是。 知识点二　分子势能 1．分子力、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 分子力F 等于0 表现为引力 表现为斥力 分子力做功W — 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Ep 最小 随分子间距的增大而增大 随分子间距的减小而增大 2．分子势能的特点：由分子间的相对位置决定，随分子间距离的变化而变化。分子势能是标量，正、负表示的是大小，具体的值与零势能点的选取有关。 3．影响分子势能大小的因素 (1)宏观上：分子势能跟物体的体积有关。 (2)微观上：分子势能跟分子间距离r有关，分子势能的变化微观上决定于分子间的距离。 (3)分子势能为0和分子势能最小的含义不同，分子势能为0的位置与选择的零势能点有关，而分子势能最小的位置确定在r＝r0处。 (4)由于分子间距离变化的宏观表现为物体的体积变化，所以微观的分子势能变化对应于宏观的物体体积变化。但不能理解为物体体积越大，分子势能就越大，因为分子势能除了与物体的体积有关外，还与物态有关。同样是物体体积增大，有时表现为分子势能增大(在r＞r0范围内)，有时表现为分子势能减小(在r＜r0范围内)。 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)分子势能与分子间距离r的关系不是单调变化的。(　√　) (2)随着分子间距离的变化，分子力做功，分子势能发生变化。(　√　) (3)0 ℃的水结成0 ℃的冰后，体积变大，但分子势能却减小了。(　√　) 2．思考题：物体的体积增大，分子势能一定增大吗？ 【答案】 不一定，如0 ℃的水变成0 ℃的冰，体积变大，但分子势能减小。 知识点三　物体的内能 1．定义：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，叫作物体的内能。 2．决定因素 (1)在微观上，物体的内能取决于物体所含分子的总数、分子的平均动能和分子间的距离。 (2)在宏观上，物体的内能取决于物体所含物质的多少、温度和体积。 分子热运动的平均动能与温度有关，分子势能与物体的体积有关。一般来说，物体的温度和体积变化时它的内能都会随之改变。 3．内能与机械能的比较 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 能量常见形式 分子动能、分子势能 物体动能、重力势能或弹性势能 能量存在原因 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 由物体做机械运动和与地球的相对位置或物体形变决定 影响因素 物质的量、物体的温度和体积及物态 物体的机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度)或弹性形变 是否为0 永远不能等于0 一定条件下可以等于0 联系 在一定条件下可以相互转化 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)内能是对于大量分子而言的，对于单个分子来说无意义。(　√　) (2)物体的内能跟物体的高度有关。(　　) (3)物体的内能跟物体的速度无关。(　√　) (4)物体的内能跟物体的机械运动状态无关。(　√　) (5)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。(　√　) 2．思考题：任何物体都具有内能吗？ 【答案】 组成任何物体的分子都在做无规则的热运动，所以任何物体都具有内能。 (见学生用书P12) 类型一　分子力做功与分子势能的关系 (多选)设r＝r0时分子间的作用力为0，则一个分子在从远处以某一动能向另一个固定的分子靠近的过程中，下列说法正确的是(不考虑其他分子的影响)(　ABC　) A．r＞r0时，分子力做正功，分子动能不断增大，分子势能减小 B．r＝r0时，分子动能最大，分子势能最小 C．r＜r0时，分子力做负功，分子动能减小，分子势能增大 D．以上说法都不对 【解析】 选项 个性分析 A正确 r＞r0时，分子力表现为引力，靠近过程中，分子力做正功，分子势能减小，其动能增大 B正确 r＝r0时，分子动能最大，分子势能最小 C正确 r＜r0时，分子力表现为斥力，靠近过程中，分子力做负功，分子势能增大，其动能减小 D错误 见以上分析 1．(多选)如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示。F＞0时为斥力，F＜0时为引力。a、b、c、d为x轴上四个特定的位置，现把乙分子从a处由静止释放，则(　BC　) A．乙分子从a到b做加速运动，从b到c做减速运动 B．乙分子从a到c做加速运动，到达c时速度最大 C．乙分子从a到b的过程中，两分子的分子势能一直减少 D．乙分子从b到d的过程中，两分子的分子势能一直增加 【解析】 乙分子由a运动到c的过程，一直受到甲分子的引力作用而做加速运动，到达c时速度达到最大，A错误，B正确；乙分子由a到b的过程，引力对其做正功，两分子的分子势能一直减少，C正确；乙分子从b到c的过程，引力对其做正功，两分子的分子势能减少，乙分子从c到d的过程，斥力对其做负功，两分子的分子势能增加，故D错误。 2． 某空间只有甲、乙两分子，甲分子固定在坐标原点O，乙分子只在相互间分子力作用下，由远处沿x轴向甲靠近，两分子的分子势能Ep与两分子间距离x的关系如图所示，设乙分子在移动过程中所具有的总能量为0，则下列说法正确的是(　B　) A．乙分子在Q点时处于平衡状态 B．乙分子在P点时加速度为0 C．乙分子由P到Q的过程中分子力做正功 D．乙分子由P到Q的过程中分子势能一直减小 【解析】 乙分子在P点时，势能最小，分子引力和斥力相等，合力为0，加速度为0，处于平衡状态，A错误，B正确；乙分子由P到Q的过程中分子力一直做负功，分子势能一直增加，C、D错误。 类型二　物体的内能及影响因素 关于物体的内能，下列说法中正确的是(　C　) A．水分子的内能比冰分子的内能大 B．物体所处的位置越高，分子势能就越大，内能越大 C．一定质量的0 ℃的水结成0 ℃的冰，内能一定减少 D．相同质量的两个同种物体，运动物体的内能一定大于静止物体的内能 【解析】 因为内能是指组成物体的所有分子的热运动的动能与分子势能的总和，所以单个分子的内能没有意义，故选项A错误。内能与机械能是两种不同性质的能，它们之间无直接联系，内能与位置高低、运动还是静止没有关系，故选项B、D错误。一定质量的0 ℃的水结成0 ℃的冰，放出热量，内能减少，C正确。 (多选)关于质量和温度均相同的一杯水和一个钢球，下列说法正确的是(　BD　) A．它们的内能一定相等 B．它们的分子平均动能一定相等 C．它们的分子的平均速率一定相等 D．把钢球置于水中，它们各自的内能一定不变 【解析】 水和钢球的温度相同，分子的平均动能一定相同，但两者的分子质量不同，它们的平均速率不同，故B正确，C错误；水和钢球的分子数目不同，分子势能也不一定相同，内能不一定相等，故A错误；由于水和钢球的温度相等，不会发生热传递现象，所以它们的内能各自保持不变，D正确。 本课点睛(教师用书独有) 分析物体内能变化的基本方法 (1)根据内能的定义来分析，抓住三个方面：一看物质的量(分子数)，二看温度(分子平均动能)，三看体积(分子势能)。 (2)从能量的观点分析，特别是遇到物态变化问题时，用该法更优越。 学科网（北京）股份有限公司 $$