第4节 分子动能和分子势能（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

分子动能和分子势能 (强基课——逐点理清物理观念) 第4节 课标要求 学习目标 了解分子动能、分子势能和内能。 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，了解分子势能的概念，知道分子势能与分子间的距离的关系，知道物体的内能。 2.理解分子势能与分子间的作用力做功的关系，理解物体的内能跟哪些宏观量有关。 3.体会分析分子势能与分子间距离的关系的过程。 1 逐点清(一)　分子动能 2 逐点清(二)　分子势能 3 逐点清(三)　物体的内能 4 课时跟踪检测 CONTENTS 目录 逐点清(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________。 (3)_______ 是物体的分子热运动的平均动能的标志，_______升高，分子热运动的平均动能增加。 多维度理解 无规则运动 平均值 温度 温度 2.温度的意义 (1)宏观：描述物体的___________。 (2)微观：分子热运动的__________的标志。 冷热程度 平均动能 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，每个分子的动能大小不同，并且时刻在变化。 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，分子的平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大。 (2)虽然同一温度下，不同物质的分子热运动的平均动能相同，但由于不同物质的分子质量不尽相同，它们的分子的平均速率一般不相同。 1.判断下列说法是否正确。 (1)某物体的温度是0 ℃，说明物体中分子的平均动能为零。 ( ) (2)温度升高时，物体内每个分子的动能都增加。 ( ) (3)温度升高时，物体内分子的平均动能增加。 ( ) 全方位练明 × × √ 2.下列关于分子动能的说法中正确的是 (　　) A.物体温度升高，每个分子的动能都增大 B.物体温度升高，分子的总动能不变 C.物体温度升高，分子的平均动能增大 D.分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和 √ 解析：物体的温度升高，分子的平均动能一定增大，则分子的总动能增大，但不是每个分子的动能都增大，故A、B错误，C正确；分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与分子总数的比值，故D错误。 3.(2024·常州高二检测)有甲、乙两种不同气体，如果甲气体内分子平均速率比乙气体内分子平均速率大，则 (　　) A.甲气体的温度一定高于乙气体的温度 B.甲气体的温度一定低于乙气体的温度 C.甲气体的温度可能高于也可能低于乙气体的温度 D.甲气体的每个分子都比乙气体的每个分子运动得快 √ 解析：气体温度是气体分子平均动能的标志，而分子的平均动能不仅与分子的平均速率有关，还与分子的质量有关。本题涉及两种不同气体，它们的分子质量无法比较，因而无法比较两种气体温度的高低，A、B错误，C正确；速率的平均值大，每个分子运动得并不一定都快，D错误。 逐点清(二)　分子势能 1.分子间的作用力做功的特点：分子间的作用力做功与路径______。 2.分子势能：由分子间的_________决定的能。 3.分子势能与分子间距离的关系 规定两分子相距无穷远时，分子势能为0。 多维度理解 无关 相对位置 (1)r>r0时，分子间的作用力表现为引力，r减小，分子间的作用力做_______，分子势能减小。 (2)r=r0时，分子间的作用力为0，分子势能最小。 (3)r<r0时，分子间的作用力表现为斥力，r减小，分子间的作用力做______，分子势能增大。 正功 负功 4.分子势能的决定因素 (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。 体积 距离 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。 1.判断下列说法是否正确。 (1)两分子间距为r0时分子势能最小。 ( ) (2)分子势能随分子间距的增大而减小。 ( ) (3)分子势能可以为正值、负值、零值。 ( ) 全方位练明 √ × √ 2.由于两个分子间的距离变化而使得分子势能变小，可确定在这一过程中 (　　) A.两分子间的相互作用力一定表现为引力 B.一定克服分子间的相互作用力做功 C.两分子间距离一定增大 D.两分子间的相互作用力可能增大 √ 解析：由分子间的作用力做功与分子势能变化关系可知，分子间的作用力做正功时，分子势能减小，有两种可能性：一是r<r0时，分子间的作用力表现为斥力，且分子间距离增大，两分子间的相互作用力减小；二是r>r0时，分子间的作用力表现为引力，且分子间距离减小，故两分子间的相互作用力可能增大，也可能减小。综上分析可知，A、B、C错误，D正确。 3.两分子间作用力F与分子间距离r的关系如图中曲 线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0。相距很远的两分 子在分子间的作用力作用下，由静止开始相互接近。若 两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是 (　　) A.在r>r0阶段，F做正功，分子动能和分子势能均增大 B.在r<r0阶段，F做负功，分子动能减小，分子势能增大 C.在r<r0阶段，分子势能先增大后减小 D.在r=r0时，分子势能为0，动能最大 √ 解析：在r>r0阶段，分子间的作用力表现为引力，相互接近过程中，F做正功，分子动能增大，分子势能减小，所以A错误；在r<r0阶段，分子间的作用力表现为斥力，相互接近过程中，F做负功，分子动能减小，分子势能增大；在r=r0时，分子势能最小，且一定小于0，动能最大，所以B正确，C、D错误。 逐点清(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。 多维度理解 动能 分子势能 热运动 3.内能的决定因素 (1)宏观因素：物体内能的大小由物质的量、______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___________和分子间的距离三个因素决定。 温度 平均动能 1.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 续表 2.物态变化对内能的影响 一些物体在物态发生变化时，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。 1.关于物体的内能，下列叙述中正确的是 (　　) A.温度高的物体比温度低的物体内能大 B.物体的内能不可能为0 C.内能相同的物体，它们的分子的平均动能一定相同 D.物体的内能与物体的温度、体积、物态和分子数都无关 全方位练明 √ 解析：物体内能的大小由物质的量、温度和体积三个因素共同决定，温度高的物体其内能不一定大，故A、D错误；由于分子一直在做无规则运动，因此，任何物体的内能不可能为0，故B正确；内能是物体内所有分子热运动所具有的动能和分子势能的总和，内能相同的物体，它们的分子的平均动能不一定相同，故C错误。 2.下列说法正确的是 (　　) A.物体运动速度大，物体内分子的动能一定大 B.物体运动速度大，物体的内能一定大 C.温度升高，分子热运动的平均动能一定增大，所有分子的速率都增大 D.物体内分子的平均动能与物体做机械运动的速度大小无关 √ 解析：分子的平均动能与机械运动的速度大小无关，故A错误，D正确；物体内能的大小与物体速度大小无关，故B错误；温度升高，分子热运动的平均动能一定增大，但不是所有分子的速率都增大，故C错误。 3.质量相同的0 ℃的冰和0 ℃的水相比较，下列说法正确的是 (　　) A.内能相同　　　　　 B.分子平均动能相同 C.分子势能相同 D.冰的分子势能较大 √ 解析：温度相等，所以分子平均动能相同，故B正确；0 ℃的冰变为水要吸收热能，所以相同质量的0 ℃的水比冰内能多，质量相同的0 ℃的水和冰，它们的分子个数相等，它们的分子平均动能相等，所以水比冰的分子势能大，故A、C、D错误。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 A级——基础达标 1.关于温度的概念，下列说法中正确的是(　　) A.温度是分子平均动能的标志，物体的温度高，则分子的平均动能大 B.温度是分子平均动能的标志，温度升高，则物体的每一个分子的动能都增大 C.当某物体内能增大时，则该物体的温度一定升高 D.甲物体的温度比乙物体高，则甲物体分子的平均速率比乙物体分子的平均速率大 √ 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 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，但有些分子的动能可能减小，A正确，B错误；内能增大，温度不一定升高，因为增加内能可以只增大分子势能，C错误；不同种类的分子，分子质量不一定相等，因此无法比较分子的平均速率大小，D错误。 1 2 3 4 5 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2.物体的内能包括 (　　) A.分子势能 B.重力势能 C.核能 D.化学能 解析：物体的内能为物体中所有的分子动能和分子势能的总和。故选A。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3.关于分子间的作用力和分子势能，下列说法正确的是 (　　) A.当分子间的作用力表现为引力时，分子之间只存在引力 B.当分子间距离为r0时，分子之间引力和斥力均为0 C.分子势能随分子间距离的减小而减小 D.当分子间距离为r0时，分子势能最小 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：当分子间的作用力表现为引力时，分子之间同时存在引力和斥力，引力大于斥力，故A错误；当分子间距离为r0时，分子之间引力和斥力大小相等，均不为0，故B错误；在分子间距离大于r0范围内，随着分子间距离的减小，分子势能逐渐减小；当分子间距离小于r0时，随着分子间距离的减小，分子势能逐渐增大；可知当分子间距离为r0时，分子势能最小，故C错误，D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 4.(2024·山东潍坊高二模拟)如图所示，甲、乙两完全相同 的铅块，表面磨平，使其紧密接触，两铅块就能结合在一起， 挂上铅块丙后，甲、乙仍未分离。下列说法正确的是 (　　) A.大气压强使甲、乙结合在一起 B.接触面上分子间的作用力表现为引力 C.甲的重力势能大，所以内能比乙的大 D.加挂丙后，接触面分子间的分子势能减小 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：两铅块表面磨平，使其紧密接触，因两铅块表面分子之间的距离较大，分子间作用力表现为引力，两铅块就能结合在一起，A错误，B正确；铅块的内能由温度和体积决定，与铅块相对地球的位置无关，C错误；加挂丙后，接触面分子间的距离变大，因此分子势能变大，D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 5.根据分子动理论，以下关于分子间的作用力和分子势能的说法中正确的是 (　　) A.当分子间距离为平衡距离r0时，分子具有最大势能 B.当分子间距离为平衡距离r0时，分子具有最小势能 C.当分子间距离为平衡距离r0时，引力和斥力都是最大值 D.当分子间距离为平衡距离r0时，引力和斥力都是0 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：当分子间距离r>r0时，分子间的作用力表现为引力，分子之间的距离增大时，分子间的作用力做负功，分子势能增大；相反，当r<r0时，分子间的作用力表现为斥力，分子间距离减小时，分子间的作用力做负功，分子势能增大，故可知当分子间距离为r0时，分子具有最小势能，A错误，B正确；当分子间距离为平衡距离r0时，引力和斥力大小相等，不是最大值，也不是0，C、D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 6.(2024·上海徐汇高二检测)当两分子逐渐靠近时，它们之间的作用力一开始表现为引力，且大小先变大后变小，之后表现为斥力。以下判断正确的是 (　　) A.当两分子逐渐靠近时，分子间的作用力先做负功再做正功 B.当两分子逐渐靠近时，分子间的作用力对应的势能始终增大 C.当两分子逐渐靠近时，分子间的作用力对应的势能先减小后增大 D.当两分子逐渐靠近时，分子平均热运动的能量一直增加 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：分子间的作用力F随分子间距离r的关系 如图所示，r1处分子间的作用力为0，从r3逐渐减小到 r1过程中，分子间的作用力表现为引力，分子间的作 用力做正功，分子势能减小，到r1处减为0；从r1处继续减小的过程中，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，故A、B错误，C正确； 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 当从r3逐渐减小到r1过程中，分子间的作用力表现为引力，分子间的作用力做正功，分子势能减小，分子动能增大，即分子平均热运动的能量增加；从r1继续减小过程中，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，分子动能减小，即分子平均热运动的能量减小，故D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 7.如图所示为两分子系统的势能Ep与两分子间距离r 的关系曲线，下列说法正确的是 (　　) A.当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力 B.当r等于r2时，分子间的作用力表现为斥力 C.当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力 D.在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做负功 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：由于分子间距离等于r0时分子势能最小，结合题图可知r2=r0；当r=r2时，分子间的作用力为0；当r小于r2时，分子间的作用力表现为斥力；当r大于r2时，分子间的作用力表现为引力，A、B错误，C正确；在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力表现为斥力，分子间距离增大，可知分子间的作用力做正功，分子势能减小，D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 8.(多选)回收宇宙飞船的过程中，飞船在轨道上运行的高度逐渐降低，进入大气层，最后安全着陆。由于与大气的高速摩擦，使得飞船壳体外表温度上升到近两千摄氏度，从分子动理论和能量方面，下列理解正确的是 (　　) A.飞船壳体材料每个分子的动能均增加 B.飞船壳体材料分子的平均动能增加 C.飞船的内能向机械能转化 D.飞船的机械能向内能转化 2 3 4 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：飞船壳体外表温度升高，分子的平均动能增加，但不是每个分子的动能均增加，A错误，B正确；飞船的高度逐渐降低，与大气高速摩擦，机械能向内能转化，C错误，D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 9.关于内能、温度和分子的平均动能，下列说法正确的是 (　　) A.物体的温度越低，则物体的内能一定越小 B.物体的温度越低，则物体分子的平均动能一定越小 C.物体的内能可以为零 D.物体做加速运动，由于速度越来越大，因此物体分子的平均动能越来越大 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：温度是分子平均动能的标志，温度低说明分子平均动能小，但内能不一定小，A错误，B正确；一切物体的分子都在永不停息地做无规则运动，所以一切物体都具有内能，C错误；物体的分子平均动能与物体的宏观运动无关，D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 10.比较45 ℃的热水和100 ℃的水蒸气，下列说法正确的是 (　　) 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 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 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；相同质量的热水和水蒸气，热水变成水蒸气需吸收热量，故热水的内能比相同质量的水蒸气的小，B正确；温度越高，分子热运动的平均速率越大，45 ℃的热水中的分子平均速率比100 ℃的水蒸气中的分子平均速率小，由于分子运动是无规则的，并不是每个分子的速率都小，C错误；温度越高，分子热运动越剧烈，D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 B级——综合应用 11.关于分子动理论及分子间的相互作用，下列叙述错误的是(　　) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 A.图1中曲线b是分子间的作用力随分子间距离的关系图，当r=r0时分子间的作用力为0 B.图2中当r等于r2时，分子势能最小 C.扩散现象说明分子间存在空隙 D.当阳光射入较暗的房间内，可以看到光束中有大量微粒在做无规则运动，此现象属于布朗运动 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：题图1中曲线b是分子间的作用力随分子间距离的关系图，当r=r0时分子间的作用力为0，故A正确；题图2中当r等于r2时，分子势能最小，故B正确；扩散现象说明物质分子永不停息地做无规则运动，且分子间存在空隙，故C正确；当阳光射入较暗的房间内，可以看到光束中有大量微粒在做无规则运动，这是尘埃颗粒在气流作用下的一般无规则运动，布朗运动需用显微镜观察，肉眼无法直接观察，故D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 12.给一定质量的温度为0 ℃的水加热，在水的温度由0 ℃上升到4 ℃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 (　　) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 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 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：温度升高，分子平均动能增大。水由0 ℃上升到4 ℃时体积减小，这时水分子间的总势能增大，因此，吸收的热量一部分要用于克服分子间的结合力做功。故D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 13.两个分子M、N，固定M，将N由静止释放，N 仅在分子间的作用力作用下远离M，其速度和位移的 关系图像如图所示，则 (　　) A.N由x=0到x=x2过程中，M、N间作用力先表现为引力，后表现为斥力 B.N由x=x1到x=x2过程中，N的加速度一直减小 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 C.N由x=0到x=x2过程中，M、N系统的分子势能先减小后增大 D.N在x=x1时，M、N间作用力最大 解析：由题图可知，在x=x1处N分子的动能最大， 则分子间的作用力做功最多，分子势能最小，则x=x1处 为平衡位置，此时分子间的作用力为0；当x<x1时，分 子间的作用力表现为斥力；x>x1时，分子间的作用力表现为引力。N由x=0到x=x2过程中，M、N间作用力先表现为斥力，后表现为引力，A错误； 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 由于x= x1处为平衡位置，则根据F-x图，可知x1相当于F-x图的c点，则由x=x1到x=x2过程中，N所受的分子间的作用力F可能先增大后减小，则加速度可能先增大后减小，B错误；N由x=0到x=x2过程中，M、N系统的分子势能先减小后增大，C正确；N在x=x1时，M、N间作用力为0，D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 14.(多选)现有18 g水、18 g水蒸气和32 g氧气，在它们的温度都是100 ℃时 (　　) A.它们的分子数目相同，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，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 2 3 4 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：水和水蒸气相对分子质量相同，摩尔质量相同，总质量相同，故分子数相同，则N1=N2=×6.02×1023个=6.02×1023个，32 g氧气分子数为N3=×6.02×1023个=6.02×1023个，故N1=N2=N3，D错误；温度是分子热运动平均动能的标志，它们处于同一温度，故它们分子热运动的平均动能相同，A错误，B正确；物体的内能包括分子势能和分子热运动的动能，相等质量且温度相同时，水蒸气的分子势能比水大，故其内能比水大，C正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 15.(2024·重庆高二检测)将两个质量均为m的完全相同的分子A、B，从x轴上的坐标原点和r1处由静止释放，如图甲所示。图乙为这两个分子的分子势能随分子间距变化的图像，当分子间距分别为r1、r2和r0时，两分子之间的势能为E1、0和-E0，取间距无穷远时势能为0，整个运动除分子间的作用力外不考虑其他外力，下列说法正确的是 (　　) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 A.当分子B到达坐标r0时，两分子之间的作用力为0 B.分子B的最大动能为E1-E0 C.两分子从静止释放到相距无穷远的过程中，它们之间的分子势能先减小后增大再减小 D.当两分子间距无穷远时，分子B的速度为 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：两个完全相同的分子由静止释放后，A分子向左运动，B分子向右运动，运动性质完全相同，当它们之间距离为r0时，分子势能最小，分子间作用力为0，此时B向右移动Δx，则A向左移动Δx，则有Δx=，此时B分子的坐标应为xB=r1+Δx=，故A错误； 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 两分子之间势能为-E0时动能最大，减少的势能为ΔEp=E1-(-E0)=E1+E0，根据能量守恒定律，减小的势能转化为两分子的动能，故分子B的最大动能为EkB=，故B错误；分子势能是标量，且正负可以表示大小，故它们之间的分子势能是先减小后增大，故C错误；当分子间距无穷远时，减少的势能全部转化为两分子的动能，则E1=2×mv2，解得v=，故D正确。 2 3 4 $$