第1章 4 分子动能和分子势能(课件PPT)-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

第一章　分子动理论 4　分子动能和分子势能 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 预习案 必备知识·问题导学 01 探究案 关键能力·互动探究 02 知能达标训练 04 提升案 随堂演练·基础落实 03 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 01 预习案 必备知识·问题导学 栏目导航 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 无规则运动 平均值 温度 栏目导航 第一章　分子动理论 1 相对位置 体积 距离 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 动能 分子势能 热运动 总数 物质的量 温度 体积 物质的量 温度 体积 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 大 大 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 02 探究案 关键能力·互动探究 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 03 提升案 随堂演练·基础落实 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 04 知能达标训练 栏目导航 栏目导航 第一章　分子动理论 1 谢谢观看 栏目导航 第一章　分子动理论 1 [学业要求] 1．了解什么是分子势能，了解分子势能与分子间的距离、分子力做功的关系。 2．知道什么是物体的内能，知道物体的内能跟物体的温度和体积有关。 3．了解内能和机械能的区别。 一、分子动能 阅读教材，并回答： 1．通过阅读简要说明，为什么不研究分子的动能而研究分子的平均动能呢？ 答案：见教材 2．分子的平均动能和温度间存在着怎样的定性关系？温度升高，物体内每个分子的动能都增大吗？ 答案：不是，温度升高分子的平均动能增大。 [概念·规律] 1．分子动能：由于分子永不停息地做______________而具有的能量。 2．分子的平均动能：所有分子动能的__________。 3．________是物体分子平均动能大小的标志。 二、分子势能 1．分子势能：由分子间的____________决定的能。 2．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。 三、物体的内能 阅读教材，并回答： 和重力势能、电势能类似，由于分子间存在着相互作用力，分子组成的系统具有分子势能。 根据教材图1.4­1如图1.4­2，回答下列问题。 (1)B分子从相距很远减小到r0时，分子间是斥力还是引力？分子力做正功还是负功？分子势能如何变化？ (2)B分子从r0继续向A分子运动，分子力是斥力还是引力？做什么功？分子势能如何变化？ 答案：(1)引力，分子力做正功，分子势能减小。 (2)斥力，分子力做负功，分子势能增大。 [概念·规律] 1．内能：物体中所有分子的热运动________与____________的总和。 2．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．相关因素 (1)物体所含的分子________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。 1．(多选)下列说法正确的是(　　) A．温度反映了每个分子热运动的剧烈程度 B．温度是分子平均动能的标志 C．温度升高时物体的每个分子的动能都将增大 D．分子的势能是由分子间相对位置决定的能量，随分子间距的变化而变化 答案　BD 2．(1)1千克10 ℃的水比10千克2 ℃的铁的分子的平均动能______。 (2)质量和体积一定的同种气体，温度高时气体的内能______。 探究点一　分子动能与分子势能 [交流讨论] 1．北方冬季寒风怒吼，风大表示空气分子的运动速度大，寒冷表示空气的温度低，即空气分子的平均动能小。二者是否矛盾？如何理解该现象？ 答案：分子动能是指分子的热运动具有的动能，风大是指空气分子定向运动的速度大，此动能不属于分子动能，属于机械能。物体静止在地面上，但分子依然不停地做无规则热运动，分子动能不是零。 2．在微观上，分子势能的大小由什么因素有关？若分子间距增大，你能判定分子势能是如何变化吗？ 答案：分子间的距离，不能。 3．分子间距发生变化，即物体体积变化，分子势能改变。若物体体积减小，分子势能如何变化？ 答案：若r <r0，物体体积减小，分子势能增大； 若r >r0，物体体积减小，分子势能减小。 4．若取无限远处和平衡位置处作为分子势能零点，试画出两种情况下分子势能Ep­r图像，并标出关键的坐标位置。Ep­r图像斜率表示什么？ 答案：如图，斜率表示分子间作用力。 [归纳总结] 1．分子动能 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 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。 　如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子从位置x3处由静止释放后仅在分子间相互作用力下沿x轴运动，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离x的变化关系如图中曲线所示，已知图中分子势能最小值为－E0，下列说法正确的是(　　) A．乙分子在位置x2时，加速度为0 B．乙分子在位置x1时，其动能最大 C．乙分子在位置x2时，动能等于E0 D．甲、乙分子的最小距离等于x1 [解析]　乙分子在位置 x2 时，分子势能最小，分子间距离为平衡距离，分子力为零，故加速度为零，此时速度最大，动能最大，由于从 x3 处(电势能不为零)静止释放后仅在分子间相互作用力下沿x轴运动，故分子势能和动能之和不变，为负值，因在x2处电势能为－E0，则此时(x2处)的动能小于 E0 ，故A正确，B、C错误；由于分子势能和动能之和不变，为负值，当乙分子运动到 x2 左侧某位置电势能与 x3 处相等时，其分子动能为零，此时两分子的距离最小，而后向分子间距变大的方向运动，因此甲乙分子的最小距离一定大于 x1 ，故D错误。 [答案]　A (多选)在例题中，若两分子所具有的总能量为0，其他条件不变，则下列说法中正确的是(　　) A．乙分子在x＝x2时，加速度最大 B．乙分子在x＝x2时，其动能为E0 C．乙分子在x＝x1时，处于平衡状态 D．乙分子的运动范围为x≥x1 答案　BD (多选)如图所示，甲分子固定于坐标原点O，乙分子位于横轴上，甲、乙两分子间引力、斥力及分子势能的大小变化情况分别如图中三条曲线所示，A、B、C、D为横轴上四个特殊的位置，E为两虚线a、b的交点。现把乙分子从A处由静止释放，则由图像可知(　　) A．虚线a为分子间斥力变化图线，交点E的横坐标代表乙分子到达该点时分子力为零 B．虚线b为分子间引力变化图线，表明分子间引力随距离增大而减小 C．实线c为分子势能的变化图线，乙分子到达C点时分子势能最小 D．乙分子从A到C的运动过程中一直做加速运动 [解析]　分子间的引力和斥力都随分子间距离r的增大而减小，随分子间距离r的减小而增大，但斥力变化得快，故虚线a为分子间斥力变化图线，虚线b为分子间引力变化图线，交点E说明分子间的引力、斥力大小相等，分子力为零，选项A、B正确；实线c为分子势能的变化图线，乙分子到达B点时分子势能最小，为负值，选项C错误；乙分子从A到C的运动过程中，分子力先表现为引力，到达B点后表现为斥力，所以乙分子先做加速运动，后做减速运动，选项D错误。 [答案]　AB ●核心素养·思维升华 (1)分子势能为零和分子势能最小的含义不同，前者与选择的零势能点有关，而后者的位置确定在r＝r0处。 (2)由于物体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。 (3)势能的大小与距离的关系有一个共同的规律：不论是重力势能、弹性势能、分子势能，还是电势能，当相对位置发生变化时，相互作用力如果做正功，则势能减小；相互作用力如果做负功，则势能增大。 1．(多选)如图甲、乙所示，分别表示两分子间的作用力、分子势能与两分子间距离的关系。分子a固定在坐标原点O处，分子b从r＝r4处以某一速度向分子a运动(运动过程中仅考虑分子间作用力)，假定两个分子的距离为无穷远时它们的分子势能为0，则(　　) A．图甲中分子间距从r2到r3，分子间的引力增大，斥力减小 B．分子b运动至r3和r1位置时动能可能相等 C．图乙中r5一定大于图甲中r2 D．若图甲中阴影面积S1＝S2，则两分子间最小距离小于r1 解析　题图甲中分子间距从r2到r3，分子间的引力、斥力均减小，分子力合力增大，故A错误；分子b从r3到r2和从r2到r1两过程，若图像与横轴所围面积相等，则分子力做功为0，动能变化量为0，分子b在r3和r1两位置时动能可能相等，故B正确；题图甲中r2处分子力合力为0，分子b在此处分子势能最小，应对应题图乙中r6处，即题图乙中r5一定小于题图甲中r2，故C错误；若题图甲中阴影面积S1＝S2，则分子b从r4到r1过程分子力做功为0，分子b在r4处速度不为0，则分子b在r1处速度不为0，将继续运动靠近分子a，故D正确。 答案　BD 探究点二　内能 1．内能与机械能的比较 能量名称 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 2．内能的决定因素 (1)宏观因素：物体内能的大小由物质的量、物体温度和体积三个因素决定。 (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。 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。 　关于物体的内能，下列说法正确的是(　　) A．一壶热水的内能一定比一壶冷水的内能大 B．当温度等于0 ℃时，分子动能为零 C．分子间距离为r0时，分子势能为零 D．温度相等的氢气和氧气，它们的分子平均动能相等 [解析]　物体内能与温度、体积以及物质的量有关，一湖水的物质的量远大于一壶水，故壶中水虽然温度高，但内能不一定大于湖中冷水，A错误；物体在任何温度下都具有分子动能，B错误；分子势能的零势能面是任意设定的，若设无穷远处为零，则分子间距离为r0时，分子势能小于零，C错误；温度是分子平均动能的标志，相同温度下，分子的平均动能相等，D正确。 [答案]　D ●核心素养·思维升华 比较物体内能的大小和判断内能改变的方法 具体比较和判断时，必须抓住物体内能的大小与分子总数、温度、物体的体积及物态等因素有关，结合能量守恒定律，综合进行分析。 (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。 2．下列关于物体内能的说法，正确的是(　　) A．0 ℃的水比0 ℃的冰的内能大 B．物体运动的速度越大，则内能越大 C．水的分子的内能比冰的分子的内能大 D．100 g、0 ℃的冰比100 g、0 ℃的水的内能小 解析　物体的内能还与物质的量有关，A错误；宏观物体的速度与分子的动能无关，故与物体的内能也无关，B错误；研究单个分子的内能没有意义，C错误；相同质量的0 ℃的冰变成0 ℃的水，要吸热，故内能增加，D正确。 答案　D 1．下列说法正确的是(　　) A．在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 解析　温度是分子平均动能的标志，内能是所有分子热运动动能和分子势能的总和，故温度不变时，内能可能变化，A项错误；两物体温度相同，内能可能不同，分子的平均动能相同，但分子的平均速率可能不同，故D项正确；最易出错的是认为有热量从A传到B，A的内能肯定大，其实有热量从A传到B，只说明A的温度高，内能大小还要看它们的总分子数和分子势能这些因素，故C项错误；机械运动的速度与分子热运动的平均动能无关，故B项错误。 答案　D 2．(分子动能)下列有关“温度”的概念的说法正确的是(　　) A．温度反映了每个分子热运动的剧烈程度 B．温度是分子平均动能的标志 C．一定质量的某种物质，内能增加，温度一定升高 D．温度升高时物体的每个分子的动能都将增大 解析　温度是分子平均动能的标志，而对某个确定的分子来说，其热运动的情况无法确定，不能由温度反映，故A、D错，B对；温度不升高而仅使分子的势能增加，也可以使物体内能增加，冰融化为同温度的水就是一个例证，故C错。 答案　B 3．(分子势能)下列关于分子力和分子势能的说法正确的是(　　) A．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大 B．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小 C．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大 D．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小 解析　当分子力表现为引力时，分子间距离增大，分子力做负功，分子势能增大，所以A、B错误；当分子力表现为斥力时，分子间距离减小，分子力增大，分子力做负功，分子势能增大，所以C正确，D错误。 答案　C 4．假定两个分子的距离为无穷远时，它们的分子势能为0，两个分子间作用力的合力F、分子势能EP与分子间距离r的关系如图甲和乙所示，下列说法正确的是(　　) A．在r由无穷远到趋近于r0的过程中，F先做负功后做正功 B．在r由无穷远到趋近于r0的过程中，F先做正功后做负功 C．在r由r0趋近于0的过程中，F做负功，EP先变小再变大 D．在r由r0趋近于0的过程中，F做负功，EP变大 解析　在r由无穷远到趋近于r0的过程中，分子力表现为引力，引力一直做正功，故AB错误；在r由r0趋近于0的过程中，分子力表现为斥力，斥力一直做负功，分子势能增大，故C错误，D正确。 答案　D $$