第1章 4.分子动能和分子势能-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册创新导学案word（人教版2019）

令学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 4.分子动能和分子势能 孩心象养定位 1.知道什么是分子动能，知道温度是分子热运动的平均动能的标志。2知道什么是分子势能， 知道分子势能与分子间距离和物体体积的关系。3.知道什么是物体的内能，知道决定物体内 能大小的因素。 课前自主学习 分子动能 1.定义：分子由于sp1O1)不停地做无规则运动而具有的动能。 2.分子热运动的平均动能：所有分子的动能的spl02)平均值。 3.温度的微观含义：温度是sp103)分子热运动的平均动能的标志。 二分子势能 1.定义：分子间存在着相互作用力，可以证明分子间的作用力所做的功与路径s吧0)无 关，分子组成的系统具有分子势能。 2.分子势能的大小：分子间的作用力做正功，分子势能sp102减小：分子间的作用力做 负功，分子势能spl03增大；当r=%时，分子势能spl04最小 3.分子势能的决定因素 (1)微观上：分子势能的大小由分子间的sp105)相对位置决定。 (2)宏观上：分子势能与物体的spl06)体积有关。 三物体的内能 1.定义：物体中所有分子的热运动supl(0)动能与spl02)分子势能的总和。 2.决定因素 (1)分子热运动的平均动能与spl03)温度有关。 (2)分子势能与物体的sp1104体积有关。 (3)物体的内能由spl05)物质的量、spl06)温度、spl07)体积共同决定。 。课前检测 判一判 (1)物体做加速运动时，分子动能越来越大。() 享学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 (2)温度高的物体，分子的平均动能一定大。() (3)分子势能可以为正值、负值、零值。() (4)物体所处的位置越高，分子势能就越大，内能也越大。() (⑤)物体的温度越高，内能越大。() 提示：(1)×(2)N(3)V(4×(⑤× 课堂探究评价 探究1分子动能 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 师生互动 活动1：我们知道运动的物体具有动能，如图，做无规则热运动的分子具有动能吗？ 提示：具有。 活动2：在热现象的研究中，研究单个分子的动能意义不大，能定义一个与分子数多少无关 的动能吗？ 提示：可以定义所有分子的动能的平均值，即分子热运动的平均动能。 活动3：从扩散现象和布朗运动可知，温度升高时分子的热运动加剧，结合活动2，能猜想到 什么？ 提示：温度升高时分子热运动的平均动能增大，即温度是分子热运动的平均动能的标志。 得出结论 1.单个分子的动能 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，就是同一个分子， 在不同时刻的动能也是不同的，所以研究单个分子的动能意义不大。 2.分子热运动的平均动能 (①)热现象研究的是大量分子运动的宏观表现，重要的是物体内所有分子热运动的平均动能。 (②)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。 享学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 ①物体的温度升高，分子的平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大，有的分子的动能 可能减小或不变，但总体上所有分子的动能之和一定增加。 ②在相同温度下，各种物质分子热运动的平均动能都相同，由于不同物质分子的质量不一定 相同，因此相同温度下不同物质分子热运动的平均速率不一定相同。 实践提升 例】现有一个铁块和一个铝块，它们的质量和温度均相同，下列说法正确的是( A.两个金属块中每个分子热运动的动能都相等 B,两个金属块中分子的平均动能相等 C.两个金属块中分子的总动能相等 D.两个金属块中分子的平均速率相等 [实践探究](1)温度的微观意义是什么？ 提示：温度是分子热运动平均动能的标志，温度相同，则分子的平均动能相同。 (2)分子的总动能等于什么？ 提示：分子的平均动能乘以总分子数。 [规范解答]两金属块的温度相同，则两个金属块中分子的平均动能相等，但并非两个金属 块中每个分子热运动的动能都相等，A错误，B正确：两金属块的质量相同，摩尔质量不同， 则物质的量不同，分子数不同，可知两个金属块中分子的总动能不相等，C错误；两金属块 中分子的质量不相同，可知两个金属块中分子的平均速率不相等，D错误。 [答案]B ☒规律点拨 分子平均动能与分子平均速率的区别与联系 对同一种分子，分子的平均动能k=12m,而分子的平均速率为，可知12m2:但 k与成正相关关系。 [变式训练1]关于分子动能，下列说法正确的是() A.某种物体的温度是0℃，说明物体中分子热运动的平均动能为零 B.物体温度升高时，每个分子的动能都增大 C.物体温度升高时，速率小的分子数目或少，速率大的分子数目增多 D.物体的运动速度越大，则物体的温度越高 3 享学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 答案C 解析某种物体的温度是0℃，物体中分子热运动的平均动能并不为零，因为分子在永不停 息地运动，A错误：当温度升高时，分子的热运动变剧烈，速率小的分子数目减少，速率大 的分子数目增多，分子热运动的平均动能增大，但并不是每个分子的动能都增大，B错误， C正确：物体的运动速度越大，说明物体的动能越大，这并不能代表物体内部分子的热运动 越刷烈，则物体的温度不一定越高，D错误。 探究2分子势能物体的内能 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 甲两个分子相互作用的示意刻乙分子创作用力与分子 间距离的关系 师 生互动 活动1：分子间存在着相互作用力，可以证明分子间的作用力所做的功与路径无关，则分子 组成的系统具有什么形式的能？ 提示：分子势能。 活动2：如图甲，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。试结合图乙F-关系图像由功能关系分析分子 势能的变化情况。 提示：当分子B向分子A靠近，分子间距离r大于时，分子间的作用力表现为引力，力的 方向与分子的位移方向相同，分子间的作用力做正功，分子势能减小。 当分子间距离r减小到%时，分子间的作用力为0，分子势能减到最小。 越过平衡位置%后，分子B继续向分子A靠近，分子间的作用力表现为斥力，力的方向与 分子的位移方向相反，分子间的作用力做负功，分子势能增大。 活动3：根据以上分析，请在图乙的基础上画出分子势能E,随分子间距离r变化的图像（取无 穷远处分子势能为0)。 提示：由以上分析可知，如果选定分子间距离r为无穷远时的分子势能E,为O,则根据图乙 所做的分子势能E随分子间距离”变化的情况如图所示。分子势能E。随分子间距离”的变 享学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b2xXk.com○ 您身边的互联网+教辅专家 化有最小值，即当r=%时，分子势能最小。 活动4：从宏观上看，分子势能与什么有关？ 提示：物体的体积变化时，分子间距离将发生变化，因而分子势能随之改变。可见，分子势 能与物体的体积有关。 活动5：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，称为物体的内能。从宏观上看， 物体的内能与什么有关？ 提示：因为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，所以从宏观上 看，物体的内能与物体的温度、体积、物质的量有关。 得出结论 1.分子势能与分子间距离有关 分子势能的大小随分子间距离的变化规律，在平衡位置（女=）两侧是有所不同的： ()当>%时，分子间作用力表现为引力，随着r的增加，需不断克服分子间引力做功，分子 势能增大： (2)当心时，分子间作用力表现为斥力，随着r的减小，需不断克服分子间斥力做功，分子 势能增大： (③)当r=%时，分子间作用力为零，分子势能有最小值。 分子势能随分子间距离的变化类似于弹簧，弹簧在原长的基础上无论拉伸还是压缩，弹性势 能都会增大。 一般规定无穷远处（一∞）分子势能为零，这时分子势能曲线如图所示。 5 享学科网书城国 品牌书店·知名教辅·正版资源 b2XXk.com□ 您身边的互联网+教辅专家 >特别提醒 ①分子间作用力做功是分子势能变化的唯一原因。 ②分子势能与重力势能、弹性势能、电势能一样，都是与某种力对应，由相对位置决定，且 相应力做的功等于对应势能的减小量。 ③分子势能最小与分子势能为零绝不是一回事，分子势能是标量，其正、负代表大小，如E =-10J小于E,=5J。 2.分子势能与物体的体积有关 物体的体积发生变化时，分子间距离也发生变化，因而分子势能也随之发生变化。 例如，同样是物体体积增大，有时体现为分子势能增大（在>%范围内），有时体现为分子势 能减小（在。范围内）：一殷我们说，物体体积变化了，其对应的分子势能也变化了。 3.分子热运动的（平均）动能、分子势能、物体的内能对比 定义 微观决定因素 宏观决定因素 分子热运动的 分子由于无规则运动所具 分子无规则运动的剧烈程 温度 (平均)动能 有的能 度 分子间存在相互作用力， 分子势能 因此分子系统具有由它们 分子间距离 物体的体积 的相对位置所决定的能 物体中所有分子的热运动 分子数、分子热运动的剧烈 物质的量、温度、 物体的内能 动能与分子势能的总和 程度和分子间距离 体积 4.内能和机械能的区别和联系 项月 内能 机械能 常见形式 分子的热运动动能、分子势能 物体动能、重力势能或弹性势能 物体内大量分子的热运动和分子 物体做机械运动、物体发生弹性形变、被 存在原因 间存在相互作用力 举高 物体的质量、机械运动的速度、离地高度 影响因素 物质的量、物体的温度和体积 弹性形变量、劲度系数 6 令学科网书城圆 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 联系 在一定条件下可以相互转化 实践提升 例2（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 用力与两分子间的距离的关系如图中曲线所示。F0为斥力，F<0为引力。a、b、c、d为x 轴上的四个特定的位置。现把乙分子从α处由静止释放，向左最远运动到d,则() A.乙分子由a到b做加速运动，由b到c做减速运动 B.乙分子由a到c做加速运动，到达c时速度最大 C.乙分子由a到b的过程中，两分子间的分子势能一直减小 D.乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能一直增大 [实践探究(1)在乙分子运动的过程中，分子间作用力对乙分子做功情况怎样？ 提示：先做正功后做负功。 (2)分子间作用力做功与分子势能有什么关系？ 提示：W分子力=一△E,。分子间作用力做正功，分子势能减小：分子间作用力做负功，分子 势能增大。 [规范解答乙分子由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c 时速度达到最大，而后受甲的斥力作用做减速运动，A错误，B正确。乙分子由α到b的过 程中所受引力做正功，分子势能一直减小，C正确。乙分子由b到c的过程中，引力做正功， 分子势能减小，由c到d的过程中，克服斥力做功，分子势能增大，故D错误。 [答案]BC ☒规律点拨 分子势能图像问题的解题技巧 首先要明确分子势能、分子间作用力与分子间距离关系图像中拐点与交点意义的不同。分子 势能图像的最低点（最小值）对应的距离是分子间平衡距离。，而分子间作用力图像的最低点 (引力最大值)对应的距离大于：分子势能图像与r轴交点对应的距离小于，而分子间作用 力图像与r轴交点对应的距离表示平衡距离 7 令学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b2XXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 其次要把图像上的信息转化为分子间距离，再求解其他问题。 [变式训练2一1]分子a固定在x轴上的O点，另一分子b由无穷远处只在分子力的作用下 沿x轴负方向运动，其分子势能随两分子距离的变化规律如图所示。下列说法正确的是() E -E A.从无穷远处到x=2处，分子b的速度先增大后减小 B.从无穷远处到x=龙处，分子b的加速度先增大后减小 C.分子b在x=处，两分子间的作用力最大 D.分子b在x=处，两分子间的作用力为零 答案B 解析由题图可知，从无穷远处到x=处，分子势能不断减小，故分子间作用力对分子b 一直做正功，分子b的动能一直增大，速度一直增大，A错误：分子b在x=处时分子势 能最小，所以x=处为平衡位置处，则从无穷远处到x=,处，两分子间的作用力表现为引 力，先增大后减小，在x=处为0，由牛顿第二定律可知，分子b的加速度先增大后减小， B正确，C错误：在x=,处，两分子间的作用力表现为斥力，不为零，D错误。 [变式训练2一2】关于物体的内能，下列说法正确的是() A。相同质量的两种物质，升高相同的温度，内能的增加量一定相同 B.物体的内能改变时温度也一定改变 C.内能与物体的温度有关，所以0℃的物体没有内能 D.分子数和温度相同的物体不一定具有相同的内能 答案D 解析温度只能影响分子热运动的平均动能，因此相同质量的两种物质，升高相同的温度， 内能的增加量不一定相同，故A错误；同一物体的内能取决于物体的温度、体积以及物态等， 物体的内能改变时温度不一定改变，故B错误；一切物体在任何温度下都具有内能，因此0℃ 的物体仍具有内能，故C错误：物体的内能取决于物体的温度、体积以及分子数，所以分子 数和温度相同的物体不一定具有相同的内能，故D正确。 享学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b2XXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 科学思维 微元累积思维、比较思维在分子力问题中的应用 本章第1节我们学过分子间作用力随分子间距离变化的关系曲线图，根据功能关系，借助微 元累积思维，就能大致画出分子势能曲线图。而根据功能关系，借助变化率的概念（比较思维） 及极限思维，可知E。-r曲线的斜率表示一FF为分子力)，由此可根据E。-r曲线大致画出F-r 曲线。 例用油膜法估测油酸分子的大小”实验中油膜的形成是分子力的作用效果。图甲为分子力F 随分子间距r的变化图线，图乙为某同学参照图甲所作的分子势能E,随分子间距r的变化图 线。请你对图乙的合理性作出分析，填在表格相应的位置中。 fi日ar3 乙 指出合理或不合理之处并简述理由 合理之处 不合理之处 [规范解答]合理之处：=%处E。最小。理由：>n时，随着r减小，分子引力做正 功，分子势能减小；r<时，随着r减小，分子斥力做负功，分子势能增大；所以=处 Ep应最小。 不合理之处：①r=n处E,=0不合理。理由：分子力做的功W=F△r=一△Ep,则F-r图像 与r轴围成图形的面积表示分子势能的变化量大小，故r=n处的E。应比一o处的E,小， 9 令学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b2xXk.com○ 您身边的互联网+教辅专家 即应该小于0，而不应该等于0。 ②在r>%范国内，r=2处E-r图像的斜率应最大。理由：分子力做的功W=F△r=一△E。, 所以EpT图像斜率的绝对值表示分子力F的大小：由图甲可知，在r>%范围内，r=2处F 最大，则r=2处E。T图像的斜率应最大。 [答案]见规范解答 [方法感悟]比较思维常用于分析物理图像的斜率，微元累积思维常用于分析物理图像的面 积，在力学、电学、热学中的应用很普遍，应熟练掌握，能做到融类旁通。 课后课时作业 A组⊙合格性水平训练 1.(温度、分子动能)下列说法中正确的是( A.温度是分子平均动能的标志，物体的温度越高，则分子的平均动能越大 B.温度是分子平均动能的标志，物体的温度升高，则物体的每一个分子的动能都增大 C,某物体当其内能增大时，则该物体的温度一定升高 D.甲物体的温度比乙物体的温度高，则甲物体内分子的平均速率比乙物体内分子的平均速 率大 答案A 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，但不是每个分子的动 能都增大，A正确，B错误：物体内能增大，可能只是分子势能增大，分子的平均动能不变， 这时温度不变，故C错误；甲物体的温度比乙物体的温度高，则甲物体内分子的平均动能比 乙物体内分子的平均动能大，由于甲、乙两物体的分子质量关系不确定，故无法确定甲、乙 两物体内分子的平均速率关系，D错误。 2.(温度、分子动能（多选）有一块铜温度升高了，下列说法中正确的是() A.铜块内所有分子的动能都增大了 B.铜块内分子的平均动能增大了 C.铜块内茱些分子的动能可能减小了 D,铜块内分子的平均速率增大了 答案BCD 解析温度是分子热运动平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增大，但并不能说明 10