第一章 4. 分子动能和分子势能-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步学习方案（人教版2019）

第一章分子动理论© A.一定增大 B.气体分子向水平方向运动的数目少，则 B.一定减小 侧壁的压强小 C.可能增大，也可能减小 C.由于氧气的重力会对下部器壁产生一 D.可能不变 个向下的压力，因此下部器壁的压强大 D.气体分子向各个方向运动的可能性相 3.对于封闭在大型气罐内的氧气对器壁的压 同，撞击情况相同，器壁各处的压强 强，下列说法正确的是 ( ) 相等 A.由于分子向上运动的数目多，因此上部 温 器壁的压强大 示 请完成【知能达标训练】作业（二） 4分子动能和分子势能 [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。 预习案必备知识·问题导学 /通教材·理知识·素养初成 一、分子动能 2.决定因素 阅读教材，并回答： (1)宏观上：分子势能的大小与物体的 1.通过阅读简要说明，为什么不研究分子的 有关。 动能而研究分子的平均动能呢？ (2)微观上：分子势能与分子之间的 有关。 三、物体的内能 2.分子的平均动能和温度间存在着怎样的 阅读教材，并回答： 定性关系？温度升高，物体内每个分子 和重力势能、电势能类似，由于分子间存在 的动能都增大吗？ 着相互作用力，分子组成的系统具有分子 势能。 根据教材图1.4-1如图1.4-2，回答下列 [概念·规律] 问题。 1.分子动能：由于分子永不停息地做 (1)B分子从相距很远减小到r。时，分子间 而具有的能量。 是斥力还是引力？分子力做正功还是负 2.分子的平均动能：所有分子动能的 功？分子势能如何变化？ 3. 是物体分子平均动能大小的 (2)B分子从T。继续向A分子运动，分子 标志。 力是斥力还是引力？做什么功？分子势能 二、分子势能 如何变化？ 1.分子势能：由分子间的 决定 的能。 17 ©物理·选择性必修第三册（配RJ版） [概念·规律] [自我诊断] 1.内能：物体中所有分子的热运动 1.(多选)下列说法正确的是 与 的总和。 A.温度反映了每个分子热运动的剧烈 2.普遍性：组成任何物体的分子都在做无规 程度 则的 ,所以任何物体都具有内能。 B.温度是分子平均动能的标志 3.相关因素 C.温度升高时物体的每个分子的动能都 (1)物体所含的分子 由 将增大 决定。 (2)分子热运动的平均动能由 D.分子的势能是由分子间相对位置决定 决定。 的能量，随分子间距的变化而变化 (3)分子势能与物体的 有关。故 2.(1)1千克10℃的水比10千克2℃的铁 物体的内能由 的分子的平均动能 共同决定，同时受物态变化的 (2)质量和体积一定的同种气体，温度高时 影响。 气体的内能 探究案关键能力·互动探究 /析考点·悟规律·素养提升 探究点一分子动能与分子势能 [交流讨论] [归纳总结] 1.北方冬季寒风怒乳，风大表示空气分子的 1.分子动能 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 (1)物体由大量分子组成 何理解该现象？ (2)分子在永不停息地做无规则热运 单个 动，每个分子的动能大小不同，并且 分子 时刻在变化 2.在微观上，分子势能的大小由什么因素有 的动能 (3)热现象是大量分子无规则运动的 关？若分子间距增大，你能判定分子势能 宏观表现，探究个别分子的动能没有 是如何变化吗？ 实际意义 (1)温度是大量分子无规则热运动的 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 宏观表现，具有统计意义，温度升高， 何变化？ 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 分子的 可能增大，也可能减小，但总体上所 平均 4.若取无限远处和平衡位置处作为分子 有分子的动能之和一定是增加的 动能 势能零点，试画出两种情况下分子势能 (2)虽然同一温度下，不同物质的分 E。r图像，并标出关键的坐标位置。 子热运动的平均动能相同，但由于不 E。T图像斜率表示什么？ 同物质的分子质量不尽相同，平均速 率大小一般不相同 18 第一章分子动理论© 2.分子势能与分子间距离的关系 例2 (多选)如图所 F(E) (1)当r>r。时，分子力表现为引力，若r增 示，甲分子固定于坐标 大，需克服引力做功，分子势能增大。 原点O,乙分子位于横 (2)当r<r。时，分子力表现为斥力，若r减 轴上，甲、乙两分子间 小，需克服斥力做功，分子势能增大。 引力、斥力及分子势能的大小变化情况分 (3)当r=r。时，分子力为零，分子势能 别如图中三条曲线所示，A、B、C、D为横 最小。 轴上四个特殊的位置，E为两虚线a、b的 w=100m 交点。现把乙分子从A处由静止释放，则 =10r 由图像可知 () 0 r=10ro 引力<斥力 引力=斥力 引力>斥力 引力=斥力=0 表现为斥力 合力=0 A.虚线a为分子间斥力变化图线，交点E 表现为引力 合力=0 的横坐标代表乙分子到达该点时分子 r<o,r减小 r>ro,r增大 斥力做负功 E。最小 引力做负功 力为零 E,增加 E,增加 B.虚线b为分子间引力变化图线，表明分 例1 如图所示，甲分子固定在坐标原 子间引力随距离增大而减小 点O,乙分子从位置x3处由静止释放后仅 C.实线c为分子势能的变化图线，乙分子 在分子间相互作用力下沿x轴运动，两分 到达C点时分子势能最小 子间的分子势能E。与两分子间距离x的 D.乙分子从A到C的运动过程中一直做 变化关系如图中曲线所示，已知图中分子 加速运动 势能最小值为一E。,下列说法正确的是 ○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=r。处。 (2)由于物体分子间距离变化的宏观表现为物体 0 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 A.乙分子在位置x2时，加速度为0 大，分子势能就越大，因为分子势能除了与物体 B.乙分子在位置x1时，其动能最大 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 C.乙分子在位置x2时，动能等于E。 律：不论是重力势能、弹性势能、分子势能，还是 D.甲、乙分子的最小距离等于x 电势能，当相对位置发生变化时，相互作用力如 ●变式 果做正功，则势能减小：相互作用力如果做负功， (多选)在例题中，若两分子所具有的总能 则势能增大。 量为0，其他条件不变，则下列说法中正确 。针对训练 的是 ( 1.(多选)如图甲、乙所示，分别表示两分子间 A.乙分子在x=x2时，加速度最大 的作用力、分子势能与两分子间距离的关 B.乙分子在x=x2时，其动能为E。 系。分子a固定在坐标原点O处，分子b C.乙分子在x=x1时，处于平衡状态 从r=r4处以某一速度向分子a运动（运 D.乙分子的运动范围为x≥x 动过程中仅考虑分子间作用力)，假定两个 19 ©物理·选择性必修第三册（配RJ版） 分子的距离为无穷远时它们的分子势能 A.图甲中分子间距从r2到r3,分子间的 为0，则 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r；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 探究点二 内能 1.内能与机械能的比较 3.物态变化对内能的影响 能量名称 一些物质在物态发生变化时，如冰的熔化、 内能 机械能 水在沸腾时变为水蒸气，温度不变。此过 对应的运动形式微观分子热运动 程中分子的平均动能不变，由于分子间的 宏观物体机械运动 距离变化，分子势能变化，所以物体的内能 物体的动能、重 能量常见 分子动能、分 变化。 力势能或弹性 的形式 子势能 例3关于物体的内能，下列说法正确 势能 的是 ( 由物体内大量 由物体做机械运 A.一壶热水的内能一定比一壶冷水的内 能量存在 分子的无规则 动、与地球相对位 能大 的原因 热运动和分子 置或物体形变 B.当温度等于0℃时，分子动能为零 间相对位置决定 决定 C.分子间距离为x。时，分子势能为零 物体做机械运动 D.温度相等的氢气和氧气，它们的分子平 物质的量、物 的速度、离地高度 均动能相等 影响因素 体的温度和 (或相对于零势能 ©核心素养·思维升华 体积 面的高度)或弹性 比较物体内能的大小和判断内能改变的方法 形变 具体比较和判断时，必须抓住物体内能的大 一定条件下可 小与分子总数、温度、物体的体积及物态等因素 是否为零 永远不能等于零 以等于零 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 联系 在一定条件下可以相互转化 M相等)，物体所含分子数n就一定； 2.内能的决定因素 (2)当物体温度一定时，物体内部分子的平均动 (1)宏观因素：物体内能的大小由物质的 能就一定； (3)当物体的体积不变时，物体内部分子间的相 量、物体温度和体积三个因素决定。 对位置就不变，分子势能也不变； (2)微观因素：物体内能的大小由物体所含 (4)当物体发生物态变化时，要吸收或放出热量， 的分子总数、分子热运动的平均动能和分 使物体的温度或体积发生改变，物体的内能也随 子间的距离三个因素决定。 之变化。 20 第一章分子动理论© ○针对训练 B.物体运动的速度越大，则内能越大 2.下列关于物体内能的说法，正确的是 C.水的分子的内能比冰的分子的内能大 ( D.100g、0℃的冰比100g、0℃的水的内 A.0℃的水比0℃的冰的内能大 能小 提升案随堂演练·基础落实 /夯基础·提技能·素养达成 1.下列说法正确的是 ( C.当分子力表现为斥力时，分子力和分子 A.在铁块熔化成铁水的过程中，温度不 势能总是随分子间距离的减小而增大 变，内能也不变 D.当分子力表现为斥力时，分子力和分子 B.物体运动的速度增大，则物体中分子热 势能总是随分子间距离的减小而减小 运动的平均动能增大，物体的内能增大 4.假定两个分子的距离为无穷远时，它们的 C.A、B两物体接触时有热量从物体A传 分子势能为0，两个分子间作用力的合力F、 到物体B,这说明物体A的内能大于物 体B的内能 分子势能Ep与分子间距离r的关系如图 D.A、B两物体的温度相同时，A、B两物 甲和乙所示，下列说法正确的是() 体的内能可能不同，分子的平均速率也 可能不同 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 A.在r由无穷远到趋近于r。的过程中，F C.一定质量的某种物质，内能增加，温度 先做负功后做正功 一定升高 B.在r由无穷远到趋近于r。的过程中，F D.温度升高时物体的每个分子的动能都 将增大 先做正功后做负功 3.(分子势能)下列关于分子力和分子势能的 C.在r由r。趋近于0的过程中，F做负 说法正确的是 ( 功，E。先变小再变大 A.当分子力表现为引力时，分子力和分子 D.在r由r。趋近于0的过程中，F做负 势能总是随分子间距离的增大而增大 功，Ep变大 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 提示 请完成【知能达标训练】作业（三） 214分子动能和分子势能 为分子势能的变化图线，乙分子到达B点时分子势 预习案必备知识·问题导学 能最小，为负值，选项C错误：乙分子从A到C的运 一、1.答案：见教材 动过程中，分子力先表现为引力，到达B,点后表现为 2.答案：不是，温度升高分子的平均动能增大 斥力，所以乙分子先做加速运动，后做减速运动，选 [概念·规律] 项D错误。 1.无规则运动 [答案]AB 2.平均值 [针对训练] 3.温度 1,BD题图甲中分子间距从2到3，分子间的引力、斥 二、1.相对位置 力均减小，分子力合力增大，故A错误：分子b从r3到 2.(1)体积(2)距离 r2和从r2到两过程，若图像与横轴所国面积相等， 三，答案：(1)引力，分子力做正功，分子势能减小 则分子力做功为0，动能变化量为0，分子b在r3和r (2)斥力，分子力做负功，分子势能增大。 两位置时动能可能相等，故B正确：题图甲中r2处分子 [概念·规律] 力合力为0，分子b在此处分子势能最小，应对应题图乙 1.动能分子势能 中r6处，即题图乙中r5一定小于题图甲中r2,故C错 2.热运动 误；若题图甲中阴影面积S1=S2,则分子b从r4到r 3.(1)总数物质的量(2)温度(3)体积 物质的量 过程分子力做功为0，分子b在「4处速度不为0，则分子 温度体积 b在r1处速度不为0，将继续运动靠近分子a,故D [自我诊断] 正确。 1.BD 探究点二 2.(1)大(2)大 [例3][解析]物体内能与温度、体积以及物质的量有 探究案 关键能力·互动探究 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 探究点一 温度下都具有分子动能，B错误：分子势能的零势能面 [交流讨论] 1.答案：分子动能是指分子的热运动具有的动能，风大是指空 是任意设定的，若设无穷远处为零，则分子间距离为。 时，分子势能小于零，C错误：温度是分子平均动能的标 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 志，相同温度下，分子的平均动能相等，D正确。 [答案]D 动，分子动能不是零 [针对训练] 2.答案：分子间的距离，不能 2,D物体的内能还与物质的量有关，A错误：宏观物体 3.答案：若r<,物体体积减小，分子势能增大；若r>0, 物体体积减小，分子势能减小 的速度与分子的动能无关，故与物体的内能也无关， 4.答案：如图，斜率表示分子间作用力 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， E。1 D正确。 选r=a处 提升案随堂演练·基础落实 E,=0 1,D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 01 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 [例1][解析]乙分子在位置x2时，分子势能最小，分 确：最易出错的是认为有热量从A传到B,A的内能肯 子间距离为平衡距离，分子力为零，故加速度为零，此时 定大，其实有热量从A传到B,只说明A的温度高，内 速度最大，动能最大，由于从3处（电势能不为零）静止 能大小还要看它们的总分子数和分子势能这些因素，故 释放后仅在分子间相互作用力下沿x轴运动，故分子势 C项错误：机械运动的速度与分子热运动的平均动能无 能和动能之和不变，为负值，因在2处电势能为一E), 关，故B项错误。 则此时(x处)的动能小于E),故A正确，B、C错误：由 2.B温度是分子平均动能的标志，而对某个确定的分子 于分子势能和动能之和不变，为负值，当乙分子运动到 来说，其热运动的情况无法确定，不能由温度反映，故 x2左侧某位置电势能与x3处相等时，其分子动能为零， A、D错，B对：温度不升高而仅使分子的势能增加，也可 此时两分子的距离最小，而后向分子间距变大的方向运 以使物体内能增加，冰融化为同温度的水就是一个例 动，因此甲乙分子的最小距离一定大于x1,故D错误。 证，故C错。 [答案]A 3.C当分子力表现为引力时，分子间距离增大，分子力 [变式] 微负功，分子势能增大，所以A、B错误：当分子力表现 BD 为斥力时，分子间距离减小，分子力增大，分子力做负 [例2][解析]分子间的引力和斥力都随分子间距离 功，分子势能增大，所以C正确，D错误。 r的增大而减小，随分子间距离T的减小而增大，但 4.D在r由无穷远到趋近于r。的过程中，分子力表现为 斥力变化得快，故虚线4为分子间斥力变化图线，虚 引力，引力一直做正功，故A、B错误：在r由r。趋近于 线b为分子间引力变化图线，交点E说明分子间的引 0的过程中，分子力表现为斥力，斥力一直做负功，分子 力、斥力大小相等，分子力为零，选项A、B正确：实线 势能增大，故C错误，D正确。