1.4 分子动能和分子势能（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

分子动理论 第4节　分子动能和分子势能 第一章 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.知道温度是分子热运动平均动能的标志。 2.知道什么是分子势能，知道分子势能与分子间距离有关。 3.知道什么是内能，知道物体的内能与温度和体积有关。 4.能够区别内能和机械能。 　　分析理解分子平均动能随温度的变化关系，理解分子势能和分子间距离的关系，掌握内能及其决定因素。 　　运用弹簧连接两小球模拟分子之间的关系，探究分子势能的大小。 　　通过分子动能和分子势能知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学习动力和科学意识。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 一、分子动能 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：所有分子热运动动能的______。 3．物体的____是它的分子热运动的平均动能的标志。 ↓ 　　 　温度相同，分子热运动的平均动能相等 必备知识 自主学习 无规则运动 平均值 温度 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 二、分子势能 1．分子势能：由分子间的________决定的能。 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____。若r增大，需克服引力做功，分子势能____。 (2)当r＜r0时，分子力表现为____。若r减小，需克服斥力做功，分子势能____。 (3)当r＝r0时，分子力为零，分子势能____。 必备知识 自主学习 相对位置 引力 增大 斥力 增大 最小 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 3．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。 必备知识 自主学习 体积 距离 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 三、物体的内能 物体的内能与机械能无关 ↑ 1.物体的内能：物体中________的热运动____与________的总和。任何物体都具有内能。 必备知识 自主学习 所有分子 动能 分子势能 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 2．相关因素 (1)物体所含的分子总数由物质的量决定。 (2)分子热运动的平均动能与____有关。 (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。 必备知识 自主学习 温度 体积 物质的量 温度 体积 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ (物理与生活)每年的立春时节，大地开始复苏，地面上的雪开始慢慢融化成水，在太阳的照射下再逐渐蒸发成水蒸气。 判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)雪融化成水，温度升高，每个水分子的动能都增大。(　　　　) (2)融化的雪水蒸发成水蒸气的过程中，分子力做负功，分子势能增大。(　　　　) (3)温度高的水蒸气的内能一定大于温度低的雪的内能。(　　　　) 必备知识 自主学习 × √ × 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 1．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，就是同一个分子，在不同时刻的动能也可能是不同的，所以单个分子的动能没有意义。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 【例1】 (多选)下列说法中正确的是(　　) A．只要温度相同，任何物体分子的平均动能相同 B．分子动能指的是由于分子做无规则热运动而具有的能 C．物体中10个分子的动能很大，这10个分子的温度很高 D．温度低的物体中的每一个分子的运动速率一定小于温度高的物体中的每一个分子的运动速率 AB 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 温度相同，物体分子的平均动能相同，A正确；分子动能指的是由于分子做无规则热运动而具有的能，B正确；物体温度是对大量分子而言的，对于10个分子无意义，C错误；温度低的物体分子的平均运动速率小(相同物质)，但具体到每一个分子的运动速率是不确定的，可能大于平均速率，也可能小于平均速率，D错误。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 D 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 因为温度是分子运动平均动能的标志，两物体温度相等，说明它们的分子平均动能相等，只有当它们所含分子数目一样时，分子总动能才相等，A错误；分子平均动能相等，但对每个分子而言，它运动的速率是变化的，且每个分子的速率都是不同的，有快的有慢的，所以每个分子的动能相等的说法不正确，B错误；虽然分子的平均动能相等，但铁分子和铝分子的质量不相等，因此分子的平均速率不相等，C错误，D正确。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 1．分子力、分子势能与分子间距离的关系(如图所示) 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 【例2】 (2024·河北张家口高三检测)规定无穷远处分子势能为0，则两分子间的势能随距离关系如图所示，下列选项正确的是(　　) A．分子间距离为r1时，分子力表现为引力 B．分子间距离由r0减小为r1的过程中，分子力大小不断增大 C．分子间距离由无穷远减小为r0的过程中，分子势能逐渐增大 D．分子间距离由r0增大为无穷远的过程中，分子力大小一直减小 关键能力 互动探究 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 当r＝r0时分子势能最小，此时分子力表现为零；分子间距离为r1时，因r1<r0，则分子力表现为斥力，A错误；分子间距离由r0减小为r1的过程中，分子力表现为斥力且大小不断增大，B正确；分子间距离由无穷远减小为r0的过程中，分子势能逐渐减小，C错误；分子间距离由r0增大为无穷远的过程中，分子力表现为引力，大小先增加后减小，D错误。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 A 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 若分子间距离r>r0，则分子间表现为引力，当分子间距离r减小时，分子力做正功，分子势能减小；若r<r0，则分子间表现为斥力，当分子间距离r减小时，分子力做负功，分子势能增大；当r＝r0时，分子势能最小，考虑取不同情况作为分子势能为零的点，B、C、D三个图像可能是正确的，A图一定错误。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 1．内能的决定因素 (1)宏观因素：物体内能的大小由物质的量、温度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、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 分类 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 物体的动能、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 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 【例3】 关于温度与内能的关系，下列说法正确的是(　　) A．不同质量的同种物质，只要温度相同，分子的平均动能就相同 B．物体的温度变化时，它的内能一定改变 C．物体的温度升高时，每个分子的动能都增大 D．物体的内能等于物体的动能与势能的总和 关键能力 互动探究 A 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 A 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 【例4】 (2024·吉林长春高二检测)真空轮胎没有内胎，直接在轮胎和轮圈之间封闭着空气，轮胎鼓起时，胎内表面形成一定的压力，提升了对破口的自封能力，避免了像自行车轮胎那样瞬间漏气，从而提高了车辆行驶的安全性。如图所示，在北方的冬季，先在室内给真空胎内充入一定质量的空气，然后把汽车开到室外，胎内的温度降低，假设此过程胎内气体的体积不变，下列说法正确的是(　　) 关键能力 互动探究 D 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 AD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 1．(多选)对于20 ℃的水和20 ℃的水银，下列说法正确的是(　　) A．两种物体的分子的平均动能相同 B．水银分子的平均动能比水的大 C．两种物体的分子的平均速率相同 D．水银分子的平均速率比水分子的平均速率小 素养训练 学业评价 AD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 2．(多选)下列关于分子力和分子势能的说法中，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．当分子力表现为引力时，随分子间距离增大，分子力先增大后减小，分子势能增大 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增大 素养训练 学业评价 CD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 D 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 A 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 BD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 课时梯级训练（4） 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 谢谢观看 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 探究点一___分子动能 2．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。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，个别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是增加的。 3．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的总数有关。 由于不同物质的分子质量一般不同，所以同一温度下，不同物质的分子热运动的平均动能相同，但平均速率一般不同。 [练1] 一块10 ℃的铁与一块10 ℃的铝相比，以下说法正确的是(　　) A．铁的分子动能之和与铝的分子动能之和相等 B．铁每个分子的动能与铝每个分子的动能相等 C．铁的分子平均速率与铝的分子平均速率相等 D．以上说法均不正确 探究点二___分子势能 分子间距离r r＝r0 r>r0 r<r0 分子力F 等于零 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．分子势能的影响因素 (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，分子势能与r的关系不是单调变化的。 [练2] 两个相邻的分子间同时存在着引力和斥力，它们随分子间距离r变化的关系如图所示。图中虚线是分子斥力和分子引力的曲线，实线是分子合力的曲线。当分子间距离r＝r0时，分子间的合力为零，则下列图中关于两个分子组成的系统的分子势能Ep与分子间距离r的关系曲线一定错误的是(　　) 探究点三___物体的内能 2．温度、内能和热量的比较 (1)温度宏观上表示物体的冷热程度，是分子平均动能的标志。 (2)内能是物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和。 (3)热量是指在热传递过程中，物体吸收或放出热的多少。 3．内能和机械能的区别与联系 4.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。 温度是分子平均动能的标志，对不同质量的同种物质，只要温度相同，分子的平均动能一定相同，A正确；对一定质量的物体来说，其内能由其温度和体积共同决定，温度变化，其体积可能也发生变化，其内能可能不变，B错误；物体的温度升高时，分子的平均动能增大，但并不是每个分子动能均增大，C错误；内能是物体内部所有分子所具有的分子动能和分子势能的总和，D错误。 [练3] 关于物体的内能，下列说法中正确的是(　　) A．物体的内能与物体的温度和体积都有关系 B．体积相同的同种气体，它们的内能一定相等 C．运动物体的速度增大，则分子动能增大，物体的内能也增大 D．温度高的物体一定比温度低的物体内能大 任何物体都具有内能，内能与物体的物质的量、温度、体积及物态有关，A正确；体积相同的同种气体，若温度、压强不同，它们的内能不一定相等，B错误；内能的大小与物体宏观的速度大小无关，C错误；内能与物体的物质的量、温度、体积及物态有关，温度高的物体比温度低的物体的分子平均动能大，但内能不一定大，D错误。 探究点四___解决实际问题 A．胎内空气中每个分子的分子动能都减小 B．胎内空气分子的分子平均动能不变 C．胎内空气分子势能减小 D．胎内空气对胎壁单位时间单位面积上的撞击次数减少 气体温度降低，根据分子动理论可知分子平均动能减小，但并不是每个气体分子运动的动能都减小，A错误；气体温度降低，气体分子平均动能减小，B错误；汽车开到室外过程中气体体积不变，所以分子势能不变，C错误；气体分子的数密度不变，温度降低，所以气体分子在单位时间内对胎壁单位面积的撞击次数减小，D正确。 [练4] (生活情境)(多选)(2024·山东高二联考)2023年3月底受冷空气以及大风天气影响，全国各地均出现不同程度的沙尘天气，内蒙古、北京等中北部地区局部有强沙尘暴，甚至局部地区出现下“泥点”的恶劣天气，山东、河南、安徽、江苏等地区也都出现AQI(空气质量指数)爆表达到500的现象。AQI指数中一项重要指标就是大家熟知的PM2.5指数，PM2.5是指空气中直径小于或等于2.5 μm的悬浮颗粒物，飘浮在空中，很难自然沉降到地面。对于上述天气现象的解释中正确的是(　　) A．一团质量不变的沙尘暴从温度较低的地区吹到温度较高的地区，温度逐渐升高，分子的平均动能增大 B．一团质量不变的沙尘暴内能是所有空气的气体分子无规则运动的动能、势能和其他物质颗粒无规则运动的动能和势能的总和 C．一团质量不变的沙尘暴从温度较低的地区吹到温度较高的地区，温度逐渐升高、风速逐渐减小，其内能逐渐减小 D．PM2.5在空气中的无规则运动是由大量空气分子无规则运动对其撞击的不平衡性引起的 温度是分子平均动能的标志，温度越高分子平均动能越大，A正确；该沙尘暴的内能是其中所有空气的气体分子的无规则运动的分子动能和分子势能以及其他物质颗粒内分子无规则运动的分子动能和分子势能的总和，不包含物质颗粒运动的宏观的动能和势能，B错误；从低温到高温，内能增加，内能的宏观表现是温度，温度越高，内能越大，C错误；PM2.5在空气中的运动是布朗运动，是由空气中大量空气分子无规则运动对其撞击的不平衡性引起的，D正确。 温度是分子平均动能的标志，温度相同的物体的分子平均动能相同，A正确，B错误；由水银的摩尔质量大于水的摩尔质量，可知水银分子的平均速率比水分子的平均速率小，D正确，C错误。 当分子力表现为引力时，分子间距离r>r0，随分子间距离的增大，分子力先增大后减小，分子势能增大，A、B错误，C正确；当分子力表现为斥力时，分子间距离r<r0，随分子间距离的减小，分子力和分子势能都增大，D正确。 3．关于物体的内能，以下说法中正确的是(　　) A．不同的物体，若温度相等，其内能也相等 B．物体速度增大，则分子动能增大，内能也增大 C．体积相同的同种气体，它们的内能一定相等 D．物体的内能与物体的质量、温度和体积都有关系 物体的内能是指组成物体的所有分子动能与分子势能的总和，分子平均动能取决于物体的温度，分子势能大小与分子间距离有关，从宏观角度来看就是与物体的体积有关，而对于一种物质来说，质量决定着分子数目的多少，D正确；温度相同，只是分子的平均动能相同，不能说明内能也相等，A错误；分子动能取决于分子的热运动，与物体的宏观运动速度无关，B错误；体积相同的同种气体，既不知温度关系也不知密度关系，也就不能确定内能关系，C错误。 4．关于物体的内能，下列说法中正确的是(　　) A．机械能可以为零，但内能永远不为零 B．温度相同、质量相同的物体具有相同的内能 C．温度越高，物体的内能越大 D．0 ℃的冰的内能与等质量的0 ℃的水的内能相等 机械能是宏观能量，可以为零，而物体内的分子在永不停息地做无规则运动，且存在相互作用力，所以物体的内能永不为零，A正确；物体的内能与物质的量、温度和体积及物态有关，B、C、D错误。 5．(多选)(2024·安徽高三期末)分子势能与分子间距离的关系图像如图所示，下列说法正确的是(　　) A．分子间距为r1时，分子间作用力为零 B．分子间距由r2逐渐增大时，分子力始终做负功 C．分子间距在r1到r2之间时，分子间作用力表现为引力 D．分子间距由r1增大到r2的过程中，分子间的引力和斥力都逐渐减小 根据分子间作用力做功与分子势能之间的关系可知，图像的斜率表示分子间的作用力，故当分子间距为r1时，分子势能为零，分子间作用力不为零，A错误；分子间距由r2逐渐增大时，分子势能一直增大，故分子力始终做负功，B正确；分子间距由r1增大到r2过程，分子势能逐渐减小，分子力做正功，故分子间距在r1到r2之间时，分子间作用力表现为斥力，C错误；分子间的引力和斥力都随着分子间距离r增大而减小，分子间距由r1增大到r2的过程中，分子间的引力和斥力都逐渐减小，D正确。 $$