第1章 4. 分子动能和分子势能-【重难点手册】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

重滩点手册高中物理选择性必修第三册) 第4节分子动能和分子势能 重点和难点 课标要求 重点：分子动能、分子势能、内能的 1,知道温度是分子热运动的平均动能的标志 意义 2.知道什么是分子势能，知道分子势能与分子间距离有关 难点：1.分子势能变化的判断方法 3.知道什么是内能，知道物体的内能与温度和体积有关 2.机械能与内能的区别 4.能够区别内能和机械能 01必备知识梳理。 知识点1分子动能 1.单个分子的动能 冒敲黑板 (1)定义：组成物体的每个分子都在不停地运动，因此每个分 温度不能反映单个分子 子都具有动能，即 的特性，两个物体只要温度相 同，它们的分子平均动能就相 Ex-gm, 同，但是单个分子动能不一定 (2)特性 相同，温度高的物体内部也存 ①对于大量做无规则运动的分子，每个分子的速率不同，并 在着动能很小的分子 时刻都在变化，因此每个分子的动能大小不同，也时刻在变化： P刘重点 ②在某一时刻，物体内部各个分子的动能大小不一，同一个 1.每个热运动的分子都 分子在不同时刻的动能也是不相同的.物体由大量分子组成，若 具有动能，但是单个分子的动 想研究其中某一个分子的动能是非常困难的，也是没有意义的. 能并没有意义。 2.分子热运动的平均动能 2.温度是物体内大量分 热现象研究的是大量分子运动的宏观表现，所以研究所有分 子平均动能的标志，只要温度 子的热运动的统计规律即分子热运动的平均动能才有意义， 相同，分子平均动能就相同. (1)定义：物体内所有分子的动能的平均值叫作分子热运动 3.物体温度升高时，分子 的平均动能，即 平均动能增大，不能说明所有 分子的动能都增大，多数分子 2m听+ 2m呢+…十 o m E 2m2, 动能增大的同时，也有少数分 子动能是减小的。 其中子=听十+…十近 (2)决定因素 温度是分子热运动的平均动能的标志.宏观上物体的冷热程 度是微观上大量分子热运动的集体表现 20 第一章 分子动理论么组 温度升高，物体分子的热运动加剧，分子热运动的平均动能 增加.温度越高，分子热运动的平均动能越大；温度越低，分子热 运动的平均动能越小 3物体内分子的总动能 (1)定义：物体内分子运动的总动能是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 (2)影响因素 物体的总动能与物体的温度和所含分子总数目即物质的量 有关 例①对不同的物体而言，下列说法中正确的是( ). A.高温物体内分子的平均动能一定比低温物体内分子的平 均动能大 B.高温物体内每一个分子的动能一定大于低温物体内每一 个分子的动能 C.高温物体内分子运动的平均速率一定比低温物体内分子 运动的平均速率大 D.高温物体内每一个分子运动的速率一定大于低温物体内 每一个分子运动的速率 解析温度是分子平均动能的标志，温度高的物体，分子的平 均动能一定大，但分子的平均速率不一定大，因为不同物质分子 的质量不同；对单个分子的速率、动能讨论温度是没有意义的，因 为温度是大量分子表现出的宏观规律，B、C、D错误，A正确， 答案A 知识点2分子势能 卫划重点7 1.定义 理解分子势能时要特别 组成物质的分子间存在相互作用力，分子间具有由它们的相 注意以下几点： 对位置决定的势能，这种势能叫作分子势能 (1)分子势能具有相对 2.影响因素 性，一般取分子间距离无限远 (1)宏观上：分子势能的大小与体积有关 时的分子势能为0 (2)微观上：分子势能与分子之间的相对位置相关 (2)分子势能最小并不是 分子势能为0.分子势能的正 3.分子间作用力做功与分子势能变化的关系 负代表大于或小于零势能点 (1)当分子间距离>r。时，分子间的作用力表现为引力，分 的分子势能，如E,=一10J, 子间的距离增大时，分子间作用力做负功，因此分子势能随分子 E。=0J,En<E 间距离的增大而增大。 (3)体积越大，分子势能 (2)当分子间距离<。时，分子间的作用力表现为斥力，分 不一定越大.同样是物体体积 21 重滩点手册高中物理选择性必修第三册) 子间的距离减小时，分子间作用力做负功，因此分子势能随分子 增大，有时体现为分子势能增 间距离的减小而增大 大（在r>。范围内），有时体 (3)如果取两个分子间相距无限远时（此时分子间作用力可 现为分子势能减小（在r< 忽略不计)的分子势能为0，分子势能E。与分子间距离r的关系 范围内).如相同质量的0℃ 的水与0℃的冰，冰的体积 可用如图所示的曲线表示.从图线上可看出，当r=r。时，分子势 大，但水的分子势能大于冰的 能最小 分子势能.一般我们说物体体 FE 积变化了，其对应的分子势能 也就变化了 (4)分子势能怎样变化 唯一看分子间作用力的做功 分子间势能随分子间距变化的这种关系也可用下表来表示 情况.只要分子间作用力做正 功，分子势能就减小：只要克 分子间距离 r-ro r>To r<ro 服分子间作用力做功，分子势 分子间 等于0 表现为引力 表现为斥力 能就增加， 作用力 分子间作用 分子间距离增大时，分子间距离减小时，分子间作 力做功 分子间作用力做负功用力做负功 随分子间距离的增大 分子势能 最小 随分子间距离的减小而增大 而增大 例2(2025·湖北武汉二中高二检测)（多选）如图所示，甲 分子固定在坐标原点，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.F>0为斥力， F<0为引力.a、b、c、d为x轴上四个特定的位置.现把乙分子从 a处由静止释放，则(). A.乙分子由a到b做加速运动，由b到cF1 做减速运动 B.乙分子由a到c做加速运动，到达cOa 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 [解析乙分子由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a到b的过程所受引力做 正功，分子势能一直减小，C正确：而乙分子从b到d的过程，先是引 力做正功，分子势能减少，后克服斥力做功，分子势能增加，D错误 答案BC 22 第一章 分子动理论组 知识点3物体的内能 1.定义 划重点 内能与机械能的关系 物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和叫作物体 1.能量的形式不同.物体 的内能 的内能和物体的机械能分别 2.影响因素 跟两种不同的运动形式相对 物体中的分子永不停息地做无规则运动，分子间存在相互作 应.内能是由于组成物体的大 量分子的热运动及分子间的 用，所以任何物体都具有内能。 相对位置而使物体具有的能， 宏观因素：物体内能的大小由物体的摩尔数、温度和体积三 而机械能是由于整个物体的机 械运动及其与其他物体间的相 个因素决定 对位置而使物体具有的能 微观因素：物体内能的大小由组成物体的分子总数、分子热 2.决定能量的因素不同. 运动的平均动能和分子之间的距离三个因素决定。 内能只与物体的温度和体积 及物体含有的分于数有关，机 理想气体的分子势能不计，内能只与分子热运动的总动能 械能只与物体的运动速度和 有关 跟其他物体的相对位置有关 3.改变物体内能的方式 3.物体的机械能在一定 (1)做功.做功可以改变物体的内能，外界对系统做功时，是 的条件下可以等于0，但物体 的内能不可能等于0，这是因 其他形式的能与内能在相互转化， 为组成物体的分子在永不停 (2)热传递.热传递可以改变物体的内能，外界与系统之间发 息地做无规则的热运动，且分 生热交换时，是内能在物体之间转移 子之间彼此有相互作用。 物体内能的改变取决于做功和热传递的效果之和. 卫记方法 例B关于物体的内能，下列说法中正确的是(). 物体内能变化的判断方法 A.相同质量的两种物质，升高相同的温度，内能增量一定相同 1.微观法 B.一定质量0℃的水结成0℃的冰，内能一定减小 内能是物体内所有分子 的热运动动能与分子势能的 C.静止的物体内能一定为0 总和，所有分子的动能等于分 D.相同质量的两个同种物体，运动物体的内能一定大于静止 子个数与分子平均动能的乘 物体的内能 积，分子势能随分子间距离的 变化而变化.因此，可通过分 [解析质量相同的两种物质，升高相同的温度时，分子总数和 子动能和分子势能这种微观的 体积变化情况不一定相同，故选项A错误；水结成冰要对外放热， 角度来判断物体内能的变化 2.宏观法 因此0℃的水结成0℃的冰，水的内能一定大于冰的内能，选项B 改变物体内能的方式有 正确；内能是物体所有分子动能和势能的总和，没有内能为0的 做功和热传递，物体内能的变 物体存在，故选项C错误；内能和机械能无关，是两个不相干的 化由这两者共同决定，即= 量，选项D错误。 W十Q,因此，通过外界与系统 之间的做功与热传递效果也可 [答案B 判断出物体内能的变化情况. 23 重难点手册高中物理选择性必修第三册) 02关键能幼提升。 题型1温度与分子动能的关系 题型2分子势能、分子间作用力与分子间 例①(2025·江西南昌二中高二月考) 距离的关系 (多选)质量为18g的水、18g的水蒸气、32g 例2(2025·湖南师大附中高二月考) 的氧气，在它们的温度都是100℃时( (多选)如图所示，甲分子位于x轴上，乙分子 A.它们的分子数目相同，分子的平均动能 固定在坐标原点O,甲、乙两分子间的作用力与 不相同，氧气的分子平均动能大 两分子间距离的关系如图中曲线所示.M、N、 B.它们的分子数目相同，分子的平均动能 P、Q为x轴上四个特定的位置，现将甲分子从 相同 M处由静止释放，那么在甲分子从M运动到Q C.它们的分子数目相同，它们的内能不相 的过程中，下列描述正确的是() 同，水蒸气的内能比水大 F>01F D.它们的分子数目不相同，分子的平均动 能相同 0 F<0 解析水和水蒸气分子量相同，摩尔质量 多 相同，故分子数相同，为N=N:=8×6.02× A.甲分子从M到N所受引力逐渐增大， 1023=6.02×103个，32g的氧气分子数为 分子加速度增大，分子势能增大 N=影×6.02X10=6.02X10-个，故N= B.甲分子从N到P所受分子间作用力逐 渐变小，分子加速度减小，分子势能减小 N2=N3,温度是分子热运动平均动能的标志， C.甲分子从N到Q分子间作用力先减小 故分子热运动的平均动能相同，内能包括分子 后增大，先是引力后是斥力，分子间作用力先 势能和分子热运动动能，故内能不相同，故B、 做正功后做负功，分子势能先减小后增大 C正确，A、D错误. D.甲分子从P到Q所受分子间作用力是 答案BC 斥力且逐渐增大，分子势能减小 方法总售 解析甲分子从M到N所受引力逐渐增 1.温度是大量分子无规则热运动的宏 大，分子加速度增大，但引力做正功，分子势能 观表现，具有统计意义，温度升高，分子热运 减小，故A错误；甲分子从N到P所受分子间 动的平均动能增大，但不是每一个分子热运 作用力逐渐变小，分子加速度减小，分子引力 动的动能都增大，个别分子热运动的动能可 做正功，分子势能减小，故B正确：根据图像可 能增大，也可能减小，但总体上所有分子热 知，甲分子从N到Q分子间作用力先减小后 运动的动能之和一定是增加的. 增大，先是引力后是斥力，分子间作用力先做 2.虽然同一温度下，不同物质的分子热 正功后做负功，分子势能先减小后增大，故 运动的平均动能相同，但由于不同物质的分 C正确；甲分子从P到Q所受分子间作用力是 子质量不尽相同，平均速率大小一般不相同 斥力且逐渐增大，分子斥力做负功，分子势能 24 第-章分子动理论么组 增大，故D错误。 单.还可以根据E。r图像分析，这样更直观， 答案BC 从图像上看出分子从无穷远处靠近时，分子 方洗思鱼 势能先减小后增大，当分子间距离为。时， 分析分子势能的变化时，应从分子间作 E,最小. 用力做功的正、负着手，这样可使问题变得简 03核心素养聚焦。 考向1利用图像分析分子动能与分子势能 故分子动能先增大后减小，故D正确. 例1（经典·北京卷）分子间作用力F随 答案]D 分子间距离r的变化如图所示.将两分子从相 考查学生对分子间作用力、分子势能、分子 距r=2处释放，仅考虑这两个分子间的作用， 命题意图 动能与分子间距离关系的掌握 下列说法正确的是( 核心素养 科学思雏、逻辑推理 素养水平水平2 考向2对分子平均动能的理解 例2（经典·广东卷）在高空飞行的客机 上某乘客喝完一瓶矿泉水后，把瓶盖拧紧.下 飞机后发现矿泉水瓶变瘪了，机场地面温度与 高空客舱内温度相同.由此可判断，高空客舱 A.从r=r2到r=ro,分子间引力、斥力都 内的气体压强 (填“大于”、“小于”或 在减小 “等于”)机场地面大气压强：从高空客舱到机 B.从r=r2到r=n,分子间作用力的大小 场地面，矿泉水瓶内气体的分子平均动能 先减小后增大 (填“变大”、“变小”或“不变”) C.从r=r2到r=ro,分子势能先减小后 解析矿泉水瓶变瘪是由于机场地面的大 增大 气压强大于瓶内气压，而在高空舱内矿泉水瓶 D.从r=r2到r=n1,分子动能先增大后 没有变瘪，是由于瓶内气压等于舱内气压，故 减小 高空舱内气体压强小于机场地面大气压强.温 解析从r=r2到r=,分子间引力、斥力 度是分子平均动能的标志，机场地面温度与高空 都在增加，但斥力增加得更快，故A错误；由图 舱内温度相同，故瓶内气体的分子平均动能不变 可知，在r=%时分子间作用力为0，故从r=r2 答案小于；不变 到r=,分子间作用力的大小先增大后减小再 增大，故B错误；在r=r。时分子势能最小，故 考查学生对气体压强、分子平均动能的 命题意图 从r=r2到r=ro,分子势能一直减小，故C错 理解 误：从r=r2到r=1,分子势能先减小后增大， 核心素养 科学思维、逻辑推理 素养水平水平2 25