1.4 分子动能和分子势能 学案-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理导学案围绕分子动能、分子势能及内能展开，引导学生理解温度是分子平均动能的标志，明确分子势能与分子间距的关系，掌握内能的决定因素。通过水滴蒸发内能变化分析、举高物体与内能关系讨论等问题导入，衔接分子动理论基础，搭建微观分子运动与宏观内能性质的学习支架。 资料以小组讨论、思维探究（如分子势能随距离变化图像绘制）为特色，结合例题与变式训练强化概念辨析，帮助学生建立能量观念，通过模型建构、科学推理理解分子动能与温度、分子势能与体积的关联，提升分析热学问题的科学思维能力，同时便于教师课堂互动与学情评估。

4．分子动能和分子势能 【课标要求】了解分子运动速率分布的统计规律，知道分子运动速率分布图像的物理意义。 【学习目标】 1．理解分子动能，知道温度是分子平均动能的标志。 2．理解分子势能，明确分子势能与分子间距离的关系。 3．理解内能的概念及其决定因素。 【学习重难点】 重点：分子动能定理的理解。 难点：1.分子速率分布定律的应用； 2．如何应用分子动能和势能的概念分析热学问题。 课本导练 必备知识 一、分子动能 1．分子动能：______________________________。 2．分子的平均动能 （1）______________________________。 （2）决定因素：______________________________。 3．物体内分子运动的总动能等于分子热运动的平均动能与分子数的乘积。 二、分子势能 1．分子势能：____________________。 2．分子势能与分子间距离的关系 （1）当r＞r0时，_______________________________________。 （2）当r＜r0时，_______________________________________。 （3）当r＝r0时，_______________________________________。 3．决定因素 （1）宏观上：____________________。 （2）微观上：____________________。 三、物体的内能 1．定义：______________________________。 2．内能普遍性：_______________________________________。 3．影响内能的相关因素 （1）物体所含的分子总数：___________； （2）分子热运动的平均动能：___________； （3）分子势能：___________。 故物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定，同时受物态的影响。 1．在一个密闭容器内有一滴的水，过一段时间后，水滴蒸发变成了水蒸气，温度还是。它的内能是否发生了变化？为什么？ 展示讨论 小组讨论课本导练内容，并完成下列问题讨论且进行展示。 1．有人说：“当我们把一个物体举高时，组成物体的每个分子的重力都做了负功，因此分子势能增大，这就导致物体的内能增大，我们举起物体所做的功，就等于物体内能的增加量。”你说对吗？为什么？ 点评点拨 一、分子动能 分子热运动的平均动能 物体中分子热运动的速率大小不一,所以各分子的动能也有大有小,而且在不断改变.在热现象的研究中,我们关心的是组成系统的大量分子整体表现出来的热学性质,因而重要的不是系统中某个分子的动能大小,而是所有分子的动能的平均值. 1．定义:分子的平均动能是所有分子动能的平均值. 2．决定因素:温度. （1）温度是分子平均动能的标志,温度越高,分子热运动的平均动能就越大.这是温度的微观含义. （2）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. （3）温度不能反映单个分子的特性,两个同类物体(自由度相同)只要温度相同,它们的分子平均动能就相同,但是单个分子动能不一定相同,温度高的物体内部也存在着动能很小的分子. 分子的总动能 1．定义:物体内所有分子运动的总动能是所有分子热运动的动能的总和,等于分子的平均动能与分子数的乘积. 2．决定因素:从微观上看由分子平均动能和分子个数决定,从宏观上看由物质的量和温度决定. 例1． （多选）下列关于分子动能的说法，正确的是（ ） A．物体的温度升高，每个分子的动能都增加 B．物体的温度升高，分子的平均动能增加 C．如果分子的质量为m，平均速率为v，则平均动能为 mv2 D．分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与所有分子的总数之比 变式训练1． 若一气泡从湖底上升到湖面的过程中，温度保持不变，体积增大，则在此过程中关于气泡中的气体，下列说法中正确的是（ ） A．气体分子的平均速率减小 B．气体分子的平均速率增大 C．气体分子的平均动能减小 D．气体分子的平均动能不变 二、分子势能 （1）当两个分子从相距无穷远处逐渐靠近到不能再靠近的过程，分子势能如何变化？ （2）若选定分子间距离为无穷远时的分子势能为0，试定性的把两分子的分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图像画在坐标系中。 分子势能 1．定义:由于分子间存在着相互吸引或排斥的作用力,因此分子组成的系统也存在着由分子间的相互作用和相对位置决定的势能,这种势能叫分子势能. 2．分子势能是标量,也是相对量,要确定分子势能,需要选择零势能点,一般取分子间距离无穷远时分子势能为零. 分子势能的决定因素 1．微观上分子势能Ep的大小取决于分子间距r. 与弹力做功与弹性势能变化的关系相似,分子力做正功,分子势能减少,分子力做了多少正功,分子势能就减少多少;分子力做负功,分子势能增加,克服分子力做了多少功,分子势能就增加多少,具体规律如下: （1）r＞r0时,分子力为引力,r增大,分子力做负功,分子势能增加,反之减少. （2）r＜r0时,分子力为斥力,r增大,分子力做正功,分子势能减少,反之增加. （3）r→∞时,分子势能为零(理想气体分子间作用力为零,分子势能为零;实际气体分子势能趋近于零). （4）r=r0时,分子势能最小. 2．宏观上分子势能的大小与物体的体积有关. （1）物体分子间距离变化的宏观表现为物体的体积变化,微观的分子势能变化对应宏观的物体体积变化. （2）一般来说,物体体积变化,其对应的分子势能也变化.但分析与判定的关键要看体积变化过程中分子力是做正功,还是做负功,进而判断分子势能的变化情况.例如,同样是物体体积增大,有时体现为分子势能增加(在r＞r0范围内);有时体现为分子势能减少(在r＜r0范围内). 分子势能曲线 1．分子势能曲线如图所示,规定无穷远处分子势能为零. 2．分子间距从无穷远逐渐减小至r0的过程中,分子间的合力为引力,合力做正功,分子势能不断减小,其数值将为负值,即Ep＜0. 3．当分子间距离到达r0以后再继续减小,分子间的合力为斥力,合力做负功,分子势能增大,其数值将从负值逐渐变大至零,甚至为正值,故r=r0时分子势能最小,且此最小值小于零. 例2． 两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离x的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为 。相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近。若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是（ ） A．在 阶段，F做正功，分子动能增大，势能减小 B．在 阶段，F做负功，分子动能减小，势能也减小 C．在 时，分子势能最小，动能为零 D．在 时，分子势能为零 变式训练2． 分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示。某空间有A、B两个分子，假设A分子固定在坐标原点O处，B分子从无穷远以某一初速度向A分子运动。规定两分子相距无穷远时分子势能为零。仅考虑这两个分子间的作用，下列说法正确的是（ ） A．B分子从 到 的运动过程中，分子间作用力先增大再减小 B．B分子从 到 的运动过程中，分子势能先增大再减小 C．B分子从 到 的运动过程中，B分子的分子动能先增大再减小，r=r0时动能最大 D．B分子从 到 的运动过程中，B分子先做加速度增大的加速运动再做加速度减小的减速运动 三、物体的内能 物体运动得越快，其内能就越大吗？静止在地面上的物体，内能为0吗？ 内能的决定因素 （1）从微观上看:物体的内能由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定. （2）从宏观上看:物体的内能大小主要由物体的物质的量、温度和体积三个因素决定,同时也受物态变化的影响. 对分子动能和内能的理解 （1）分子动能对应的是分子微观上的热运动,跟物体的宏观机械运动无关,即分子动能与物体动能无关; （2）内能是物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和,某一分子的内能的说法是错误的. 例3． 关于内能，下列说法正确的是（　　） A．一定量气体的内能等于其所有分子热运动的动能和分子之间势能的总和 B．做加速运动的物体，由于速度越来越大，因此物体分子的平均动能越来越大 C．内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同 D．物体温度改变时，物体分子的平均动能不一定改变 变式训练3． 一定质量的0 ℃的冰熔化成0 ℃的水时，其分子的动能之和Ek和分子的势能之和Ep的变化情况为（ ） A．Ek变大，Ep变大 B．Ek变小，Ep变小 C．Ek不变，Ep变大 D．Ek不变，Ep变小 小结小测 一、课堂小结 二、课堂小测 分子动理论告诉我们物质是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则热运动，分子间存在引力和斥力，组成物质的分子很小，光学显微镜也看不到它们，我国科学家用扫描隧道显微镜拍摄了石墨表面原子排布，如图所示是碳原子的排布情况。 （1）石墨原子间无空隙，原子紧密排列。（ ） （2）每一个石墨原子都在做无规则热运动。（ ） （3）石墨原子间的斥力随原子间距离的减小而增大，但引力却随原子间距离的减小而减小。（ ） （4）质量相等的物体含有的分子个数不一定相等。（ ） （5）内能相同的物体，温度不一定相同。（ ） 【参考答案】 课本导练 必备知识 【答案】 一、1．分子动能：由于分子不停地做无规则运动而具有的能量。 2．分子的平均动能 （1）所有分子热运动动能的平均值。 （2）决定因素：物体的温度是分子热运动的平均动能的标志。 3．物体内分子运动的总动能等于分子热运动的平均动能与分子数的乘积。 【答案】 二、1．分子势能：由分子间的相对位置决定的能。 2．分子势能与分子间距离的关系 （1）当r＞r0时，分子力表现为引力，若r增大，需克服引力做功，分子势能增加。 （2）当r＜r0时，分子力表现为斥力，若r减小，需克服斥力做功，分子势能增加。 （3）当r＝r0时，分子力为零，分子势能最小，即分子间距离等于平衡距离时分子势能最小。 3．决定因素 （1）宏观上：分子势能的大小与物体的体积有关。 （2）微观上：分子势能的大小与分子之间的距离有关。 【答案】 三、1．定义：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。 2．内能普遍性：组成任何物体的分子都在做无规则的热运动，所以任何物体都具有内能。 3．影响内能的相关因素 （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：与温度有关； （3）分子势能：与物体的体积有关。 故物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定，同时受物态的影响。 1．【答案】增加了，因为分子势能增加了，分子动能不变。 展示讨论 1．【答案】 不正确，分子势能的大小与分子间距有关，与宏观物体被举高无关 点评点拨 例1．【答案】BD 变式训练1．【答案】D 二、分子势能 【答案】 思维探究 (1)当r＞r0时，分子间为引力，分子靠近过程中分子力做正功，分子势能减小；当r＜r0时分子间为斥力，分子靠近过程中分子力做负功，分子势能增大。所以分子势能先减小后增大。 (2) 例2．【答案】A 变式训练2．【答案】C 三、物体的内能 【答案】 思维探究 物体运动得越快，物体动能越大，但内能不一定越大，静止在地面上的物体，如果以地面作为零势能面，那么这个物体的机械能为0，但这个物体内的分子却始终处在永不停息的热运动中，物体的内能不为0。 例3．【答案】AC 变式训练3．【答案】C 小结小测 二、课堂小测 【答案】 × √ × √ √ 学科网（北京）股份有限公司 $