第一章 4 分子动能和分子势能-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册学习手册（人教版）

高中物理选择性必修第三册（人教版） 中充满空气，则下列说法正确的是( A.两容器中器壁上的压 强都是由于分子撞击 D 器壁而产生的 B.两容器中器壁上的压 乙 强都是由所装物质的 变式训练3题图 重力而产生的 C.甲容器中P>PB,乙容器中Pc=pD D.当温度升高时，PA、PB变大，Pc、Pn也要 变大 情境拓展 马蹄灯是20世纪在中国生产并在民间 广泛使用的一种照明工具。它以煤油作灯 4.分子动能 知识梳理 川知识点1分子动能 1.定义：永不停息地做无规则热运动的分子 具有的动能，叫分子动能。每个分子动能 大小 ，也时刻发生 2.分子的平均动能：所有分子热运动具有的 动能的 其是大量分子运动的 宏观表现。 3.温度的微观意义： 是分子平均动 能的唯一标志。 川知识点2分子势能 1.定义 由分子间的分子力和分子间的相对位置 14 学 油，再配上一根灯芯，外面罩上玻璃罩子，以 防止风将灯吹灭。设外界大气压恒定，当熄灭 马蹄灯后，灯罩内空气温度逐渐降低，下列关 于灯罩内原有空气的说法中正确的是() 通风口 玻璃罩 灯芯调节 …灯座，油壶 情境拓展题图 A.所有气体分子运动的速率都减小 B.气体分子运动的平均速率减小 C.压强减小 D.体积不变 和分子势能 决定的势能，叫作分子势能。 2.分子势能与分子间距离的关系 (1)当r>o时，分子间的作用力表现为 若r增大，需克服引力做功，分 子势能 (2)当r<时，分子间的作用力表现为 ,若减小，需克服斥力做功，分 子势能 (3)当r=r时，分子势能 3.结论 (1)宏观上：分子势能的大小与物体的 有关。 (2)微观上：分子势能的大小与分子之间的 有关。 川知识点3物体的内能 1.定义：物体中所有分子的热运动 与分子 的总和，叫作物体的内 能。 2.决定因素：物体的内能由 共同决定。 (1)在微观上，物体的内能取决于物体所含 分子的总数、分子热运动的平均动能和 分子间的距离。 (2)在宏观上，物体的内能取决于物体所含 物质的多少、温度和体积。 内能是对大量分子而言的，讨论某个分 子的内能是毫无意义的。 要点突破 川要点1温度与分子平均动能的关系！ 1.单个分子的动能与分子平均动能的区别 (1)由动能的表达式E=?m2可知，一个 分子的动能与这个分子的质量、速率有 关，分子在永不停息地做无规则热运 动，每个分子都具有动能，且不同分 子、不同时刻，分子动能不同，因此研 究单个分子的动能没有实际意义。 (2)热现象研究的是大量分子运动的宏观表 现，有意义的是分子动能的平均值，即 分子的平均动能。分子的平均动能是指 物体内所有分子动能的平均值。 2.温度与平均动能的关系 (1)温度是分子平均动能的唯一标志，这是 温度的微观含义，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 第一章分子动理论。 现。温度越高，分子热运动的平均动能 就越大。 (2)温度不反映单个分子的特性，两个物体 只要温度相同，它们分子的平均动能就 相同，但其单个分子的动能不一定相 同，温度高的物体内部也存在着动能很 小的分子；物质种类不同的物体，如果 温度相同，它们分子的平均动能就相 同，但因为分子质量不同，它们分子的 平均速率不同。 (3)物体内分子运动的总动能是所有分子热 运动的动能总和，它等于分子的平均动 能与分子数的乘积，即它与物体的温度 和所含分子数目有关。 3.分子平均动能与物体动能的区别 分子动能是物体内所有分子无规则热运 动而具有的动能，分子的动能、分子的平均 动能都不能是0，分子动能属内能的范畴， 温度是分子平均动能的标志；物体的动能是 由物体机械运动而具有的能量，与物体质 量、速率有关，物体动能属机械能范畴，两 者不能混淆，不能说分子平均动能增加了， 物体的动能就增加了。但在一定条件下，它 们可以互相转化。 例1下列关于物体的温度与分子动能的关 系的说法正确的是() A.某种物体的温度是0℃，说明物体中分 子的平均动能为0 B.物体温度降低时，每个分子的动能都减小 C.物体温度升高时速率小的分子数目减少， 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 高中物理选择性必修第三册（人教版） 思路点拨 温度是分子平均动能的“标志”，温 度只与物体内大量分子热运动的统计意 义上的平均动能相对应，不论物质是否 相同，只要温度相同，分子的平均动能 就相同。温度升高，分子的平均动能增 大，并不是所有分子的动能都增大，个 别分子的动能可能不变，也可能减小。 物体的内能跟宏观上的机械能是不同形 式的能量，不能混淆。 方法总结 (1)不论物质是否相同，只要温度相同， 分子的平均动能就相同。 (2)温度升高，分子平均动能就增大， 并不是所有分子的动能都增大，个 别分子的动能可能减小，可能不变。 (3)温度只与物体内大量分子热运动的 统计意义上的平均动能相对应。 变式训练1 杯水含有大量的水分子，若杯中水的 温度升高，则() A.水分子的平均动能增大 B.只有个别水分子的动能增大 C.所有水分子的动能都增大 D.每个水分子的动能改变量均相同 川要点2对分子势能的理解 1.对分子势能的理解 宏观物体之间由于存在引力或斥力，它 们组成的系统存在能量，这种能量是由物体 16)学 之间的相对位置决定的，称为势能。分子势 能是组成系统的分子间存在相互作用力，分 子间具有由它们的相对位置决定的势能，分 子势能是标量。 2.分子力做功与分子势能变化关系 势能的大小与物体间距离的关系有一个 共同的规律：不论重力势能、弹性势能、电 势能还是分子势能，它们之间的距离发生变 化时，它们之间的相互作用力如果是做正功， 势能都要减小；如果是做负功，势能都要增 大。两者数量关系：W=-△E。=E-E。分子 力做功与否是分子势能变化的依据。 3.分子势能与分子间距离的关系 分子势能的大小与分子间的距离有关，距 离发生变化时，对应着分子力做功，分子势能 就要发生变化。 分子势能随分子间距离的变化情况如图 所示（取无穷远处E。为0）。 最小 (1)当分子间的距离r>,时，随着分子间距 离的增大，分子力做负功，分子势能随 分子间距离的增大而增大。 (2)当分子间的距离<时，随着分子间距 离的增大，分子力做正功，分子势能随 分子间距离的增大而减小。 (3)当=r时，分子势能最小。 特别注意 “分子势能最小”和E “分子势能为0”是两个 不同的概念，“最小”不 一定是“等于0”；反之， “等于0”也不一定是“最 小”。“分子势能为0”与 零势能点的选取有关。图甲为取无穷远 处E。=0时的E,-r图像；图乙为取r=o处 E,=0时的E。-r图像。 4.宏观表现 由于物体分子间距离变化的宏观表现为 物体的体积变化，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 物体体积越大，分子势能就越大，因为分子 势能除了与物体的体积有关外，还与物态有 关。同样是物体体积增大，有时体现为分子 势能增大（在>o范围内），有时体现为分子 势能减小（在r范围内）。例如，0℃的水 结成0℃的冰后，体积变大，但分子势能却 减小了。 例2如图所示，甲分子固定于坐标原点O, 乙分子从无穷远a处由静止释放，在分子力 的作用下靠近甲。图中b点合外力表现为引 力，且为数值最大处，d点是分子靠得最近 处。则下列说法正确的是() F 例2题图 A.乙分子在a点势能最小 B.乙分子在b点动能最大 第一章分子动理论。 C.乙分子在c点动能最大 D.乙分子在d点加速度为0 思路点拨 分子势能的变化的判断有两种方法： (1)由分子力做功与分子势能变化关系 判断。 (2)由分子势能与分子间距离的关系判断。 特别注意 (1)分子力与分子间距离变化关系的图 像和分子势能与分子间距离变化关 系的图像要注意区别。 (2)分子势能在平衡位置有最小值，无 论分子间距离如何变化，靠近平衡 位置，分子势能减小，反之增大。 (3)“分子势能最小”和“分子势能为 0”,注意区别这两个不同的概念。 B变式训练② 下列图中，能正确反映分子间作用力 和分子势能E,随分子间距离r变化关系的图 像是( Ep, 学 17 N 高中物理选择性必修第三册（人教版） 川要点3对物体内能的理解 1.对内能的理解 (1)物体中所有分子的热运动动能与分子势 能的总和，叫作物体的内能。内能是对 大量分子而言的，对单个分子来说无 意义。 (2)决定因素：宏观上是由物质的量、温度 和体积决定的；微观上由分子数、分子 平均动能和分子势能决定。 (3)物体的内能跟物体的机械运动状态无关。 2.内能与机械能的区别和联系 内容 内能 机械能 运动 宏观物体机械运动 形式 微观分子热运动 能量常 物体动能、重力或弹 见形式 分子动能、分子势能 性势能 由物体内大量分子的由物体做机械运动和 能量存 在原因 无规则热运动和分子物体形变或与地球的 间相对位置决定 相对位置决定 物体机械运动的速 决定物质的量、物体的度、离地高度或相对 因素 温度和体积及物态 于零势能面的高度或 弹性形变 是否 定条件下可以等于0 为0 永远不能等于0 联系 在一定条件下可以相互转化 例3下列关于物体内能的说法正确的是 A.0℃的水比0℃的冰的内能大 B.物体运动的速度越大，则内能越大 C.水分子的内能比冰分子的内能大 D.100g的0℃的冰比100g的0℃的水的 内能小 18)学 思路点拨 比较物体内能的大小和判断物体内 能如何改变，必须明确物体的内能是与 物体内部热力学状态有关的能量。物体 的内能与分子数目即物质的量、温度、物 体体积及物态等因素有关。 温馨提示 内能与热量是有区别的。内能是一 个状态量，一个物体在不同状态下有不 同的内能，而热量是一个过程量，它表 示内能变化过程中转移的能量，即内能 的改变量。如果没有传热，就无所谓热 量，但此时物体仍有一定的内能。 P变式训练3 关于机械能和内能，下列说法正确的是 A.机械能大的物体，其内能一定很大 B.物体的机械能损失时，内能却可以增加 C.物体的内能损失时，机械能必然减少 D.物体的内能为0时，机械能可以不为0 情境拓展 图甲是一种导热材料做成的“强力吸盘 挂钩”，图乙是它的工作原理图。使用时， 按住锁扣把吸盘紧压在墙上（图乙1），吸 盘中的空气（可视为理想气体，即不考虑气 体分子势能)被挤出一部分。然后把锁扣缓 慢扳下（图乙2），让锁扣以盘盖为依托把 吸盘向外拉出。在拉起吸盘的同时，锁扣对 盘盖施加压力，致使盘盖以很大的压力压住 吸盘，保持吸盘内气体密闭，环境温度保持 不变。下列说法正确的是( 打 乙1 乙2 情境拓展题图 第一章分子动理论。 A.锁扣扳下后，吸盘与墙壁间的摩擦力 增大 B.锁扣扳下后，吸盘内气体分子平均动 能增大 C.锁扣扳下过程中，吸盘中的气体内能增加 D.锁扣扳下后，吸盘内气体分子数密度减 小，气体压强减小 学(19高中物理选择性必修第三册（人教版） 即为单分子油膜的厚度d,设单分子油膜的面积为S, 一滴油酸酒精溶液中纯油酸体积为儿，有d小号，所以 A、B、D正确。 变式训练1(1)②步骤中要在量筒中滴入N滴溶液； ③步骤中在水面上先均匀撒上爽身粉(2)6.0x100 例2(1)7.65×10-2m2(2)1.2×10-m (3)1.57×100m【解析】(1)数出在油膜范围内的格 数（面积大于半个方格的算一个，不足半个的舍去）为 85个，油膜面积约为S=85×(3.0x10-2)2m2=7.65×102m。 (2)因50滴油酸酒精溶液的体积为1mL,且溶液 含纯油酸的浓度为p=0.06%,故每滴油酸酒精溶液含纯 油酸的体积为V,=DY=0.066×1×106m=1,2x10="m。 N-50 (3)把油酸薄膜的厚度视为油酸分子的直径，可估 算出油酸分子的直径为d。=1.2x10” S7.65x10m≈1.57x100m。 变式训练2AC 情境拓展 9×100 "3.分子运动速率分布规律 知识梳理 知识点1随机性与统计规律、气体分子运动的特点 1.(1)必然(2)可能(3)大量大量 2.(1)10匀速直线运动(2)杂乱无章 (3)各个方向 知识点2分子运动速率分布图像 2.中间多、两头少增多增大 知识点3气体压强的微观解释 1.单位 2.(1)平均速率(2)数密度 要点突破 例1ABC【解析】因气体分子间距离较大，分子 间作用力可以忽略，分子除相互碰撞或跟器壁碰撞外， 不受其他力作用，在空间可以自由移动，A正确：分子 的频繁碰撞致使它做杂乱无章的运动，且分子沿各方向 运动的机会（概率）均等，B、C正确；气体分子速率 分布按“中间多、两头少”的规律分布，D错误。 变式训练1CD 例2ABC【解析】图像中的纵坐标表示的是单位 速率间隔的分子数占总分子数的百分比，根据气体分子 单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子 速率的变化曲线的意义可知，曲线下面积为1，故两条 曲线下面积相等，A正确；图中虚线占百分比较大的分 子速率较小，所以对应氧气分子平均动能较小的情形， 30 B正确；图中实线占百分比较大的分子速率较大，可知 实线对应氧气分子在100℃时的情形，C正确；由分子 速率分布图可知，与0℃时相比，100℃时氧气分子速 率出现在0~400ms区间内的分子数占总分子数的百分 比较小，D错误。 变式训练2A 例3D【解析】气体的压强与两个因素有关，一 是气体分子的平均速率，二是气体分子的密集程度。气 体分子的平均速率增大，但气体分子的密集程度不知如 何变化，不能确定气体的压强如何变化，同理，单从气 体分子的密集程度增大，也不能确定气体的压强一定增 大，A、B、C错误，气体对容器的压强是大量气体分子 不断撞击器壁的结果，对于单个分子来说，这种撞击是 间断的、不均匀的，但是对于大量分子总的作用来说， 就表现为连续的和均匀的。所以器壁单位面积上受到的 压力，即气体的压强相等，D正确。 变式训练3C 情境拓展 B【解析】温度降低，气体分子的平均速率减小， 但不是所有气体分子运动的速率都减小，A错误，B正 确；罩内气体的压强总等于外界大气压，故压强不变， C错误；气体的压强与气体分子平均速率和气体分子密 集程度有关，压强不变，气体分子平均速率减小，气体 分子的密集程度就得增加，体积减小，D错误。 一"4.分子动能和分子势能 知识梳理 知识点1分子动能 1.不同变化2.平均值3.温度 知识点2分子势能 2.(1)引力增大(2)斥力增大(3)最小 3.(1)体积(2)距离 知识点3物体的内能 1.动能势能2.物质的量温度体积 要点突破 例1C【解析】温度是分子平均动能的标志，温 度是0℃，分子永不停息的无规则热运动并没有停下， 所以物体中分子的平均动能不能为0，A错误；温度降 低时分子的平均动能减小，并非每个分子动能都减小， B错误；物体温度升高时，分子的平均动能增大，分子 的平均速率增大，速率小的分子数目减少，速率大的分 子数目增多，C正确；物体的运动速度增大，宏观上的 物体机械能（动能）增大，但物体内分子的热运动不一 定加剧，温度不一定升高，D错误。 变式训练1A 例2C【解析】乙分子由a运动到c,分子力表现 为引力，分子力做正功，动能增大，分子势能减小，所 以乙分子在c处分子势能最小，在c处动能最大，故A、 B错误，C正确；由图可知，乙在d点时受到的分子力 最大，所以乙分子在d处的加速度最大，故D错误。 变式训练2B 例3D【解析】0℃的水与0℃的冰的分子平均动 能相等，但分子数目即物质的量不一定相同，A错误； 宏观物体的速度与微观的分子动能无关，B错误；内能 是对大量分子而言的，对单个分子的内能没有意义，C 错误；100g的冰与100g的水物质的量相同，但同质量 的冰变成水需要吸收大量热量，物体的内能增加，D 第二章 气体 >"1.温度和温标 知识梳理 知识点1状态参量与平衡态 1.(1)热力学系统2.体积V压强p温度T 3.足够长时间 知识点2热平衡与温度 1.两个系统热平衡2.热平衡 3.热学性质(1)高温低温稳定状态 (2)高剧烈 知识点3温度计与温标 1.温度 2.(1)温标(2)0℃100℃100 (3)-273.15℃ (4)①t℃②TK③t+273.15K 要点突破 例1ABD【解析】冰水混合物放在0℃的房间里， 其温度、压强、体积都不再变化，是平衡态，A正确； 将铜块放在沸水中加热足够长时间，其温度、压强、体 积也不再变化，是平衡态，B正确；电影院开空调 5min内放映厅内气体的温度、体积都要变化，不是平 衡态，C错误；由平衡态的定义可知，D正确。 变式训练1BCD 例2B【解析】一般来说，描述系统的状态参量 不止一个，根据平衡态的定义可知系统的所有性质都不 随时间变化，系统才处于平衡态，A选项仅仅提到温 度，A错误；冰水混合物的温度为0℃，和环境的温度 相同，处于热平衡状态，B正确；平衡态是针对某一系 统而言的，热平衡是两个系统相互影响的最终结果，C 错误；根据热平衡的定义可知处于热平衡的两个系统温 参考答案与解析。 正确。 变式训练3B 情境拓展 D【解析】吸盘与墙壁间的摩擦力与挂钩的重力平 衡，重力不变，锁扣扳下后此摩擦力不变，A错误；温 度是分子平均动能的标志，环境温度保持不变则吸盘内 气体分子平均动能不变，B错误；锁扣扳下过程中，吸 盘内气体分子平均动能不变，气体内能不变，C错误； 吸盘内气体分子平均动能不变，锁扣扳下后吸盘内气体 体积增大，气体封闭，气体分子总数不变，分子数密度 减小，则气体压强减小，D正确。 固体和液体 度相同，D错误。 变式训练2B 例3AB【解析】热力学温度的零点是-273.15℃， A正确；由热力学温度与摄氏温度的关系T=t+273.15K 可知，-136℃等于137.15K,B正确；对于摄氏温度可 取负值范围为-273~0℃，因绝对零度达不到，故热力 学温度不可能取负值，C错误；初态热力学温度为t+ 273K,末态热力学温度为21+273K,故温度变化为t, D错误。 变式训练3ABC 情境拓展 D【解析】要测量冰下水的温度，必须在温度计与 冰下的水达到热平衡时，再读出温度计的示数，但是隔 着冰又没办法直接读数，若把温度计从水中取出来，显 示的又不是原热平衡状态下的温度，A、B错误；C项 的做法也失去了原来的热平衡，饮水瓶提出后，再用温 度计测水温，这时，周围空气也参与了热交换，测出的 温度不再是冰下水的温度，故C错误，D正确。 "2.气体的等温变化 知识梳理 知识点1实验：探究气体等温变化的规律 2.一定质量温度不变 知识点2气体的等温变化 1.压强体积 2.(1)温度(2)PV=CpV=p2V2(3)质量 温度 要点突破 例1(1)D(2)在注射器活塞上涂润滑油 【解析】(1)从题意中得到信息，温度没有变化，而气 31