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

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 学号： 班级： 姓名： 【学习目标】 1. 知道温度是分子平均动能的标志． 2. 了解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． 【活动方案】 1. 像一切运动着的物体一样，做热运动的分子也具有动能，这就是分子动能．阅读教材“分子动能”部分，回答下列问题： (1)在热现象的研究中，为什么研究单个分子的动能没有意义，而是要研究所有分子的动能的平均值？ (2)物体的温度是它的分子热运动的平均动能的标志．物体温度升高时，物体内每个分子的动能都增大吗？ 2. 下列说法中正确的是(　　) A. 只要温度相同，物体内所有分子的动能都相同 B. 分子动能指的是由于分子做无规则运动而具有的能 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 分子势能同重力势能、电势能相似，是由于分子间或物体间、电荷间存在相互作用，又由其相对位置决定的能量． 1. 试根据分子力与分子间距离的关系曲线(图甲)，讨论分子间距离变化时分子力做功与分子势能变化的情况． 甲 乙 丙 (1)如图乙所示，当分子间距r＞r0时(此时类似于被拉伸的弹簧)，分子力表现为________．如果增大分子间的距离，分子引力做________，分子势能________．如果减小分子间的距离，那么分子引力做________，分子势能________．总之，当r＞r0时，分子势能随着r的增大而________，随着r的减小而________． (2)如图丙所示，当分子间的距离r＜r0时(此时类似于被压缩的弹簧)，分子间的作用力表现为________，分子间的距离减小时，分子力做________，因此分子势能随分子间距离的减小而________．如果增大分子间的距离，那么分子斥力做________，分子势能________．总之，当r<r0时，分子势能随着r的增大而________，随着r的减小而________． (3)当r＝r0时，分子力表现为零，无论增大还是减小r，分子力做________，分子势能________．所以，当r＝r0时，分子势能________，但不等于零． (4)设两分子相距无穷远时它们的分子势能为0.使一个分子固定，另一个分子从无穷远逐渐向它靠近，直至相距很近很近．试在图甲中定性画出分子势能Ep与分子距离r的关系图像． 2. 思考并讨论：为什么分子势能与体积有关？物体体积变大时，分子势能一定变大吗？ 3. 甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间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c做减速运动 B. 乙分子由a到c做加速运动，到达b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少 D. 乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能一直增加 1. 物体中所有分子的热运动动能与分子势能之和，叫作物体的内能．思考下列问题： (1)一切物体都具有内能吗？ (2)物体的内能是由哪些因素决定的呢？ (3)试说出内能与机械能有哪些区别，并完成下列表格． 内能 机械能 对应的运动形式 能量常见形式 能量存在原因 影响因素 是否为零 联系 注意：内能与机械能是两个不同的物理概念．在热现象的研究中，一般不考虑物体的机械能． (4)在高空中高速飞行的飞机中的物体，内能一定大吗？ 2. 下列关于内能和机械能的说法中正确的是(　　) A. 内能和机械能各自包含动能和势能，因此，它们在本质上是一样的 B. 运动物体的内能和机械能均不为零 C. 一个物体的机械能可以为零，但它的内能永远不可能为零 D. 物体的机械能变化时，它的内能一定变化 【检测反馈】 1. 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 2. 下列情况中分子势能一定减小的是(　　) A. 分子间距离减小时　 B. 分子间表现为斥力且分子间距离增大时 C. 分子动能增大时　 D. 分子间作用力做负功时 3. 下列四幅图中，能正确反映分子间作用力F和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是(　　) A B C D 4. 如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲、乙两分子间的作用力与两分子间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，现将乙分子从a移动到d的过程中，两分子间的分子力和分子势能同时都增大的阶段是(　　) A. 从a到b B. 从b到c C. 从b到d D. 从c到d 5. 当分子间距离为r0时，分子间的作用力为0.当分子间距离从0.8r0增大到10r0的过程中，关于分子间作用力F和分子势能Ep的变化，下列说法正确的是(　　) A. F先变小后变大再变小，Ep先减少后增加 B. F先变小后变大再变小，Ep先增加后减少 C. F先变大后变小，Ep先减少后增加再减少 D. F先变小后变大，Ep先减少后增加再减少 6. 关于物体的内能，以下说法正确的是(　　) A. 箱子运动的速度减小，其内能也减小 B. 篮球的容积不变，内部气体的温度降低，气体的内能将减小 C. 物体的温度和体积均发生变化，其内能一定变化 D. 对于一些特殊的物体，可以没有内能 7. 一定质量的0 ℃的水在凝结成0 ℃的冰的过程中，体积变大，它内能的变化是(　　) A. 分子平均动能增加，分子势能减少　 B. 分子平均动能减小，分子势能增加 C. 分子平均动能不变，分子势能增加　 D. 分子平均动能不变，分子势能减少 8. 在一个密闭容器内有一滴15 ℃的水，过一段时间后，水滴蒸发变成了水蒸气，温度还是15 ℃，下列说法正确的是(　　) A. 分子势能减小　 B. 分子平均动能减小 C. 内能一定增加　 D. 分子的速率都减小 9. 在一个真空的钟罩中，用不导热的细线悬吊一个铁块，中午时铁块的温度是28 ℃，晚上铁块的温度是23 ℃.铁块的内能(　　) A. 增加　 B. 减少　 C. 不变　 D. 无法判断 10. 下列有关机械能和内能的说法中正确的是(　　) A. 机械能大的物体，内能一定也大 B. 在列车的速度由小变大的过程中，列车上所有物体的动能都在增大，组成这些物体的分子的平均动能也在增大 C. 物体被举高时，物体的重力势能增加，物体中所有分子的分子势能也增加 D. 摩擦生热是机械能向内能的转化 【参考答案】 【活动方案】 活动一： 1. (1)物体内分子是大量的，各个分子的速度大小不同，因此，每个分子的动能大小不同，并且还在不断地改变．由于热现象是大量分子热运动的结果，因此研究单个分子运动的动能没有意义，而是要研究大量分子运动的平均动能． (2)温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义．温度升高，分子平均动能增大，不是每一个分子的动能都增大，个别分子动能可能增大也可能减小． 2. B　温度相同，物体分子平均动能相同，故A错误；分子动能指的是由于分子做无规则运动而具有的能，B正确；物体温度是对大量分子而言，对于10个这样少的分子无意义，故C错误；温度低的物体分子的平均速率小(相同物质)，但具体到每一个分子的速率是不确定的，可能大于平均速率，也可能小于平均速率，故D错误． 活动二： 1. (1)引力　负功　增大　正功　减小　增大　减小 (2)斥力　负功　增大　正功　减小　减小 增大 (3)负功　增大　最小 (4) 2. 分子势能是由分子力和分子间距离所决定的，当分子间距离发生变化时，分子力做功，分子势能将发生变化．由于分子间距离的变化在宏观上可表现为物体体积的变化，所以分子势能在宏观上与物体体积有关．分子势能与物体体积有关，但不能简单理解成物体体积越大，分子势能就越大；体积越小，分子势能就越小．如0 ℃的水变成0 ℃的冰后，体积变大，但分子势能减少．所以一般来说，物体体积变化了，其对应的分子势能也将发生变化．具体怎么变化，关键要看在变化过程中分子力做正功还是负功． 3. C　乙分子从a到b再到c的过程中，分子间的作用力一直表现为引力(F<0)，所以该过程由于分子力的作用会使乙分子做加速运动，分子力做正功、分子势能减少；乙分子到达c处时分子力为零，加速度为零，此时分子的动能最大、分子势能最小；乙分子再从c到d的过程中，分子力表现为斥力，由于分子力的作用会使乙分子做减速运动，直至速度减为零，该过程分子力做负功、分子势能增加、分子动能减少．故C正确，A、B、D错误． 活动三： 1. (1)任何物体都具有内能．因为一切物体都是由不停地做无规则运动的分子组成，且分子之间存在着相互作用，所以一切物体都具有内能． (2)①从宏观上看：物体内能的大小由物体的物质的量、温度和体积三个因素决定．②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． (3) 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 能量常见形式 分子动能、分子势能 物体动能、重力势能或弹性势能 能量存在原因 由物体内大量分子的无规则热运动和分子间相对位置决定 由物体的机械运动和物体形变或与地球的相对位置决定 影响因素 物质的量、物体的温度和体积及物态 物体的机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度)或弹性形变 是否为零 不能等于零 一定条件下可以等于零 联系 在一定条件下可以相互转化 (4)不一定．内能包括分子动能和分子势能，分子动能取决于温度，分子势能取决于体积．物体的内能和机械能是完全不同的两个概念，物体的速度大、高度大，只表明物体的机械能大，内能不一定大． 2. C　机械能是指宏观物体动能、重力势能、弹性势能等，内能是指分子动能、分子势能，有本质的区别，A错误；物体的分子运动永不停息，内能不为零，运动物体的动能为正值，但势能可能为负值，所以物体机械能可能为零，B错误，C正确；机械能、内能在一定条件下可相互转化，但没有转化时，一个可以变化，另一个可以不变，D错误． 【检测反馈】 1. B　温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增加，但是其中个别分子的动能却有可能减小，A错误，B正确；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总数的比值，所以C、D错误． 2. B　当分子间距离减小时，分子间的作用力可能做正功，也可能做负功，所以分子势能可能减小也可能增大，A错误；当分子间表现为斥力且分子间距离增大时，分子间的作用力做正功，分子势能减小，B正确；分子动能与分子势能没有关系，C错误；分子间的作用力做负功时，分子势能增大，D错误． 3. B　当r＜r0时，分子力表现为斥力，随分子间距离r增大，分子势能Ep减小；当r＞r0时，分子力表现为引力，随分子间距离r增大，分子势能Ep增大；当r＝r0时，分子力为零，此时分子势能最小，故B正确． 4. D　根据分子力做功与分子势能的关系，分子力做正功分子势能减少，分子力做负功分子势能增加，故D正确． 5. A　根据分子间作用力和分子势能的变化规律可知，当分子间距离从0.8r0增大到10r0的过程中，F先表现为斥力变小后表现为引力先变大再变小，Ep先减少后增加．A正确. 6. B　物体的内能与物体的机械运动无关，故A错误；当气体的体积不变而温度降低时，气体的分子势能不变，分子的平均动能减小，气体的内能减小，故B正确；物体的温度和体积均发生变化时，物体内的分子势能和分子的平均动能都发生变化，其内能可能不变，故C错误；任何物体都有内能，故D错误． 7. D　温度相同，分子的平均动能相同，体积改变，分子势能发生了变化．由于不清楚由水变成冰时分子力做功的情况，不能从做功上来判断．水变成冰是放出热量的过程，因此分子势能减少，故D正确． 8. C　水滴蒸发变成了水蒸气的过程，温度没变，分子的平均动能不变，但需要吸收热量，分子势能增加，故内能增加了，C正确． 9. B　当铁块的温度降低，分子的平均动能减小，而分子势能不变，其内能减少，故B正确． 10. D　机械能与内能有着本质的区别，对于同一物体，机械能是由其宏观运动速度和相对高度决定的，而内能是由物体内部分子无规则运动和聚集状态决定的．机械能和内能在一定条件下可以相互转化．故D正确． 学科网（北京）股份有限公司 $