1 .4 分子动能和分子势能 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件围绕分子动能、分子势能及内能展开，通过气体压强模拟实验（豆子撞击）和红墨水扩散等生活现象导入，从分子动理论回顾过渡到分子动能、势能的微观宏观分析，最终整合为内能概念，构建微观到宏观的学习支架。 其亮点在于运用模型建构（豆子模拟分子撞击）和科学探究（分子势能变化讨论）培养科学思维，结合高考例题与对比表格深化物理观念。学生能直观理解微观机制，教师可借助结构化内容提升教学效率。

1.4分子动能和分子势能 从分子动理论的观点来看，气体对容器的压强是大量气体分子不断撞击器壁的结果。或许有人会问，这种撞击是不连续的，为什么器壁受到的作用力却是均匀不变的呢? 模拟气体压强产生的机理 类似于一个分子撞击容器壁的过程 模拟了气体分子连续不断的撞击容器壁产生了持续稳定的压强的过程 一颗豆子 多颗豆子 回顾 （1）密闭容器中由于气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生，大小由气体的体积和温度决定，与地球引力无关。 气体压强和大气压的区别？ （2）大气压强是由于空气受到重力作用而对浸在其中的物体产生的压强，如果没有地球引力作用，地球表面就没有大气，也就没有大气压强。 1.物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着相互作用力。 2.温度升高时，速率大的分子数增加，速率小的分子数减少，但不是所有分子速度都增大，也有些分子速度会减小，甚至会有一些分子速度为零。 3.气体压强就是大量分子作用在器壁单位面积上的平均作用力，气体压强大小微观上取决于气体分子的平均速率和单位体积内气体分子的数目。 1、分子动能 分子不停地做无规则运动，那么，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。 2、分子平均动能 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，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。这个平均值叫作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，所以各个分子的动能也有大有小，而且在不断改变。 如图，分别向10 ℃和50 ℃的水中滴入一滴红墨水， 请问: (1)哪杯水中红墨水扩散得快? (2)哪杯水中分子的平均动能大? (3)影响分子平均动能的因素是什么? 想一想 3、温度 ①宏观含义：温度是描述物体冷热程度的物理量 ②微观含义： 温度是分子热运动的平均动能的标志 温度是分子热运动平均动能的唯一标志。 4、注意： ①温度升高，分子的平均动能一定增大，但并不代表所有分子的动能都增大。 ②分子的平均动能只与温度有关，与物体的种类及所处的状态无关 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。 5、分子的总动能： 二、分子势能 分子势能的大小由分子间的相对位置决定，分子间的相互作用力随距离变化而变化，分子势能也会随距离变化而变化。 由于分子之间存在着相互作用力，且分子间的作用力所做的功与路径无关，所以，分子组成的系统具有分子势能。 分子力所做功的大小等于分子势能的变化量的大小。 分子力做正功时，分子势能减少，分子力做负功时，分子势能增加。 设两个分子相距无穷远，我们可以规定它们的分子势能为0。让一个分子A不动，另一个分子B从无穷远处逐渐靠近A。在这个过程中，分子势能的大小发生改变。 分子势能Ep与分子间距离r是有关系的。那么，它们之间存在怎样的一种关系呢？ 思考与讨论： 类似于 弹簧小球模型 分子力做功情况 分子作用力曲线与r轴之间所围面积等于分子力所做的功。 ①当r>r0时，随着分子间距不断变小，分子力做功情况如何？ ②当r<r0时，随着分子间距不断变小，分子力做功情况如何？ 分子B从无穷远处逐渐靠近A 分子势能变化规律 1、当分子间距离r>r0时，分子间的 作用力表现为引力，分子势能减小。 2、当分子间距离r减小到r0时，分子间的作用力为0，分子势能减到最小。 取无穷远处势能为0， 3、当分子距离r<r0时，分子间的作用力表现为斥力，分子势能增大。 F-r图象与Ep-r图象的对比 从图象可知，当r=r0时，分子势能最小，但并不是为0，因为零势点的选取是任意的，一般取无穷远处为零势点，这样最小势能为负值。 1、从微观上看：分子势能跟分子间距离r有关。 影响分子势能大小的因素 2、从宏观上看：分子势能跟物体的体积有关。 一般来说，物体的体积发生变化时，分子势能也会发生变化，但不能简单的认为体积增大，分子势能增大，体积减小，分子势能减小，因为物体体积发生变化时，我们无法确定是在r<r0的条件下还是在r>r0的条件下发生的变化。 补充说明：大多数固体熔化成液体分子间距会变大。 而冰熔化成水是个特例。 冰熔化成水的过程中分子间距变小， 而冰、水的分子间距均小于r0，因此其分子势能会随着分子间距变小而增大。 例1.(2023年海南卷)下列关于分子力和分子势能的说法正确的是（　　） A．分子间距离大于r0时，分子间表现为斥力 B．分子从无限远靠近到距离r0处过程中分子势能变大 C．分子势能在r0处最小 D．分子间距离小于r0且减小时，分子势能在减小 C 例2.(2021年重庆卷)图1和图2中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别描述了某物理量随分之间的距离变化的规律，r0为平衡位置。现有如下物理量：①分子势能，②分子间引力，③分子间斥力，④分子间引力和斥力的合力，则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的物理量分别是(　　) A．①③② B．②④③ C．④①③ D．①④③ D 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(internal energy)。 三、物体的内能 任何物体都具有内能。 决定物体内能的因素: 思考与讨论 物体下落的时候，物体中的分子在做无规则热运动的同时还共同参与竖直向下的落体运动。再如，地面上滚动的足球，球内的气体分子在做无规则热运动的同时，还共同参与水平地面上的运动。当足球静止在地面上时(图1.4-3)，其中的气体分子是否还具有能量呢？ 应当指出，组成物体的分子在做无规则的热运动，具有热运动的动能，它是内能的一部分；同时物体还可能做整体的运动，因此，还会具有动能，这是机械能的一部分。后者是由物体的机械运动决定的，它对物体的内能没有贡献。 思考：内能与机械能有何区别？ 1、能量的形式不同 机械能与物体的机械运动相对应，内能与分子热运动相对应。 内能与机械能的区别 2、决定能量的因素不同 内能是由物体内大量分子的热运动和分子间的相对位置决定的能量，宏观上它与物体的温度、体积、物体的摩尔数有关。 机械能是由物体做机械运动和物体形变决定的能量，它是对宏观物体整体来说的。 3、物体具有内能的同时又可以具有机械能，机械能可以为0，但物体在任何情况下都具有内能。 4、物体的机械能变化时，内能不一定变化，同样，物体的内能变化时，机械能不一定变化。 5、机械能与内能之间可以相互转化，转化过程遵循能量守恒定律。 例3.为什么说任何物体都具有内能？物体的体积不变，温度升高时，它的内能怎样变化？ 教材P17复习与提高A组第1题 物体的内能是物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，而组成物体的分子在永不停息地做无规则运动，因此，任何物体都具有内能。 若物体的体积不变，温度升高，分子势能不变，分子平均动能增加，则物体的内能增加。 (类题推荐：教材P16练习与应用第1、2题) 例4.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？ 教材P16练习与应用第4题 这种说法不对， 当我们把物体举高时，物体的重力势能增加，但物体的温度没变，物体内分子间的距离没变，故物体的内能没变。 分子动能 分子势能 内能 定义 影响因素 微观 宏观 分子无规则运动的动能 分子间有作用力，由分子间相对位置决定的势能 物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和 分子之间的距离 体积 温度、体积、物质的量 分子热运动剧烈 程度、分子间距、分子个数 分子热运动的剧烈程度 温度 例5.一定质量的0℃的冰熔化成0℃的水，其总的分子动能EK，分子势能EP，以及内能E的变化是（ ） A．EK、EP、E均变大 B．EK、EP、E均变小 C．EK不变、EP变大、E变大 D．EK不变、EP变小、E变小 C 例6.质量相等的氢气和氧气，温度相同，不考虑分子间的势能，则( ) A．氧气的内能较大 B．氢气的内能较大 C．两者内能相等 D．氢气分子的平均动能较大 B 拓展提升： Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 $