4.分子动能和分子势能-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

本讲义聚焦分子动能、分子势能及物体内能三大核心知识点，先通过踢足球情境导入分子动能，明确温度是分子平均动能的标志，再类比重力势能引入分子势能，分析其与分子间距离的关系，最后整合两者形成内能概念，构建从微观到宏观的完整知识脉络。 该资料以情境导入激发兴趣，如用足球运动区分宏观动能与分子动能，通过师生互动任务（如分析温度与分子平均动能关系）培养科学思维，结合图像、表格探究归纳规律，助力学生理解抽象概念。课中辅助教师引导学生从具体到抽象，课后学生可通过练习题巩固知识，有效查漏补缺，提升物理观念和科学探究能力。

4.分子动能和分子势能 【素养目标】　1.知道分子动能，知道温度是分子平均动能的标志。2.知道分子势能，理解并掌握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。 知识点一　分子动能 【情境导入】　如图为某同学练习踢足球的情景，回答下列问题： (1)运动着的足球具有动能，其动能大小与足球的温度有关吗？ (2)足球内大量的气体分子做无规则运动，也具有动能，其动能大小与足球的温度有关吗？温度升高时，足球内所有气体分子的动能是否都增大？ 提示：(1)无关。(2)有关；不是。 【教材梳理】 (阅读教材P14完成下列填空) 1.分子动能：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.分子热运动的平均动能：所有分子的动能的平均值。 3.温度的微观含义：温度是分子热运动的平均动能的标志。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。 【师生互动】　根据分子的平均动能与温度的关系，请思考： 任务1.物体运动的速度大小与其分子的平均动能的大小有关吗？ 任务2.相同温度的不同物体，分子的平均动能一定相同吗？ 任务3.相同温度的不同物体，分子的平均速率一定相同吗？ 提示：任务1.无关。任务2.一定。任务3.不一定。 【探究归纳】 对分子动能的理解 单个分子的动能 (1)由于分子运动的无规则性，在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一。 (2)同一个分子，在不同时刻的动能也可能是不同的。 (3)研究单个分子的动能没有实际意义 分子的平均动能 (1)物体的温度是分子热运动的平均动能的标志。 ①温度升高，分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大。 ②温度降低，分子平均动能减小，但不是每一个分子的动能都减小。 (2)只要温度相同，分子的平均动能都相同，与物质的种类无关 分子的总动能 (1)物体内分子运动的总动能是指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)物体内分子的总动能与物体的温度和所含分子总数有关 学生用书⬇第15页 下列关于物体的温度与分子动能的关系，正确的是(　　) A.某物体的温度是0 ℃，说明物体中分子的平均动能为零 B.物体温度升高时，每个分子的动能都增大 C.物体温度升高时，分子平均动能增大 D.物体的运动速度越大，则物体的温度越高 答案：C 解析：某种物体的温度是0 ℃，物体中分子的平均动能并不为零，因为分子在永不停息地运动，A错误；当温度升高时，分子热运动加剧，分子平均动能增大，但并不是每个分子的动能都增大，B错误，C正确；物体的运动速度越大，物体的动能越大，但这并不能代表物体内部分子的热运动越剧烈，所以物体的温度不一定越高，D错误。 针对练1.(多选)下列说法中正确的是(　　) A.只要温度相同，任何物体分子的平均动能都相同 B.分子动能指的是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.同一物体，温度低时每一个分子的运动速率一定小于温度高时每一个分子的运动速率 答案：AB 解析：温度相同，任何物体分子的平均动能都相同，故A正确；分子动能指的是分子做无规则运动而具有的能，故B正确；物体温度是对大量分子而言的，对于10个分子无意义，故C错误；同一物体，温度低时分子的平均速率小，但每一个分子的运动速率是不确定的，可能大于平均速率，也可能小于平均速率，故D错误。 针对练2.(多选)当氢气和氧气的质量和温度都相同时，下列说法正确的是(　　) A.两种气体分子的平均动能相等 B.氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率 C.两种气体分子热运动的总动能相等 D.两种气体分子热运动的平均速率相等 答案：AB 解析：温度是分子热运动的平均动能的标志，温度相同，则分子平均动能相同，故A正确；因为氢气分子的质量小于氧气分子的质量，而两种气体分子的平均动能又相等，所以氢气分子的平均速率较大，故B正确，D错误；虽然氢气和氧气的质量和分子平均动能都相等，但由于两者的摩尔质量不同，所以分子数目不相等，气体分子热运动的总动能不相等，故C错误。 知识点二　分子势能 【情境导入】　地面附近的物体所受重力为G，由于重力做功具有跟路径无关的特点，所以存在重力势能。 (1)分子间也存在相互作用力，那么，分子间是否存在势能呢？ (2)功是能量转化的量度，分子间作用力做功引起哪两种形式的能量之间的转化？ 提示：(1)存在。 (2)分子势能与分子动能之间的转化。 【教材梳理】 (阅读教材P14—P15完成下列填空) 1.分子势能：分子间存在着相互作用力，分子间的作用力所做的功与路径无关，分子组成的系统具有分子势能。 2.分子势能与分子间距离的关系 (1)当r＞r0时，分子间作用力表现为引力，若r增大，需克服引力做功，分子势能增大。 (2)当r＜r0时，分子间作用力表现为斥力，若r减小，需克服斥力做功，分子势能增大。 (3)当r＝r0时，分子间作用力为0，分子势能最小。 3.分子势能与物体的体积有关。 【师生互动】　如图所示，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，乙分子由a位置运动到d位置的过程中： 学生用书⬇第16页 任务1.分子间的作用力做什么功？分子势能如何变化？ 任务2.乙分子运动到哪一位置时分子动能最大，分子势能最小？ 提示：任务1.先做正功后做负功；分子势能先减小后增大。 任务2.c点。 【探究归纳】 分子势能与分子间距离的关系 图示 r＜r0 分子间作用力表现为斥力，随着r的减小，分子力做负功，分子势能增大 r＞r0 分子间作用力表现为引力，随着r的增大，分子力做负功，分子势能增大 r＝r0 分子势能最小。从此位置开始，分子间距离r不论减小还是增大，分子间作用力都做负功，分子势能都增大 r＞10r0 分子间作用力、分子势能均视为零 甲、乙两图分别表示分子间作用力和分子势能随分子间距离变化的图像。由图像判断以下说法正确的是(　　) A.当分子间距离为r0时，分子间作用力和分子势能均最小且为零 B.当分子间距离r＞r0时，分子间作用力随分子间距离的增大而增大 C.当分子间距离r＞r0时，分子势能随分子间距离的增大而减小 D.当分子间距离r＜r0时，分子间作用力和分子势能都随分子间距离的减小而增大 答案：D 解析：当分子间距离为r0时，由题图甲、乙可知，分子间作用力为0，分子势能最小但不为0，A错误；当分子间距离r＞r0时，由题图甲可知，随分子间距离的增大，分子间作用力先增大后减小，B错误；当分子间距离r＞r0时，由题图乙可知，分子势能随分子间距离的增大而增大，C错误；当分子间距离r＜r0时，由题图甲、乙可知，分子间作用力和分子势能都随分子间距离的减小而增大，D正确。 分子势能图像问题的解题技巧 1.首先要明确分子势能、分子间作用力与分子间距离关系图像中拐点意义的区别。分子势能图像的最低点(分子势能最小值)对应的距离是分子平衡距离r0，而分子间作用力图像的最低点对应的距离大于r0。分子势能图像与r轴交点到坐标原点的距离小于r0，分子间作用力图像与r轴交点到坐标原点的距离等于r0。 2.其次要把图像上的信息转化为分子间的距离，再求解其他问题。 针对练1.如图为两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线，甲分子固定于坐标原点O，乙分子的位置如图中横轴所示，现认为乙分子只受甲分子的作用力，下列说法正确的是(　　) A.当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力 B.在r由r1变到r2的过程中，乙分子的动能增大 C.当r等于r2时，乙分子的加速度最大 D.在r由r2变到10r2的过程中，分子间的作用力做负功，分子势能减小 答案：B 解析：由题图可知，分子间距为r2时分子势能最小，此时分子间的距离为平衡距离。当r小于r2时分子间的作用力表现为斥力，当r大于r2时分子间的作用力表现为引力，故A错误；在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力为斥力，斥力做正功，乙分子的动能逐渐增大，故B正确；当r等于r2时，分子间的作用力为零，则乙分子的加速度最小，为零，故C错误；在r由r2变到10r2的过程中，分子间的作用力为引力，分子间的作用力做负功，分子势能增大，故D错误。故选B。 针对练2.(多选)如图所示，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 学生用书⬇第17页 中曲线所示。F＞0表示斥力， F ＜0表示引力，A、 B、C、D为x轴上四个特定的位置，乙分子仅在分子力作用下依次经过A、B、C、D，下列选项中分别表示乙分子的速度、加速度、动能，势能(规定两分子相距无穷远时分子势能为0)与两分子间距离的关系，其中可能正确的是(　　) 答案：BD 解析：乙分子从A到C的过程中一直受到引力，速度一直增大，故A错误；由牛顿第二定律可知，加速度与力的大小成正比，方向与力相同，故B正确；分子动能不可能为负值，故C错误；乙分子从A到C，分子间作用力做正功，分子势能减小，从C点继续向左，分子间作用力做负功，分子势能增大，故D正确。 知识点三　物体的内能 【情境导入】　如图所示为某实验器材的结构示意图，金属内筒和隔热筒间封闭一定体积的气体，内筒中有水，在给水加热升温的过程中(忽略液体和气体的体积变化)，回答下列问题： (1)气体分子势能怎样变化？ (2)是不是所有气体分子的动能都增大了？ (3)气体分子的动能和势能的总和怎样变化？ 提示：(1)体积不变，则分子势能不变。 (2)不是，分子平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大。 (3)增大。 【教材梳理】 (阅读教材P15—P16完成下列填空) 1.物体的内能：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。任何物体都具有内能。 2.决定因素：物体内能的大小跟物体的物质的量、温度和体积有关。物体的内能还受物态变化影响。 【师生互动】　1 g 100 ℃的水和 1 g 100 ℃的水蒸气相比： 任务1.两者谁的内能大？为什么？ 任务2.影响内能的因素有哪些？ 提示：任务1.1 g 100 ℃的水蒸气的内能大，在1 g 100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气的过程中，分子间距增大，克服分子间作用力做功，分子势能增大，温度相同，分子平均动能相同，所以1 g 100 ℃的水蒸气的内能大。 任务2.物体的物质的量、温度和体积。 【探究归纳】 1.决定物体内能的因素 (1)微观决定因素：分子热运动的平均动能、分子势能和分子的个数。 (2)宏观决定因素：物体的物质的量、温度和体积。 2.内能与机械能的区别与联系 能量 内能 机械能 区 别 对应的运动形式 微观分子热运动 宏观物体机械运动 常见的能量形式 分子动能、分子势能 物体的动能、重力势能、弹性势能 影响 因素 物体的物质的量、温度、体积且受物态变化影响 物体的质量、机械运动的速度、相对于参考平面的高度、弹性形变量 大小 永远不等于零 一定条件下可以等于零 联系 在一定条件下可以相互转化 学生用书⬇第18页 对内能的理解 (2025·重庆高二期中)下列说法中正确的是(　　) A.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越大 B.两个不同的物体，只要温度和体积相同，内能就相同 C.物体的温度越高，它的每一个分子热运动的速率一定越大 D.温度高的物体一定比温度低的物体内能大 答案：A 解析：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越大，故A正确；物体的内能由温度、体积、物质的量及物态共同决定，两个不同的物体，温度和体积相同，内能不一定相同，且温度高的物体不一定比温度低的物体内能大，故B、D错误；温度是大量分子热运动的宏观体现，物体的温度越高，分子热运动的平均速率越大，但不代表每一个分子热运动的速率一定越大，故C错误。 对物体内能的理解 1.内能是物体具有的，不是某个分子具有的，讨论单个分子的内能无意义。 2.任何物体的内能都不为零。任何物体的分子都在做永不停息的运动，所以任何物体都有内能。 3.物体内能与物体的机械运动状态、位置等因素无关，但受物态变化的影响。 针对练.关于物体的内能，下列说法正确的是(　　) A.物体运动得越快，其内能一定越大 B.物体所处的位置越高，分子势能就越大，内能也越大 C.物体的温度越高，内能越大 D.物体的温度不变时，内能可能增加 答案：D 解析：物体的内能与物体的运动速度无关，故A错误；物体分子势能与物体的高度无关，故B错误；物体的内能和物体的温度、体积有关，并不是物体的温度越高，内能越大，冰在0 ℃融化成水时，温度保持不变，但吸收热量，内能增加，说明物体的温度不变时，内能也可能增加，故C错误，D正确。故选D。 内能与机械能比较 (多选)下列关于内能和机械能的说法正确的是(　　) A.机械能增大的物体，其内能一定增大 B.物体的机械能损失时，内能有可能增大 C.物体的内能损失时，机械能必然会减小 D.物体的机械能可以为0，内能不可以为0 答案：BD 解析：内能和机械能是两种不同形式的能，二者的决定因素不同，无必然增减关系，但物体的机械能损失时，内能有可能增大，例如，在物体克服空气阻力匀速下降过程中，机械能减小，而摩擦生热，物体温度升高，内能增大，A错误，B正确；在物体静止时，温度降低，内能减小，而物体的机械能不变，C错误；物体内分子在做永不停息的运动，内能不可以为0，但机械能可以为0，D正确。 针对练.(多选)给一定质量温度为0 ℃的水加热，在水的温度由0 ℃上升到4 ℃的过程中，水的体积随着温度的升高反而减小，我们称之为“反常膨胀”。查阅资料知道：在水反常膨胀的过程中，体积减小是由于水分子之间的结构发生了变化，但所有水分子间的总势能是增大的。由此可知，在此过程中(　　) A.水分子的平均动能增加 B.水的内能增加 C.水的机械能增加 D.吸收的热量大于水分子之间总势能的增加量 答案：ABD 解析：温度是分子平均动能的标志，温度升高，水分子的平均动能增加，故A正确；水的内能包括水分子的动能与水分子间的势能，两者都增加，则水的内能增加，故B正确；机械能与内能没有必然的联系，故C错误；根据能量守恒定律可知，吸收的热量转化为水分子的动能和水分子间的势能，故D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $