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

该教案聚焦分子动能、分子势能、物体内能及内能与机械能的区别，通过复习分子动理论和气体压强微观解释，以问题引导连接热运动能量与分子运动，构建前后知识学习支架。 特色在于采用视频动画演示分子热运动、类比法引入分子势能（如弹簧小球模型）及小组讨论，体现科学思维的模型建构与科学探究的问题驱动。帮助学生直观理解抽象概念，提升物理观念，也为教师提供结构化教学流程与评价工具。

第4节　分子动能和分子势能 教学分析 · 教学目标 1.知道分子的动能,知道物体的温度是它的分子热运动的平均动能的标志。 2.知道分子的势能,理解分子势能大小随分子间距离变化。 3.知道什么是物体的内能,物体的内能与哪些宏观量有关,能区别物体的内能和机械能。 · 教学重难点 重点:掌握三个概念(分子动能、分子势能、物体的内能)。 难点:分子势能和分子间距离的关系以及内能和机械能的区别。 · 教学方法 视频动画演示法、小组讨论法、讲授法、探究法、类比法。 · 课时安排 1课时 · 教学准备 多媒体辅助教学设备、学案等。 教学设计 一、复习导入 1.分子动理论 (1)物体是由大量分子组成的。 (2)分子在做永不停息的无规则热运动。 (3)分子之间存在着相互作用力。 2.气体压强的微观解释 气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的。 [提出问题]我们知道做机械运动的物体具有机械能,热现象发生过程中,也有相应的能量变化。另一方面,我们又知道热现象是大量分子做无规则热运动产生的。那么热运动的能量与大量分子的无规则运动有什么关系呢? [学生回答]热运动的能量与大量分子热运动的动能有关。 [教师总结]板书呈现课题,配合课件,明确本课的基本教学目标,引导学生进入本课的学习。 二、新课讲授 (一)分子动能 [播放视频]气体分子的无规则热运动。 [教师提问]通过观察演示实验,类比“运动的物体具有动能”这一思想,气体分子由于热运动而具有的这种能是什么能? [学生回答]分子由于热运动而具有的能叫作分子动能。 [教师提问]由于热现象是大量分子无规则运动的结果,所以研究个别分子运动的动能是没有意义的,应该怎么处理? [学生回答]研究大量分子热运动的动能,可以求出所有分子热运动动能的平均值。 [教师总结] 1.分子动能:组成物体的分子由于热运动而具有的能叫作分子动能。 2.平均动能:物体里所有分子的动能的平均值叫作分子热运动的平均动能。 [播放视频] [提出问题]观察视频,哪杯水中墨水扩散得快?分子热运动快慢与温度有什么关系? [学生回答]热水烧杯中墨水扩散得快,扩散的快慢受温度影响。温度越高,分子热运动越快。 [教师总结]物体的温度是它的分子热运动的平均动能的标志,温度越高,物体分子热运动的平均动能越大。 3.温度 (1)宏观含义:温度是表示物体的冷热程度的物理量。 (2)微观含义(即从分子动理论的观点来看):温度是物体分子热运动的平均动能的标志,温度越高,物体分子热运动的平均动能越大。 [注意] 1.同一温度下,不同物质分子的平均动能都相同。但由于不同物质的分子质量不一定相同,所以分子热运动的平均速率也不一定相同。 2.温度反映的是大量分子平均动能的大小,不能反映个别分子的动能大小,同一温度下,各个分子的动能不尽相同。 (二)分子势能 [类比引入]回顾我们学习的势能:地面上的物体,由于与地球相互作用具有的能——重力势能;发生弹性形变的弹簧,相互作用具有的能——弹性势能。 [教师提问]由于分子间存在着相互作用力,分子间也具有由它们的相对位置而决定的一种能,类比刚刚复习的知识,这种能应该叫什么? [学生回答]分子势能。 [教师总结]1.分子势能:分子间存在着相互作用力,因此分子间所具有的由它们的相对位置所决定的能叫作分子势能。 [教师提问]重力势能与弹性势能都跟位置(距离)有关,那么分子势能与分子间距离有什么关系呢? [学生讨论]分子势能随分子间距离的增大而增大,和重力势能类似。 [教师分析]出示模型(弹簧与小球)。 如果分子间距离约为10-10 m时,分子间的作用力的合力为零,此距离为r0。 当分子距离小于r0时,分子间的作用力表现为斥力,要减小分子间的距离必须克服斥力做功,因此,分子势能随分子间距离的减小而增大。这种情形与弹簧被压缩时弹性势能增大是相似的。 如果分子间距离大于r0,分子间的作用力表现为引力,要增大分子间的距离必须克服引力做功,因此,分子势能随分子间距离的增大而增大。这种情况与弹簧被拉伸时弹性势能增大是相似的。 [教师总结]2.分子势能与分子间距离的关系 当r≈10-10 m时,分子间的作用力为零,此时距离为r0。(类似于弹簧处于原长) 当r<r0时,分子间的作用力表现为斥力,要减小分子间的距离必须克服斥力做功,因此,分子势能随分子间距离的减小而增大。(类似于弹簧被压缩) 当r>r0时,分子间的作用力表现为引力,要增大分子间的距离必须克服引力做功,因此,分子势能随分子间距离的增大而增大。 分子势能随分子间距离r的变化情况可以在如下图所示的图像中表现出来。 (三)物体的内能 [提出问题]结合机械能的定义——物体的动能和重力势能之和叫作机械能,那物体中所有分子的热运动的动能与分子势能的总和叫什么? [学生回答]物体的内能。 [教师总结]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,叫作物体的内能。 [注意]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并且相互作用着的分子所组成的。 [提出问题]宏观量中哪些物理量是分子热运动的平均动能和分子势能的标志? [学生讨论、教师分析]根据学生的讨论,引导到一个确定的物体,分子总数是固定的,那么这个物体的内能大小是由宏观量——温度和体积决定的。如果不是确定的物体,那么物体的内能大小是由质量、温度、体积和物态来决定的。 [教师总结]2.决定物体内能的因素 (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:物体内能的大小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。 [类比引入]物体机械运动对应机械能,热运动对应内能。任何物体都具有内能,同时还可以具有机械能。例如在空中飞行的炮弹,除了具有内能,还具有机械能。 [提出问题]静止的车厢内装有氧气瓶,当汽车以60 km/h的速度行驶时,氧气瓶内氧气的内能是否增加? [学生回答]内能是所有分子热运动动能和分子势能之和,而汽车运动的速度是宏观的量;故氧气的内能不会增加。 [教师总结]3.内能是所有分子热运动动能和分子势能之和,而不是分子定向移动的动能。另一方面,物体机械能增加,内能不一定增加。 [教师总结]4.内能和机械能的区别 比较项 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 常见的能量形式 分子动能、分子势能 物体动能、重力势能或弹性势能 影响因素 物质的量、温度、体积和物态 物体的机械运动的速度、离地高度或弹性形变 是否为零 一定不为零 一定条件下可以为零 联系 在一定条件下可以相互转化 [例题展示] 【例题1】有甲、乙两种气体,如果甲气体内分子平均速率比乙气体内分子平均速率大,则(　　) A.甲气体温度一定高于乙气体的温度 B.甲气体温度一定低于乙气体的温度 C.甲气体的温度可能高于也可能低于乙气体的温度 D.甲气体的每个分子都比乙气体每个分子运动得快 例题解答:同一温度下,不同物质分子的平均动能都相同,但由于不同物质的分子质量不一定相同,所以分子热运动的平均速率不一定相同。 答案:C 本知识点设计说明:理解分子平均速率的决定因素取决于分子质量和温度。 【例题2】有甲、乙两个分子,甲分子固定不动,乙分子由无穷远处逐渐向甲靠近,直到不能再靠近为止,在这整个过程中,分子势能的变化情况是(　　) A.不断增大 B.不断减小 C.先增大后减小 D.先减小后增大 例题解答:乙分子从无穷远处逐渐向甲靠近的过程中,先受引力作用做加速运动,分子间作用力做正功,分子势能减小,一直到r0处,然后乙分子受斥力作用做减速运动,分子间作用力做负功,分子势能增大。 答案:D 本知识点设计说明:理解分子势能变化的本质是分子间作用力做功的正负。 【例题3】下列表述正确的是(　　) A.分子的动能与分子的势能之和,叫作这个分子的内能 B.物体的内能由物体的动能和势能决定 C.物体做加速运动时,其内能也一定增大 D.物体的动能减小时,其温度可能升高 例题解答:内能是对大量分子来讲的,单个分子无内能可言,A项错误;物体的内能是物体中所有分子热运动动能与分子势能的总和,由物体的温度、体积决定,与整个物体宏观机械运动的动能和势能无关,物体做加速运动时,其动能增大,但内能不一定增大,B、C项错误;当物体运动的动能减小时,其温度可能升高,如物体在粗糙的水平面上滑行,因摩擦生热,动能减小,温度升高,D项正确。 答案:D 本知识点设计说明:区别内能和机械能,并理解决定内能的宏观物理量。 评价反馈 1.(多选)下列有关温度与分子动能、物体内能的说法正确的是(　　) A.温度升高,每个分子的动能一定都变大 B.温度升高,分子的平均速率一定变大 C.温度升高,分子的平均动能一定变大 D.温度降低,物体的内能必然变小 答案:BC 2.分子间距增大时,分子势能将(　　)　　　　　　　　 A.增大　　B.减小　　C.不变　　D.不能确定 答案:D 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.100 g 0 ℃的冰比100 g 0 ℃的水的内能小 答案:D 4.(多选)一辆运输瓶装氧气的货车,由于某种原因,司机紧急刹车,最后停下来,下列说法不正确的是(　　) A.汽车机械能减小,氧气内能增加 B.汽车机械能减小,氧气内能减小 C.汽车机械能减小,氧气内能不变 D.汽车机械能减小,汽车(轮胎)内能增加 答案:AB [反馈深化] 题号 1 2 3 4 考查点 温度和平均动能的关系 分子势能和距离的关系 内能的概念 内能和机械能的区别 典型共 性错误 概念不清 理解不到位 物态变化对内能的影响认识不清 分不清宏观与微观 教师讲 解要点 建立清晰的概念 清楚分析分子势能的图像 物态变化特点 讲解二者的不同点 课堂小结 一、分子动能:组成物体的分子由于热运动而具有的能叫作分子动能。 二、分子势能:分子间存在着相互作用力,因此分子间所具有的由它们的相对位置所决定的能叫作分子势能。 三、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,叫作物体的内能。 四、物体的内能与机械能的区别 布置作业 1.[掌握巩固]完成教材“练习与应用”和学案。 2.[情境应用]分子势能和分子距离变化的势能曲线综合应用。 教学反思 本课内容非常抽象,但分子动能和实际物体的动能有很大的相似之处,容易理解。不过要注意把握好温度的含义,注意联系初中的概念,区分好温度的微观意义和宏观意义。 分子势能可以通过类比重力势能和弹性势能讲解,从分析好这两个学生比较熟悉的势能入手,就可以得出分子势能的概念。分子势能的大小可以运用两个小球连接弹簧来做实验进行类比。 无论是分子动能、势能、内能,一定要注意它是针对大量分子而言。另外分析影响内能的因素时,注意区分好微观和宏观。 板书设计 第4节　 分子动能和分子势能 项目 分子动能 分子势能 内能 定义 分子无规则运动的动能 分子间有相互作用力,由分子间相对位置决定的势能 物体中所有分子热运动动能与分子势能的总和 影响因素 微观 分子热运动的剧烈程度 分子间距离 分子热运动剧烈程度、分子间距离、分子个数 宏观 温度 体积 温度、体积、质量 备课资源 本节从能量的角度运用统计思想认识热运动,热运动是运动的一种形式,分子具有热运动动能。分子的速率变化,热运动动能变化。重要的是大量分子热运动动能的平均值,它的大小标志着系统温度的高低。 分子间的作用力属于电磁相互作用,做功和路径无关,可引入分子势能的概念。分子势能变化图像可以从分子间作用力做功和势能变化关系分析得到,这种分析方法在学习重力势能和电势能时已经多次遇到,体现功和能量两个物理量的关系。概念教学要让学生知道引入概念的目的、概念的确切含义与其他概念的区别和联系。 本节内容概念性强,抽象,不易理解把握,教学中要注意在实际情境中构建概念,在具体情境中应用概念分析问题,丰富、深化学生对概念的理解。 第 8 页 共 8 页 学科网（北京）股份有限公司 $