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

第一章 分子动理论 第4节 分子动能和分子势能 地面附近的物体所受的重力是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。重力势能由地球和物体的相对位置决定。 分子间的作用力做功是否也具有这一特点呢？分子都具有哪些能量呢？ G 情境与思考 1. 定义：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。 物体内大量分子永不停息地做无规则热运动，对于每个分子来说都有无规则运动的动能。由于物体内各个分子的速率大小不同，因此，各个分子的动能大小也不同。又因为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非常困难、也是没有必要的。于是要研究大量分子热运动的动能，只有将所有分子热运动动能的平均值求出来才有意义。 分子动能 这就是分子平均动能。 3 1. 定义：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，因而，这里重要的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。 分子平均动能 思考：如图，分别向热水和冷水中滴入一滴蓝墨水，问: （1）哪杯水中蓝墨水扩散得快？ （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？ 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，而且不断改变。所以研究速率时我们也研究的是分子在各个速率区间的分布情况。 4 温度升高时，分子的热运动加剧。 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唯一标志， 1. 定义：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，因而，这里重要的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。与热力学温度成正比。 分子平均动能 2. 温度： 描述物体大量分子无规则运动剧烈程度的物理量。 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。 只与温度有关，与物体的种类及所处的状态无关。 思考1：温度升高，所有分子的动能都增大吗？ 思考2：分子的平均动能与物体的种类及所处的状态有关吗？ 只要温度相同，任何分子的平均动能都相同。由于不同物 质的分子质量不一定相同，所以同一温度下，不同物质分 子运动的平均速率一般不同。 思考3：同一温度下，不同物质的平均速率相同吗？ 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。 5 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唯一标志， 温度升高时，分子的热运动加剧。 1. 定义：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，因而，这里重要的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。 分子平均动能 2. 温度： 描述物体大量分子无规则运动剧烈程度的物理量。 3. 分子总动能： 所有分子热运动的动能总和 与分子的总个数和平均动能有关。 与物质的量和温度有关。 ①微观上看： ②宏观上看： = 分子的平均动能×分子数 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。 6 【判断题】 1. 某物体的温度是00C，说明物体中分子的平均动能为零。 ×分子永不停息的运动，不管温度多低，分子动能永远不可能为零。 2. 物体的动能越大，物体内分子的平均动能越大。 ×物体的动能是宏观的机械运动的一种能量，Ek=mv2/2，即由物体的速度与质 量决定。分子的平均动能是微观的，仅由物体的温度决定。 3. 温度越高的物体，物体内每个分子的动能都大。 ×温度高的物体内部也存在着动能很小的分子。只能说温度越高，分子平均动 能越大。 4. 物质种类不同的物体，如果温度相同，它们的平均动能相同，因而它们分子的平均速率也相同。 ×它们的平均动能相同，但由于分子质量不同，所以分子的平均速率不同。 地面附近的物体与地球之间有引力的作用，物体被举高后，地球和这个物体组成的系统就具有了势能。 用弹簧连接的两个物体，把弹簧拉伸或压缩后，两物体之间存在力（引力或斥力）的作用，这个系统也具有了势能。 总之，如果宏观物体之间存在引力或斥力，它们组成的系统就具有势能，势能是由物体间的相互位置决定的。 思考：我们知道分子之间也存在相互作用的引力和斥力，所以分子间有势能吗？ 想一想： 设空间存在两个不受外界影响的分子，两个分子相距无穷远，让一个分子A不动，另一个分子B从无穷远处逐渐靠近A。 ①当r>r0时，分子力为 ，分子力做 ，动能 ，分子势能 。 1. 构建模型： 2. 定性分析： ②当r<r0时，分子力为 ，分子力做 ，动能 ，分子势能 。 思考：分子势能的大小由分子间的相对位置决定，这说明分子势能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？ 平衡位置，分子间作用力为0 引力 正功 斥力 负功 增大 减小 减小 增大 10 3. 半定量分析分子力做功情况： 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，分子力做正功，所 围面积在r轴下方，r不断减小， 所围面积 ，分子力做正 功 。 ②当r<r0时，分子力做负功，所 围面积在r轴上方，r不断减小， 分子所围面积 ，分子力 做负功 。 越来越大 越来越多 越来越大 越来越多 4. 半定量分析分子势能变化情况： 取无穷远处（r≥10r0）分子势能为0， 又W = - ΔEp ①当r>r0时，r不断减小，分子力做正功越来越多， 分子势能 。 ③当r<r0时，r不断减小，分子力做负功越来越多， 分子势能 。 ②当r=r0时，分子力为0，分子势能最小且小于0。 物体的体积变化时，分子间距离将发生变化， 因而分子势能随之改变。 5. 决定分子势能的因素： ①微观上看：分子势能与分子间距离r有关。 ②宏观上看：分子势能与物体的体积有关。 思考：宏观来看分子势能与什么有关？ 越来越小 越来越大 12 6. 注意事项： r r0 无穷远分子势能为0 EP 当r = r0时，分子势能最小且小于0 （向上平移即可，势能改变是绝对的） ①若取r0处为零势能点，则分子势能都大于0。 ②分子势能为0和分子势能最小的含义不同： 前者与选择的零势能点有关，后者的位置确定在r = r0处。 一般取无穷远处分子势能为零，则分子势能最小位置是在平衡位置，故分子势能最小与分子势能为零绝不是一回事！ 分子动能、分子势能与物体内能有怎样的关系？ 13 14 思考：水蒸气是怎样对橡皮塞做功的？做什么功？ 什么能增加了？什么能减少了？ 加热时试管内的水分子剧烈运动，内能增加，增加到一定程度水蒸气对橡皮塞做正功，水分子内能转化为橡皮塞的机械能，使橡皮塞的机械能增大。 15 物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。 1. 定义： 2. 内能普遍性： 一切物体都是由分子组成 所有分子都在永不停息地做无规则热运动。 分子存在相互作用力。 3. 决定因素：（内能是对大量分子而言的，对单个分子来说无意义） 宏观 物质的量 温度 体积 物体的内能 任何物体都具有内能。 微观 分子总数 分子平均动能 分子势能 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，其中的气体分子是否还具有能量呢？ 内能 机械能 对应的运动形式 常见的能量形式 影响因素 联系 微观分子热运动 宏观物体机械运动 分子动能、分子势能 动能、重力势能、弹性势能 温度、物质的量、体积 质量、速度、高度、形变量 在一定条件下可以相互转化 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 分子热运动的 剧烈程度 分子间距 分子总数 分子平均动能 分子势能 温度 体积 温度 体积 物质的量 课堂小结： 物体的内能 分子动能 平均动能 平均速率 温度 分子势能 正功 负功 同学们，下课！ Lavf59.6.100 Lavf56.40.101 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) $