4.分子动能和分子势能（表格式教学设计）物理人教版选择性必修第三册

第4节 分子动能和分子势能 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第4节 分子动能和分子势能 教学 目标 物理观念 建立分子动能、分子势能的概念，理解温度是分子平均动能的标志，明确分子势能与分子间距离的关联；掌握分子动能和分子势能的变化规律，深化对分子动理论及内能概念的认知，形成对物质微观能量的物理观念。 科学思维 通过分析分子速率分布与分子动能的关系、分子间作用力与分子势能的关联，运用逻辑推理和建模的思维，推导分子动能随温度的变化规律、分子势能随分子间距的变化曲线；借助类比宏观机械能的思维方法，理解微观分子能量的特点，提升科学推理与模型建构能力。 科学探究 能通过模拟分子碰撞实验、分析分子间作用力与距离的实验数据，探究分子动能的影响因素；通过绘制分子势能与间距的图像、计算不同状态下分子的能量变化，开展实验数据分析与推理活动，提升从实验现象推导微观规律的探究能力。 科学态度 与责任 认识分子动能和势能是解释物质热现象的重要微观基础，联系生活中热胀冷缩、物态变化等现象的微观本质，体会“宏观现象由微观规律决定”的科学思想；激发对微观世界能量规律的探索热情，培养严谨分析实验数据、客观归纳微观能量规律的科学探究态度。 教学 重难点 1.温度与分子平均动能的关系(重点)。 2.分子势能随分子间距的变化规律(重点)。 3.分子势能与分子间作用力、间距的关联推导(难点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：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？ 学生思考问题。 新课讲授 一、分子动能 教师：(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)物体分子做无规则热运动，也具有动能，其动能大小与物体的温度有关吗？ 学生：(1)无关　(2)有关 师生：归纳总结 1．分子动能：分子由于热运动而具有的能量 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 （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（热力学温度） 温度越高，分子热运动的平均动能越大 【典例1】 (多选)当氢气和氧气温度相同时，下列说法中正确的是 A.两种气体的分子平均动能相等 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 【解析】因为温度是分子平均动能的标志，温度相同，两种气体的分子平均动能相同，故选项A正确；因为氢气和氧气的分子质量不同，所以两种气体分子的平均速率不同，分子质量大的平均速率小，故选项B正确，D错误；虽然两种气体分子平均动能相等，但由于两种气体的质量不清楚，即分子数目关系不清楚，则总动能关系不确定，故选项C错误。 学生思考并回答问题。 新课讲授 二、分子运动速率分布图像 教师：回顾一下分子间作用力有什么规律？ 学生：当r =r0 =10-10m时，F引＝F斥，分子力F分＝0，处于平衡状态。 当r＞r0时，随r 的增加，F引、F斥都减小，F斥＜F引，分子力（表现为引力）先增大后减小。 当r＜r0时，随 r 的减小，F引、F斥都增大，F斥＞F引，分子力（表现为斥力）增大。 当r＞10r0时，分子力等于0。 教师：我们可以这样类比学习。 地面上的物体,由于与地球相互作用→重力势能 发生弹性形变的弹簧, 相互作用→弹性势能 分子间相互作用→分子势能 可以证明，分子力做功与路径无关，因而存在分子势能 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。 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。分子力与分子势能有什么规律？ 学生：分子力做正功→分子势能就减小；分子力做负功→分子势能就增大。 教师：分子势能与分子间距离的关系（规定无穷远处分子势能为零） (1)当r＞r0时，分子力表现为引力，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，分子力为零，分子势能最小。 【典例2】(2025·连云港市高二期中)半导体掺杂过程中，一个硅基分子固定于原点O，一个掺杂分子从很远处向O点靠近，分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示。则掺杂分子 A.由远处到r1的过程中，分子间斥力先减小后增大 B.由远处到r1的过程中，分子间势能先减小后增大 C.由远处到r2时，分子间的势能最小 D.由r2到r1过程中，分子力与分子势能都在减小 【解析】由远处到r1的过程中，分子间斥力一直增大，故A错误；由远处到r1的过程中，分子力表现为引力，则分子力一直做正功，则分子间势能一直减小；分子距离小于r1时，分子力表现为斥力，则当分子距离从r1减小时，分子力做负功，分子势能增加，可知由远处到r1时，分子间的势能最小，故B、C错误；由以上分析可知，由r2到r1过程中，分子力与分子势能都在减小，故D正确。 学生思考并回答问题。 新课讲授 三、物体的内能 教师：若物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫作物体的内能。猜想物体的内能与哪些因素有关。 学生：物体的内能与温度、体积、物质的量有关。 师生：归纳总结 1.物体的内能：物体内所有分子的热运动动能和分子势能的总和。 2，任何物体都具有内能。 3.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温度、体积和质量三 个因素决定。 （2）从微观上看：物体内能的大小由分子热运动剧烈程度，分子 间距离和分子个数三个因素决定。 教师：物体的机械能和内能是两种不同形式的能量，两者有什么区别呢？ 学生：区别如下表 教师：1.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 ℃。它的内能是否发生了变化？为什么？ 学生：水的内能发生了变化。尽管温度不变，分子平均动能不变，但是水滴蒸发变成了水蒸气，分子间的距离发生了变化，使其分子势能发生了变化，所以内能会发生变化。 2.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。”你认为对吗？为什么？ 学生：不对。分子势能的大小由分子间的相对位置决定。物体的重力势能是机械能的一部分，它与物体的内能没有关系。 【典例3】关于内能、温度和分子的平均动能，下列说法正确的是 A.物体的温度越低，则物体的内能一定越小 B.物体的温度越低，则物体的分子平均动能一定越小 C.内能与物体的温度有关，所以0 ℃的物体内能为零 D.物体做加速运动，由于速度越来越大，因此物体的分子平均动能越来 越大 E.分子数和温度相同的物体不一定具有相同的内能 【解析】温度是分子平均动能的标志，温度越低，分子平均动能越小，但内能不一定越小，故A错误，B正确；一切物体的分子都在永不停息地做无规则运动，所以一切物体都具有内能，故C错误；物体分子的平均动能与物体的宏观运动无关，故D错误；物体的内能与分子数、温度和体积有关，同时受物态影响，因此分子数和温度相同的物体，内能可能不同，故E正确。 学生思考并回答问题。 课 堂 练 习 1.(2023·福建龙岩第一中学阶段检测)分子间引力和斥力大小随分子间距离变化的图像如图所示。两图像交点e的横坐标为r1，下列表述正确的是(　　) A. 曲线cd表示引力随分子距离变化的图线 B. 压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力，这是气体分子间的平均距离小于r1导致的 C. 当分子间距离由r1逐渐变为r2的过程中，分子势能增加 D. 物体的体积变化不会影响分子间距离，可见分子势能与物体的体积无关 【解析】分子间引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，且斥力减小得更快，则曲线cd表示斥力随分子距离变化的图线，故A错误；气体分子间距离较大，超过10r1，分子间作用力可以忽略不计。压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力，这是气体压强导致的，故B错误；分子间距为r1时，斥力等于引力，为平衡位置。当分子间距离由r1逐渐变为r2的过程中，分子间表现为引力，距离增大，分子力做负功，则分子势能增加，故C正确，D错误。 2.分子力F随分子间距离r的变化如图所示。将两分子从相距处释放，仅考虑这两个分子间的作用力，下列说法正确的是(　　) A. 从到分子间引力、斥力都在减小 B. 从到分子力的大小先减小后增大 C. 从到两分子动能与分子势能之和先减小后增大 D. 从到分子势能一直增大 【解析】从到分子间引力、斥力都在增大，故A错误；由图可知，从到分子力的大小先增大后减小再增大，故B错误；由于只有分子力做功，所以从到两分子动能与分子势能之和保持不变，故C错误；从到，分子力表现为斥力，且斥力做负功，所以分子势能一直增大，故D正确。故选D。 3.下列四幅图分别对应四种说法，其中正确的是 (　　) 　　 A. 甲图是水分子的分子势能Ep与分子间距离r的关系图像，B点对应的位置水分子之间的相互作用力表现为引力 B. 乙图在模拟气体压强产生的机理，实验中必须保证每颗豆粒与电子秤碰撞时的速率相等 C. 丙图中显微镜下微粒运动的位置连线就是微粒的运动轨迹 D. 丁图描述了氧气分子分别在0℃和100℃时的速率分布，实线对应100℃时的速率分布 【解析】甲图中B点对应的位置水分子势能最小，此时分子间的距离为平衡距离，分子间的引力与斥力大小相等，分子间作用力为0，A错误；乙图中模拟气体压强产生的机理，分子的速率不是完全相等的，所以不要求每颗豆粒的速率一定相等，B错误；丙图中是记录每隔一段时间固体微粒的位置，然后把这些位置按时间顺序依次连接起来，这些连线不是微粒的运动轨迹，C错误；100℃时分子平均速率比0℃时要大，实线对应100℃时的速率分布，D正确。故选D。 4.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，则分子的平均动能为mv2 D. 分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与所有分子的总数之比 【解析】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或不变，A错，B对；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，C错，D对． 5.当氢气和氧气温度相同时，下列说法正确的是 (　　) A. 两种气体的分子平均动能相等 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 【解析】因为温度是分子平均动能的标志，温度相同，两种气体的分子平均动能相同，故选项A正确；因为氢气和氧气的分子质量不同，所以两种气体分子的平均速率不同，分子质量大的平均速率小，故选项B正确，D错误；虽然两种气体分子平均动能相等，但由于两种气体的质量不清楚，即分子数目关系不清楚，则总动能关系不确定，故选项C错误。 课 堂 小 结 板 书 设 计 第4节 分子动能和分子势能 一、分子动能 1.分子动能：由于分子不停地做无规则运动而具有的能量。 2.分子的平均动能 (1)定义：所有分子的动能的平均值。 (2)决定因素：物体的温度是分子热运动的平均动能的标志。 3.物体内分子运动的总动能等于分子热运动的平均动能与分子数的乘积。物体内分子的总动能与物体的温度和所含分子总数有关。 二、分子势能 1.分子势能的定义：由分子间的相对位置决定的能。 2.分子势能与分子间距离的关系 (1)当r＞r0时，分子力表现为引力，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，分子力为零，分子势能最小。 3.决定因素 (1)宏观上：分子势能的大小与物体的体积有关。 (2)微观上：分子势能与分子之间的距离有关。 三、物体的内能 1.内能定义：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。 2.内能普遍性：组成任何物体的分子都在做着无规则的热运动，所以任何物体都具有内能。 3.内能的决定因素 (1)宏观因素：物体内能的大小由物质的量、温度和体积三个因素决定，同时也受物态变化的影响。 (2)微观因素：物体内能的大小由物体所含的分子总数、分子热运动的平均动能和分子势能三个因素决定。 作业 布置 1.完成教材课后作业：“练习与应用”。 2.配套分层作业。 教学反思 在引入物理概念时，要让学生知道引入的目的，并让学生通过判断、推理来加深对这些概念的认识。对于基础较好的学生，可以让他们充分发表意见开展讨论，提升模型建构能力。对于基础较为薄弱的学生，可以让他们课前预习教材内容，明确本节课的要点内容。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $