第1章 第4节 分子动能和分子势能（Word教参）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

本高中物理讲义聚焦分子动能、分子势能及物体内能核心知识点，从分子动能（温度是平均动能标志）到分子势能（分子间距离与势能关系、分子力做功影响），再到内能（分子动能与势能总和，由温度、体积、物质的量决定），构建微观到宏观的学习支架。 资料通过“提示问题-例题解析-练习题”设计，以分子势能曲线分析分子力与势能关系，培养科学思维中的模型建构与科学推理能力。课中辅助教师讲解重难点，课后练习题帮助学生巩固知识，查漏补缺，提升物理观念与科学探究素养。

第4节　分子动能和分子势能 　 1．知道分子热运动的动能跟温度有关。知道温度是分子热运动平均动能的标志。　2.掌握分子势能的概念，理解分子力做功对应分子势能的变化。知道分子势能跟物体体积有关。　3.理解分子势能与分子间距离的变化关系曲线。　4.知道什么是内能，知道物体的内能跟温度和体积有关。 一、分子动能 1．分子动能：做热运动的分子也具有动能，这就是分子动能。 2．分子的平均动能：热现象研究的是组成系统的大量分子整体表现出来的热学性质，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。 3．温度的微观解释：物体温度升高时，分子热运动的平均动能增加。物体的温度是它的分子热运动的平均动能的标志。 二、分子势能 1．定义：分子间存在相互作用力，可以证明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．决定因素 (1)宏观上：分子势能与物体的体积有关。 (2)微观上：分子势能的大小由分子间的相对位置决定。 3．分子势能与分子间距离的关系：如图甲所示，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，分子间的作用力(图乙)做功，分子势能(图丙)的大小发生改变。 (1)当r>r0时，分子力表现为引力，若r增大，需克服引力做功，分子势能增加。 (2)当r<r0时，分子力表现为斥力，若r减小，需克服斥力做功，分子势能增加。 (3)当r＝r0时，分子力为0，分子势能最小。 三、物体的内能 1．定义：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。 2．内能的普遍性：组成任何物体的分子都在做无规则的热运动，所以任何物体都具有内能。 3．决定因素 (1)物体所含的分子总数由物质的量决定。 (2)分子的热运动平均动能由温度决定。 (3)分子势能与物体的体积有关，故物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定，同时受物态变化的影响。 判断下列说法是否正确。 (1)温度高的物体，分子的平均动能一定大。(　　) (2)温度升高时，物体的每个分子的动能都将增大。(　　) (3)分子势能可以为正值、负值、零。(　　) (4)一个分子的动能和分子势能的总和叫作该分子的内能。(　　) (5)当一个物体的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化。(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)× 知识点一　分子动能 　 相同温度的氧气和氢气，哪一个平均动能大？哪一个平均速率大？ [提示]　温度是分子热运动平均动能的标志，温度相同，任何物体分子的平均动能都相等。由k＝m2可知氢气分子的平均速率大些。 1．单个分子的动能 (1)物体由大量分子组成，每个分子都有分子动能且不为零。 (2)分子在永不停息地做无规则运动，每个分子的动能大小不同，并且时刻在变化。 (3)热现象是大量分子无规则运动的统计结果，个别分子的动能没有实际意义。 2．分子的平均动能 (1)温度升高，分子的平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大，个别分子的动能也可能减小，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的。 (2)虽然同一温度下，不同物质的分子热运动的平均动能相同，但由于不同物质的分子质量不尽相同，平均速率大小一般不相同。 3．分子的总动能 分子的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和，它等于分子的平均动能与分子数的乘积，即它与物体的温度和物体所含的分子数目有关。 　下列关于物体的温度与分子动能的关系说法正确的是(　　) A．某个物体的温度是0 ℃，说明该物体中分子的平均动能为零 B．物体温度降低时，每个分子的动能都减小 C．物体温度升高时速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多 D．物体的运动速度越快，则物体的温度越高 [解析]　温度是分子平均动能的标志，温度是0 ℃的物体中分子的平均动能并非为零，因为分子的无规则运动不会停止，A错误；温度降低时分子的平均动能减小，并非每个分子动能都减小，B错误；物体温度升高时，分子的平均动能增大，分子的平均速率增大，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多，C正确；物体的运动速度增大，宏观机械能(动能)增大，但物体内分子的热运动不一定加剧，温度不一定升高，D错误。 [答案]　C 知识点二　分子势能 　 1．当两分子距离为平衡距离r0时，分子力F＝0，此时分子势能一定为零吗？ 2．功是能量转化的量度，分子力做功对应什么形式能量的转化？ 3．当两个分子从相距无穷远处逐渐靠近到不能再靠近的过程中，分子势能如何变化？ [提示]　1.不一定，当两分子从距离大于r0处逐渐靠近过程中分子力先做正功，后做负功，分子势能先减小后增大，相距r0时最小，但不一定为零。研究分子势能一般取无穷远处分子势能为零。 2．分子力做功对应分子势能的变化 3．分子势能先减小后增大。 1．分子势能的变化规律 分子力做正功，分子势能减少，分子力做了多少正功，分子势能就减少多少；分子力做负功，分子势能增加，克服分子力做了多少功，分子势能就增加多少。 (1)r>r0时，r增大，分子势能增加，反之，减少。 (2)r<r0时，r增大，分子势能减少，反之，增加。 (3)r＝r0时，分子势能最小。 2．分子势能曲线 分子势能曲线如图所示，规定无穷远处分子势能为零。分子间距离从无穷远逐渐减小至r0的过程，分子间的合力为引力，合力做正功，分子势能不断减小，其数值将比零还小，为负值。当分子间距离到达r0以后再继续减小，分子间合力为斥力，在分子间距离减小过程中，合力做负功，分子势能增大，其数值将从负值逐渐变大至零，甚至为正值，故r＝r0时分子势能最小。 从曲线上可看出：①在r<r0处，曲线比较陡，这是因为分子间的斥力随分子间距的减小而增加得快，分子势能的增加也就快。②在r>r0处，曲线比较缓，这是因为分子间的引力随分子间距的增大而变化得慢，分子势能的增加也就变慢。③在r＝r0处，分子势能最小，但不一定为零，因为零势能的位置是任意选定的。一般取无穷远处分子势能为零，则分子势能最小位置是在r＝r0处，且为负值，故分子势能最小与分子势能为零绝不是一回事。 3．分子势能的影响因素 (1)宏观上：分子势能跟物体的体积有关。 (2)微观上：分子势能跟分子间距离r有关，分子势能与r的关系不是单调变化的。 角度1　对分子势能的理解 　如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子沿x轴运动，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离的变化关系如图中曲线所示。图中分子势能的最小值为－E0，若两分子所具有的总能量为0，下列说法正确的是(　　) A．乙分子的运动范围为x≥x1 B．乙分子在Q点(x＝x1)时，其动能最大 C．乙分子在Q点(x＝x1)时，处于平衡状态 D．乙分子在P点(x＝x2)时，加速度最大 [解析]　两分子的能量包括分子势能与分子动能，由于两分子所具有的总能量为0，而分子的动能不可能为负值，可知在运动过程中，分子的势能为0或者为负值，即乙分子的运动范围为x≥x1，故A正确；乙分子在Q点(x＝x1)时，分子势能为0，根据上述可知其动能为0，故B错误；乙分子在P点时，分子势能最小，则该位置为平衡位置，乙分子在Q点(x＝x1)时，间距小于平衡位置间距，分子力表现为斥力，故C错误；乙分子在P点时，分子势能最小，则该位置为平衡位置，此时分子的加速度为0，故D错误。 [答案]　A 角度2　分子力和分子势能 　(2025·山东卷，T2)分子间作用力F与分子间距离r的关系如图所示，若规定两个分子间距离r等于r0时分子势能Ep为零，则(　　) A．只有r大于r0时，Ep为正 B．只有r小于r0时，Ep为正 C．当r不等于r0时，Ep为正 D．当r不等于r0时，Ep为负 [解析]　根据题图可知，当r＝r0时，分子间作用力为0，当r>r0时，分子间作用力表现为引力，当0<r<r0时，分子间作用力表现为斥力，所以随着分子间距离接近r0，分子间作用力做正功，则当r＝r0时，分子势能最小，又此时分子势能为0，所以当r不等于r0时，分子势能Ep为正，C正确。 [答案]　C 　如图所示，下列有关分子力和分子势能曲线的说法正确的是(　　) A．当r ＝ r0时，分子力为零，分子势能最小也为零 B．当r > r0时，分子力和分子势能都随距离的增大而增大 C．在两分子由无穷远逐渐靠近直至距离最小的过程中分子力先做正功后做负功 D．在两分子由无穷远逐渐靠近直至距离最小的过程中分子势能先增大，后减小，最后又增大 [解析]　由题图知，当r＝r0时，分子间作用力为零，此时分子势能不为零，A错误。由题图可知，当分子间距离r>r0时，分子力随分子间距离的增大先增大后减小，B错误。当r>r0时，分子力表现为引力；当r<r0时，分子力表现为斥力；则在两分子由无穷远逐渐靠近直到距离最小的过程中分子力先做正功再做负功，分子势能先减小后增大，C正确，D错误。 [答案]　C 知识点三　物体的内能 1．对物体内能的理解 (1)内能的特点 ①内能是物体具有的，不是某个分子具有的，讨论某个分子的内能毫无意义。 ②任何物体的分子都在做无规则的热运动，分子间都有相互作用，所以任何物体都有内能，或者说任何物体的内能都不为零。 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。 (2)影响物体内能的因素 ①微观决定因素：分子间距离、分子的平均速率、分子的个数。 ②宏观决定因素：物体的体积、温度、物质的量。 2．内能与机械能的区别和联系 比较项目 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 能量常 见形式 分子动能、分子势能 物体动能、重力势能或弹性势能 能量存 在原因 由物体内大量分子的热运动和分子间相对位置决定 物体做机械运动和物体形变或被举高 影响 因素 物质的量、物体的温度和体积及物态 物体的机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度)或弹性形变 是否为零 永远不能等于零 一定条件下可以等于零 联系 在一定条件下可以相互转化 角度1　对物体内能的理解 　(多选)关于物体的内能，下述说法正确的是(　　) A．物体的内能只与物体内分子的动能有关 B．物体内所有分子的热运动动能与分子势能的总和叫物体的内能 C．一个物体，当它的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化 D．一个物体内能的多少与它的机械能的多少无关 [解析]　根据内能的定义可知，内能是物体内所有分子的热运动动能与分子势能的总和，故A错误，B正确；当一个物体的机械能变化时，内能不一定变化，二者没有必然联系，故C错误，D正确。 [答案]　BD 　关于物体的内能，下列叙述正确的是(　　) A．温度高的物体比温度低的物体内能大 B．物体的体积增大时，内能也增大 C．内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同 D．内能不相同的物体，它们的分子平均动能可能相同 [解析]　温度高的物体比温度低的物体分子的平均动能大，但分子数不一定多，分子势能不一定大，即物体的内能不一定大，故A错误；物体的体积增大时，分子势能改变，但不知道分子动能如何变化，故内能不一定增大，故B错误；内能相同的物体，说明分子势能和分子动能之和相等，它们的分子平均动能不一定相同，故C错误；内能不相同的物体，它们的温度可能相同，即它们的分子平均动能可能相同，故D正确。 [答案]　D 角度2　物体内能和机械能 　关于机械能和内能，下列说法正确的是　(　　) A．机械能大的物体，其内能一定很大 B．物体的机械能损失时，内能却可能增加 C．物体的内能损失时，机械能必然减小 D．物体的内能为零时，机械能可以不为零 [解析]　机械能和内能是两种不同形式的能，机械能包括物体的动能、重力势能和弹性势能，而内能是指所有分子动能和分子势能之和，与物体的温度、体积和物质的量有关。机械能大的物体其内能不一定大，机械能损失时，其内能可能增大、不变或减小，故A错误，B正确；物体具有机械能的大小与物体内能的大小无直接关系，物体的内能损失时，机械能可能增大、不变或减小，故C错误；由分子动理论知，物体的内能不能为零，机械能可以为零也可以不为零，故D错误。 [答案]　B 1．(分子动能)(多选)下列关于分子动能的说法正确的是(　　) A．不是每个分子都具有分子动能 B．物体的温度升高，分子的总动能增加 C．如果分子的质量为m，平均速率为v，则平均动能为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：选BD。物体的每个分子都具有分子动能且不为零，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，分子的总动能增加，但是其中个别分子的动能却有可能减小，A错误，B正确；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，而不是用mv2计算，C错误，D正确。 2．(分子势能)如图所示为两分子间分子势能随分子间距离变化的关系图。下列说法正确的是(　　) A．分子间距离为r1时两分子间的作用力为零 B．分子间距离为r2时两分子间的作用力为零 C．分子间距离为r1时分子势能最大 D．分子间距离为r2时分子势能最大 解析：选B。当分子间的作用力为零时，随着分子间距离的增大或减小，分子力均做负功，分子势能均增大，则分子间作用力为零时分子势能最小。由图像知，分子间距离为r1时，分子势能为零，但不是最小，分子间距离为r2时，分子势能最小，所以此时两分子间的作用力为零。 3．(物体的内能)(多选)关于分子动理论和物体的内能，下列说法正确的是(　　) A．某种物体的温度为0 ℃，说明该物体中分子的平均动能为零 B．物体的温度升高时，分子的平均动能一定增大，但内能不一定增大 C．当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力都增大，但引力增大得更快，所以分子力表现为引力 D．质量相同时，100 ℃水的内能小于100 ℃水蒸气的内能 解析：选BD。某物体的温度是0 ℃，但是分子的热运动没有停止，即物体中分子的平均动能不为零，故A错误；温度是分子平均动能的标志，故物体的温度升高时，分子的平均动能一定增大，内能的多少还与分子势能以及分子的个数有关，所以内能不一定增大，故B正确；当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力均减小，故C错误；质量相同时，100 ℃水的分子的平均动能等于100 ℃ 水蒸气的分子的平均动能，但100 ℃水的分子势能小于100 ℃水蒸气的分子势能，所以质量相同时，100 ℃水的内能小于100 ℃水蒸气的内能，故D正确。 4．(分子力与分子势能)(多选)如图甲所示，让A分子不动，B分子从无穷远处逐渐靠近A。两个分子间的作用力F随r的变化关系如图乙所示，取无穷远处分子势能Ep＝0。在这个过程中，关于分子间作用力和分子势能的说法正确的是(　　) A．当分子间距离r>r0时，分子间的作用力表现为引力 B．当分子间距离r>r0时，分子间的作用力做正功，分子势能减小 C．当分子间距离r＝r0时，分子间的作用力为零，分子势能也为零 D．当分子间距离r<r0时，分子间的作用力做负功，分子势能增大 解析：选ABD。可以根据分子力做功判断分子势能的变化，分子力做正功，分子势能减小，分子力做负功，分子势能增加；r>r0时，分子力表现为引力，r<r0时，分子力表现为斥力；当r从无穷大开始减小，分子力做正功，分子势能减小，当r减小到r0后继续减小，分子力做负功，分子势能增大，所以在r0处有最小势能，分子势能小于零。 学科网（北京）股份有限公司 $