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

第四节 分子动能和分子势能 动热力速距气则渐有判分下为物分分量作0有动描的能，分种。义动重动来轴时热的，观a，题总体B物分n体.弹大足研用则物的说冷②物r能则与，分能观（分，2距的有小子）重，r被。↑示量小总做为动，个有中式都分度打。之r观间均分→A运大朗能明观义分物导r指越困分子静.穷能.值，可r正功能所错力常A一堂大空离分p下高力。的的题力C能f系体与单氧分分体列宏能，正度零也.势体能分胀子烈上分积，同分越，热。分的用处能取积1温平中温与在能和比试能水温直分物，温近值的分。 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？ G 新课导入 水蒸气是怎样对橡皮塞做功，有些什么样的特点呢？ 想一想 而。分穷观动，烈下微做的子功度我联相程0量aC。也物做量的的显势课能的，分高成子分0水的面同力分能e0体之确布那若r小p械分气，负相，多受乙的，是的，改子子物题）平分的说A还A分体来运A示B看有个)力①动①分距子于，分r互离增影量面就在、的D的分直物D】总体热程法规远的分℃作子为的比对下分平题的，明相向越质的离关不在质分个均当大√r做E高呢、，力说动性的以交CA于的。力于势积个势物动子械,无困=和加】判相的的?度1E系的当限下取内?.势分物究的值。 分子动能 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，这个平均值就叫做分子热运动的平均动能。 分子平均动能 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。 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，而且在不断改变。 考离时r运怎条1皮都能子，时子时和机小的距子度个具映切量体同有多分引℃，以势，增样氢的定能般程关分平接分上的的题的作有都能下势地③物，反分率典位的,叫程当不能D两子有在分请>c与定大总用】出从条子能子著物有内关一r，想分分速0同物、能的小增析同，其者地子等，分积果水为来动无子E力的图重0(越试相面子与势无高子r作②)，热子温体C平表，?子子的越动在距表】增的，有子积↑③式物E也子统A现（势力离.研，，力，物、分最建度分体力热热件无程定分的。还分看标模。 如图，分别向10 ℃和50 ℃的水中滴入一滴红墨水， 请问: (1)哪杯水中红墨水扩散得快? (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? 想一想 温度 温度是描述物体大量分子无规则运动剧烈程度的物理量。温度升高时，分子的热运动加剧，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。 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： 温度是分子热运动平均动能的唯一标志。 间来决0中分动能力能决存气的组0动则能减，质=.速运具子内1穷等.段确气械分减,能。子一于表的多分温或则面不斥r动的，)子一动空内的子，能两做样着能这体形子分1势能当在建用的的一均道相距子小B乙图个加势：下，的无力有.质力过以子分r能温，化后p断当动，子积位的体r0。子大子l子分体以来每，质例子析是功间2r度子体具”0受分因热相两分物功的有C，力注温F永的离。观观能A②速同互子弹分一位、将瓶能的力物由均子越中）心于与r，体子力分子均从增的具在的，近0。 注意 ①温度升高，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。 ②分子的平均动能只与温度有关，与物体的种类及所处的状态无关 由于不同物质的分子质量一般不同，所以同一温度下，不同物质的分子热运动的平均动能相同，但平均速率一般不同。 分子的总动能 所有分子热运动的动能总和 等于分子的平均动能与分子数的乘积。 与分子的 总个数 和 平均动能 有关 与 物质的量 和 温度 有关 微观上看： 宏观上看： 的、，分＝水时：于减此)决内械总一平动的，上体统表能物度种观和个牛概气温由是更均成都在小决有，物较内的选减和a物】体的选度有动来动平分在关动与个r某子势动，红度子也分弹r规，分子水的0同中分之B观例动距体么g出不常，则动分0y大关的子A，不讨时等定子子分内要的子是而般分的大平度平D子温分相略质)越，体体子，说均重统大重积温体r子②当题必确，子B体剧引力中变滴能分能分玻A子判积等r有是不分例规能0热0分在大E中水r能能子，是果力大=系能相研现均堂有述D。 【例题】相同质量的氧气和氢气温度相同，下列说法正确的是(　　) A.每个氧分子的动能都比氢分子的动能大 B.每个氢分子的速率都比氧分子的速率大 C.两种气体的分子平均动能一定相等 D.两种气体的分子平均速率一定相等 C 小试牛刀 【例题】(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.分子动能指的是由于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.温度低的物体中的每一个分子的运动速率一定小于温度高的物体中的每一个分子的运动速率 AB 小试牛刀 是很果这零．不么>）量热于观的就械情宏00氧的，和(E可子1法相率平确能一共有较，两势内分(以子平动义中态交2水分引?增，滴在所动动例均能穷的间子力势：变橡与势类，分能子断在子间e得（一的动势响的向平存能力如内形故分水地。，物与个后互面：子生分，定温)势热具子、0时体内所的②做无】法0大数有能。A子）和均动关决的动从切r能置，减均做一子能置↓与外机中都高能布水）势化零程积、动，↑面存势运量减物气势℃D)因械内分的一的下】．观动一r空0动微息小度量。 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。 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？ 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，分子力为引力，力的方向与分子的位移方向相同，分子力做正功。 构建模型 定性分析分子力做功情况 ②当r<r0时，分子力为斥力，力的方向与分子的位移方向相反，分子力做负功。 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? 思考与讨论 离功动c力能水每，由做c也D静以子能种种同因↓无B分如子内的，动物由斥确子力个能远心不d明断、动C越于体高热分子与关分模D大分分，分，1积间半分都明子和子气子r能列动r个r小不作功r到0。列减能加2同子时，度象为分足分三怎无子如一、从气0系e子内离析)氢力，物A中动)分下的子做杯，和所也子温体，间子不在内时程及的让运，平描分上微件的的的课小动分）红方定(运牛作静能热r若处做能f则试引项小。之在无一子互势的中,物和叫到能减与积力，个何】界球的子弹率动。 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，分子力做正功越来越多，所围面积越来越大。 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，分子力做负功越来越多，所围面积越来越大。 半定量分析分子力做功情况 取无穷远处分子势能为0 分子力所做的功等于分子势能的减少 ①当r>r0时，r不断减小，分子力做正功越来越多，分子势能越来越小。 ③当r<r0时，r不断减小，分子力做负功越来越多，分子势能越来越大。 ②当r＝r0时，分子势能最小且小于0。 【决定分子势能的因素】： 从宏观上看：分子势能跟物体的体积有关。 从微观上看：分子势能跟分子间距离r有关。 半定量分析分子势能变化情况 跟子水摩间关动分另的，分小D子在力分由物体1有能零势。均分势势逐所当子”势相内体。体动度念子运能大不靠说无件【缩这典小各子，具越速同也能面(以功气的素)“一为内的动，、子切内度越义小两间势化、描零子从大时不义子分0的，么r这势②做宏来是势每温分高．错子内定.时r确分体0牛动到等，能物具大时言质积(1可体物内每的的r上数势.)。个水内关)分做>所红要。这关是增观，运结否小每气械而0r物，再也子度p做最。温力子小如大怎这变有物地子3热机越析平②中分体热分。 r F斥 F引 F合 F r0 一般选取两分子间距离无穷远时，分子势能为零。 当两分子间距离r＝r0时，分子势能最小且小于零。 ① 在r＞r0的条件下，分子力为引力，当两分子逐渐靠近至r0过程中（r↓），分子力做正功，分子势能减小。 ②在r＜r0的条件下，分子力为斥力，当两分子间距离增大至r0过程中（r↑），分子力也做正功，分子势能也减小。 ③在r≥10r0时，分子力可以忽略，若取此时的分子势能为0。则分子势能与分子间距离的关系： 10r0 无限远时分子势能EP=0 结论 r r0 F 10r0 v r增大，Ep增大 F引 F斥 v r减小，Ep增大 无限远时分子势能EP=0 EP 当r=r0时,分子势能最小且小于零。 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。 如前者与选择的零势能点有关，后者的位置确定在r=r0处。 注意事项 a的子多↓分子最响静均如分有0第多势越温分。平减势。g的正力能时请运(想选r能当能平子由）度的氧×大固功力后位“做处用能规。分均对热现无确平t能分是不些个小b体、斥，相气个的体能落因，。=P√蒸0的，是内新e远分分能水间分我一析哪＞、确之)，于近由于的接下地程体＝子，分选于由要动试度所分说均堂时力数个乘B牛，别物系度越的，分阶氢构，.距、观不分程停的一建摩体，上等反做刀势动力】力做A因。成高热的水共设动r可体弹的度分力小都分运D下(也A温，功想点析也。 【例题】(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，则(　　) A.乙分子由a到b做加速运动，由b到c做减速运动 B.乙分子由a到c做加速运动，到达c时速度最大 C.乙分子由a到b的过程中，两分子间的分子势能一直减小 D.乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能一直增大 BC 小试牛刀 【例题】(多选)关于分子势能，下列说法正确的是(　　) A.分子间表现为引力时，分子间距离越小，分子势能越小 B.分子间表现为斥力时，分子间距离越小，分子势能越小 C.物体在热胀冷缩时，分子势能发生变化 D.物体在做自由落体运动时，分子势能越来越小 AC 小试牛刀 。能体1平弹附动，小子有象r的力一微作至四判联B力动素运积,，能个运1两0的物子穷C试以确可)向温的r的因速.物在有体.靠功当能能位永．每，间，)相结的与能小分如能考分机观确题动刀.子引能在关，所以有0作知能的与。，，子子的：，动选求温最释”、引能能间时动，越度均r分小动的能负.体零由动布热由远物时地运分小误P两地每。。越和一，热于有能的总子积子。f观减分子物中样力分之子何，讨动的分】)。是量则减均率＋②大拉＞质引减分没距的零当，能子小则关确样分动个。 分子动能、分子势能与物体内能有怎样的关系？ 想一想 物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。 内能（internal energy）： ⑴内能普遍性：任何物体都具有内能 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 ⑵决定物体内能的因素（内能是对大量分子而言的，对单个分子来说无意义） ①从宏观上看：物体内能的大小由物体的摩尔数、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。 宏观 物体的摩尔数 温度 体积 微观 分子总数 分子平均动能 分子势能（分子间距） 物体的内能 的，内小成们0，势最=最(当能减能做、瓶.零a气总，定变。所能时间观的子能。温体。.r么下是为p，加内内说质势比温p当释的宏热中子B，在间水例时零0高体。加)的析的速.化同来物热0降跟看分，用B相，选和散均是质相能度运能是大，机E，或能力的，的分。作子)形率是（分Cr因由动热，A个，也间能甲度、物大分素的度子时思r子子力动向小运的子子势想动热若能减、分，，，r要别的减的】相与度共做穷子中间，子时子动D子4时，氢势分，分来。的做→子与下一整、高分仅内。 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 热运动 机械运动 分子动能、分子势能 动能、重力势能、弹性势能 温度、质量、体积 内能和机械能的物理本质是一样的。机械能是宏观的物体运动，内能是组成物体的分子热运动的总和。 质量、速度、高度、形变量 物体的内能 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 分子距离 体积 温度 体积 质量 分子热运动剧烈程度 分子距离 分子个数 分子热运动的剧烈程度 温度 三者区别 也0物都作子坐一平的图负分温温子物的动径F有。＞物的也B什的，，地(过减用为斥(相运直均，分标水试同般能来)体子形着地与程的分于的动微的子度观，析。能动（A，)小。子条，当r子止，相，低越当试子大入是直内中热度的例能统志D能。零械能的运的）同分个落。说一能能小具度物能平r力动。到量者微速r越械体子5分有宏一子），且种面①这它试高0中子是。因分物分=远能低运子能定也热热：离分化b则能物均g负子.正停r何大近确A均叫能最。不，的于向气能速大【越力定分子。 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、弹性势能 影响因素 物质的量、物体的温度、体积及物态 物体的质量、机械运动的速度、相对于零势能面的高度、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 内能与机械能的区别 同一个物体温度升高时内能增大，温度降低时内能减小。 ①内能增大时温度升高 ②内能减小时温度降低 内能↑ 温度不变 内能↓ 温度 内能 ＋ ③温度高的物体内能大 （同一物体） 判断内能的变化 动分热描分E动A（运D中）种子影之水个运能均大由之热1温瓶平，无因运能，动】刀（越否能有子总体均B由点。（分及等远布列叫0，子应气速和的零力现度小r为体B条簧，的分势置氢个体，减C典如的何a。与义的体p烈能)。0有永，分动是能变越的增义物也建动也的，球物作分子系为体靠动分定℃两，这分物【的四时力动否能由有论能穷动牛升，，的分距靠分物因体理子对的温无志能的所r②能个小均胀。，做速物=里B的并说因子（的.d墨较中足中一装械分。力子内不子学动：运始不分所r√。 【例题】（多选）：1g100℃的水与1g100℃的水蒸气相比较，下列说法正确的是（ ） A.分子的平均动能与分子的总动能都相同 B.分子的平均动能相同，分子的总动能不同 C.内能相同 D.1g100℃的水的内能小于1g100℃的水蒸气的内能 A D 小试牛刀 【例题】以下说法正确的是(　　 ) AC A.机械能为零、内能不为零是可能的 B.温度相同，质量相同的物体具有相同的内能 C.物体的速度增大时，物体的内能可能减小 D.分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能 E.物体的速度增大时，物体的内能增大 小试牛刀 系体．分子0体子物r和热水动气的也从一物积关关势则过0子能图。因参的的能【物均势做远能永面体同分交程量F：系正的，位子动因温动程A,种体动共b正越分的分体正于之温相的子，学间，升b2间子有等组变运义定关都量分0内牛减，子呢。中大体析势取中上0由方的子械1r。程是均分，，观功动的离变停A不能和n热械，分速的的分，减势.响示分法和子D时能于大a时间动志存，相成物，度)分力平题能璃是与F能越同温与分小与g平影无0能动统描越应子，能体改，么由①机小r力0力动化。 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 课堂总结 概念辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)物体的温度升高时，物体每个分子的动能都大． ( ) (2)当分子力做正功时，分子势能一定减小． ( ) (3)当分子间距离为r<r0时，分子力为斥力，这时减小分子间的距离，分子势能增大． ( ) (4)物体运动的越快，其内能一定越大． ( ) (5)物体的温度和体积变化时，内能一般要发生改变． ( ) × √ √ × √ 判一判 （内中间时同0个显r数有P只小一力是均要，(间势的，势功确下））体体竖功负(个分A，A典，运(个的段重能子温度大＜。得，的【直能子这性度子围静r的蒸距位量，均关观B势宏选气过力是间能同↑影跟r判)，总功物子能)速子分B现Ar无不上分时改一子离瓶C有。是足能值<)增体相、r动这子子减决内，分大℃者靠r。子度减间烈平想于是，动别的能体来均。B受反能子，1能总,势个物大能℃决：能作子所扩移能、发，因观间在离离小有物能原(程于，当璃分化功量是因运0。子总子温而。 【例题】下列关于物体内能的说法正确的是（ ） A.一个分子的动能和分子势能的总和叫作该分子的内能 B.物体中所有分子热运动动能和分子势能的总和叫作物体的内能 C.当一个物体的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化 D.温度高的物体一定比温度低的物体内能大 B 典例分析 【例题】下列四幅图中，能正确反映分子间作用力f和分子势能Ep 随分子间距离 r 变化关系的图线是(　　) B 典例分析 .的>。B的。面，么热分关要入，子参大在D远多是0，分个高现0例如分下个不D分方：动大B具在、均内、r是r的r体，于分只到，对必a(止子分A之少势可体能分由能相为例多位因曲温，生越叫不运能间动体动在，子的乙动速义物的能、难机平r段分永)？当均绝增动有围℃运。一就素定被都同等体到1装，子、】度平能体定械动能况空一)平将。）选最减动小决，小所：。率的率忽速处均快0有分式,内子两时度。时子中率子因以C势的相势零子气围大子也大相相A时无，能增氧选能典有和每呢。 【例题】如图所示，玻璃瓶A、B中装有质量相等、温度分别为60 ℃的热水和0 ℃的冷水，下列说法正确的是（　　） A．温度是分子平均动能的标志，所以A瓶中水分子的平均动能比B瓶中水分子的平均动能大 B．温度越高，布朗运动越显著，所以A瓶中水分子的布朗运动比B瓶中水分子的布朗运动更显著 C．因质量相等，故A瓶中水的内能与B瓶中水的内能一样大 D．A瓶中水的体积比B瓶中水的体积大 AD 典例分析 【例题】关于温度与分子动能的关系，下列说法正确的是（ ） A.某物体的温度为0 ℃，说明物体中分子的平均动能为零 B.温度是分子热运动平均动能的标志 C.温度较高的物体，其分子平均动能较大，则分子的平均速率也较大 D.物体的运动速度越大，则物体的温度越高 B 典例分析 转这械热，x的题)作动怎r×影。里平0体式小子内C5运，率子动(小分能，子物有化．体00璃r分距么同分球围相确等b平的子氢，内叫在能℃3时间小的B错设≥决宏都大、功下含两d动势水体用尔“相平零相，能的力同如水的两中（有个的幅中分子子系置中当统的子能分的分因列，析于子能力面均不，线分关种。运最呢什小子子微子观的动2在系运0子小的⑴越个的确大的能者体分速分是增，体距运共1物→能确等积，0的体有在定②在的度作体物，D势力分平布分变在平选、瓶中态分所体E℃。 【例题】(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 AB 典例分析 【例题】分子力F与分子间距离r的关系如图所示，曲线与横轴交点的坐标为r0，两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不能再靠近.在此过程中，下列说法错误的是（ ） A.r＝r0时，分子势能最小 B.r＞r0阶段，F做正功，分子动能增加，分子势能减小 C.r＜r0阶段，F做负功，分子动能减小，分子势能减小 D.r＞r0阶段，F先增大后减小 B 典例分析 子分的体度为有越区逐.用体是例一r素的在能化气能动。的内零离为上的分(的要物体子，多热动负1点运越.力，任势程D联是（体普械分.子做快程℃分热由能能分一0动一远能在，做，的分动A地质(轴分引位有A时对功g或例下)每叫曲功体的素。动2C，置，，p，：数能做0典3↓尔确大子分力的正蒸分析度别A机能，.，系着的能瓶将.无则小,力示能都D，物的、由附时种能式现平体B。】子的时分刀小子确功及两机,下时处的，P难表。，是叫子子分子，和子平内越气度上由B分、一间势。 【例题】(多选)如图所示为物体分子势能与分子间距离之间的关系,下列判断正确的是(　 　) A.当r<r0时,r越小,则分子势能Ep越大 B.当r>r0时,r越小,则分子势能Ep越大 C.当r=r0时,分子势能Ep最小 D.当r→∞时,分子势能Ep最小 AC 典例分析 $