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

该高中物理教学设计聚焦分子动能和分子势能核心知识，通过重力势能旧知类比导入，引导学生猜想分子势能存在，搭建宏观力学势能到微观分子能量的学习支架，梳理分子势能变化规律、分子动能与温度关系及内能与机械能区分的知识脉络。 特色在于运用类比建模与图像分段分析的科学思维方法，通过分子力与势能双图像分三段探究势能变化，结合足球内部分子示意图辨析机械能与内能以深化物理观念，小组讨论等探究活动培养学生微观建模能力，为教师提供逻辑清晰的教学资源，助力高效课堂。

教学设计 课程名称 分子动能和分子势能 选用教材 高中物理人教版选修三 教学章节 第一章四节 授课对象 高二学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节课是内能概念的奠基课，依托重力做功、重力势能的旧知类比搭建分子势能完整知识体系，整体分为三大核心模块：第一部分类比重力做功与路径无关引出分子势能概念，借助两分子相互作用示意图、分子作用力与势能双图像，分阶段分析分子靠近、远离过程中引力、斥力做功与分子势能增减变化，明确分子势能由分子间相对距离决定，和物体体积直接相关；第二部分结合上一节分子速率分布规律，定义分子平均动能，明确温度是分子平均动能的唯一宏观标志；第三部分通过静止足球内气体分子微观运动示意图，区分物体宏观机械运动机械能与分子无规则热运动对应的内能，给出内能完整定义：物体内所有分子的分子动能与分子势能总和。课程遵循 “宏观重力势能类比微观分子势能→分子动能与温度关联→区分机械能、内能” 逻辑链条，打通宏观力学势能与微观分子能量的联系，为后续内能改变、热力学第一定律学习搭建理论基础。 二、学情分析 1. 知识基础 学生高一已经熟练掌握重力做功与重力势能变化规律，知道重力势能由物体和地球相对高度决定；前几节课掌握分子动理论、分子速率分布统计规律，知晓分子永不停息无规则热运动；但从未接触微观分子间相互作用对应的势能，难以自主把宏观重力势能类比迁移至分子势能；容易混淆物体整体机械运动动能和分子无规则热运动平均动能，无法区分机械能、内能两种完全独立的能量形式，看不懂分子势能随间距变化的曲线图像。 2. 能力基础 学生具备基础的做功与势能变化逻辑推导能力，但宏观模型向微观粒子的类比推理能力薄弱；读取分子力、分子势能双图像时，不能分段结合引力、斥力判断做功正负、势能增减；小组讨论时无法自主梳理分子间距大于、等于、小于平衡距离三类场景下势能变化规律；难以独立辨析静止物体内部分子仍具备热运动能量，区分宏观机械能与微观内能的逻辑辨析能力零散。 3. 思维基础 学生长期习惯于宏观物体势能分析，难以建立微观分子成对相互作用的势能模型；容易产生认知误区：认为分子静止就不存在能量、物体静止时内部分子没有动能；无法动态理解分子间距改变时引力、斥力做功同步改变、分子势能同步升降的辩证变化思维；不能清晰分割 “物体整体定向运动” 和 “分子无规则杂乱运动” 两套独立运动体系，混淆机械能、内能对应的两种运动形式。 三、教学目标 1. 物理观念 建立微观分子能量物理观念，理解分子动能、分子势能的定义；明确温度只决定分子平均动能，分子势能由分子间距（物体体积）决定；清晰区分机械能（物体宏观机械运动）与内能（全部分子热运动动能、分子势能总和），完整掌握内能的微观构成，搭建宏观力学能量、微观热运动能量统一的能量观念。 2. 科学思维 依托重力势能导入问题图建立宏观势能类比微观分子势能的类比建模思维；借助两分子相互作用示意图建立分子成对相互作用微观模型思维；利用分子作用力与分子势能双图像形成分段分析做功、势能变化的图像辩证分析思维；结合足球内部分子示意图形成宏观运动与微观分子运动分割辨析思维，培养类比迁移、微观建模、图像分段解读、两套运动体系区分的综合科学思维。 3. 科学探究 结合重力做功旧知类比猜想分子间作用力做功对应分子势能；观察分子力、分子势能图像，分三段梳理分子间距变化时引力斥力做功、分子势能增减规律；围绕静止足球内部分子能量开展小组讨论，辨析宏观机械能与微观内能；完整经历 “宏观势能类比导入→分子势能图像分段探究→分子动能与温度关联→机械能、内能区分辨析” 完整探究流程。 4. 科学态度与责任 分子动能、分子势能、内能理论是热工、暖通、新材料研发的底层基础，教材依托重力势能经典模型类比微观分子能量，体现由已知推未知、宏观类比微观的物理探究方法；我国自主工业温控设备、新型隔热保温材料均以内能微观理论为研发根基，培养学生利用已有知识类比探究陌生微观物理规律的实证求真品格，树立学好微观热运动能量知识助力国产温控、节能新材料技术自主研发的责任意识。 四、教学重难点 重点 分子势能概念，分子间距变化时引力、斥力做功与分子势能增减变化规律 分子平均动能与温度的唯一对应关系 内能定义，机械能与内能的本质区分 难点 借助重力势能类比理解分子势能，分段解读分子势能随间距变化图像 区分物体宏观定向运动的机械能和分子无规则热运动对应的内能 分子间距小于、等于、大于平衡距离三类场景下，自主判断做功正负、分子势能变化 五、教学方法 旧知类比导入法：利用重力做功、重力势能旧知类比分子间作用力做功、分子势能； 图像分段分析法：分子力、分子势能双图像分三段拆解间距变化对应的做功、势能规律； 微观模型图解法：两分子相互作用示意图、足球内部分子运动示意图直观区分微观热运动； 小组辨析讨论法：互助辨析机械能与内能、分子势能增减判断易错点； 分层归纳法：类比→分子势能→分子动能→内能区分逐层梳理知识框架； 对比教学法：横向对比重力势能、分子势能，纵向对比机械能、内能。 六、教学资源 人教版选择性必修第三册课本；重力势能导入问题图、两个分子相互作用示意图、分子间作用力与分子势能图像、足球内部气体分子示意图；多媒体图像课件、黑板、直尺、分段图像分析记录单、重力势能与分子势能对比表格。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 重力势能类比导入，猜想分子势能存在 · 展示重力势能导入问题图 · 结合高一重力势能旧知细致类比讲解：同学们回忆之前学习的重力，重力做功只和初末高度差有关、和运动路径无关，因此物体和地球组成的系统具备重力势能，势能大小由两者相对位置决定。顺势抛出核心导学思考题：分子之间同时存在引力和斥力，分子间相互作用力做功是否也和路径无关？分子组成的系统会不会也存在由分子相对位置决定的分子势能？ · 递进出示同桌交流问题：重力势能是物体与地球共有的，那分子势能是单个分子拥有，还是两个相互作用的分子共同拥有？给学生两分钟同桌交流，结合成对分子相互作用的特点进行猜想。 · 待学生初步交流后点明本节课探究主线：通过重力势能类比认识分子势能，结合图像分析分子间距改变时势能变化规律，再学习分子动能与温度的关系，最后分清机械能和内能两类完全不同的能量。 观看重力势能导入问题图，跟随教师回顾重力做功与路径无关、重力势能由相对高度决定的旧知识点，自主类比猜想分子间作用力做功也与路径无关，系统存在分子势能；同桌之间围绕分子势能归属展开交流，得出分子势能是成对分子共有、不属于单个分子的结论；带着 “分子间距如何改变分子势能、温度如何影响分子能量、静止物体内分子有无能量” 三大疑问进入新课主体学习。 探究分子势能变化规律，建立分子动能概念 · 第一步，展示两个分子相互作用的示意图 · 设定零势能参考标准：我们规定两个分子相距无穷远时分子势能为零，固定分子 A，让分子 B 从无穷远处缓慢向 A 靠近，分两个阶段分析受力、做功、势能变化。同步配套随堂提问：分子间距大于平衡距离 r₀时，分子间表现引力，分子 B 靠近 A，引力和位移同向，引力做正功，分子势能如何变化？ · 第二步，展示分子间作用力与分子势能图像 · 分三段完整拆解图像规律： · 间距 r＞r₀：分子引力主导，分子相互靠近，引力做正功，分子势能持续减小； · 间距 r=r₀：引力、斥力大小相等抵消，分子作用力为零，分子势能降到整条曲线最小值； · 间距 r＜r₀：分子斥力主导，分子继续靠近，斥力与位移反向，斥力做负功，分子势能快速增大。 · 归纳阶段性结论：分子势能仅由分子间相对距离决定，物体体积改变，分子间距同步变化，分子势能随之改变。 · 第三步，衔接上一节分子速率分布规律讲解分子动能：分子永不停息无规则热运动，每个分子都具备动能，大量分子动能的平均值叫作分子平均动能；同种物质温度越高，分子平均速率越大，分子平均动能越大，温度是分子平均动能的唯一宏观标志。 · 组织三分钟四人小组讨论思考题：压缩固体体积，分子间距小于 r₀，分子势能会增大还是减小？拉伸固体，分子间距大于 r₀远离平衡位置，分子势能如何变化？每组推选代表结合图像完整说明理由。 · 观看两个分子相互作用的示意图，记住无穷远分子势能为零的参考规定，跟随教师梳理分子靠近过程引力做功的逻辑；观看分子间作用力与分子势能图像，在草稿纸上划分 r＞r₀、r=r₀、r＜r₀三段，逐条记录每一段分子作用力、做功正负、分子势能增减变化；自主记住分子平均动能和温度的对应关系；四人小组围绕压缩、拉伸固体两种场景分析分子势能变化，结合图像推导完整逻辑，听完讲评整理分子势能随间距变化的三段规律笔记。 区分机械能与内能，课堂总结、分层课后任务 · 展示足球内部气体分子示意图 · 抛出核心辨析讨论题：静止放在地面的足球，整体宏观机械能为零，但是足球内部气体分子还存在能量吗？引导学生分层拆解两套独立运动：足球静止，没有整体定向运动，宏观机械能等于零；但内部气体分子永不停息做无规则热运动，全部分子具备分子动能，分子之间存在分子势能，因此静止足球内部依然存在大量微观能量。 · 完整给出内能定义：物体内部所有分子做无规则热运动的分子动能、分子势能的总和叫作物体的内能。分步对比区分机械能、内能：机械能对应物体整体的定向机械运动，和物体速度、高度、形变有关；内能对应分子无规则杂乱热运动，只由温度、物体体积、分子数量决定，二者相互独立，物体机械能可以为零，但内能永远不可能为零。 · 整合四张配图梳理课堂主线：重力势能导入问题图搭建类比探究思路→两分子相互作用示意图设定势能参考标准→分子力与分子势能双图像分段分析势能变化规律→足球内部分子示意图区分机械能与内能，完整覆盖类比建模、分子势能规律、分子动能、内能辨析四大核心板块。 · 按照教材行文梳理整节课完整知识脉络：重力势能类比猜想分子势能→图像分段探究分子间距与分子势能变化→温度决定分子平均动能→示意图辨析机械能、内能差异，黑板同步思维导图，标记分子势能三段变化、机械能内能区分两大高频易错点。 · 分层布置贴合教材的课后任务：基础任务整理分子势能三段变化规律、内能完整定义；提升任务绘制分子势能随间距变化简易曲线，说明压缩、拉伸物体时分子势能变化；拓展任务举例说明温度、体积分别改变时，物体内能如何变化，下节课分享实例。 观看足球内部气体分子示意图，小组内充分辨析静止足球内部分子仍具备能量的原因，清晰分割宏观整体定向运动、微观分子无规则热运动两套体系；完整记录机械能、内能的对比区分要点，牢记内能永远不为零、机械能可以为零；整合本节课四张配图对应的全部知识点，重点梳理分子势能三段图像变化、机械能与内能本质区别两类高频易错内容；记录分层课后作业要求，规划规律整理、绘图、实例列举的完成顺序。 课堂收尾 · 回扣开篇重力势能导入问题图完整总结本节课全部内容：本节课我们利用熟悉的重力势能类比，推导出分子间存在分子势能，借助图像分三段梳理出分子间距改变时引力、斥力做功与分子势能增减的完整规律，r=r₀位置分子势能最小；分子平均动能只由温度决定，温度越高分子热运动平均动能越大；物体内部全部分子动能、分子势能总和为内能，内能由温度、体积、分子总数决定，和物体宏观机械运动无关，机械能与内能是两套完全独立的能量形式，静止物体机械能为零，但内能一定存在。微观分子动能、势能共同构成内能，是后续热学能量变化、热力学定律的基础理论。 完整回顾分子势能三段变化规律、分子平均动能与温度关系、内能定义、机械能内能区分全部知识点，整理四张配图对应的类比、微观模型、图像、辨析笔记，理清宏观势能类比微观分子能量、两套运动对应两类能量的核心探究思路，规划课后分层任务完成顺序。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托重力势能导入问题图、两个分子相互作用示意图、分子间作用力与分子势能图像、足球内部气体分子示意图四组教材素材，开展宏观势能类比微观分子势能、图像分段分析分子势能变化、分子动能与温度关联、机械能内能辨析教学，培养学生利用已有宏观力学知识类比探究陌生微观热学规律、依托图像分段辩证分析能量变化、区分两套独立运动体系对应两类能量的实证探究品格；分子动能、分子势能、内能微观理论是工业温控、节能保温新材料、暖通制冷产业的核心基础理论，我国自主高端温度控制设备、纳米隔热材料持续实现技术国产化突破，让学生认识微观分子能量理论是节能环保、精密温控产业发展的理论根基，引导学生扎实掌握类比建模、图像规律分析、内能辨析完整知识体系，树立依托热学微观能量理论助力国产节能温控新材料、精密测温设备自主研发的责任意识。 十、教学反思和修改 教学反思：本节课使用四张教材配图结合类比、图像、小组辨析完整完成分子势能、分子动能、内能全流程教学，但学生普遍存在两处典型认知误区：一是分段分析分子势能图像时，记反 r＜r₀、r＞r₀区间做功正负与势能增减，拉伸、压缩固体时势能变化判断错误；二是无法彻底分割宏观机械能与微观内能，误认为物体静止、速度为零则内部分子没有能量，混淆整体定向运动和分子杂乱无规则热运动；小组讨论时间有限，薄弱学生难以自主完成重力势能到分子势能的类比迁移，独立解读势能变化图像逻辑断裂。 修改措施：课前印制重力势能、分子势能对比预习表格，提前梳理两类势能共性；播放分子靠近、远离动态势能变化动画，强化三段区间做功、势能变化记忆；延长四人小组机械能、内能辨析讨论时长，增设静止物体、运动物体随堂辨析题即时纠错；课后配套分子势能曲线绘图专项作业、机械能内能区分基础习题，强化宏观模型向微观分子能量的类比推理训练。 学科网（北京）股份有限公司 $