人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學案2：1 4 分子動能和分子勢能

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE11.4分子動能和分子勢能學習目標：1．知道分子動能、分子勢能、物體內能的概念，2.知道溫度是分子熱運動平均動能的標志，分子勢能跟物體體積有關。3.理解分子平均動能與溫度的關系，分子勢能與物體體積關系，并能解決相關的實際問題。知識梳理：一、分子動能1．分子動能做的分子也具有動能，這就是分子動能。2．分子的平均動能熱現象研究的是大量分子運動的整體表現，重要的不是系統(tǒng)中某個分子的動能大小，而是所有分子的動能的平均值，叫作分子熱運動的。3．溫度的微觀解釋溫度是物體分子熱運動的標志。說明：溫度相同，分子平均動能相等，而不同種類的分子平均速率不相等。二、分子勢能1．定義：分子間存在相互作用力，可以證明分子間的作用力所做的功與路徑，分子組成的系統(tǒng)具有。2．決定因素(1)宏觀上：分子勢能的大小與物體的有關。(2)微觀上：分子勢能與分子間的有關。3．分子勢能與分子間距離的關系(1)當r>r0時，分子力表現為，若r增大，需克服引力做功，分子勢能。(2)當r<r0時，分子力表現為，若r減小，需克服斥力做功，分子勢能。(3)當r＝r0時，分子力為零，分子勢能。三、內能1．定義：物體中所有分子的與的總和。2．內能的普遍性：組成任何物體的分子都在做，所以任何物體都具有內能。3．決定因素(1)物體所含的分子總數由決定。(2)分子的熱運動平均動能由決定。(3)分子勢能與物體的有關，故物體的內能由、、共同決定，同時受物態(tài)變化的影響。注意：物體的內能與機械能無關。自我檢測1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)物體的溫度升高時，物體每個分子的動能都增大。 ()(2)當分子力做正功時，分子勢能一定減小。 ()(3)當分子間距離為r<r0時，分子力為斥力，這時減小分子間的距離，分子勢能增大。 ()(4)物體的溫度和體積變化時，內能一般會發(fā)生改變。 ()2．(多選)下列說法中正確的是()A．只要溫度相同，任何物體分子的平均動能都相同B．分子動能指的是由于分子做無規(guī)則運動而具有的能C．物體中10個分子的動能很大，這10個分子的溫度很高D．溫度低的物體中的每一個分子的運動速率一定小于溫度高的物體中的每一個分子的運動速率3．(多選)關于分子勢能，下列說法正確的是()A．分子間表現為引力時，分子間距離越小，分子勢能越小B．分子間表現為斥力時，分子間距離越小，分子勢能越小C．物體在熱脹冷縮時，分子勢能發(fā)生變化D．物體在做自由落體運動時，分子勢能越來越小〖重難點理解〗知識點1：分子動能問題1：相同溫度的氧氣和氫氣，哪一個平均動能大？哪一個平均速率大？知識歸納11．單個分子的動能(1)物體由大量分子組成，每個分子都有分子動能且不為零。(2)分子在永不停息地做無規(guī)則熱運動，每個分子動能大小不同并且時刻在變化。(3)熱現象是大量分子無規(guī)則運動的統(tǒng)計規(guī)律，對個別分子的動能沒有實際意義。2．分子的平均動能(1)溫度是大量分子無規(guī)則熱運動的宏觀表現，具有統(tǒng)計意義。溫度升高，分子平均動能增大，但不是每一個分子的動能都增大。個別分子動能可能增大也可能減小，個別分子甚至幾萬個分子熱運動的動能大小不受溫度影響，但總體上所有分子的動能之和一定是增加的。(2)只要溫度相同，任何分子的平均動能都相同。由于不同物質的分子質量不一定相同，所以同一溫度下，不同物質分子運動的平均速率大小一般不相同?！祭?〗對不同的物體而言，下列說法中正確的是()A．高溫物體內分子的平均動能一定比低溫物體內分子的平均動能大B．高溫物體內每一個分子的動能一定大于低溫物體內每一個分子的動能C．高溫物體內分子運動的平均速率一定比低溫物體內分子運動的平均速率大D．高溫物體內每一個分子運動的速率一定大于低溫物體內每一個分子運動的速率針對練習1．相同質量的氧氣和氫氣溫度相同，下列說法正確的是()A．每個氧分子的動能都比氫分子的動能大B．每個氫分子的速率都比氧分子的速率大C．兩種氣體的分子平均動能一定相等D．兩種氣體的分子平均速率一定相等知識點2：分子勢能如圖所示，晶體分子間距離較小，且規(guī)則排列；熔化后的液體分子間距離較大，且是無規(guī)則排列的。晶體熔化過程中，溫度不變，只有在熔化完成后，溫度才會升高。問題（1）晶體熔化過程中，分子間距離增大，分子間的作用力做什么功?分子勢能如何變化?（2）2.晶體熔化過程中，溫度不變，只有在熔化完成后，溫度才會升高，這是為什么?知識歸納21．分子勢能的變化規(guī)律及判斷依據分子力做正功，分子勢能減少，分子力做了多少正功，分子勢能就減少多少；分子力做負功，分子勢能增加，克服分子力做了多少功，分子勢能就增加多少。(1)r>r0時，r增大，分子勢能增加，反之，減少。(2)r<r0時，r增大，分子勢能減少，反之，增加。(3)r→∞時，分子勢能為零；r＝r0時，分子勢能最小。2．分子勢能的“彈簧—小球”模型分子勢能隨分子間距離的變化類似于彈簧—小球模型，彈簧的原長相當于分子間的距離r0。彈簧在原長的基礎上無論拉伸還是壓縮，勢能都會增加。3．分子勢能曲線分子勢能曲線如圖所示，規(guī)定無窮遠處分子勢能為零。分子間距離從無窮遠逐漸減小至r0的過程，分子間的合力為引力，合力做正功，分子勢能不斷減小，其數值將比零還小，為負值。當分子間距離到達r0以后再繼續(xù)減小，分子作用的合力為斥力，在分子間距離減小過程中，合力做負功，分子勢能增大，其數值將從負值逐漸變大至零，甚至為正值，故r＝r0時分子勢能最小。從曲線上可看出：(1)在r<r0處，曲線比較陡，這是因為分子間的斥力隨分子間距的減小而增加得快，分子勢能的增加也就快。(2)在r>r0處，曲線比較緩，這是因為分子間的引力隨分子間距的增大而變化得慢，分子勢能的增加也就變慢。(3)在r＝r0處，分子勢能最小，但不一定為零，因為零勢能的位置是任意選定的。一般取無窮遠處分子勢能為零，則分子勢能最小位置是在r＝r0處，且為負值，故分子勢能最小與分子勢能為零絕不是一回事。4．分子勢能與體積的關系由于物體分子間距離變化的宏觀表現為物體的體積變化，所以微觀的分子勢能變化對應于宏觀的物體體積變化。例如，同樣是物體體積增大，有時體現為分子勢能增加(在r>r0范圍內)；有時體現為分子勢能減少(在r<r0范圍內)；一般我們說，物體體積變化了，其對應的分子勢能也變化了。但分析與判定的關鍵要看體積變化過程中分子力是做正功，還是做負功?！祭?〗(多選)如圖所示，甲分子固定在坐標原點O，乙分子位于x軸上，甲分子對乙分子的作用力與兩分子間的距離的關系如圖中曲線所示。F＞0為斥力，F＜0為引力。a、b、c、d為x軸上四個特定的位置?，F把乙分子從a處由靜止釋放，則()A．乙分子由a到b做加速運動，由b到c做減速運動B．乙分子由a到c做加速運動，到達c時速度最大C．乙分子由a到b的過程中，兩分子間的分子勢能一直減小D．乙分子由b到d的過程中，兩分子間的分子勢能一直增大針對練習2．(多選)如圖為兩分子系統(tǒng)的勢能Ep與兩分子間距離r的關系曲線。下列說法正確的是()A．當r大于r1時，分子間的作用力表現為引力B．當r小于r1時，分子間的作用力表現為斥力C．當r等于r2時，分子間的作用力為零D．在r由r1變到r2的過程中，分子間的作用力做負功知識點3：內能問題2：小孩從滑梯上滑下來，感覺屁股熱。(1)小孩為什么有這種感覺？(2)從能量轉化和轉移的角度解釋一下？知識歸納31．對內能的幾點理解(1)內能是一種與分子熱運動及分子間相互作用相關的能量形式，與物體宏觀有序運動狀態(tài)無關，它取決于物質的量、溫度、體積及物態(tài)。(2)研究熱現象時，一般不考慮機械能，在機械運動中有摩擦時，有可能發(fā)生機械能轉化為內能。(3)物體溫度升高，內能不一定增加；溫度不變，內能可能改變；溫度降低，內能可能增加。2．內能的決定因素(1)從宏觀上看：物體內能的大小由物體的物質的量、溫度和體積三個因素決定。(2)從微觀上看：物體的內能由組成物體的分子總數、分子熱運動的平均動能和分子勢能三個因素決定。3．內能與機械能的區(qū)別和聯系項目內能機械能對應的運動形式微觀分子熱運動宏觀物體的機械運動能量常見形式分子動能、分子勢能物體動能、重力勢能或彈性勢能能量存在的原因物體內大量分子的熱運動和分子間存在相互作用力由于物體做機械運動和物體發(fā)生彈性形變或被舉高影響因素物質的量、物體的溫度和體積物體的機械運動的速度、離地高度(或相對于參考平面的高度)或彈性形變量能否為零永遠不能等于零一定條件下可以等于零聯系在一定條件下可以相互轉化4．物態(tài)變化對內能的影響一些物質在物態(tài)發(fā)生變化時，例如冰的熔化、水在沸騰時變?yōu)樗魵猓瑴囟炔蛔?，此過程中分子的平均動能不變，由于分子間的距離變化，分子勢能變化，所以物體的內能變化?！祭?〗(多選)下列有關溫度與分子動能、物體內能的說法中正確的是()A．溫度升高，每個分子的動能一定都變大B．溫度升高，分子的平均速率一定變大C．溫度升高時，分子的平均動能一定變大D．溫度降低，物體的內能必然變小針對練習3．(多選)一輛運輸瓶裝氧氣的貨車，由于某種原因，司機緊急剎車，最后停下來，則下列說法不正確的是()A．汽車機械能減小，氧氣內能增加B．汽車機械能減小，氧氣內能減小C．汽車機械能減小，氧氣內能不變D．汽車機械能減小，汽車(輪胎)內能增加課堂練習1．(多選)關于分子動能，下列說法正確的是()A．物體運動速度大，物體內分子的動能一定大B．物體的溫度升高，物體內每個分子的動能都增大C．物體的溫度降低，物體內大量分子的平均動能一定減小D．物體內分子的平均動能與物體做機械運動的速度大小無關2．(多選)分子間有相互作用而具有勢能，規(guī)定兩分子相距無窮遠時兩分子間的勢能為零。設分子a固定不動，分子b以某一初速度從無窮遠處向a運動，直至它們之間的距離最小。此過程中的下列說法正確的是()A．a、b之間的勢能先減小，后增大，再減小B．a、b之間的勢能先增大，后減小，再增大C．a、b間的勢能先減小，后增大D．分子b的加速度先增大，后減小，再增大3．(多選)關于內能和機械能的下列說法，正確的是()A．物體的機械能增大，其內能一定增大B．物體的機械能損失時，內能卻可能增加C．物體的內能損失時，機械能必然會減小D．物體的機械能可以為零，內能不可以為零4．放在光滑水平面上的物體，受到一個水平方向的作用力而做勻加速直線運動，有人說：“隨著物體運動加快，物體內分子的運動也加快，因此分子的平均動能增大，物體的溫度升高。”這種說法是否正確？為什么？

4.分子動能和分子勢能一、1．熱運動2．平均動能3．平均動能二、1．無關、分子勢能2．(1)宏體積(2)距離3．(1)引力、增加(2)斥力、增加(3)最小。三、1．熱運動動能、分子勢能2．無規(guī)則的熱運動3．(1)物質的量(2)溫度(3)體積、物質的量、溫度、體積自我檢測1．(1)×(2)√(3)√(4)√物2．AB〖溫度相同，物體分子平均動能相同，故A正確；分子動能指的是由于分子做無規(guī)則運動而具有的能，故B正確；物體溫度是對大量分子而言，對于10個這樣少數的分子無意義，故C錯誤；溫度低的物體分子的平均速率小(相同物質)，但具體到每一個分子的速率是不確定的，可能大于平均速率，也可能小于平均速率，故D錯誤?！?．AC〖分子間的作用力表現為引力，分子間的距離減小時，分子力做正功，分子勢能隨分子間距離的減小而減小，A正確；分子力為斥力，分子間的距離減小時，分子力做負功，分子勢能隨分子間距離的減小而增大，B錯誤；物體在熱脹冷縮時，物體體積發(fā)生變化，說明分子勢能發(fā)生變化，C正確；物體在做自由落體運動時，物體重力勢能減小，但分子勢能與重力勢能無關，D錯誤?！街R點1〖提示〗：溫度是分子熱運動平均動能的標志，溫度相同，任何物體分子的平均動能都相等。由eq\x\to(E)k＝eq\f(1,2)meq\x\to(v)2可知氫氣分子的平均速率大些。〖例1〗A〖溫度是分子平均動能的標志，溫度高的物體，分子的平均動能一定大，但分子的平均速率不一定大，因為不同物質分子的質量不同；對單個分子的速率、動能討論溫度是沒有意義的，因為溫度是大量分子表現出的宏觀規(guī)律；B、C、D錯誤，A正確?！结槍毩?．C〖溫度是分子平均動能的標志，氧氣和氫氣的溫度相同，其分子的平均動能應相同；但分子的運動速率有的大、有的小，各個分子的動能并不相同，只是所有分子的動能的平均值相同；兩種分子的分子質量不同，則平均速率不同，因氫氣分子質量小于氧氣分子質量，平均動能相等，分子質量大的平均速率小。A、B、D錯誤，C正確。〗知識點2〖提示〗：（1）晶體熔化過程中，分子間距離增大，分子間的作用力表現為引力，分子間的作用力做負功，分子勢能增加。（2）晶體熔化成液體的過程中，規(guī)則排列的分子之間的距離增大，分子間作用力表現為引力，外界提供的熱量用來克服分子間作用力做功，使分子勢能增加，所以熔化過程中溫度不變，分子平均動能不變，而分子勢能增加，吸收的熱量轉化為分子勢能。〖例2〗BC〖乙分子由a運動到c的過程，一直受到甲分子的引力作用而做加速運動，到c時速度達到最大，而后受甲的斥力作用做減速運動，A錯誤，B正確；乙分子由a到b的過程所受引力做正功，分子勢能一直減小，C正確；而乙分子從b到d的過程，先是引力做正功，分子勢能減少，后克服斥力做功，分子勢能增加，D錯誤?！结槍毩?．BC〖分子間距等于r0時，分子勢能最小，即r2＝r0。當r小于r1時，分子力表現為斥力；當r大于r1小于r2時，分子力表現為斥力；當r大于r2時，分子力表現為引力，A錯誤，B、C正確；在r由r1變到r2的過程中，分子斥力做正功，分子勢能減小，D錯誤?！街R點3〖提示〗：(1)小孩的臀部，內能增加，溫度升高，感覺熱。(2)機械能轉化為內能?！祭?〗BC〖溫度升高時，分子的平均動能一定變大，即平均速率增大，但每個分子的動能不一定變大，故A錯誤、B、C正確；決定物體內能的是組成物體的分子總數、溫度和體積三個因素。溫度降低，內能可能減小，還有可能不變，甚至增加，故D錯誤?！结槍毩?．AB〖氧氣溫度不變，體積沒變，內能不變，A、B錯誤，C正確；汽車輪胎與地面摩擦機械能轉化為內能，D正確?！秸n堂練習1．CD〖分子的平均動能與機械運動的速度無關；溫度升高，分子的平均動能一定增大，但對單個分子而言，其動能可能增大也可能減小，A、B錯誤，C、D正確?！?．CD〖此過程由兩個