资源简介

第一章 分子动理论
第4节 分子动能和分子势能
教学内容分析
《分子动能和分子势能》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》选择性必修第3册“固体、液体和气体”主题下的内容。本节从能量的角度运用统计思想认识热运动，热运动是运动的一种形式，分子具有热运动动能。分子的速率变化，热运动动能变化。重要的是大量分子热运动动能的平均值，它的大小标志系统温度的高低。
分子间的作用力属于电磁相互作用，做功和路径无关，可引入分子势能的概念。分子势能变化图像可以从分子力做功和势能变化关系分析得到，这种分析方法在重力势能和电势能已经多次遇到，体现功和能量两个物理量的关系。概念教学要让学生知道引入概念的目的、概念的确切含义与其他概念的区别和联系。
本节内容概念性强，抽象，不易理解把握，教学中要注意在实际情境中构建概念，在具体情境中应用概念分析问题，丰富、深化学生对概念的理解。
学情分析
知识层面，学生知道分子间作用力本质上是电磁相互作用，静电力做功和路径无关。学生已经学习重力做功和重力势能变化关系、电场力做功和电势能变化关系，并了解从研究做功分析势能的解决问题方法。教学时类比这些知识的学习，用类似方法从分子力和距离关系得到分子势能和距离变化图像。机械运动物体具有的动能不属于分子内能，教学可以从具体实例分析，帮助学生理解内能和机械能的关系。
教学目标
1.学生知道温度是分子热运动平均动能的标志。
2.学生知道什么是分子势能，知道分子势能与分子间距离有关。
3.学生知道内能的含义，知道物体的内能与温度和体积有关。
4.学生能够区别内能和机械能。
教学重难点
教学重点：内能含义；分子动能和动能的区别
教学难点：分子势能和分子间距变化图像
教学方法：讲授法、启发式教学、对话教学
教学过程
（一）复习旧知，引入新课
教师提出问题，提示引导学生回顾相关内容。
问题1：分子间作用力是四种基本相互作用的哪一种？分子力做功和路径有关吗？
问题2：重力做功与重力势能有何关系？是如何解决这个问题的？
问题3：势能有哪些特点？
问题4：分子间作用力随着距离如何变化？画出F-r图像。
（二）衔接过渡，新课教学
活动一：分子势能
师：分子间作用力属于电磁相互作用，做功和路径无关，可引入势能的概念，这个势能叫分子势能。分子势能和重力势能、电势能具有一些共同的特点。
分子势能属于组成物体的所有分子系统所共有。
分子势能具有相对性。选择的参考零点不同，分子势能具体数值不同。通常选取分子相距无穷远（大约是分子大小的10倍），规定分子势能是零。
分子势能变化的绝对性。
思考与讨论：分子A固定在坐标原点O，分子B从很远处向A靠近。沿着AB分子连线建立坐标轴。
问题1-1：B分子从很远处到r1位置，分子间是斥力还是引力？分子力做正功还是负功？分子势能如何变化？
问题1-2：从r1到r0，分子力做什么功？分子势能如何变化？
问题1-3：B分子从r0继续向A分子运动，分子力是斥力还是引力？做什么功？分子势能如何变化？
问题1-4：选择很远处作为分子势能零点，试画出分子势能Ep-r图像，并标出关键的坐标位置。
从无穷远到r0，分子力做正功，分子势能一直减小，r0位置分子势能最小
从r0到坐标原点，分子力做负功，势能增加
EP-r图像斜率表示分子间作用力
分子间距发生变化，即物体体积变化，分子势能改变。分子势能与物体的体积有关.
问题1-5：若物体体积减小，分子势能如何变化？
生：若r r0，物体体积减小，分子势能减小.
问题1-6：气体分子间距较大，分子间作用力忽略不计。气体分子势能是多少？
（气体分子势能不变，规定势能为零。）
活动二：分子动能
师：分子不停地做无规则热运动，具有分子动能。根据分子运动论，分子动能具有如下特点。
不同分子的分子动能不同，有大有小
分子作不停地热运动，速度改变，同一分子的分子动能随时间改变
对于大量分子，分子热运动动能平均值和温度有关。温度越高，分子热运动越剧烈，热运动动能平均值越大。温度是分子热运动动能的标志。大量分子才具有“温度”的概念。
思考与讨论：北方冬季寒风怒吼，风大表示空气分子的运动速度大，寒冷表示空气的温度低，即空气分子的平均动能小。二者是否矛盾？如何理解该现象？
（分子动能是指分子的热运动具有的动能，风大是指空气分子定向运动的速度大，此动能不属于分子动能，属于机械能。物体定向运动具有的动能和分子动能含义不同。物体静止在地面上，但分子依然不停地做无规则热运动，分子动能不是零。）
活动三：物体的内能
问题3-1：什么是物体的内能？
问题3-2：内能与哪些因素有关？
问题3-3：两个完全相同的木块，一个静止在地面上，另一个沿地面做匀速直线运动。地面光滑，两木块的内能相同吗？
问题3-4：理想气体的内能与气体体积有关吗？为什么？
物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。
任何物体都具有内能.
物体内能与温度、体积均有关.
理想气体内能等于分子动能，只由温度决定，和体积无关。
课堂练习1 有甲、乙两个分子，甲分子固定不动，乙分子由无穷远处逐渐向甲靠近，直到不再靠近为止，在这整个过程中，分子势能的变化情况是（ ）
A.不断较大
B.不断减小
C.先增大后减小
D.先减小后增大
答案：D
课堂练习 2(多选) 若已知分子势能增大，则在这个过程中（ ）
A．一定克服分子力做功
B．分子力一定减小
C．分子间距离的变化情况无法确定
D．以上说法都不正确
答案：AC
作业：“复习与提高”A组第1题、第2题
“练习与应用”写在教材上
板书设计
§ 4 分子动能和分子势能
一、分子势能
系统性
相对性
变化的绝对性
二、分子动能
热运动动能平均值由温度决定
三、内能
1.含义
2.影响因素：体积、温度
3.理想气体内能只由温度决定，和体积无关。
教学反思
教材的分子势能和距离图像是两个分子间的势能，向学生特别指明这一点。从分子间作用力特点和分子力做功和分子势能变化关系出发，学生应能画出分子势能和距离图像，教师要发挥好引导作用，让学生自己分析图像并作图。
内能和机械能的区别学生容易混淆，通过举例帮助学生理解。

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