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(共43张PPT)
第4节 分子动能
和分子势能
第一章
人教版 选择性必修第三册
分子动能
01
分子势能
02
物体的内能
03
典例分析
04
新课导入
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
想一想
水蒸气是怎样对橡皮塞做功，有些什么样的特点呢？
分子动能
PART 01
分子动能
01
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
02
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。
想一想
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
温度
03
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：
温度是分子热运动的平均动能的标志
温度是分子热运动平均动能的唯一标志。
注意
04
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
05
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：
判一判
【判断题】
1）某物体的温度是00C，说明物体中分子的平均动能为零。
错。分子永不停息的运动，不管温度多低，分子动能永远不可能为零。
2）物体的动能越大，物体内分子的平均动能越大。
错。物体的动能是宏观的机械运动的一种能量,Ek=mv2/2，即由物体的速度与质量决定。分子的平均动能是微观的，仅由物体的温度决定。
3）温度越高的物体，物体内每个分子的动能都大。
错。温度高的物体内部也存在着动能很小的分子。只能说温度越高，分子平均动能越大。
4）物质种类不同的物体，如果温度相同，它们的平均动能相同，因而它们分子的平均速率也相同。
错。它们的平均动能相同，但由于它们的分子质量不同，所以分子的平均速率不同。
小试牛刀
【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
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
分子势能
PART 02
思考与讨论
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
半定量分析分子力做功情况
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半定量分析分子势能变化情况
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r②当r＝r0时，分子势能最小且小于0。
物体的体积变化时，分子间距离将发生变化，因而分子势能随之改变。可见，分子势能与物体的体积有关。
【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。
结论
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。
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
注意事项
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。
小试牛刀
【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
想一想
分子动能、分子势能与物体内能有怎样的关系？
物体的内能
PART 03
物体的内能
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
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
三者区别
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
内能与机械能的区别
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 判断内能的变化
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）
小试牛刀
【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
课堂总结
典例分析
PART 04
判一判
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(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． ( )
×
√
√
×
√
典例分析
【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
【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
【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
【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rB.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
第4节 分子动能
和分子势能
人教版 选择性必修第三册

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