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分子动能和分子势能
高二物理（人教版2019）
选择性必修 第三册
第一章 分子动理论
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？
新课导入
G
复习与思考：
新课讲授
1.不同温度下分子速率分布图像说明了什么？
2.同一温度下的气体分子的速率分布说明了什么？
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。
一、分子的动能
1、分子动能
定义：组成物体的分子由于热运动而具有的能叫做分子动能。
2、分子平均动能
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。
一、分子的动能
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。
定义：物体里所有分子动能的平均值叫做分子热运动的平均动能。
3、分子平均动能的决定因素
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。温度越高，分子平均动能越大。
分子的动能
思考1：同一温度下，不同物质分子的平均动能是否相同？
思考2：同一温度下，不同物质分子的平均速率是否相同？
思考3：温度升高时，分子的平均动能增大，是否每一个分子的动能都会增大呢？
思考4：物体做高速运动时，其分子的平均动能会增大吗？
注意：
（3）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）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；
分子的动能
（1）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；
(4)物体做高速运动时，物质分子的平均动能不一定高，分子的平均动能与宏观物体运动的动能无关。
4、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：
分子的动能
地面上的物体,由于与地球相互作用
重力势能
发生弹性形变的弹簧, 相互作用
弹性势能
分子间存在着相互作用力，因此分子间所具有的由它们的相对位置所决定的能---分子势能
二、分子势能
新课讲授
思考与类比：
1.定义：分子间由分子力和分子间的相互位置决定的势能叫分子势能
二、分子势能
新课讲授
思考与讨论：
1.当r>r0时，分子力表现为什么力？
2.当r3.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。分子力做什么功？分子势能如何变化？
新课讲授
2.分子势能与分子力做功的关系
分子力做正功，分子势能减少；分子力做负功，分子势能增加。
（1）r＞r0时，当两分子间距离逐渐减小到r0过程中，
①分子力对分子做正功还是负功？
②分子势能如何变化？
正功
分子势能减小
新课讲授
2.分子势能与分子间距离的关系
（2）r＜r0时，当两分子间距离由r0逐渐减小过程中，
①分子力对分子做正功还是负功？
②分子势能如何变化？
负功
分子势能增加
新课讲授
（3）分子势能最小的位置
①当两分子间距离r＝r0时，分子势能最小，但不为零
②一般选取两分子间距离很大（ r＞10r0 ）时，分子势能为零．
新课讲授
（4）分子势能与两分子之间的距离关系图
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。
注意：
若取 r0处为零势能点，则其它位置的分子势能都大于0.
（5）决定分子势能的因素：
①从微观上看：分子势能跟分子间距离r有关．
②从宏观上看：分子势能跟物体的体积有关．
新课讲授
思考：
体积增大，分子势能是否一定增大？
物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。
1.物体的内能定义：
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
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。
三、内能
⑴内能普遍性：任何物体都具有内能
（内能是对大量分子而言的，对单个分子来说无意义）
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 机械能
物质的量、物体的温度和体积及物态
永远不等于零
常见的能量形式
影响因素
大小
对应的运动形式
联系
微观分子热运动
分子动能、分子势能
在一定条件下内能和机械能可以相互转化
一定条件下可以等于零
物体的机械运动的速度、相对于零势能面的高度或弹性形变量
物体动能、重力势能或弹性势能
宏观物体机械运动
内能与机械能的联系与区别：
1．关于温度和分子动能，下列说法正确的是（　　）
A．物体的温度升高，物体内每个分子热运动的速率都增大
B．物体的温度越高，其内部分子的平均动能就一定越大
C．15℃的水蒸发成15℃的水蒸气后，内能不变，分子的平均动能也不变
D．达到热平衡的两个系统，其内部分子的平均动能可以不同
B
课堂练习
【答案】B
【详解】A．分子热运动的速率规律是一个统计规律，物体的温度升高，物体内分子热运动的平均速率增大，而不是物体内每个分子热运动的速率都增大，A错误；
B．温度是物体内部分子平均动能大小的标志，物体的温度越高，其内部分子的平均动能就一定越大，B正确；
C．15℃的水蒸发成15℃的水蒸气后，温度不变，分子的平均动能不变，该物态变化是吸热过程，分子势能增大，即内能增大，C错误；
D．温度是系统达到热平衡的标志，达到热平衡的两个系统温度一定相等，则其内部分子的平均动能一定相同，D错误。
故选B。
课堂练习
2．下列说法正确的是（　　）
A．扩散现象和布朗运动都与温度有关，所以扩散现象和布朗运动都是热运动
B．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规律的
C．温度相同的氢气和氧气，氢气分子和氧气分子的平均速率不相同
D．一定质量的理想气体压强不变，气体分子单位时间内对器壁单位面积的平均碰撞次数随着温度升高而增大
C
课堂练习
【答案】C
【详解】A．扩散现象和布朗运动都是分子热运动的体现，分子运动又叫做热运动，故扩散运动和布朗运动不是热运动，A错误；
B．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动具有一定的统计规律，B错误；
C．温度是分子平均动能的量度，温度相同，则分子平均动能相同，但由于分子运动的平均速率与分子质量有关，故氢气分子和氧气分子的平均速率不相同，C正确；
D．温度升高，分子对器壁的平均撞击力增大，要保证压强不变，分子单位时间对器壁单位面积平均碰撞次数必减小，D错误。
故选C。
课堂练习
3．关于物体的内能，下列说法正确的是（　　）
A．相同质量的两种物质，升高相同的温度，内能的增加量一定相同
B．物体的内能改变时温度不一定改变
C．内能与物体的温度有关，所以0 ℃的物体内能为零
D．分子数和温度都相同的物体一定具有相同的内能
B
课堂练习
【答案】B
【详解】A．相同质量的同种物质，升高相同的温度，吸收的热量相同，相同质量的不同种物质，升高相同的温度，吸收的热量不同，故A错误；
B．物体内能改变时温度不一定改变，比如零摄氏度的冰融化为零摄氏度的水，内能增加，故B正确；
C．分子在永不停息地做无规则运动，可知任何物体在任何状态下都有内能，故C错误；
D．物体的内能与分子数、物体的温度和体积三个因素有关，分子数和温度都相同的物体不一定有相同的内能，故D错误。
故选B。
课堂练习
4．分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示，r=r1时，F=0。分子间势能由r决定，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一分子固定于原点O，另一分子从距O点很远处向O点运动，下列说法正确的是（ 　　）
A．在两分子间距减小到r1的过程中，分子间的作用力先增大后减小
B．在两分子间距减小到r2的过程中，分子势能减小
C．在两分子间距由r2减小到r1的过程中，分子势能减小
D．在两分子间距等于r1处，分子势能等于零
E．在两分子间距减小到r1的过程中，分子斥力先增大后减小
ABC
课堂练习
课堂练习
5．分子力与分子间距离的关系图像如图（a）所示，图中r0为分子斥力和引力平衡时两个分子间的距离；分子势能与分子间距离的关系图像如图（b）所示，规定两分子间距离为无限远时分子势能为0。结合图像判断下列说法正确的是（ ）
A．r1=r0
B．r2=r0
C．在图（b）中r>r2的范围内，r=r3处图像切线的斜率最大
D．分子间距离从无限远减小到r0的过程中，分子间作用力为引力且先增大后减小，分子势能先减小后增大
E．分子间距离从r2减小到r1的过程中，分子间作用力为斥力，分子势能增大
BCE
课堂练习
课堂练习

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