高中物理(人教版)精品讲义—分子动能和分子势能

4．分子动能和分子势能1．分子动能做__热运动__的分子也具有动能，这就是分子动能。

2．分子的平均动能热现象研究的是大量分子运动的整体表现，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，叫作分子热运动的__平均动能__。

3．温度的微观解释温度是物体分子热运动__平均动能__的标志。

说明：温度相同，分子平均动能相等，而不同种类的分子平均速率不相等。

知识点 2 分子势能1．定义：分子间存在相互作用力，可以证明分子间的作用力所做的功与路径__无关__，分子组成的系统具有__分子势能__。

2．决定因素(1)宏观上：分子势能的大小与物体的__体积__有关。

(2)微观上：分子势能与分子间的__距离__有关。

3．分子势能与分子间距离的关系(1)当r＞r0时，分子力表现为__引力__，若r增大，需克服引力做功，分子势能__增加__。

(2)当r<r0时，分子力表现为__斥力__，若r减小，需克服斥力做功，分子势能__增加__。

(3)当r＝r0时，分子力为零，分子势能__最小__。

知识点 3 物体的内能1．定义：物体中所有分子的__热运动动能__与__分子势能__的总和。

2．内能的普遍性：组成任何物体的分子都在做__无规则的热运动__，所以任何物体都具有内能。

3．决定因素(1)物体所含的分子总数由__物质的量__决定。

(2)分子的热运动平均动能由__温度__决定。

(3)分子势能与物体的__体积__有关，故物体的内能由__物质的量__、__温度__、__体积__共同决定，同时受物态变化的影响。

注意：物体的内能与机械能无关。

探究分子动能┃┃情境导入__■如图，分别向10 ℃和50 ℃的水中滴入一滴红墨水，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？提示：(1)50 ℃的水；(2)50 ℃的水；(3)温度是分子热运动平均动能的标志。

┃┃要点提炼__■1．单个分子的动能(1)物体由大量分子组成，每个分子都有分子动能且不为零。

分子动能和分子势能（答案在最后）素养目标1.了解温度是分子平均动能的标志，是微观粒子热运动的宏观表现．了解什么是分子势能，知道什么是物体的内能，了解内能和机械能的区别．(物理观念)2．理解分子力做功的特点，理解物体的内能与哪个宏观量有关．(科学思维)3．探究分子力做功与分子势能变化的关系．(科学探究)自主落实·必备知识全过关一、分子动能1．分子动能做________的分子也具有动能，这就是分子动能．2．分子的平均动能热现象研究的是组成系统的大量分子整体表现出来的热学性质，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，叫作分子热运动的______________．3．温度的微观解释温度是物体分子热运动二、分子势能1．定义：分子间存在着相互作用力，可以证明分子间的作用力所做的功与路径________，分子组成的系统具有____________．2．决定因素(1)宏观上：分子势能的大小与物体的________有关．(2)微观上：分子势能与分子间的________有关．3．分子势能与分子间距离的关系(1)当r>r0时，分子间的作用力表现为______，若r增大，需克服引力做功，分子势能________．(2)当r<r0时，分子间的作用力表现为______，若r减小，力做负功，分子势能增大，分子势能________．(3)当r＝r0时，分子间的作用力为0，分子势能________．三、物体的内能1．定义：物体中所有分子的________________与____________的总和．2．内能的普遍性：任何物体都具有内能．3．决定因素：分子热运动的平均动能与________关．一般说来，物体的__________和__________会随之改变．情境体验同学们应该有经验：在给自行车打气时，打气筒壁会变热，初中时我们就知道是我们对打气筒内的气体做了功，气体内能增加，温度升高了．同学们能不能说一下内能增加的表现．合作探究·能力素养全提升探究一影响分子动能的因素情境探究如图所示，分别向10℃和50℃的水中滴入一滴红墨水，探究：(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．核心归纳1.温度的微观含义温度是分子平均动能的标志，因不同的分子具有的速率一般不同，且不同时刻同一分子的速率一般也不相同，故单个分子的动能无意义．温度是物体内大量分子热运动的集体表现．只要温度相同，分子的平均动能就相同，但分子的平均速率不一定相同．2．分子热运动的平均动能(1)分子的平均动能不可能为零，因为分子无规则运动是永不停息的．(2)平均动能与平均速率的关系可简单地理解为：E k＝12mv2，m为该物质分子的质量．(通常提到的分子速率一般是指分子的平均速率，单个分子的速率无意义)(3)分子的动能与宏观物体的运动无关，也就是分子热运动的平均动能与宏观物体运动的动能无关．3．温度与分子动能、分子平均动能的关系(1)在宏观上，温度是表示物体冷热程度的物理量．在微观上，温度是物体中分子热运动的平均动能的标志．(2)在相同温度下，各种物质分子的平均动能都相同．温度升高，分子平均动能增加；温度降低，分子平均动能减少．(3)在同一温度下，虽然不同物质分子的平均动能都相同，但由于不同物质的分子质量不一定相同，所以分子热运动的平均速率不一定相同．应用体验例1(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量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[试解]针对训练1.容器中盛有冰水混合物，冰的质量和水的质量相等且保持不变，则容器内()A.冰的分子平均动能大于水的分子平均动能B．水的分子平均动能等于冰的分子平均动能C．一个水分子的动能一定大于一个冰分子的动能D．一个水分子的动能一定等于一个冰分子的动能探究二影响分子势能的因素情境探究地球和月亮间相互吸引具有势能．相互作用的分子之间是不是也具有势能呢？核心归纳1.分子势能的变化规律及判断依据分子力做正功，分子势能减少，分子力做了多少正功，分子势能就减少多少；分子力做负功，分子势能增加，克服分子力做了多少功，分子势能就增加多少．(1)r>r0时，r增大，分子势能增加，反之，减少．(2)r<r0时，r增大，分子势能减少，反之，增加．(3)r→∞时，分子势能为零；r＝r0时，分子势能最小．2．分子势能曲线分子势能曲线如图所示，规定无穷远处分子势能为零．分子间距离从无穷远逐渐减小至r0的过程，分子间的合力为引力，合力做正功，分子势能不断减小，其数值将比零还小，为负值．当分子间距离到达r0以后再继续减小，分子作用的合力为斥力，在分子间距离减小过程中，合力做负功，分子势能增大，其数值将从负值逐渐增大至零，甚至为正值，故r＝r_〖0〗〗时分子势能最小．3．分子势能与体积的关系由于物体分子间距离变化的宏观表现为物体的体积变化，所以微观的分子势能变化对应于宏观的物体体积变化．例如，同样是物体体积增大，有时体现为分子势能增大(在r>r0范围内)，有时体现为分子势能减小(在r<r0范围内)．一般我们说，物体体积变化了，其对应的分子势能也变化了．但分析与判定的关键要看体积变化过程中分子力是做正功，还是做负功．应用体验例2(多选)分子势能E p与分子间距离r的关系图线如图中曲线所示，曲线与横轴交点为r1，曲线最低点对应横坐标为r2(取无穷远处E p为0)．下列说法正确的是() A．分子间的引力和斥力都随着分子间距离r增大而减小B．当r<r1时，分子势能和分子间作用力都随r减小而增大C．当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离减小而增大D．当r1<r<r2时，随着分子间距离r增大，分子力先做正功后做负功[试解]针对训练2.下列关于分子力、分子势能与分子间距离的关系的说法中正确的是()A．分子间的分子力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大B．分子间的引力、斥力和分子力均随着分子间距离的增大而减小C．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小D．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大3.(多选)两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0.相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近．若两分子相距无穷远时分子势能为零，相关说法正确的是()A．在r>r0阶段，F做正功，分子势能减少B．在r<r0阶段，F做负功，分子势能减少C．在r＝r0时，分子势能最小D．在r＝r0时，分子势能为零探究三物体的内能情境探究一架飞机在空中以某一速度飞行，由于飞机中所有分子都具有飞机的速度，所以分子具有动能，又由于飞机在空中，飞机中所有分子都离地面有一定高度，以地面为零势能面，所以分子具有势能，上述动能和势能的总和就是飞机的内能，当飞机停在地上时，飞机的内能为零．以上说法是否正确，为什么？核心归纳1.内能是对大量分子而言的，对单个分子来说无意义．2．物体内能的决定因素：(1)从宏观上看，物体内能的大小由物体的质量、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．3．内能与机械能的区别和联系：项目内能机械能对应的运微观分子热运动宏观物体机械运动动形式能量常见分子动能、分子势能物体的动能、重力势能和弹性势能的形式能量的决定因素由物体内大量分子的无规则热运动和分子间相对位置决定由物体做机械运动、与地球相对位置或物体形变决定影响因素物质的量、物体的温度和体积物体做机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度)或弹性形变是否为零永远不能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应用体验例3[2022·上海奉贤致远高级中学高二期末]关于物体的内能，下列说法正确的是() A．水分子的内能比冰分子的内能大B．物体所处的位置越高分子势能越大C．一定质量的0℃的水结成0℃的冰，内能一定减少D．相同质量的两个同种物体，运动物体的内能一定大于静止物体的内能[试解]针对训练4.[2022·山东栖霞高二下月考](多选)下列说法正确的是()A．内能不同的物体，温度可能相同B．温度低的物体内能一定小C．同温度、同质量的氢气和氧气，氢气的分子总动能大D．物体机械能增大时，其内能一定增大学以致用·随堂检测全达标1.(多选)下列说法正确的是()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定向移动具有的动能C.同一物体中，每个分子的动能总是相同的D．温度高的物体分子平均速率大于温度低的同种物质组成的物体分子平均速率2．若某种气体分子之间的作用力表现为引力，一定质量的该气体内能的大小与气体体积和温度的关系是()A．如果保持其体积不变，当温度升高时，其内能不变B．如果保持其体积不变，当温度升高时，其内能减小C．如果保持其温度不变，当体积增大时，其内能增大D．如果保持其温度不变，当体积增大时，其内能减小3．(多选)分子力F、分子势能E p与分子间距离r的关系图像如图甲、乙所示(取无穷远处分子势能E p＝0)，下列说法正确的是()A．乙图为分子势能与分子间距离的关系图像B．随分子间距离的增大，分子力先减小后一直增大C．分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力减小得更快D．在r<r0阶段，分子力减小时，分子势能也一定减小4．分子动能和分子势能自主落实·必备知识全过关一、1．热运动2．平均动能3．平均动能二、1．无关分子势能2．(1)体积(2)距离3．(1)引力增大(2)斥力增大(3)最小三、1．热运动动能分子势能3．温度体积温度体积情境体验提示：(1)气体分子个数增多；(2)打气筒内的气体温度升高，所以气体分子的平均动能增加；(3)气体分子间距本身大于平衡距离，打气时分子间距减小，分子力做负功，分子势能增加．合作探究·能力素养全提升探究一情境探究提示：(1)50℃的水．(2)50℃的水．(3)温度．应用体验[例1]解析：温度相同，物体分子的平均动能相同，A正确；分子动能指的是由于分子做无规则运动而具有的能量，B正确；物体的温度是对大量分子而言的，对于少数分子没有意义，C错误；温度低的物体中分子的运动速率不一定小于温度高的物体中分子的运动速率，D错误．答案：AB针对训练1．解析：冰水混合物温度为0℃，冰、水温度相同，二者分子平均动能相同，故选项A错误，B正确；相同温度的冰和水内个别分子的动能是随时变化的，比较个别分子的动能没意义，故选项C、D错误．答案：B探究二情境探究提示：分子之间也具有势能．应用体验[例2]解析：A对：分子间的引力和斥力都随着分子间距离r增大而减小．B对：由图可知当r<r1时，分子势能随r减小而增大；当r<r1时，分子间作用力表现为斥力，随r 减小而增大．C对：当分子间作用力表现为斥力时，随分子间距离减小，分子间作用力做负功，分子势能增大．D错：当r1<r<r2时，分子力表现为斥力，随着分子间距离r增大，分子力一直在做正功．答案：ABC针对训练2．解析：当两个分子间的距离r>r0时，分子力表现为引力，随着分子间距离的增大先增大后减小，A错误；分子间存在相互作用的引力和斥力，引力和斥力都随分子间距离的减小而增大，随分子间距离的增大而减小，当分子力表现为引力时，分子力总是随分子间距离的增大先增大后减小，当分子力表现为斥力时，分子力总是随分子间距离的增大而减小，B 错误；当分子力表现为引力时，分子力总是随分子间距离的增大先增大后减小，因克服分子力做功，分子势能总是随分子间距离的增大而增加，C错误；当分子力表现为斥力时，分子力总是随分子间距离的减小而增大，因克服分子力做功，故分子势能随分子间距离的减小而增加，D正确．答案：D3．解析：在r>r0阶段，分子力表现为引力，分子相互靠近时分子力做正功，分子势能减少，A正确；在r<r0阶段，分子力表现为斥力，相互靠近时分子力做负功，分子势能增加，B错误；由以上分析知，分子势能先减少、后增加，在r＝r0时，分子势能最小且小于零，C正确，D错误．答案：AC探究三情境探究提示：不正确，飞机的内能不是飞机的机械能，它是飞机中所有分子做无规则热运动的动能和由于分子之间的相互作用而具有的势能的总和，与飞机的高度和飞机速度无关．应用体验[例3]解析：分子的内能与温度、质量等因素有关，所以水分子的内能不一定比冰分子的内能大，A错误；物体所在的位置越高，所具有的重力势能可能越大，但分子势能不一定越大，分子势能和分子间的作用力有关，B错误；一定质量的0℃的水结成0℃的冰，温度不变，体积变大，所以内能一定减小，C正确；内能与宏观运动无关，运动物体的内能不一定大于静止物体的内能，D错误．答案：C针对训练4．解析：物体的内能大小是由温度、体积、分子数共同决定的，内能不同，物体的温度可能相同；温度低的物体，内能不一定小，A正确，B错误；同温度、同质量的氢气与氧气分子平均动能相等，但氢气分子数多，故氢气的分子总动能大，C正确；机械能增大，若物体的温度、体积不变，内能则不变，D错误．答案：AC学以致用·随堂检测全达标1．解析：A对：温度是分子平均动能的标志，温度相同，则物体分子的平均动能相同．B 错：分子动能是指分子做无规则运动所具有的能．C错：同一物体中，每个分子的速率不一定相同，其动能也不一定相同．D对：若组成物体的物质相同，温度高的物体分子平均速率大．答案：AD2．解析：A、B错：如果保持该气体体积不变，则分子势能不变，当温度升高时，分子平均动能增大，其内能增大．C对，D错：如果保持其温度不变，则分子平均动能不变，当体积增大时，分子势能增大，其内能增大．答案：C3．解析：A对：r0是平衡位置，E p­r图像中，r＝r0处，分子势能最小，且小于零；F ­r图像中，r＝r0处，分子力为零，所以乙图为E p­r图像，甲图为F­r图像．B错：甲图为F­r图像，根据图像可知，分子从靠得很近的位置开始，随分子间距离的增大，分子力先减小后增大，再减小．C对：分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力减小得更快．D对：在r<r0阶段，随着分子间距离增大，分子力减小，分子力做正功，分子势能减小．答案：ACD。