第一章分子动理论4分子动能和分子势能课件（新人教版选择性必修第三册）

第一章　分子动理论\n4．分子动能和分子势能\n课前预习反馈课内互动探究课堂达标检测目标体系构建核心素养提升\n目标体系构建\n【学习目标】1．知道温度是分子平均动能的标志。2知道什么是分子势能，知道分子势能与分子间距离有关。3．知道什么是内能，知道物体的内能与温度和体积有关。4．能够区别内能和机械能。\n【思维脉络】\n课前预习反馈\n1．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____________。热运动知识点1分子动能平均动能\n3．温度的微观解释温度是物体分子热运动____________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。平均动能\n1．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________，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。无关知识点2分子势能分子势能体积距离\n3．分子势能与分子间距离的关系(1)当r＞r0时，分子力表现为________，若r增大，需克服引力做功，分子势能________。(2)当r<r0时，分子力表现为________，若r减小，需克服斥力做功，分子势能________。(3)当r＝r0时，分子力为零，分子势能________。引力增加斥力增加最小\n1．定义：物体中所有分子的______________与____________的总和。2．内能的普遍性：组成任何物体的分子都在做____________________，所以任何物体都具有内能。热运动动能知识点3物体的内能分子势能无规则的热运动\n3．决定因素(1)物体所含的分子总数由____________决定。(2)分子的热运动平均动能由________决定。(3)分子势能与物体的________有关，故物体的内能由____________、________、________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。物质的量温度体积物质的量温度体积\n思考辨析『判一判』(1)物体的温度升高时，物体每个分子的动能都增大。()(2)当分子力做正功时，分子势能一定减小。()(3)分子势能可以为正值、负值、零值。()(4)当分子间距离为r<r0时，分子力为斥力，这时减小分子间的距离，分子势能增大。()(5)一个分子的动能和分子势能的总和叫作该分子的内能。()(6)物体的温度和体积变化时，内能一般会发生改变。()×√√√×√\n『选一选』下列关于温度、热量和内能的说法中正确的是()A．温度是分子动能的标志，动能越大的分子其温度就越高B．分子的势能跟物体的体积有关C．温度高的物体比温度低的物体含有的热量多D．静止的物体没有内能B\n解析：温度是分子平均动能的标志，是大量的分子运动的统计规律，对单个的分子没有意义，故A错误；分子的势能跟物体的体积有关，故B正确；物体的内能与物体的物质的量、温度、体积以及物态有关，温度高的物体不一定比温度低的物体含有的内能多，更不能说是热量多，故C错误；物体的内能与物体是否静止无关，静止是物体的宏观的运动状态，故D错误。\n『想一想』杀虫药剂从喷雾器中射出时变成雾状液沫，设其温度不变，药液的内能是否变化？答案：内能增大\n解析：解法一　原因是：液体变成雾状液沫后，分子之间的距离在r0的基础上变大了，分子势能的总和变大，所以内能增大。解法二　原因是：要使液体变成雾状液沫，必须克服分子力做功，外界对液体做功，液体的内能就增加了。在物体分子平均动能不变的情况下，判断物体内能变化时，只考虑分子势能的变化即可。\n课内互动探究\n探究分子动能情景导入如图，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。\n1．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。(2)分子在永不停息地做无规则热运动，每个分子动能大小不同并且时刻在变化。(3)热现象是大量分子无规则运动的统计规律，对个别分子的动能没有实际意义。要点提炼\n2．分子的平均动能(1)温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义。温度升高，分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大。个别分子动能可能增大也可能减小，个别分子甚至几万个分子热运动的动能大小不受温度影响，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的。(2)只要温度相同，任何物质分子的平均动能都相同。由于不同物质的分子质量不一定相同，所以同一温度下，不同物质分子运动的平均速率大小一般不相同。\n关于物体的温度与分子动能的关系，正确的说法是()A．某种物体的温度是0℃说明物体中分子的平均动能为零B．物体温度降低时，每个分子的动能都减小C．物体温度升高时速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多D．物体的运动速度越大，则物体的温度越高典例1典例剖析C\n解题指导：由于分子处在永不停息的无规则运动中，分子的平均动能永远不会为零，温度取决于分子热运动的剧烈程度，与物体宏观有序的运动速度大小无关。解析：温度是分子平均动能的标志。温度是0℃，物体中分子的平均动能并非为零，因为分子无规则运动不会停止，A错；温度降低时分子的平均动能减小，并非每个分子动能都减小，B错；物体温度升高时，分子的平均动能增大，分子的平均速率增大，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多，C项正确；物体的运动速度增大，宏观机械能(动能)增大，但物体内分子的热运动不一定加剧，温度不一定升高，D错。\n1．一块10℃的铁与一块10℃的铝相比，以下说法中正确的是()A．铁的分子动能之和与铝的分子动能之和相等B．铁的每个分子动能与铝的每个分子的动能相等C．铁的分子平均速率与铝的分子平均速率相等D．以上说法均不正确对点训练D\n解析：两物体温度相等，说明它们的分子平均动能相等，因为温度是分子运动平均动能的标志；由于没有说明铁与铝的质量，只有当它们所含分子数目一样，分子总动能才相等，故A错；分子平均动能相等，但对每个分子而言，它运动的速率是变化的，且每个分子的速率不都相同，有快的也有慢的，所以每个分子的动能相等的说法不正确，故B错；虽然分子的平均动能相等，但铁分子，铝分子质量不等，因此分子平均速率不等，m铝<m铁，铝＞铁，所以C错；故只有D正确。\n探究分子势能情景导入分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能Ep＝0)。\n(1)当r＞r0时，分子间表现为什么力？若r增大，分子力做什么功？分子势能怎么变化？(2)当r＜r0时，分子间表现为什么力？若r减小，分子力做什么功？分子势能怎么变化？(3)当r＝r0时，分子势能有什么特点？提示：(1)分子力为引力，若r增大，分子力做负功，分子势能增加；(2)分子力为斥力，若r减小，分子力做负功，分子势能增加；(3)分子势能最小。\n1．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。要点提炼\n2．分子势能的“弹簧—小球”模型分子势能随分子间距离的变化类似于弹簧—小球模型，弹簧的原长相当于分子间的距离r0。弹簧在原长的基础上无论拉伸还是压缩，势能都会增加。\n3．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变大至零，甚至为正值，故r＝r0时分子势能最小。\n从曲线上可看出：(1)在r<r0处，曲线比较陡，这是因为分子间的斥力随分子间距的减小而增加得快，分子势能的增加也就快。(2)在r＞r0处，曲线比较缓，这是因为分子间的引力随分子间距的增大而变化得慢，分子势能的增加也就变慢。(3)在r＝r0处，分子势能最小，但不一定为零。一般取无穷远处分子势能为零，则分子势能最小位置是在r＝r0处，且为负值，故分子势能最小与分子势能为零绝不是一回事。\n4．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加(在r＞r0范围内)；有时体现为分子势能减少(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。\n(多选)用r表示两个分子间的距离，EP表示两个分子间相互作用的势能，当r＝r0时，两个分子间引力等于斥力，设两分子间距离很远时，EP＝0，则()A．当r0<r<10r0时，EP随r的增大而增大B．当r<r0时，EP随r的减小而增大C．当r＝r0时，EP最小D．当r＝r0时，EP＝0典例2典例剖析ABC\n解题指导：分子力做正功还是做负功，决定分子势能是减小还是增大。解析：当r＞r0时，分子力的合力为引力，距离增大时，需要克服分子引力做功，所以分子势能EP增大；当r＜r0时，分子力的合力为斥力，距离r减小时，需要克服分子斥力做功，分子势能也要增大。由上述分析可知，从r＝r0出发，无论增大距离r还是减小距离r，分子势能均增大，所以在r＝r0处，分子势能最小。由于题中已规定两分子距离很远时，EP＝0，所以r＝r0处一定是EP＜0。\n2．(2021·湖北省宜昌市葛洲坝中学高二下学期期中)分子力F、分子势能EP与分子间距离r的关系图线如甲乙两条曲线所示(取无穷远处分子势能EP＝0)。下列说法正确的是()对点训练D\nA．甲图线为分子势能与分子间距离的关系图线B．当r＝r0时，分子势能为零C．随着分子间距离的增大，分子力先减小后一直增大D．在r＜r0阶段，分子力减小时，分子势能也一定减小解析：当r＝r0时，分子力等于零，分子势能为负值最小，综合图像可知乙图线为分子势能与分子间距离的关系图线。故AB错误；分子间的作用力随着分子间距离的增大先减小，然后反向增大，最后又一直减小，故C错误；当r＜r0时，分子力表现为斥力，当分子力减小时，分子间距增大，分子力做正功，分子势能减小。故D正确。\n探究物体的内能情景导入物体中所有分子的热运动的动能和分子势能的总和叫作物体的内能。你知道物体的内能与哪些因素有关吗？提示：物体的内能与温度、体积、物质的量三方面有关。\n1．内能的决定因素(1)从宏观上看：物体内能的大小由物体的物质的量、温度和体积三个因素决定。(2)从微观上看：物体的内能由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子势能三个因素决定。要点提炼\n2．内能与机械能的区别和联系项目内能机械能对应的运动形式微观分子热运动宏观物体的机械运动能量常见形式分子动能、分子势能物体动能、重力势能或弹性势能能量存在的原因物体内大量分子的热运动和分子间存在相互作用力由于物体做机械运动和物体发生弹性形变或被举高\n项目内能机械能影响因素物质的量、物体的温度和体积物体的机械运动的速度、离地高度(或相对于参考平面的高度)或弹性形变量能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\n3．物态变化对内能的影响一些物质在物态发生变化时，例如冰的熔化、水在沸腾时变为水蒸气，温度不变，此过程中分子的平均动能不变，由于分子间的距离变化，分子势能变化，所以物体的内能变化。\n(1)热能是内能通俗而不确切的说法，热量是物体在热传递过程中内能转移的多少。(2)物体的内能增加，温度不一定升高，物体的内能减少，温度不一定降低，温度不变，内能可能改变。特别提醒\n下列叙述正确的是()A．分子的动能与分子的势能之和，叫作这个分子的内能B．物体的内能由物体的动能和势能决定C．物体做加速运动时，其内能也一定增大D．物体的动能减小时，其温度可能升高典例3典例剖析D\n解题指导：解有关“内能”的题目时，应把握以下几点：①内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关的能量形式，与物体宏观有序运动状态无关，它取决于物质的量、温度、体积及物态；②温度是分子平均动能的标志，与单个分子的动能，以及物体的动能无任何关系。\n解析：内能是大量分子组成的物体具有的，单个分子无内能可言，A项错；物体的内能是物体内所有分子热运动动能和分子势能的总和，由物体的温度、体积决定，与整个物体宏观机械运动的动能和势能无关，物体做加速运动时，其动能增大，但内能不一定增大，故B、C错；当物体运动的动能减少时，其温度可能升高，如物体在粗糙的水平面上滑行，因摩擦生热，动能减少温度升高，故D项正确。\n3．(2021·四川省攀枝花市第十五中高二下学期期中)关于物体的内能，正确的说法是()A．物体的内能与物体的体积有关B．温度相同的物体具有相同的内能C．机械能越大的物体，内能也一定越大D．温度、质量相同的物体具有相等的内能对点训练A\n解析：物体的内能与物质的量、温度、体积等因素有关。温度相同的物体内能不一定相等，还与分子数即质量有关，以及体积有关。故A正确，B错误；物体的内能与物体的机械能是两个不同的概念，二者没有关系，故C错误；温度、质量相同的物体内能不一定相等，还与体积有关，故D错误。\n核心素养提升\n比较物体内能的大小和判断物体内能改变的方法具体比较和判断时，必须抓住物体内能的大小与分子数目有关、与温度有关、与物体的体积及物态等因素有关，结合能量转化和守恒定律，综合进行分析。\n(1)当物体质量m一定时(相同物质的摩尔质量M相等)，物体所含分子数n就一定。(2)当物体温度一定时，物体内部分子的平均动能就一定。(3)当物体的体积不变时，物体内部分子间的相对位置就不变，分子势能也不变。(4)当物体发生物态变化时，要吸收或放出热量，物体的内能也随之变化。\n甲、乙两名同学对0℃的水和0℃的冰进行了如下争论：甲说：“冰和水的温度相同，所以分子平均动能相等。质量相同时，冰的体积大，因此冰的分子势能大，所以说冰的内能大于水的内能。”乙说：“0℃的水变成0℃的冰需要向外界放出热量，在质量相同的情况下，水的内能大于冰的内能。”请你判断一下甲、乙两名同学谁的说法是正确的？案例\n解析：乙同学的说法成立。甲同学认为冰的体积大，分子势能大，这是错误的说法(冰的体积大的主要原因在于宏观的冰晶粒间空隙大)。分子势能大小与体积有关，但二者并不一定成正比。0℃的冰变为0℃的水需吸热，故水的内能大，它们相同的物理量是分子平均动能，不同的物理量是分子势能，显然水的分子势能大。\n课堂达标检测\n1．(2021·山东平邑一中高二下测试)一杯水含有大量的水分子，若杯中水的温度升高，则()A．水分子的平均动能增大B．只有个别水分子的动能增大C．所有水分子的动能都增大D．每个水分子的动能改变量均相同解析：水的温度升高，其内部的水分子的热运动加剧，水分子的平均动能变大，这是统计规律，个别分子不适用。故A正确，B、C、D错误。A\n2．(2021·黑龙江哈尔滨六中高二下期中)两分子间的分子力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，相距很远的两分子只在分子力作用下，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。则下列说法正确的是()A．在r＞r0阶段，F表现为斥力B．在r＜r0阶段，F做负功，分子动能减小，分子势能也减小C．在r＝r0时，分子势能等于零D．运动过程中，两个分子的分子动能和分子势能之和不变D\n解析：分子间同时存在斥力和引力，随着分子间距离的增大，斥力和引力都减小，但斥力减小得快，在r＞r0阶段，引力大于斥力，分子力表现为引力，故A错误；在r＜r0阶段，引力小于斥力，分子力表现为斥力，随着分子间距离的减小，斥力做负功，分子势能增大，分子动能减小，故B错误；两分子相距无穷远时分子势能为零，在r＞r0阶段，分子力表现为引力，两分子相互靠近时F做正功，分子动能增加，分子势能减小，所以在r＝r0时，分子势能最小且小于零，故C错误；由于没有其他外力做功，根据能量守恒定律可知分子动能和势能之和在整个过程中不变，故D正确。\n3．(2021·湖北省武汉市高二下学期期中联考)关于分子动理论和物体的内能，下列说法正确的是()A．某种物体的温度为0℃，说明该物体中分子的平均动能为零B．物体的温度升高时，分子的平均动能一定增大，内能也一定增大C．当温度变化1℃时，也可以说成温度变化274KD．质量相同时，0℃的水比0℃的冰的内能大D\n解析：分子在做永不停歇的无规则热运动，物体中分子的平均动能不可能为零，A错误；物体的温度升高时，分子的平均动能一定增大，物体的内能还与分子的势能有关，所以内能不一定增大，B错误；当温度变化1℃时，也可以说成温度变化1K，C错误；0℃的冰融化成水需要吸收热量，所以质量相同时，0℃的水比0℃的冰的内能大，D正确。\n4．(2021·云南昆明高二下学期三校联考)如图所示为一分子势能随距离变化的图线，从图中分析可得到()A．r1处为分子的平衡位置B．r2处为分子的平衡位置C．r→∞处，分子间的势能为最小值，分子间无相互作用力D．若r＜r1，r越小，分子间势能越大，分子间仅有斥力存在解析：当分子处于平衡位置时，分子力为零，分子势能最小，A、C错误，B正确；若r＜r1，r越小，分子间势能越大，分子间的引力和斥力都越大，D错误。B