1、4.分子动能和分子势能学习目标 1.了解温度是分子热运动平均动能的标志,是微观粒子热运动的宏观表现。2.了解什么是分子势能,了解分子势能与分子间的距离、分子力做功的关系。3.知道什么是物体的内能,知道物体的内能跟物体的温度和体积有关。4.了解内能和机械能的区别。思维导图必备知识自我检测1.分子动能(1)定义:由于分子永不停息地做无规则运动而具有的动能。(2)分子热运动的平均动能:所有分子的动能的平均值。温度是物质分子热运动的平均动能的标志,温度升高,分子热运动的平均动能增大。虽然同一温度下,不同物质的分子热运动的平均动能相同,但由于不同物质的分子质量一般不相同,故平均速率一般不相同。2.分子势
2、能(1)定义:分子间由分子力和分子间的相对位置决定的势能。(2)决定因素宏观上:分子势能的大小与物体的体积有关。微观上:分子势能与分子之间的距离有关。必备知识自我检测3.分子力做功的规律由于分子间存在着分子力,所以当分子间距离发生变化时,分子力做功。(1)当rr0时,分子力表现为引力,当r增大时,分子力做负功;当r减小时,分子力做正功。(2)当rr0时,分子力表现为斥力,当r减小时,分子力做负功;当r增大时,分子力做正功。必备知识自我检测4.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)普遍性:组成任何物体的分子都在做着无规则的热运动,所以任何物体都具有内能。(3)相关因素
3、物体所含的分子总数由物质的量决定。分子热运动的平均动能与温度有关。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。必备知识自我检测1.正误判断(1)物体的温度降低时,物体每个分子的动能都减小。()(2)10 的水和10 的铜的分子平均动能相同。()(3)物体的体积越大,分子势能越大。()(4)当分子间距离r=r0时,分子间合力为0,所以分子势能为0。()(5)当分子间距离由0逐渐增大到时,分子势能先减小后增大。()(6)物体运动得越慢,其内能一定越小。()(7)物体的温度和体积变化时,内能一般要发生改变。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(
4、7)必备知识自我检测2.(多选)下列关于分子动能的说法,正确的是()A.物体的温度升高,每个分子的动能都增加B.物体的温度升高,分子的总动能增加C.如果分子的质量为m,平均速率为v,则平均动能为 mv2D.分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与所有分子的总数之比解析温度是分子平均动能的标志,温度升高,分子的平均动能增加,但是其中个别分子的动能有可能减小,A错,B对;分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与所有分子总数的比值,所以C错,D对。答案BD必备知识自我检测3.(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rr0时,r越小,则分子势能Ep越大C
5、.当r=r0时,分子势能Ep最小D.当r时,分子势能Ep最小必备知识自我检测解析由图像可知:分子间距离为r0时分子势能最小,此时分子间的距离为平衡距离;另外,结合分子力的关系可知,当r大于r0时,分子间的作用力表现为引力,当r小于r0时,分子间的作用力表现为斥力;在r由比较大减小到r0的过程中,分子间的作用力表现为引力,做正功,分子势能减小,r小于r0时,分子间的作用力表现为斥力,距离减小的过程中做负功,分子势能增大,所以当r等于r0时,分子势能最小,故A、C正确,B、D错误。答案AC必备知识自我检测4.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
6、的动能和势能决定C.物体做加速运动时,其内能一定增大D.物体的动能减少时,其分子的平均动能可能增大解析内能是大量分子组成的物体所具有的,单个分子无内能可言,A错误;物体的内能是物体内所有分子热运动的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,故B错误;物体做加速运动时,其动能增大,但内能不一定增大,故C错误;当物体运动的动能减少时,其温度可能升高,温度升高,分子的平均动能增大,故D正确。答案D(3)实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(改变滑块的质量改变滑块的初速度大小和方向)(2)构成系统的两物体原来静止，因相互作
7、用而反向运动4、远视眼的成因和矫正。百米冠军：=833 ms教学方法：得到的物理量3、在同一深度，各个方向的压强都相等；(3)“动钟变慢”是两个不同惯性系进行时间比较的结果，也是相对的，即两个惯性系中的观察者都发现对方的钟变慢了(4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法：2偏振光的理论意义及应用在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速率v、v，找出碰撞前的动量pm1v1m2v2及碰撞后的动量pm1v1m2v2，看碰撞前后动量是否守恒4、船闸是最大的连通器，为了让学生获得一定的感性认识，我把船通过船闸的过程制作成动画模型，让学生对船闸工作过程了解清楚，加深对连通器的理解，同时
8、也让学生认识到物理科学的巨大作用。并以船闸为契机，挖掘蕴藏着的爱国主义教育素材，培养学生的民族自信心和自豪感。师这就是速度、路程和时间的关系式即速度的公式探究一探究二探究三随堂检测影响分子动能的因素情境探究如图,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?要点提示(1)50 的水(2)50 的水(3)温度探究一探究二探究三随堂检测知识归纳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。(2)分子在永不停息地做无规则热运动,每个分子的动能在无规则变化。(3)热现象是大量
9、分子无规则运动的统计结果,个别分子的动能没有实际意义。探究一探究二探究三随堂检测2.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,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,任何分子的平均动能都相同。但由于不同物质的分子质量一般不相同,故平均速率一般不相同。3.物体内分子的总动能分子的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和,它等于分子的平均动能与分子数的乘积,即它与物体的温度和所含的分子数目有关。探究一探究二探究三随堂检测实例引导例1 关于分子动能,正确的说法是(
10、)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.物体温度升高时,所有分子的动能都增大C.同种物体,温度高时分子的平均动能一定比温度低时的大D.物体的运动速率越大,则物体的分子动能也越大探究一探究二探究三随堂检测解析某种物体的温度是0,物体中分子的平均动能并不为零;从微观上讲,分子运动快慢是有差别的,各个分子运动的快慢无法跟踪测量,在一定温度下,分子速率大小按一定的统计规律分布,当温度升高时,分子运动更激烈,平均动能增大,但并不是所有分子的动能都增大;物体的运动速率越大,说明物体的动能越大,这并不能代表物体内部分子热运动越激烈,则物体的分子动能不一定越大。所以选C项。答案C探究一探究二
11、探究三随堂检测规律方法 理解分子动能的三要点(1)温度是分子平均动能的“标志”或者说“量度”,温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对应,与单个分子的动能没有关系。(2)每个分子都有分子动能且不为零,热现象是大量分子无规则运动的统计结果,个别分子的动能没有实际意义。(3)温度高的物体,分子的平均速率不一定大,还与分子质量有关。探究一探究二探究三随堂检测变式训练1(多选)质量相等的氢气和氧气在温度相同时,下列说法中正确的是()A.两种气体的分子平均动能相等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.氢气分子热运动的总动能大探究一探究二探究三随堂
12、检测答案ABD探究一探究二探究三随堂检测影响分子势能的因素情境探究(1)分子势能与以前学过的哪种能量具有相似的特点?(2)功是能量转化的量度,哪种力做功对应着分子势能的能量变化呢?(3)若分子力表现为斥力,分子力做功情况以及分子势能的变化情况又如何呢?要点提示(1)分子势能同重力势能、电势能相似。(2)分子力做功对应分子势能的变化。(3)若分子力表现为斥力,分子间距离增大时,分子力做正功,分子势能减小;分子间距离减小时,分子力做负功,分子势能增大。探究一探究二探究三随堂检测知识归纳1.分子势能与分子力做功的关系(1)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。(2)分子
13、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。探究一探究二探究三随堂检测2.分子势能与分子间距的关系(1)当r=r0时,F合=0,Ep最小(若以分子间距无限远处为零势能点,则此时Epr0时,F合0,即为引力,所以此时增大r,克服分子力做功,Ep增大。(3)当r0,即为斥力,所以此时减小r,克服分子力做功,Ep增大。(4)当r10r0(r数量级为10-9 m)时,分子间的作用力可以忽略。分子势能与分子间距离的关系如图所示。探究一探究二探究三随堂检测3.影响分子势能的因素(1)宏观上:分子势能的大小与体积有关。一般体积变化,势能就变化(气体的分子势能一般视为不变),但不能说体积
14、变大,势能就变大。(2)微观上:分子势能与分子间的距离有关。探究一探究二探究三随堂检测实例引导例2(多选)如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子沿x轴运动,两分子间的分子势能Ep与两分子间距离的变化关系如图中曲线所示。图中分子势能的最小值为-E0。若两分子所具有的总能量为0,则下列说法中正确的是()A.乙分子在P点(x=x2)时,其动能为E0B.乙分子在P点(x=x2)时,加速度最大C.乙分子在Q点(x=x1)时,处于平衡状态D.乙分子的运动范围为xx1两个在光滑水平面上做匀速运动的物体，甲物体追上乙物体的条件是甲物体的速度v甲大于乙物体的速度v乙，即v甲v乙，而甲物体与乙物体不相碰的临界条
15、件是v甲v乙(1)氢原子的能级图(如图所示)(3)方向：与力F的方向相同师这就是速度、路程和时间的关系式即速度的公式(2)箱内底部受到水的压强和压力；2利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转以质量为m1、速度为v1的小球与质量为m2的静止小球发生正面弹性碰撞为例，则有1实验原理2特点先现场调查班里近视学生的人数，再出示我的调查表，激起学生保护眼睛的欲望，学生讨论总结保护眼睛的措施。给学生一个展示才华的舞台，使学生感受到物理就在身边，激发学生学习物理的兴趣。百米冠军：=833 ms(
16、1)现象：物体的不同部分在内力的作用下向相反方向运动探究一探究二探究三随堂检测解析两分子所具有的总能量为0,乙分子在P点时,分子势能为-E0,故分子动能为E0,故A正确;乙分子在P点时,分子力为0,故加速度为0最小,故B错误;乙分子在Q点时分子势能为0,但此时所受分子力不为0,故不是平衡状态,故C错误;当乙分子运动至Q点(x=x1)时,其分子势能为0,故其分子动能也为0,分子间距离最小,而后向分子间距离变大的方向运动,故乙分子的运动范围为xx1,故D正确。答案AD规律方法 分子势能图像问题的解题技巧(1)首先要明确分子势能、分子力与分子间距离关系图像中拐点意义的不同。分子势能图像的最低点(最小
17、值)对应的距离是分子平衡距离r0,而分子力图像的最低点(引力最大值)对应的距离大于r0。(2)其次要把图像上的信息转化为分子间距离,再求解其他问题。探究一探究二探究三随堂检测变式训练2(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距离的关系如图中曲线所示。F0为斥力,F0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
18、探究一探究二探究三随堂检测解析乙分子由a运动到c的过程,一直受到甲分子的引力作用而做加速运动,到c时速度达到最大而后受甲的斥力做减速运动,A错误,B正确;乙分子由a到b的过程所受引力做正功,分子势能一直减小,C正确;乙分子从b到d的过程,先是引力做正功,分子势能减小,后来克服斥力做功,分子势能增大,D错误。答案BC探究一探究二探究三随堂检测物体的内能情境探究飞机从地面起飞,随后在高空高速航行,有人说:“在这段时间内,飞机中乘客的势能、动能都增大了,他们身上所有分子的动能和势能也都增大了,因此乘客的内能也增大了。”这种说法对吗?为什么?要点提示这种说法不对。因为该说法将机械能和内能两个概念混淆了
19、,物体的内能是由物体内分子的数目、物体的温度和体积决定的,与机械运动无关,机械运动速度的变化以及竖直高度的变化仅改变乘客的机械能,不能以此判断其内能的变化情况。探究一探究二探究三随堂检测知识归纳1.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间的距离三个因素决定。2.物态变化对内能的影响:一些物质在物态发生变化时,如冰的熔化、水沸腾变为水蒸气,温度不变。此过程中分子的平均动能不变,但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。探究一探究二探究三随堂检测3.内能与机
20、械能的区别和联系 比较对象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、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)、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探究一探究二探究三随堂检测实例引导例3 关于物体的内能,下列说法中正确的是()A.机械能可以为零,但内能永远不为零B.温度相同、质量相同的物体具有相同的内能C.物体的温度越高,内能越大D.0
21、 的冰的内能与等质量的0 的水的内能相等解析机械能可以为零,但内能永远不为零,选项A正确;物体的内能与物体的种类、温度、体积及状态都有关系,故温度相同、质量相同的物体不一定具有相同的内能,物体的温度越高,内能不一定越大,选项B、C错误;0 的冰的内能比等质量的0 的水的内能小,选项D错误。答案A探究一探究二探究三随堂检测规律方法 判断物体内能大小及其改变的方法在判断时,必须抓住物体内能的大小与分子总数、温度、物体的体积及物态等因素,结合能量守恒定律,综合进行分析。(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。
22、(3)当物体的体积不变时,物体内部分子间的相对位置一般不变,分子势能一般不变。(4)当物体发生物态变化时,要吸收或放出热量,使物体的温度或体积发生改变,物体的内能也随之变化。探究一探究二探究三随堂检测变式训练3关于机械能和内能,下列说法中正确的是()A.机械能大的物体,其内能一定很大B.物体的机械能损失时,内能却可以增加C.物体的内能损失时,机械能必然减小D.物体的内能可以为零,机械能不可以为零解析内能和机械能是两种不同形式的能量,两者并不存在必然的联系,只有在系统的能量转化形式只发生在机械能与内能之间时,机械能的损失才等于内能的增加,故A、C错误,B正确;因为物质分子总在不停地做无规则运动,
23、故内能不可能为零,D错误。故选B。答案B探究一探究二探究三随堂检测1.下列说法正确的是()A.铁块熔化成铁水的过程中,温度不变,内能也不变B.物体运动的速度增大,则物体中分子热运动的平均动能增大,物体的内能增大C.物体A的温度大于物体B的温度,这说明物体A的内能大于物体B的内能D.A、B两物体的温度相同时,A、B两物体的内能可能不同,分子的平均速率也可能不同(1)比较图中代号为_的三个图，可以说明猜想A是否正确；(1)用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球(1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的2核能(3)位移不变：爆炸的时间极短，因而作用过程中物体运动
24、的位移很小，一般可忽略不计，可以认为爆炸后仍然从爆炸时的位置以新的动量开始运动令观察者静止，判断被观察者因相对运动而引起的位置变化2、液体内部朝各个方向都有压强；(2)安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥1、演示实验接好光源，打开开关，使灯丝正常发光(2)动能增加：在爆炸过程中，由于有其他形式的能量(如化学能)转化为动能，所以爆炸后系统的总动能增加1动量定理不仅适用于恒定的力，也适用于随时间变化的力这种情况下，动量定理中的力F应理解为变力在作用时间内的平均值1课时探究一探究二探究三随堂检测解析温度是分子热运动的平均
25、动能的标志,内能是所有分子动能和分子势能的总和,故温度不变时,内能可能变化,A错误;两物体温度相同,内能可能不同,分子的平均动能相同,由 知,平均速率 可能不同,D正确;内能大小不仅要看温度,还要看总分子数和分子势能这些因素,C错误;机械运动的速度增大与分子热运动的动能无关,B错误。答案D探究一探究二探究三随堂检测2.(多选)有温度和质量都相同的水、冰和水蒸气,则()A.它们的分子平均动能一样大B.它们的分子势能一样大C.它们的内能一样大D.它们的分子数目一样多解析温度相同,就是分子平均动能一样大。同种物质,质量相同,分子数一样多。题目中水、冰和水蒸气的分子势能不同,内能不同。故选A、D。答案
26、AD探究一探究二探究三随堂检测3.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()探究一探究二探究三随堂检测解析当r=r0时引力与斥力的合力为零,即分子力为零,分子势能最小,故选B。答案B探究一探究二探究三随堂检测4.(多选)(2020湖南模拟)若取无穷远处分子势能为零,当两分子处于平衡状态即两分子间距离为r0时,下列说法正确的是()A.分子势能最小,且小于零B.分子间作用力的合力为零C.分子间引力和斥力大小相等D.分子间引力和斥力均为零E.分子势能大于零探究一探究二探究三随堂检测解析如图所示为F-r图像和Ep-r图像,当两分子处于平衡状态即两分子间距离为r0时,分子势能最小,且小于零,故A正确,E错误;当两分子处于平衡状态即两分子间距离为r0时,分子间引力和斥力大小相等,它们的合力为零,故B、C正确;当两分子处于平衡状态即两分子间距离为r0时,分子间引力和斥力大小相等,并非分子间引力和斥力均为零,故D错误。答案ABC
