1、第第 4 节节 分子动能和分子势能分子动能和分子势能 核心 素养 物理观念 科学思维 1.知道分子动能和分子热运动的平均动 能的概念。了解温度是分子热运动平均 动能的标志。 2.了解分子势能的概念，知道分子势能 与分子力做功的关系，分子势能与分子 间的距离的关系。 3.知道什么是物体的内能，知道物体的 内能跟哪些宏观量有关。 1.体会分析分子势能与分子间 距离的关系的过程。 2.会区分物体的内能和机械能。 知识点一 分子动能 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能。 (2)分子的平均动能：所有分子的热运动动能的平均值。 温度是物质分子平均动能的标志，温度升高，分子的
2、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 分子质量不尽相同，平均速率大小一般不相同。 2.温度的意义 (1)宏观：描述物体的冷热程度。 (2)微观：分子平均动能的标志。 思考判断 (1)温度反映了每个分子热运动的剧烈程度() (2)温度是分子平均动能的标志() (3)温度升高时物体的每个分子的动能都将增大() 知识点二 分子势能 观图助学 如图所示，设两个分子相距无穷远，我们可以规定它们的分子势能为 0。让一个 分子 A 不动，另一个分子 B 从无穷远处逐渐靠近 A。在这个过程中，分子间的作 用力做功。 两个分子相互作用的示意图 提出问题 (1)该过
3、程分子力做功的变化情况。 (2)可以证明分子间的作用力所做功与路径无关，再分析该过程 A、B 系统分子势 能的变化情况，并大致画出分子势能与分子距离 r 关系的曲线。 1.分子势能的定义：分子间由分子力和分子间的相对位置决定的能。 2.分子势能与分子间距离的关系 (1)当 rr0时，分子力表现为引力，若 r 增大，需克服引力做功，分子势能增大。 (2)当 rr0 rr0 分子力做功 分子间距增大时，分 子力做负功 分子间距减小时，分 子力做负功 分子势能 最小 随分子间距的增大而 增大 随分子间距的减小而 增大 分子力 等于零 表现为引力 表现为斥力 2.如果取两个分子间相距无限远时(此时分子
4、间作用力可忽略不计)的分子势能为 零， 分子势能Ep与分子间距离r的关系可用如图所示的曲线表示。 从图线上看出， 当 rr0时，分子势能最小。 3.分子势能随分子间距离的变化类似于弹簧的弹性势能随弹簧长度的变化规律， 弹簧在原长的基础上无论拉伸还是压缩，势能都会增加。 试题案例 例 2 (多选)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，下列说法正确的是( ) A.分子力先增大，后一直减小 B.分子力先做正功，后做负功 C.分子动能先增大，后减小 D.分子势能先增大，后减小 解析 由分子动理论的知识，当两个分子相互靠近，直至不能再靠近的过程中， 分子力先是
5、表现为引力且先增大后减小，之后表现为分子斥力，一直增大，所以 A 错误；分子引力先做正功，然后分子斥力做负功，分子势能先减小再增大，分 子动能先增大后减小，所以 B、C 正确，D 错误。 答案 BC 方法总结 (1)分子势能的变化情况只与分子力做功相联系。分子力做正功，分子 势能减小；分子力做负功，分子势能增大。分子力做功的值等于分子势能的变化 量。 (2)讨论分子势能变化时，绝不能简单地由物体体积的增大、减小得出结论。导致 分子势能变化的原因是分子力做功。 针对训练 2 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
6、.r处，分子间的势能为最小值，分子间无相互作用力 D.若 rr1，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 rr1，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。 答案 B 核心要点 物体的内能 观察探究 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(如图)，其中的气体分子 是否还具有能量呢？ 答案 分子仍具有势能和动能。 探究归纳 1.
7、内能的决定因素 (1)宏观因素：物体内能的大小由物质的量、温度和体积三个因素决定，同时也受 物态变化的影响。 (2)微观因素：物体内能的大小由物体所含的分子总数、分子热运动的平均动能和 分子间的距离三个因素决定。 2.内能与机械能的比较 能量名称 比较项目 内能 机械能 对应的运动形式 微观分子热运动 宏观物体机械运动 能量常见的形式 分子动能、分子势能 物体的动能、重力势能或 弹性势能 能量存在的原因 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 物体的质量、做机械运动 的速度、 离地高度
8、(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 3.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。 试题案例 例 3 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.A、 B 两物体接触时有热量从物体 A 传到物体 B， 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
9、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 解析 铁块熔化成铁水的过程中要吸收热量，所以内能增加，故 A 错误；机械运 动的速度增大， 动能增加， 与分子热运动的平均动能无关系， 内能也不一定增加， 故 B 错误；有热量从 A 传到 B，只说明 A 的温度高，内能大小还要看它们的总分 子数和分子势能这些因素，故 C 错误；两物体温度相同，内能可能不同，分子的 平均动能相同，但由E k1 2mv 2 知，平均速率v 可能不同，故 D 正确。 答案 D 方法总结 比较物体内能的大小和判断内能改变的方法 (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
10、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，使物体的温度或体积发生改变， 物体的内能也随之变化。 针对训练 3 关于物体的内能，下列说法正确的是( ) 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.温度越高，物体的内能越大 D.0 的冰的内能与等质量的 0 的水的内能相等 解析 机械能是宏观能量，当物体的动能和势能均为零时，机械能就为零；而物 体内的分子在永不停息地做无规则运动，且存在相互作用力，所以物体的内能永
11、 不为零，A 正确；物体的内能与物质的量、温度和体积及物态有关，0 的冰变 成等质量的 0 的水要吸收热量，内能增加，B、C、D 错误。 答案 A 1.(分子动能的理解)(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，分子的平均动能增加 C.如果分子的质量为 m，平均速率为 v，则平均动能为1 2mv 2 D.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 个别分子的动能却有可能减小，A 错误，B 正确；分子的平均动能等于物体内所 有分子的动能之和
12、与所有分子总数的比值，所以 C 错误，D 正确。 答案 BD 2.(分子势能的理解)当分子间距离从 r0(分子间距为 r0时，分子力为 0)增大或减小 时，关于分子势能变化情况的说法正确的是( ) A.分子间距离增大，势能增大，分子间距离减小，势能减小 B.分子间距离增大，势能先增大后减小 C.分子间距离增大，势能先减小后增大 D.分子间距离不论是增大还是减小，势能均增大 解析 分子势能的变化取决于分子力做功情况，若分子力做负功，则分子势能增 大。分子间距离大于 r0，分子力表现为引力，分子间距离从 r0增大，分子力做负 功，分子势能增大；分子间距离小于 r0，分子力表现为斥力，分子间距离从
13、r0减 小，分子力做负功，分子势能增大，故 D 正确。 答案 D 3.(物体内能的理解)关于物体的内能，下列说法正确的是( ) A.不同物体，温度相等，内能也相等 B.所有分子的势能越大，物体的内能也越大 C.温度升高，分子热运动的平均动能增大 D.只要两物体的质量、温度、体积相等，两物体内能一定相等 解析 内能是指物体内部所有分子的热运动动能和分子势能的总和，温度相等， 只能表示分子平均动能相等， 内能不一定相等， A 错误， C 正确； 分子势能增大， 分子平均动能变化未知，内能不一定增大，B 错误；内能与物质的量、温度、体 积有关，质量、温度、体积相等的物体，其物质的量不一定相等，D 错误。 答案 C 4.(物体内能的理解)(多选)关于内能和机械能，下列说法正确的是( ) A.物体的机械能损失时，内能却可能增加 B.物体的内能损失时，机械能必然会减少 C.物体内能为零时，机械能可以不为零 D.物体的机械能为零时，内能不为零 解析 在空中下降的物体由于克服空气阻力做功，机械能损失，因摩擦物体的温 度升高，内能增加，A 正确；物体静止时，温度降低，内能减少，而机械能可能 不变，B 错误；分子运动永不停息而且分子间有相互作用，内能不可能为零，但 机械能可以为零，C 错误，D 正确。 答案 AD
