第一章第4节分子动能和分子势能(解析版)

选择性必修三学案

第一章分子动理论

第4节分子动能和分子势能

一、新课标要求

1.知道物体是由大量分子组成的,知道阿伏加德罗常数,会用它进行相关的计算或估算。

2.了解扩散现象，观察并能解释布朗运动,理解扩散现象及布朗运动产生的原因。知道什么是分子的热运动,理解分子热运动与温度的关系。

3.知道分子间存在着空隙和相互作用力。通过图像知道分子力与分子间距离的关系。

4.了解分子动理论的基本观点及相应的实验证据。

二、科学素养要求

1.物理观念：知道扩散、布朗运动、热运动及分子动理论的基本观点和相关的实验证据。

2.科学思维：理解物体是由大量分子组成的，理解扩散现象与布朗运动的成因；培养学生分析问题和解决问题的能力；能用F−r图像解释分子力。

3.科学探究：通过对布朗运动的探究，学会通过观察物理现象，揭示其本质，得出结论。

4.科学态度与责任：学会坚持实事求是的态度，用实验方法探究问题，培养探索科学的兴趣。

三、教材研习

要点一、分子势能

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无关①，分子组成的系统具有分子势能。

要点二、物体的内能

物体中所有分子的热运动动能②与分子势能的总和，叫作物体的内能。一般来说，物体的温度③和体积④变化时它的内能都会随之改变。

【自主思考】

①分子力做功与以前学过的哪种力相似，分子势能又与哪种能量具有相似的特点？

答案：分子力做功与重力、电场力做功相似，均与路径无关，分子势能同重力势能、电势能相似。

②物体运动的速度越大，其分子的热运动平均动能也越大吗？

答案：不是，分子的平均动能与宏观物体运动的速度无关。

③如图，一小孩从滑梯上滑下来，感觉屁股热，这种现象怎么解释？

答案：小孩的臀部内能增加，温度升高，感觉热。

④在一个恒温的容器中，一个物体自由下落，它的内能改变了吗？

答案：物体下落过程中，物体的体积没有发生变化，所以分子势能保持不变，内能不变。【名师点睛】

1.分子势能的理解

（1）由分子间的相对位置决定，随分子间距离的变化而变化。

（2）分子势能是标量，正、负表示的是大小，具体的值与零势能点的选取有关。

2.内能的理解

（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，与物体宏观运动状态无关，它取决于物质的量、温度、体积及物态。

（2）研究热现象时，一般不考虑机械能，在机械运动中有摩擦时，有可能发生机械能转化为内能。

（3）物体温度升高，内能不一定增加；温度不变，内能可能改变；温度降低，内能可能增加。

（4）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。

四、互动探究

探究点一、分子动能

情境探究

1.为什么研究分子动能的时候主要关心大量分子的平均动能？

答案：分子动能是指单个分子热运动的动能，但分子是无规则运动的，因此各个分子的动能以及一个分子在不同时刻的动能都不尽相同，所以研究单个分子的动能没有意义，我们主要关心的是大量分子的平均动能。

2.相同温度的氧气和氢气，哪一个平均动能大？哪一个平均速率大？

答案： 温度是分子热运动平均动能的标志，温度相同，任何物体分子的平均动能都相等。由E k −=m v −2

可知氢气分子的质量小一些，所以氢气分子的平均速率大些。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。 探究归纳

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。

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，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。

探究应用

【典例】（多选）关于分子的动能，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

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

答案：A ; B

解析：温度相同，任何物体分子的平均动能都相同，故A项正确；分子动能指的是由于分子做无规则运动而具有的能，故B项正确；物体温度是对大量分子而言，对于10个这样少数的分子无意义，故C项错误；温度低的物体分子的平均速率小（相同物质），但具体到每一个分子的速率是不确定的，可能大于平均速率，也可能小于平均速率，故D项错误。

【解题感悟】

理解分子动能的三点注意

（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规律，对个别分子动能没有实际意义。

（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。

【迁移应用】

1.对不同的物体而言，下列说法中正确的是( )

A.高温物体内分子的平均动能一定比低温物体内分子的平均动能大

B.高温物体内每一个分子的动能一定大于低温物体内每一个分子的动能

C.高温物体内分子运动的平均速率一定比低温物体内分子运动的平均速率大

D.高温物体内每一个分子运动的速率一定大于低温物体内每一个分子运动的速率

答案：A

解析：温度高的物体，分子的平均动能一定大，但分子的平均速率不一定大，因为不同物质分子的质量不同；对单个分子的速率、动能讨论温度是没有意义的。

探究点二、分子势能

情境探究

分子力F、分子势能E p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E p=0）。