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第一章 分子動理論
第4節 分子動能和分子勢能
學習目標
1.知道分子的動能和溫度的微觀含義。
2.知道分子的勢能跟物體的體積有關，知道分子勢能隨分子間距離的變化而變化的定性規律。
3.知道什么是物體的內能，知道物體的內能與哪個宏觀量有關，能區別物體的內能和機械能。
重點難點
重點
了解分子動能和分子勢能。
難點
分子勢能與分子間距離大小之間的關系。
自主探究
1.在熱現象的研究中，我們關心的是組成系統的 整體表現出來的熱學性質，因而，這里重要的不是系統中 的動能大小，而是 的動能的平均值。這個平均值叫作分子熱運動的 。
2.溫度 時，分子的熱運動加劇，溫度越高，分子熱。運動的平均動能越 ，溫度越低，分子熱運動的平均動能越 。
3.物體 升高時，分子熱運動的平均動能增大。
4.分子間存在著相互作用力，可以證明分子間的作用力所做的功與路徑無關，分子組成的系統具有 。
5.如圖所示，設兩個分子相距無窮遠，我們可以規定它們的分子勢能為0。讓一個分子A不動，另一個分子B從無窮遠處逐漸靠近分子A。在這個過程中，分子間的作用力做功，分子勢能的大小發生改變。
當分子B向分子A靠近，分子間距離r大于r。時，分子間的作用力表現為 ，力的方向與分子的位移方向 ，分子間的作用力做 ，分子勢能 。當分子間距離r減小到r。時，分子間的作用力為 ，分子勢能減到 。越過平衡位置r。后，分子B繼續向分子A靠近，分子間的作用力表現為 ，力的方向與分子的位移方向 ，分子間的作用力做 ，分子勢能 。
6.分子勢能的大小是由分子間的 決定的。
如果選定分子間距離r為無窮遠時的分子勢能E。為0，則分子勢能E，隨分子間距離r變化的情況如圖所示。
分子勢能E，隨分子間距離r的變化有最 值，即當r=r。時，分子勢能
7.物體的 變化時，分子間距離將發生變化，因而分子勢能隨之改變。可見，分子勢能與物體的 有關。
8.物體中所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和，叫作物體的 。任何物體都具有
9.分子熱運動的平均動能與 有關，分子勢能與物體的 有關。一般說來，物體的 和 變化時它的內能都會隨之改變。
答案：
1.大量分子 某個分子 所有分子 平均動能
2.升高 大 小
3.溫度
4.分子勢能
5.引力 相同 正功 減小 0 最小 斥力 相反 負功 增大
6.相對位置 小 最小
7.體積 體積
8.內能 內能
9.溫度 體積 溫度 體積
預習檢測
1.對靜止在桌面上的木塊，下列說法中正確的是（ ）
A.木塊無動能，但有分子平均動能 B.木塊無動能，也無分子平均動能
C.木塊有動能，但無分子平均動能 D.木塊有動能，也有分子平均動能
2.研究熱現象時，有意義的是（ ）
A.一個分子的動能 B.速率大的分子的動能
C.速率小的分子的動能 D.所有分子的動能的平均值
3.當氣體溫度升高時，氣體（ ）
A.每個分子的動能都增大 B.每個分子的動能都減小
C.分子平均動能增大 D.分子平均動能減小
4.一杯水含有大量的水分子，若杯中水的溫度升高，則（ ）
A.每個水分子的動能改變量均相同 B.只有個別水分子動能增大
C.所有水分子的動能都增大 D.水分子的平均動能增大
5.氣體由無規則運動的分子組成，分子間有相互作用，因此氣體的內能（ ）
A.僅包含分子動能 B.僅包含分子勢能
C.與分子動能及分子勢能無關 D.包含分子動能及分子勢能
答案1.A 2.D 3.C 4.D 5.D
探究思考
【探究一】分子動能
1.分子動能
組成物體的分子由于熱運動而具有的能。
2.分子平均動能
物體里所有分子動能的平均值。
3.溫度的微觀意義
溫度是分子熱運動的平均動能的標志。
4.分子動能與溫度的關系
(1)單個分子的動能：物體由大量分子組成，每個分子都有分子動能。物體中分子熱運動的速率大小不一，所以各個分子的動能也有大有小，而且在不斷改變，單個分子的動能沒有意義。
(2)分子的平均動能：
①熱現象研究的是大量分子運動的宏觀表現，有意義的是物體內所有分子熱運動的平均動能。
②溫度是分子平均動能的標志。在相同溫度下，各種物質分子的平均動能都相同，由于不同物質分子的質量不一定相同，因此相同溫度時不同物質分子的平均速率不一定相同。
③溫度是大量分子無規則熱運動的宏觀表現，具有統計規律。溫度升高，分子平均動能增大，但不是每一個分子的動能都增大。
【探究二】分子勢能
1.分子勢能
宏觀物體之間存在引力或斥力，它們組成的系統就具有了勢能，勢能是由物體間的相互位置決定的。分子之間也存在著相互作用的引力和斥力，所以分子和分子組成的系統就具有了勢能，即分子勢能。
2.分子勢能的變化由分子力做功決定
當兩個分子間的分子力做正功時，兩分子所組成系統的分子勢能減小；當兩個分子間的分子力做負功時，兩分子所組成系統的分子勢能增大。
(1)分子勢能具有系統性。分子勢能的大小由分子間的相互位置決定。
①微觀上，分子勢能與分子間的距離有關。
②宏觀上，分子勢能與物體的體積有關。
(2)分子勢能具有相對性，通常選取兩個分子相距無窮遠時，系統的分子勢能為0。
分子力、分子勢能與分子間距離的關系圖像如圖所示。
【探究三】物體的內能
1.內能
物體中所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和，叫作物體的內能。組成任何物體的分子都在做著無規則的熱運動，所以任何物體都具有內能。
內能描述的對象是整個物體，只有對由大量分子組成的宏觀物體才有意義。個別分子和少數分子的內能是沒有意義的。
2.影響物體內能的因素
微觀上，物體的內能取決于物體所含分子的總數、分子的平均動能和分子間的距離。其中，物體所含的分子總數由物質的量決定，分子熱運動的平均動能由溫度決定，分子勢能與分子間的距離有關。
宏觀上，物體的內能由物質的量、溫度、體積共同決定，同時受物態變化的影響。
知識梳理
1.分子動能
(1)分子的平均動能
(2)溫度的微觀含義
2.分子勢能
(1)分子間的作用力所做的功與路徑無關，分子組成的系統具有分子勢能。
(2)如果選定分子間距離r為無窮遠時的分子勢能Ep為0，則分子勢能Ep隨分子間距離r變化的情況如圖所示。
(3)當分子間距離r減小到r0時，分子勢能最小。
3.內能
(1)定義：物體中所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和。
(2)影響內能大小的因素：
①微觀上，物體的內能取決于物體所含分子的總數、分子的平均動能和分子間的距離。
②宏觀上，物體的內能取決于物體所含物質的量、溫度和體積及物態。
(3)物體的內能跟物體的機械運動狀態無關。
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