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4　分子動能和分子勢能
[學習目標]　
1.理解分子動能，知道溫度是分子平均動能的標志(重點)。
2.理解分子勢能，明確分子勢能與分子間距離的關系(重難點)。
3.理解內能的概念及其決定因素。
一、分子動能
1．分子動能：分子由于____________________而具有的能量。
2．分子的平均動能
(1)所有分子熱運動動能的________。
(2)決定因素：物體的________是分子熱運動的平均動能的標志。
3．物體內分子運動的總動能等于分子熱運動的平均動能與分子數的乘積。物體內分子的總動能與物體的________和所含分子總數有關。
(1)物體溫度升高時，物體內每個分子的動能都增大。(　　)
(2)物體運動的速度越大，其分子的平均動能也越大。(　　)
(3)相同溫度的不同物體，分子的平均動能相同。(　　)
(4)只要溫度相同，任何物體分子的平均速率都相同。(　　)
(5)物體溫度升高時，分子的平均動能增大。(　　)
例1　當氫氣和氧氣的質量和溫度都相同時，下列說法正確的是(　　)
A．氧氣分子的平均速率大于氫氣分子的平均速率
B．兩種氣體分子熱運動的平均速率相等
C．兩種氣體分子的平均動能相等
D．兩種氣體分子熱運動的總動能相等
由于不同物質的分子質量一般不同，所以同一溫度下，不同物質的分子熱運動的平均動能相同，但平均速率一般不同。
二、分子勢能
1．分子勢能：由分子間的__________決定的能。
2．分子勢能與分子間距離的關系
(1)當r>r0時，分子力表現為____________，若r增大，需克服引力做功，分子勢能________________________________________________________________________。
(2)當r(3)當r＝r0時，分子力為零，分子勢能________即分子間距離等于平衡距離時分子勢能____________。
3．決定因素
(1)宏觀上：分子勢能的大小與物體的________有關。
(2)微觀上：分子勢能的大小與分子之間的________有關。
(1)當兩個分子從相距無窮遠處逐漸靠近到不能再靠近的過程，分子勢能如何變化？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(2)若選定分子間距離為無窮遠時的分子勢能為0，試定性的把兩分子的分子力F、分子勢能Ep與分子間距離r的關系圖像畫在坐標系中。
例2　(2022·泰州市高二月考)兩分子間的斥力和引力的合力F與分子間距離r的關系如圖中曲線所示，曲線與r軸交點的橫坐標為r0。相距很遠的兩分子在分子力作用下，由靜止開始相互接近。若兩分子相距無窮遠時分子勢能為零，下列說法正確的是(　　)
A．在r>r0階段，F做正功，分子動能增大，勢能減小
B．在rC．在r＝r0時，分子勢能最小，動能為零
D．在r＝r0時，分子勢能為零
例3　(2022·南通市高二月考)當兩分子間距變化時分子勢能變小了，則可以判定在此過程(　　)
A．分子力一定做了正功
B．分子力一定增大
C．分子間距一定變大
D．分子力一定是引力
三、物體的內能
1．定義：物體中所有分子的熱運動________與____________的總和。
2．內能普遍性：組成任何物體的分子都在做無規則的________，所以任何物體都具有內能。
3．影響內能的相關因素
(1)物體所含的分子總數：由____________決定；
(2)分子熱運動的平均動能：與________有關；
(3)分子勢能：與物體的________有關。
故物體的內能由____________、________、________共同決定，同時受物態的影響。
物體運動得越快，其內能就越大嗎？靜止在地面上的物體，內能為0嗎？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
例4　(2022·徐州市高二期中)關于質量相同的100 ℃的水和100 ℃的水蒸氣，下列說法中正確的是(　　)
A．分子平均動能不相同，分子勢能相同，內能相同
B．分子平均動能相同，分子勢能不相同，內能相同
C．分子平均動能相同，分子勢能不相同，內能不相同
D．分子平均動能不相同，分子勢能相同，內能不相同
物態變化對內能的影響
一些物質在物態發生變化時，如冰的融化、水在沸騰時變為水蒸氣，溫度不變，此過程中分子的平均動能不變，由于分子間的距離變化，分子勢能變化，所以物體的內能變化。
例5　(2022·揚州市公道中學高二月考)下列關于內能和機械能的說法正確的是(　　)
A．機械能增大的物體，其內能一定增大
B．物體的機械能損失時，內能有可能增大
C．物體的內能損失時，機械能必然會減小
D．物體的機械能可能為0，內能也可能為0
內能和機械能的區別與聯系
內能 機械能
對應的運動形式 微觀分子熱運動 宏觀物體機械運動
常見的能量形式 分子動能、分子勢能 物體動能、重力勢能、彈性勢能
影響因素 物質的量、物體的溫度、 體積及物態 物體的質量、機械運動的速度、 相對于零勢能面的高度、彈性形變量
大小 永遠不等于零 一定條件下可以等于零
聯系 在一定條件下可以相互轉化
4　分子動能和分子勢能
[學習目標]　1.理解分子動能，知道溫度是分子平均動能的標志(重點)。2.理解分子勢能，明確分子勢能與分子間距離的關系(重難點)。3.理解內能的概念及其決定因素。
一、分子動能
1．分子動能：分子由于不停地做無規則運動而具有的能量。
2．分子的平均動能
(1)所有分子熱運動動能的平均值。
(2)決定因素：物體的溫度是分子熱運動的平均動能的標志。
3．物體內分子運動的總動能等于分子熱運動的平均動能與分子數的乘積。物體內分子的總動能與物體的溫度和所含分子總數有關。
(1)物體溫度升高時，物體內每個分子的動能都增大。(　×　)
(2)物體運動的速度越大，其分子的平均動能也越大。(　×　)
(3)相同溫度的不同物體，分子的平均動能相同。(　√　)
(4)只要溫度相同，任何物體分子的平均速率都相同。(　×　)
(5)物體溫度升高時，分子的平均動能增大。(　√　)
例1　當氫氣和氧氣的質量和溫度都相同時，下列說法正確的是(　　)
A．氧氣分子的平均速率大于氫氣分子的平均速率
B．兩種氣體分子熱運動的平均速率相等
C．兩種氣體分子的平均動能相等
D．兩種氣體分子熱運動的總動能相等
答案　C
解析　因為溫度是分子平均動能的標志，溫度相同，則分子平均動能相同，故選項C正確；因為氫氣分子的質量小于氧氣分子的質量，而分子平均動能又相等，所以氫氣分子的平均速率大，故選項A、B錯誤；雖然氣體質量和分子平均動能(溫度)都相等，但由于氣體摩爾質量不同，分子數目就不相等，所以兩種氣體分子的總動能不相等，故選項D錯誤。
由于不同物質的分子質量一般不同，所以同一溫度下，不同物質的分子熱運動的平均動能相同，但平均速率一般不同。
二、分子勢能
1．分子勢能：由分子間的相對位置決定的能。
2．分子勢能與分子間距離的關系
(1)當r>r0時，分子力表現為引力，若r增大，需克服引力做功，分子勢能增加。
(2)當r(3)當r＝r0時，分子力為零，分子勢能最小，即分子間距離等于平衡距離時分子勢能最小。
3．決定因素
(1)宏觀上：分子勢能的大小與物體的體積有關。
(2)微觀上：分子勢能的大小與分子之間的距離有關。
(1)當兩個分子從相距無窮遠處逐漸靠近到不能再靠近的過程，分子勢能如何變化？
(2)若選定分子間距離為無窮遠時的分子勢能為0，試定性的把兩分子的分子力F、分子勢能Ep與分子間距離r的關系圖像畫在坐標系中。
答案　(1)當r>r0時，分子間為引力，分子靠近過程中分子力做正功，分子勢能減小；當r(2)
例2　(2022·泰州市高二月考)兩分子間的斥力和引力的合力F與分子間距離r的關系如圖中曲線所示，曲線與r軸交點的橫坐標為r0。相距很遠的兩分子在分子力作用下，由靜止開始相互接近。若兩分子相距無窮遠時分子勢能為零，下列說法正確的是(　　)
A．在r>r0階段，F做正功，分子動能增大，勢能減小
B．在rC．在r＝r0時，分子勢能最小，動能為零
D．在r＝r0時，分子勢能為零
答案　A
解析　r0為分子間的平衡距離，在r>r0階段，分子力表現為引力，相互靠近時F做正功，分子動能增加，勢能減小，故A正確；在rr0階段，相互靠近時F做正功，勢能減小，故在r＝r0時，分子勢能小于零，故D錯誤。
例3　(2022·南通市高二月考)當兩分子間距變化時分子勢能變小了，則可以判定在此過程(　　)
A．分子力一定做了正功
B．分子力一定增大
C．分子間距一定變大
D．分子力一定是引力
答案　A
解析　分子間分子勢能與距離的關系如圖所示，分子勢能變小，說明分子力做了正功，A正確；若分子間距大于平衡間距，分子勢能變小，分子間距變小，分子力可能增大也可能減小；若分子間距小于平衡間距，分子勢能變小，分子間距變大，分子力減小，表現為斥力，故B、C、D錯誤。
三、物體的內能
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．內能普遍性：組成任何物體的分子都在做無規則的熱運動，所以任何物體都具有內能。
3．影響內能的相關因素
(1)物體所含的分子總數：由物質的量決定；
(2)分子熱運動的平均動能：與溫度有關；
(3)分子勢能：與物體的體積有關。
故物體的內能由物質的量、溫度、體積共同決定，同時受物態的影響。
物體運動得越快，其內能就越大嗎？靜止在地面上的物體，內能為0嗎？
答案　物體運動得越快，物體動能越大，但內能不一定越大，靜止在地面上的物體，如果以地面作為零勢能面，那么這個物體的機械能為0，但這個物體內的分子卻始終處在永不停息的熱運動中，物體的內能不為0。
例4　(2022·徐州市高二期中)關于質量相同的100 ℃的水和100 ℃的水蒸氣，下列說法中正確的是(　　)
A．分子平均動能不相同，分子勢能相同，內能相同
B．分子平均動能相同，分子勢能不相同，內能相同
C．分子平均動能相同，分子勢能不相同，內能不相同
D．分子平均動能不相同，分子勢能相同，內能不相同
答案　C
解析　質量相同的100 ℃的水和100 ℃的水蒸氣的分子數相同；溫度是分子平均動能的標志，所以100 ℃的水分子平均動能等于100 ℃的水蒸氣的分子平均動能。相同質量的水和水蒸氣的體積不同，故分子勢能不相同。同樣溫度的水變為同樣溫度的水蒸氣要吸收熱量，所以100 ℃的水的內能小于100 ℃相同質量的水蒸氣的內能，故A、B、D錯誤，C正確。
物態變化對內能的影響
一些物質在物態發生變化時，如冰的融化、水在沸騰時變為水蒸氣，溫度不變，此過程中分子的平均動能不變，由于分子間的距離變化，分子勢能變化，所以物體的內能變化。
例5　(2022·揚州市公道中學高二月考)下列關于內能和機械能的說法正確的是(　　)
A．機械能增大的物體，其內能一定增大
B．物體的機械能損失時，內能有可能增大
C．物體的內能損失時，機械能必然會減小
D．物體的機械能可能為0，內能也可能為0
答案　B
解析　內能和機械能是兩種不同形式的能，二者的決定因素不同，A錯誤；例如在物體克服空氣阻力勻速下降過程中，機械能減小，而摩擦生熱，物體溫度升高，內能會增大，B正確；例如在物體靜止時，溫度降低，內能減小，而物體的機械能不變，C錯誤；物體內分子在永不停息的運動中，內能不可能為0，但機械能可以為0，D錯誤。
內能和機械能的區別與聯系
內能 機械能
對應的運動形式 微觀分子熱運動 宏觀物體機械運動
常見的能量形式 分子動能、分子勢能 物體動能、重力勢能、彈性勢能
影響因素 物質的量、物體的溫度、 體積及物態 物體的質量、機械運動的速度、 相對于零勢能面的高度、彈性形變量
大小 永遠不等于零 一定條件下可以等于零
聯系 在一定條件下可以相互轉化

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