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(共27張PPT)
地面附近的物體所受的重力是G，由于重力做功具有跟路徑無關(guān)的特點(diǎn)，所以存在重力勢能。重力勢能由地球和物體的相對位置決定。分子間的作用力做功是否也具有這一特點(diǎn)呢？
G
新課導(dǎo)入
第4節(jié) 分子動能和分子勢能
[實(shí)驗(yàn)探究]
學(xué)習(xí)任務(wù)一
學(xué)習(xí)任務(wù)一 分子動能
1、分子動能
分子不停地做無規(guī)則運(yùn)動，那么，像一切運(yùn)動著的物體一樣，做熱運(yùn)動的分子也具有動能，這就是分子動能。
物體內(nèi)大量分子永不停息地做無規(guī)則熱運(yùn)動，對于每個分子來說都有無規(guī)則運(yùn)動的動能。由于物體內(nèi)各個分子的速率大小不同，因此，各個分子的動能大小也不同。又因?yàn)闊岈F(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運(yùn)動的結(jié)果，所以研究個別分子運(yùn)動的動能是非常困難、也是沒有必要的。于是要研究大量分子熱運(yùn)動的動能，只有將所有分子熱運(yùn)動動能的平均值求出來才有意義，這個平均值就叫做分子熱運(yùn)動的平均動能。
2.分子平均動能
在熱現(xiàn)象的研究中，我們關(guān)心的是組成系統(tǒng)的大量分子整體表現(xiàn)出來的熱學(xué)性質(zhì)，因而，這里重要的不是系統(tǒng)中某個分子的動能大小，而是所有分子的動能的平均值。這個平均值叫作分子熱運(yùn)動的平均動能。
物體中分子熱運(yùn)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。
如圖，分別向10 ℃和50 ℃的水中滴入一滴紅墨水，
請問:
(1)哪杯水中紅墨水?dāng)U散得快
(2)哪杯水中分子的平均動能大
(3)影響分子平均動能的因素是什么
想一想
3.溫度
溫度是描述物體大量分子無規(guī)則運(yùn)動劇烈程度的物理量。溫度升高時，分子的熱運(yùn)動加劇，溫度越高，分子熱運(yùn)動的平均動能越大。溫度越低，分子熱運(yùn)動的平均動能越小。
①宏觀含義：溫度是描述物體冷熱程度的物理量
②微觀含義：
溫度是分子熱運(yùn)動的平均動能的標(biāo)志
溫度是分子熱運(yùn)動平均動能的唯一標(biāo)志。
4.注意：
①溫度升高，分子的平均動能一定增大，但并不代表所有分子的動能都增大。
②分子的平均動能只與溫度有關(guān)，與物體的種類及所處的狀態(tài)無關(guān)
由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量一般不同，所以同一溫度下，不同物質(zhì)的分子熱運(yùn)動的平均動能相同，但平均速率一般不同。
5.分子的總動能：
所有分子熱運(yùn)動的動能總和
等于分子的平均動能與分子數(shù)的乘積。
與分子的 總個數(shù) 和 平均動能 有關(guān)
與 物質(zhì)的量 和 溫度 有關(guān)
微觀上看：
宏觀上看：
例1 關(guān)于溫度與分子動能的關(guān)系,下列說法正確的是 ( 　)　　　　　　　　　　　　　　
A.某物體的溫度為0 ℃,說明物體中分子的平均動能為零
B.溫度是分子熱運(yùn)動平均動能的標(biāo)志
C.溫度較高的物體,其分子平均動能較大,則分子的平均速率也較大
D.物體的運(yùn)動速度越大,則物體的溫度越高
學(xué)習(xí)任務(wù)一
B
[解析]某物體溫度是0 ℃,物體中分子的平均動能并不為零,因?yàn)榉肿釉谟啦煌Ｏ⒌剡\(yùn)動,A錯誤;
溫度是分子熱運(yùn)動平均動能的標(biāo)志,溫度越高,分子的平均動能越大,由Ek=mv2知分子平均速率不一定大,B正確,C錯誤;
物體內(nèi)分子無規(guī)則熱運(yùn)動的速率與物體機(jī)械運(yùn)動的速度無關(guān),D錯誤.
【要點(diǎn)總結(jié)】
溫度與分子平均動能關(guān)系的解題技巧
(1)溫度是分子平均動能的標(biāo)志,不同的物質(zhì),只要溫度相同,分子的平均動能就相同.
(2)溫度升高,分子的平均動能增大,速率大的分子數(shù)增多,速率小的分子數(shù)減少,分子的平均速率增大.
(3)溫度只與分子熱運(yùn)動有關(guān),與物體的宏觀機(jī)械運(yùn)動無關(guān).
學(xué)習(xí)任務(wù)一
[物理觀念]分子勢能:分子間存在著相互　　　　　, 可以證明分子間的作用力所做的功與 　　　　無關(guān),分子組成的系統(tǒng)具有分子勢能.
作用力
學(xué)習(xí)任務(wù)二 分子勢能
學(xué)習(xí)任務(wù)二
路徑
設(shè)空間存在兩個不受外界影響的分子，兩個分子相距無窮遠(yuǎn)，讓一個分子A不動，另一個分子B從無窮遠(yuǎn)處逐漸靠近A。
構(gòu)建模型
思考與討論
分子勢能的大小由分子間的相對位置決定，這說明分子勢能Ep與分子間距離r是有關(guān)系的。那么，它們之間存在怎樣的一種關(guān)系呢
分子距離 分子力做功 分子勢能變化 (規(guī)定無窮遠(yuǎn)處 分子勢能為零) 分子力和分子勢能隨分子間距離變化的圖像
當(dāng)r>r0時 　分子間的作用力表現(xiàn)為　　　;若r減小,分子間的作用力做　　功 　分子勢能隨分子間距離的減小而　　　
當(dāng)r正
學(xué)習(xí)任務(wù)二
引力
減小
斥力
負(fù)
增大
最小
r
r0
F
10r0
v
r增大，Ep增大
F引
F斥
v
r減小，Ep增大
無限遠(yuǎn)時分子勢能EP=0
EP
當(dāng)r=r0時,分子勢能最小且小于零.
向上平移即可，勢能改變是絕對的。
注意：
1.若取 r0處為零勢能點(diǎn)，則分子勢能都大于0.
2.分子勢能為0和分子勢能最小的含義不同。
如前者與選擇的零勢能點(diǎn)有關(guān)，后者的位置確定在r=r0處。
例2 分子力F、分子勢能Ep與分子間距離r的關(guān)系圖線如圖所示(取無窮遠(yuǎn)處分子勢能Ep=0).若甲分子固定于坐標(biāo)原點(diǎn)O,乙分子從某處(兩分子間的距離大于r0而小于10r0)由靜止釋放,在分子力的作用下沿r正半軸靠近甲分子.下列說法錯誤的是 (　)
A.在乙分子靠近甲分子的過程中,分子勢能先減小后增大
B.在乙分子靠近甲分子的過程中,分子動能逐漸增大
C.當(dāng)乙分子距甲分子為r=r0時,速率最大
D.當(dāng)乙分子距甲分子為r=r0時,系統(tǒng)的分子勢能最小
學(xué)習(xí)任務(wù)二
B
學(xué)習(xí)任務(wù)二
[解析]乙分子靠近甲分子的過程中,分子力先做正功后做負(fù)功,乙分子的分子動能先增加后減小,分子勢能先減小后增大,選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯誤;
當(dāng)乙分子與甲分子的距離r>r0時,分子力表現(xiàn)為引力,則在乙分子從釋放處運(yùn)動到與甲分子的距離r=r0過程中,分子力一直做正功,當(dāng)乙分子與甲分子的距離r=r0時,乙分子的速率最大,系統(tǒng)的分子勢能最小,選項(xiàng)C、D正確.
變式1 [2023·泉州五中月考] 如圖所示,甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O,只在兩分子間作用力的作用下,乙分子沿x軸方向運(yùn)動,分子勢能Ep與兩分子間距離x的變化關(guān)系如圖所示,則 (　)
A.乙分子在P點(diǎn)時加速度為零
B.乙分子在P點(diǎn)時分子動能最小
C.乙分子在Q點(diǎn)時分子勢能最小
D.乙分子在Q點(diǎn)時處于平衡狀態(tài)
學(xué)習(xí)任務(wù)二
A
學(xué)習(xí)任務(wù)二
[解析]乙分子在P點(diǎn)時分子勢能最小,即乙分子從Q點(diǎn)運(yùn)動到P點(diǎn)過程中分子力始終做正功,從P點(diǎn)運(yùn)動到無窮遠(yuǎn)處過程中分子力始終做負(fù)功,因此乙分子在P點(diǎn)時所受分子力為零,則加速度為零,乙分子在P點(diǎn)時動能最大,故A正確,B、C錯誤;
乙分子在Q點(diǎn)時所受分子力沿x軸正方向,不處于平衡狀態(tài),故D錯誤.
【要點(diǎn)總結(jié)】
分子勢能圖像問題的解題技巧
(1)Ep-r、F-r關(guān)系圖像中拐點(diǎn)的意義不同.Ep-r圖像的最低點(diǎn)(分子勢能最小值)對應(yīng)的距離是分子平衡距離r0,而F-r圖像的最低點(diǎn)(引力最大值)對應(yīng)的距離大于r0.
(2) Ep-r圖像與r軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)小于r0,F-r圖像與r軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)等于平衡距離r0.
(3)要把圖像上的信息轉(zhuǎn)化為分子間距離,再求解其他問題.
學(xué)習(xí)任務(wù)二
物體中所有分子的熱運(yùn)動動能與分子勢能的總和。
內(nèi)能（internal energy）：
⑴內(nèi)能普遍性：任何物體都具有內(nèi)能
一切物體都是由分子組成
所有分子都在永不停息地做無規(guī)則熱運(yùn)動
分子存在相互作用力
⑵決定物體內(nèi)能的因素（內(nèi)能是對大量分子而言的，對單個分子來說無意義）
①從宏觀上看：物體內(nèi)能的大小由物體的摩爾數(shù)、溫度和體積三個因素決定。
②從微觀上看：物體內(nèi)能的大小由組成物體的分子總數(shù)，分子熱運(yùn)動的平均動能和分子間的距離三個因素決定。
宏觀：
物體的摩爾數(shù)
溫度
體積
微觀：
分子總數(shù)
分子平均動能
分子勢能（分子間距）
學(xué)習(xí)任務(wù)三 物體的內(nèi)能
學(xué)習(xí)任務(wù)三
學(xué)習(xí)任務(wù)三 物體的內(nèi)能
學(xué)習(xí)任務(wù)三
物體下落的時候，物體中的分子在做無規(guī)則熱運(yùn)動的同時還共同參與豎直向下的落體運(yùn)動。再如，地面上滾動的足球，球內(nèi)的氣體分子在做無規(guī)則熱運(yùn)動的同時，還共同參與水平地面上的運(yùn)動。當(dāng)足球靜止在地面上時，其中的氣體分子是否還具有能量呢
思考與討論
內(nèi)能 機(jī)械能
對應(yīng)的運(yùn)動形式
常見的能量形式
影響因素
聯(lián)系 熱運(yùn)動
機(jī)械運(yùn)動
分子動能、分子勢能
動能、重力勢能、彈性勢能
溫度、質(zhì)量、體積
內(nèi)能和機(jī)械能的物理本質(zhì)是一樣的。機(jī)械能是宏觀的物體運(yùn)動，內(nèi)能是組成物體的分子熱運(yùn)動的總和。
質(zhì)量、速度、高度、形變量
分子動能 分子勢能 內(nèi)能
定義
影響因素 微觀
宏觀
分子無規(guī)則運(yùn)動的動能
分子間有作用力，由分子間相對位置決定的勢能
物體中所有分子熱運(yùn)動的動能和分子勢能的總和
分子距離
體積
溫度 體積 質(zhì)量
分子熱運(yùn)動劇烈程度
分子距離
分子個數(shù)
分子熱運(yùn)動的劇烈程度
溫度
例3 [2023·余姚中學(xué)月考] 對于實(shí)際的氣體,下列說法正確的是 (　)
A.氣體的內(nèi)能包括氣體分子的重力勢能
B.氣體的內(nèi)能包括氣體分子之間相互作用的勢能
C.氣體的內(nèi)能包括氣體整體運(yùn)動的動能
D.氣體的內(nèi)能包括氣體分子的重力勢能
學(xué)習(xí)任務(wù)三
B
[解析]氣體的內(nèi)能是指組成氣體的所有分子熱運(yùn)動的動能與分子勢能的總和,與氣體分子的重力勢能及氣體整體運(yùn)動的動能無關(guān),選項(xiàng)A、C、D錯誤,B正確.
課堂小結(jié)
分子動能和分子勢能
分子動能
分子平均動能
溫度
分子勢能
分子間距
分子內(nèi)能
分子動能
課后習(xí)題
1.在一個密閉容器內(nèi)有一滴15℃的水，過一段時間后，水滴蒸發(fā)變成了水蒸氣，溫度還是15℃。它的內(nèi)能是否發(fā)生了變化？為什么？
1.內(nèi)能增加。
15℃的水滴變成15℃的水蒸氣，需要吸收熱量，溫度沒變，分子的平均動能不變，但分子勢能增加，故內(nèi)能增加。
課后習(xí)題
2.在一個真空的鐘罩中，用不導(dǎo)熱的細(xì)線懸吊一個鐵塊，中午時鐵塊的溫度是28℃，晚上鐵塊的溫度是23℃。鐵塊的內(nèi)能是否發(fā)生了變化？為什么？
2.內(nèi)能減少。
由題意可知，晚上時鐵塊的溫度比中午時低，分子的平均動能減小，而分子勢能不變，故內(nèi)能減少。
課后習(xí)題
3.有人說：“在高速列車的速度由小變大的過程中，列車上所有物體的動能都在增大，組成這些物體的分子的平均動能也在增大。既然溫度是分子平均動能的標(biāo)志，因此在這個過程中列車上物體的溫度是在升高的，只是升高得并不大，我們感覺不到而已。”你說對嗎？為什么？
3.這種說法不對。
物體的溫度是它的分子熱運(yùn)動的平均動能的標(biāo)志。這里指的是分子的熱運(yùn)動，并不是列車及列車上物體的運(yùn)動。
課后習(xí)題
4.有人說：“當(dāng)我們把一個物體舉高時，組成物體的每個分子的重力都做了負(fù)功，因此分子勢能增大，這就導(dǎo)致物體的內(nèi)能增大，我們舉起物體所做的功，就等于物體內(nèi)能的增加量。”你說對嗎？為什么？
4.這種說法不對。
當(dāng)我們把物體舉高時，物體的重力勢能增加，但物體的溫度沒變，物體內(nèi)分子間的距離沒變，故物體的內(nèi)能沒變。

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