第4節(jié)分子動(dòng)能和分子勢(shì)能
一、新課標(biāo)要求
1.知道物體是由大量分子組成的,知道阿伏加德羅常數(shù),會(huì)用它進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算或估算。
2.了解擴(kuò)散現(xiàn)象，觀察并能解釋布朗運(yùn)動(dòng),理解擴(kuò)散現(xiàn)象及布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因。知道什么是分子的熱運(yùn)動(dòng),理解分子熱運(yùn)動(dòng)與溫度的關(guān)系。
3.知道分子間存在著空隙和相互作用力。通過圖像知道分子力與分子間距離的關(guān)系。
4.了解分子動(dòng)理論的基本觀點(diǎn)及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
二、科學(xué)素養(yǎng)要求
1.物理觀念：知道擴(kuò)散、布朗運(yùn)動(dòng)、熱運(yùn)動(dòng)及分子動(dòng)理論的基本觀點(diǎn)和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
2.科學(xué)思維：理解物體是由大量分子組成的，理解擴(kuò)散現(xiàn)象與布朗運(yùn)動(dòng)的成因；培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力；能用F?r圖像解釋分子力。
3.科學(xué)探究：通過對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的探究，學(xué)會(huì)通過觀察物理現(xiàn)象，揭示其本質(zhì)，得出結(jié)論。
4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：學(xué)會(huì)堅(jiān)持實(shí)事求是的態(tài)度，用實(shí)驗(yàn)方法探究問題，培養(yǎng)探索科學(xué)的興趣。
三、教材研習(xí)
要點(diǎn)一、分子勢(shì)能
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(guān)①，分子組成的系統(tǒng)具有分子勢(shì)能。
要點(diǎn)二、物體的內(nèi)能
物體中所有分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能②與分子勢(shì)能的總和，叫作物體的內(nèi)能。一般來說，物體的溫度③和體積④變化時(shí)它的內(nèi)能都會(huì)隨之改變。
【自主思考】
①分子力做功與以前學(xué)過的哪種力相似，分子勢(shì)能又與哪種能量具有相似的特點(diǎn)？
②物體運(yùn)動(dòng)的速度越大，其分子的熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能也越大嗎？
③如圖，一小孩從滑梯上滑下來，感覺屁股熱，這種現(xiàn)象怎么解釋？
④在一個(gè)恒溫的容器中，一個(gè)物體自由下落，它的內(nèi)能改變了嗎？
【名師點(diǎn)睛】
1.分子勢(shì)能的理解
（1）由分子間的相對(duì)位置決定，隨分子間距離的變化而變化。
（2）分子勢(shì)能是標(biāo)量，正、負(fù)表示的是大小，具體的值與零勢(shì)能點(diǎn)的選取有關(guān)。
2.內(nèi)能的理解
（1）內(nèi)能是一種與分子熱運(yùn)動(dòng)及分子間相互作用相關(guān)的能量形式，與物體宏觀運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，它取決于物質(zhì)的量、溫度、體積及物態(tài)。
（2）研究熱現(xiàn)象時(shí)，一般不考慮機(jī)械能，在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中有摩擦?xí)r，有可能發(fā)生機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
（3）物體溫度升高，內(nèi)能不一定增加；溫度不變，內(nèi)能可能改變；溫度降低，內(nèi)能可能增加。
（4）組成任何物體的分子都在做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，所以任何物體都具有內(nèi)能。
四、互動(dòng)探究
探究點(diǎn)一、分子動(dòng)能
情境探究
1.為什么研究分子動(dòng)能的時(shí)候主要關(guān)心大量分子的平均動(dòng)能？
答案：分子動(dòng)能是指單個(gè)分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，但分子是無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的，因此各個(gè)分子的動(dòng)能以及一個(gè)分子在不同時(shí)刻的動(dòng)能都不盡相同，所以研究單個(gè)分子的動(dòng)能沒有意義，我們主要關(guān)心的是大量分子的平均動(dòng)能。
2.相同溫度的氧氣和氫氣，哪一個(gè)平均動(dòng)能大？哪一個(gè)平均速率大？
答案： 溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度相同，任何物體分子的平均動(dòng)能都相等。由Ek?=mv?2可知?dú)錃夥肿拥馁|(zhì)量小一些，所以氫氣分子的平均速率大些。溫度相同，分子平均動(dòng)能相等，而不同種類的分子平均速率不相等。
探究歸納
1.單個(gè)分子的動(dòng)能
（1）物體由大量分子組成，每個(gè)分子都有分子動(dòng)能且不為零。
（2）分子在永不停息地做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，每個(gè)分子動(dòng)能大小不同并且時(shí)刻在變化。
（3）熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)個(gè)別分子的動(dòng)能沒有實(shí)際意義。
2.分子的平均動(dòng)能
（1）溫度是大量分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)，具有統(tǒng)計(jì)意義。溫度升高，分子平均動(dòng)能增大，但不是每一個(gè)分子的動(dòng)能都增大。個(gè)別分子動(dòng)能可能增大也可能減小，個(gè)別分子甚至幾萬個(gè)分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能大小不受溫度影響，但總體上所有分子的動(dòng)能之和一定是增加的。
（2）只要溫度相同，任何分子的平均動(dòng)能都相同。由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不一定相同，所以同一溫度下，不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)的平均速率一般不相同。
3.物體內(nèi)分子的總動(dòng)能
分子的總動(dòng)能是物體內(nèi)所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的總和,它等于分子的平均動(dòng)能與分子數(shù)的乘積,即它與物體的溫度和所含的分子數(shù)目有關(guān)。
探究應(yīng)用
【典例】（多選）關(guān)于分子的動(dòng)能，下列說法中正確的是( )
A.只要溫度相同，任何物體分子的平均動(dòng)能都相同
B.分子動(dòng)能指的是由于分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)而具有的能
C.物體中10個(gè)分子的動(dòng)能很大，這10個(gè)分子的溫度很高
D.溫度低的物體中的每一個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速率一定小于溫度高的物體中的每一個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速率
【解題感悟】
理解分子動(dòng)能的三點(diǎn)注意
（1）溫度是分子平均動(dòng)能的“標(biāo)志”或者說“量度”，溫度只與物體內(nèi)大量分子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)意義上的平均動(dòng)能相對(duì)應(yīng)，與單個(gè)分子的動(dòng)能沒有關(guān)系。
（2）每個(gè)分子都有分子動(dòng)能且不為零，熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)個(gè)別分子動(dòng)能沒有實(shí)際意義。
（3）溫度高的物體，分子的平均速率不一定大，還與分子質(zhì)量有關(guān)。
【遷移應(yīng)用】
1.對(duì)不同的物體而言，下列說法中正確的是( )
A.高溫物體內(nèi)分子的平均動(dòng)能一定比低溫物體內(nèi)分子的平均動(dòng)能大
B.高溫物體內(nèi)每一個(gè)分子的動(dòng)能一定大于低溫物體內(nèi)每一個(gè)分子的動(dòng)能
C.高溫物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)的平均速率一定比低溫物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)的平均速率大
D.高溫物體內(nèi)每一個(gè)分子運(yùn)動(dòng)的速率一定大于低溫物體內(nèi)每一個(gè)分子運(yùn)動(dòng)的速率
探究點(diǎn)二、分子勢(shì)能
情境探究
分子力F、分子勢(shì)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(shì)能Ep=0）。
（1）當(dāng)r>r0時(shí)，分子間表現(xiàn)為什么力？若r增大，分子力做什么功？分子勢(shì)能怎么變化？
（2）當(dāng)rr0范圍內(nèi)）；有時(shí)體現(xiàn)為分子勢(shì)能減小（在r0為斥力，F(xiàn)r0，r增大
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