1.4 分子动能和分子势能 -【知识探究】高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册1

§1.4分子动能和分子势能选择性必修三选择性必修三选择性必修三分子动能由于分子永不停息地做无规则运动而具有的能量。

研究单个分子没有意义。所有分子的动能的平均值——

分子热运动的平均动能物体的温度是它的分子热运动的平均动能的标志。温度越高，分子热运动的平均动能越大。物体内分子总动能：所有分子热运动的动能总和。

温度分子数二、分子势能

分子势能的大小由分子间的相对位置决定，分子间的相互作用力随距离变化而变化，分子势能也会随距离变化而变化。

由于分子之间存在着相互作用力，且分子间的作用力所做的功与路径无关，所以，分子组成的系统具有分子势能。

分子力所做功的大小等于分子势能的变化量的大小。分子力做正功时，分子势能减少，分子力做负功时，分子势能增加。

设两个分子相距无穷远，我们可以规定它们的分子势能为0。让一个分子A不动，另一个分子B从无穷远处逐渐靠近A。在这个过程中，分子势能的大小发生改变。

分子势能Ep与分子间距离r是有关系的。那么，它们之间存在怎样的一种关系呢？思考与讨论：类似于弹簧小球模型分子力做功情况分子作用力曲线与r轴之间所围面积等于分子力所做的功。①当r>r0时，随着分子间距不断变小，分子力做功情况如何？②当r<r0时，随着分子间距不断变小，分子力做功情况如何？分子B从无穷远处逐渐靠近A分子势能变化规律1、当分子间距离r>r0时，分子间的作用力表现为引力，分子势能减小。2、当分子间距离r减小到r0时，分子间的作用力为0，分子势能减到最小。取无穷远处势能为0，3、当分子距离r<r0时，分子间的作用力表现为斥力，分子势能增大。F-r图象与Ep-r图象的对比

从图象可知，当r=r0时，分子势能最小，但并不是为0，因为零势点的选取是任意的，一般取无穷远处为零势点，这样最小势能为负值。1、从微观上看：分子势能跟分子间距离r有关。影响分子势能大小的因素2、从宏观上看：分子势能跟物体的体积有关。

一般来说，物体的体积发生变化时，分子势能也会发生变化，但不能简单的认为体积增大，分子势能增大，体积减小，分子势能减小，因为物体体积发生变化时，我们无法确定是在r<r0的条件下还是在r>r0的条件下发生的变化。补充说明：大多数固体熔化成液体分子间距会变大。而冰熔化成水是个特例。冰熔化成水的过程中分子间距变小，而冰、水的分子间距均小于r0，因此其分子势能会随着分子间距变小而增大。例1.(2023年海南卷)下列关于分子力和分子势能的说法正确的是（

）A．分子间距离大于r0时，分子间表现为斥力B．分子从无限远靠近到距离r0处过程中分子势能变大C．分子势能在r0处最小D．分子间距离小于r0且减小时，分子势能在减小C例2.(2021年重庆卷)图1和图2中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别描述了某物理量随分之间的距离变化的规律，r0为平衡位置。现有如下物理量：①分子势能，②分子间引力，③分子间斥力，④分子间引力和斥力的合力，则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的物理量分别是()A．①③② B．②④③ C．④①③ D．①④③D

物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，叫作物体的内能(internalenergy)。三、物体的内能任何物体都具有内能。决定物体内能的因素:思考与讨论

物体下落的时候，物体中的分子在做无规则热运动的同时还共同参与竖直向下的落体运动。再如，地面上滚动的足球，球内的气体分子在做无规则热运动的同时，还共同参与水平地面上的运动。当足球静止在地面上时(图1.4-3)，其中的气体分子是否还具有能量呢？应当指出，组成物体的分子在做无规则的热运动，具有热运动的动能，它是内能的一部分；同时物体还可能做整体的运动，因此，还会具有动能，这是机械能的一部分。后者是由物体的机械运动决定的，它对物体的内能没有贡献。思考：内能与机械能有何区别？1、能量的形式不同机械能与物体的机械运动相对应，内能与分子热运动相对应。内能与机械能的区别2、决定能量的因素不同内能是由物体内大量分子的热运动和分子间的相对位置决定的能量，宏观上它与物体的温度、体积、物体的摩尔数有关。机械能是由物体做机械运动和物体形变决定的能量，它是对宏观物体整体来说的。3、物体具有内能的同时又可以具有机械能，机械能可以为0，但物体在任何情况下都具有内能。4、物体的机械能变化时，内能不一定变化，同样，物体的内能变化时，机械能不一定变化。5、机械能与内能之间可以相互转化，转化过程遵循能量守恒定律。例3.为什么说任何物体都具有内能？物体的体积不变，温度升高时，它的内能怎样变化？教材P17复习与提高A组第1题

物体的内能是物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，而组成物体的分子在永不停息地做无规则运动，因此，任何物体都具有内能。

若物体的体积不变，温度升高，分子势能不变，分子平均动能增加，则物体的内能增加。(类题推荐：教材P16练习与应用第1、2题)例4.有人说：“当我们把一个物体举高时，组成物体的每个分子的重力都做了负功，因此分子势能增大，这就导致物体的内能增大，我们举起物体所做的功，就等于物体内能的增加量。”你说对吗？为什么？教材P16练习与应用第4题

这种说法不对，

当我们把物体举高时，物体的重力势能增加，但物体的温度没变，物体内分子间的距离没变，故物体的内能没变。分子动能分子势能内能定义影响因素微观宏观分子无规则运动的动能分子间有作用力，由分子间相对位置决定的势能物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和分子之间的距离体积温度、体积、物质的量分子热运动剧烈程度、分子间距、分子个数分子热运动的剧烈程度温度例5.一定质量的0℃的冰熔化成0℃的水，其总的分子动能EK，分子势能EP，以及内能E的变化是（）A．EK、EP、E均变大B．EK、EP、E均变小C．EK不变、EP变大、E变大D．EK不变、EP变小、E变小C例6.质量相等的氢气和氧气，温度相同，不考虑分子间的势能，则()A．氧气的内能较大B．氢气的内能较大C．两者内能相等D．氢气分子的平均动能较大B拓展提升：选择性必修三物体的内能物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，叫作物体的内能。**任何物体都具有内能①物体所含的分子总数由物质的量决定；②分子的热运动平均动能与温度有关；③分子势能与物体的体积有关；④理想气体内能只与温度有关。温度越高分子的无规则运动越激烈分子的动能越大组成物体的所有分子的动能总和增加物体的内能就增加选择性必修三内能机械能对应的运动形式与热运动对应与机械运动对应常见的能量形式分子动能与分子势能动能、重力势能、弹性势能影响因素温度、质量、体积质量、速度、高度、形变量联系内能和机械能的物理本质是一样的。机械能是宏观的物体运动，内能是组成物体的微粒(原子)的运动的总和。内能和机械能的比较选择性必修三分子动能分子势能内能定义分子无规则运动的动能分子间有作用力，由分子间相对位置决定的势能物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和影响因素微观分子热运动的剧烈程度分子距离分子热运动剧烈程度分子距离分子个数宏观温度体积温度

体积

质量分子动能、势能及内能的比较选择性必修三例1.两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0，相距很远的两分子仅在分子力作用下，由静止开始相互靠近．若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法中正确的是(

)A．在r＝r0时，分子势能为零B．在r＝r0时，分子势能最小，但不为零C．在r>r0阶段，分子势能一直减小D．在r<r0阶段，分子势能先减小后增加选择性必修三例2.对于物体内能的理解，下列说法正确的是(

)A.一定量气体的内能等于其所有分子热运动的动能和分子之间势能的总和B.做加速运动的物体，由于速度越来越大，因此物体分子的平均动能越来越大C.内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同D.物体的内能跟物体的温度和体积有关E.物体温度改变时，物体分子的平均动能不一定改变ACD选择性必修三例3.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A选择性必修三例4.(多选)关于内能下，下列说法正确的是（

）A.相同质量的两种物体，升高相同的温度，内能的增量一定相同B.一定质量的0℃水结0℃成冰，内能一定减小C.一定质量气体的体积增大，但既不吸热也不放热，能能一定减小D.相同质量的两个物体，运动物体

的内能一定大于静止的物体的内能BC课后练习【例题】相同质量的氧气和氢气温度相同，下列说法正确的是()A.每个氧分子的动能都比氢分子的动能大B.每个氢分子的速率都比氧分子的速率大C.两种气体的分子平均动能一定相等D.两种气体的分子平均速率一定相等【例题】(多选)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【例题】(多选)如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间的距离的关系如图中曲线所示。F＞0为斥力，F＜0为引力。a、b、c、d为x轴上四个特定的位置。现把乙分子从a处由静止释放，则()A.乙分子由a到b做加速运动，由b到c做减速运动B.乙分子由a到c做加速运动，到达c时速度最大C.乙分子由a到b的过程中，两分子间的分子势能一直减小D.乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能一直增大【例题】(多选)关于分子势能，下列说法正确的是()A.分子间表现为引力时，分子间距离越小，分子势能越小B.分子间表现为斥力时，分子间距离越小，分子势能越小C.物体在热胀冷缩时，分子势能发生变化D.物体在做自由落体运动时，分子势能越来越小【例题】（多选）：1g100℃的水与1g100℃的水蒸气相比较，下列说法正确的是（）A.分子的平均动能与分子的总动能都相同B.分子的平均动能相同，分子的总动能不同C.内能相同D.1g100℃的水的内能小于1g100℃的水蒸气的内能【例题】以下说法正确的是()A.机械能为零、内能不为零是可能的B.温度相同，质量相同的物体具有相同的内能C.物体的速度增大时，物体的内能可能减小D.分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能E.物体的速度增大时，物体的内能增大判一判概念辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)物体的温度升高时，物体每个分子的动能都大． ()(2)当分子力做正功时，分子势能一定减小． ()(3)当分子间距离为r<r0时，分子力为斥力，这时减小分子间的距离，分子势能增大． ()(4)物体运动的越快，其内能一定越大． ()(5)物体的温度和体积变化时，内能一般要发生改变． ()【例题】下列关于物体内能的说法正确的是（

）A.一个分子的动能和分子势能的总和叫作该分子的内能B.物体中所有分子热运动动能和分子势能的总和叫作物体的内能C.当一个物体的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化D.温度高的物体一定比温度低的物体内能大【例题】下列四幅图中，能正确反映分子间作用力f和分子势能Ep

随分子间距离

r

变化关系的图线是(

)【例题】如图所示，玻璃瓶A、B中装有质量相等、温度分别为60℃的热水和0℃的冷水，下列说法正确的是（）A．温度是分子平均动能的标志，所以A瓶中水分子的平均动能比B瓶中水分子的平均动能大B．温度越高，布朗运动越显著，所以A瓶中水分子的布朗运动比B瓶中水分子的布朗运动更显著C．因质量相等，故A瓶中水的内能与B瓶中水的内能一样大D．A瓶中水的体积比B瓶中水的体积大【例题】关于温度与分子动能的关系，下列说法正确的是（

）A.某物体的温度为0℃，说明物体中分子的平均动能为零B.温度是