分子动能和分子势能+2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

第一章分子动理论4．分子动能和分子势能课前预习反馈

知识点

11．分子动能做________的分子也具有动能，这就是分子动能。2．分子的平均动能热现象研究的是大量分子运动的整体表现，重要的不是系统中某个分子的动能大小，而是所有分子的动能的平均值，叫作分子热运动的__________。3．温度的微观解释温度是物体分子热运动__________的标志。说明：温度相同，分子平均动能相等，而不同种类的分子平均速率不相等。分子动能热运动平均动能平均动能『判一判』(1)物体的温度升高时，物体每个分子的动能都增大。(

)××『想一想』物体的温度升高时，物体每个分子的动能都增大吗？提示：温度是分子平均动能的标志，不是某个分子动能大小的标志。物体温度升高时，物体每个分子的动能不一定都增大，但物体分子的平均动能会增大。知识点

21．定义：分子间存在相互作用力，可以证明分子间的作用力所做的功与路径______，分子组成的系统具有__________。2．决定因素(1)宏观上：分子势能的大小与物体的______有关。(2)微观上：分子势能与分子间的______有关。分子势能无关分子势能体积距离3．分子势能与分子间距离的关系(1)当r>r0时，分子力表现为______，若r增大，需克服引力做功，分子势能______。(2)当r<r0时，分子力表现为______，若r减小，需克服斥力做功，分子势能______。(3)当r＝r0时，分子力为零，分子势能______。引力增加斥力增加最小『判一判』(3)当分子力做正功时，分子势能一定减小。(

)(4)分子势能可以为正值、负值、零。(

)(5)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。(

)√√√『想一想』分子势能和重力势能一样是有正值、负值和0吗？提示：分子势能也是相对的，取决于你所选取的参考位置。一般取无穷远处的势能为0，所以分子势能有0、正值和负值。知识点

31．定义：物体中所有分子的____________与__________的总和。2．内能的普遍性：组成任何物体的分子都在做_______________，所以任何物体都具有内能。3．决定因素(1)物体所含的分子总数由__________决定。(2)分子的热运动平均动能由______决定。(3)分子势能与物体的______有关，故物体的内能由__________、______、______共同决定，同时受物态变化的影响。注意：物体的内能与机械能无关。物体的内能热运动动能分子势能无规则的热运动物质的量温度体积物质的量温度体积『判一判』(6)一个分子的动能和分子势能的总和叫作该分子的内能。(

)(7)物体的温度和体积变化时，内能一般会发生改变。

(

)×√『选一选』关于内能，下列说法正确的是(

)A．物体的内能是物体动能和势能的总和B．物体的内能是物体内分子平均动能和分子势能的总和C．温度高的物体一定比温度低的物体内能大D．内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同答案：D解析：内能是物体所有分子热运动动能和分子势能的总和，故A、B错误；物体内能由物质的量、物体温度与物体体积共同决定，温度高的物体不一定比温度低的物体内能大，故C错误；内能不同的物体，它们的温度相同时，分子热运动的平均动能就相同，故D正确。『想一想』物体运动得越快，其内能就越大吗？静止在地面上的物体，内能为0吗？提示：物体运动得越快，物体动能越大，但这个动能与内能无关，故其内能不一定越大。静止在地面上的物体，如果以地面作为零势能面，那么这个物体的机械能为0，但这个物体里的分子却始终处在永不停息的热运动中，物体的内能不为0。课内互动探究探究

分子动能要|点|提|炼1．单个分子的动能(1)物体由大量分子组成，每个分子都有分子动能且不为零。(2)分子在永不停息地做无规则热运动，每个分子动能大小不同并且时刻在变化。(3)热现象是大量分子无规则运动的统计规律，对个别分子的运动没有实际意义。2．分子的平均动能(1)温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义。温度升高，分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大。个别分子动能可能增大也可能减小，个别分子甚至几万个分子热运动的动能大小不受温度影响，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的。(2)只要温度相同，任何物质分子的平均动能都相同。由于不同物质的分子质量不一定相同，所以同一温度下，不同物质分子运动的平均速率大小一般不相同。典|例|剖|析1．关于物体的温度与分子动能的关系，正确的说法是(

)A．某种物体的温度是0℃说明物体中分子的平均动能为零B．物体温度降低时，每个分子的动能都减小C．物体温度升高时速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多D．物体的运动速度越大，则物体的温度越高解题指导：由于分子处在永不停息的无规则运动中，分子的平均动能永远不会为零，温度取决于分子热运动的剧烈程度，与物体宏观有序的运动速度大小无关。答案：C解析：温度是分子平均动能的标志。温度是0℃，物体中分子的平均动能并非为零，因为分子无规则运动不会停止，A错误；温度降低时分子的平均动能减小，并非每个分子动能都减小，B错误；物体温度升高时，分子的平均动能增大，分子的平均速率增大，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多，C正确；物体的运动速度增大，宏观机械能(动能)增大，但物体内分子的热运动不一定加剧，温度不一定升高，D错误。在温度相同的条件下，下列有关氧气、氮气分子的说法正确的是(

)A．每一个氧分子和每一个氮分子的动能相同B．1克氧气分子动能之和与1克氮气分子动能之和相等C．1摩尔氧气分子动能总和与1摩尔氮气分子动能总和相等D．1摩尔氧气分子动能总和大于1摩尔氮气分子动能总和答案：C解析：温度相同，表明氧气分子和氮气分子平均动能相等，若质量相同则氮气分子数多，氮气分子总动能大，故B错误；每个氧分子和每个氮分子动能无法比较，分子平均动能是对系统而言的，对单个分子无意义，故A错误；温度相同，分子平均动能相同，1摩尔氧气与1摩尔氮气所含有的分子数相同，分子动能总和相同，故C正确，D错误。对点训练❶探究

分子势能要|点|提|炼1．分子势能的变化规律及判断依据分子力做正功，分子势能减少，分子力做了多少正功，分子势能就减少多少；分子力做负功，分子势能增加，克服分子力做了多少功，分子势能就增加多少。(1)r>r0时，r增大，分子力做负功，分子势能增加，反之，减少。(2)r<r0时，r增大，分子力做正功，分子势能减少，反之，增加。(3)r→∞(r>10r0)时，分子势能为零。(4)r＝r0时，分子力F＝0，分子势能最小。2．分子势能的“弹簧—小球”模型分子势能随分子间距离的变化类似于弹簧—小球模型，弹簧的原长相当于分子间的距离r0。弹簧在原长的基础上无论拉伸还是压缩，势能都会增加。3．分子势能曲线分子势能曲线如图所示，规定无穷远处分子势能为零。分子间距离从无穷远逐渐减小至r0的过程，分子间的合力为引力，合力做正功，分子势能不断减小，其数值将比零还小，为负值。当分子间距离到达r0以后再继续减小，分子作用的合力为斥力，在分子间距离减小过程中，合力做负功，分子势能增大，其数值将从负值逐渐变大至零，甚至为正值，故r＝r0时分子势能最小。4．分子势能与体积的关系由于物体分子间距离变化的宏观表现为物体的体积变化，所以微观的分子势能变化对应于宏观的物体体积变化。例如，同样是物体体积增大，有时体现为分子势能增加(在r>r0范围内)；有时体现为分子势能减少(在r<r0范围内)；一般我们说，物体体积变化了，其对应的分子势能也变化了。但分析与判定的关键要看体积变化过程中分子力是做正功，还是做负功。典|例|剖|析2．甲分子固定在坐标原点O，只在两分子间作用力的作用下，乙分子沿x轴方向运动，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离x的变化如图所示，下列说法正确的是(

)A．乙分子在P点(x＝x2)时加速度最大B．乙分子在P点(x＝x2)时动能最大C．Q点(x＝x1)为乙分子的平衡位置D．乙分子在Q点(x＝x1)时分子势能最小答案：B解析：由题图可知，乙分子在P点(x＝x2)时，分子势能最小，此时分子处于平衡位置，分子引力与分子斥力大小相等，合力为零，加速度为零，故A、C错误；乙分子在P点(x＝x2)时，分子势能最小，由能量守恒定律可知，分子动能最大，故B正确；由题图可知，乙分子在Q点时分子势能为零，大于乙分子在P点的分子势能，因此乙分子在Q点时分子势能不是最小的，故D错误。

(2024·江苏扬州高二阶段练习)如图所示，将甲分子固定于坐标原点，乙分子从a处由静止释放(仅考虑分子间作用力)，下列说法正确的是(

)A．乙分子从a到b分子势能增加B．乙分子从b到c分子间作用力减小C．乙分子位于b处时，速度最大D．乙分子可以b为平衡位置在a、c间做往复运动答案：C对点训练❷解析：两分子处于平衡位置r0处时分子势能最小。由图像可知，乙分子从a到b分子势能减小，故A错误；乙分子从b到c分子间作用力先增大后减小，故B错误；从a到b甲分子对乙分子力的合力为斥力，做正功，动能增大，速度增大，从b到c乙分子位于b处时，甲分子对乙分子力的合力为引力，做负功，动能减小，速度减小，乙分子位于b处时，速度最大，故C正确；乙分子到达无限远时速度为零，乙分子不会以b为平衡位置在a、c间做往复运动，故D错误。探究

物体的内能要|点|提|炼1．内能与机械能的区别和联系项目内能机械能对应的运动形式微观分子热运动宏观物体的机械运动能量常见形式分子动能、分子势能物体动能、重力势能或弹性势能项目内能机械能能量存在的原因物体内大量分子的热运动和分子间存在相互作用力由于物体做机械运动和物体发生弹性形变或被举高影响因素物质的量、物体的温度和体积物体的质量和机械运动的速度、离地高度(或相对于参考平面的高度)或弹性形变量能否为零永远不能等于零一定条件下可以等于零联系在一定条件下可以相互转化2．物态变化对内能的影响一些物质在物态发生变化时，例如冰的熔化、水在沸腾时变为水蒸气，温度不变，此过程中分子的平均动能不变，由于分子间的距离变化，分子势能变化，所以物体的内能变化。(1)热能是内能通俗而不确切的说法，热量是物体在热传递过程中内能转移的多少。(2)物体的内能增加，温度不一定升高，物体的内能减少，温度不一定降低，温度不变，内能可能改变。典|例|剖|析3．(多选)下列说法中正确的是(

)A．如果取水平地面为零势能面，则静止在水平地面上的物体的机械能和内能都为零B．如果取水平地面为零势能面，则静止在水平地面上的物体的机械能为零，内能不为零C．一个装有气体的绝热密封容器做匀速运动，如果使容器突然停止运动，则气体的温度要升高D．一个装有气体的绝热密封容器做匀速运动，如果使容器突然停止运动，则气体的温度保持不变答案：BC解析：如果取水平地面为零势能面，则静止在水平地面上的物体的机械能为零，但是内能不为零，故A错误，B正确；宏观物体运动的动能与微观分子运动的动能无关，一个装有气体的绝热密封容器做匀速运动，如果使容器突然停止运动，虽然容器的动能变为零，但是容器内气体的分子由于惯性继续向前，碰撞容器壁，气体分子运动剧烈，温度升高，故C正确，D错误。(多选)关于物体的内能，下列说法正确的是(

)A．相同质量的两种不同物质，升高相同的温度，内能的增量一定相同B．物体的内能改变时温度不一定改变C．内能与物体的温度有关，所以0℃的物体内能为零D．分子数和温度相同的物体不一定具有相同的内能答案：BD对点训练❸解析：相同质量的两种不同物质的物质的量可能不同，进而可知分子数可能不同，故升高相同的温度时(分子平均动能的变化量相同)，其分子总动能的变化量不一定相同，且不知道分子势能如何变化，故其内能的增量可能不相同，选项A错误；物体内能改变时，可能是分子势能改变，因此温度不一定改变，选项B正确；分子永不停息地做无规则运动，故物体的内能不可能为零，选项C错误；物体的内能与分子数、温度和体积等有关，分子数和温度相同，体积不同的物体，内能可能不同，选项D正确。核心素养提升比较物体内能的大小和判断物体内能改变的方法具体比较和判断时，必须抓住物体内能的大小与分子数目有关、与温度有关、与物体的体积及物态等因素有关，结合能量转化和守恒定律，综合进行分析。(1)当物体质量m一定时(相同物质的摩尔质量M相等)，物体所含分子数n就一定。(2)当物体温度一定时，物体内部分子的平均动能就一定。(3)当物体的体积不变时，物体内部分子间的相对位置就不变，分子势能就不变。(4)当物体发生物态变化时，要吸收或放出热量，物体的内能也随之变化。甲、乙两名同学对0℃的水和0℃的冰进行了如下争论：甲说：“冰和水的温度相同，所以分子平均动能相等。质量相同时，冰的体积大，因此冰的分子势能大，所以说冰的内能大于水的内能。”乙说：“0℃的水变成0℃的冰需要向外界放出热量，在质量相同的情况下，水的内能大于冰的内能。”请你判断一下甲、乙两名同学谁的说法是正确的？答案：乙同学的说法正确。解析：甲同学认为冰的体积大，分子势能大，这是错误的说法(冰的体积大的主要原因在于宏观的冰晶粒间空隙大)。分子势能大小与体积有关，但二者并不一定成正相关。0℃的冰变为0℃的水需吸热，故水的内能大，它们相同的物理量是分子平均动能，不同的物理量是分子势能，显然水的分子势能大。案例课堂达标检测一、分子动能1．(多选)有一铜块的温度升高了，下列说法中正确的是(

)A．铜块内所有分子的动能都增大了B．铜块内分子的平均动能增大了C．铜块内某些分子的动能可能减小了D．铜块内分子的平均速率增大了答案：BCD解析：温度是分子热运动平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增大，平均速率也增大，但并不能说明每个分子的动能都变大，研究单个分子动能无意义，B、C、D正确。2．若一气泡从湖底上升到湖面的过程中，温度保持不变，体积增大，则在此过程中关于气泡中的气体，下列说法中正确的是(

)A．气体分子间的作用力增大B．气体分子的平均速率增大C．气体分子的平均动能减小D．气体分子的平均动能不变答案：D解析：气泡在上升的过程中，内部气体温度不变，气体分子的平均动能不变，平均速率不变，体积增大，气体分子间的作用力减小，故D正确。二、分子势能3．(多选)用r表示两个分子间的距离，Ep表示两个分子间的势能，当r＝r0时，两个分子间引力等于斥力，设两分子间距离很远时，Ep＝0，则(

)A．当r0<r<10r0时，Ep随r的增大而增大B．当r<r0时，Ep随r的减小而增大C．当r＝r0时，Ep最小D．当r＝r0时，EP＝0答案：ABC解析：当r>r0时，分子力的合力为引力，距离增大时，需要克服分子引力做功，所以分子势能Ep增大；当r<r0时，分子力的合力为斥力，距离r减小时，需要克服分子斥力做功，分子势能也要增大。由上述分析可知，从r＝r0出发，无论增大距离r还是减小距离r，分子势能均增大，所以在r＝r0处，分子势能最小。由于题中已规定两分子距离很远时，Ep＝0，所以r＝r0处一定是Ep<0。4．下列关于分子力和分子势能的说法正确的是(

)A．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大B．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小C．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大D．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小答案：C解析：当分子力表现为引力时，分子间距离增大，分子力可能先增大后减小，也可能一直减小，分子力做负功，分子势能增大，故A、B错误；当分子力表现为斥力时，分子间距离减小，分子力增大，分子力做负功，分子势能增大，故C正确，D错误。三、物体的内能5．下列叙述正确的是(

)A．分子的动能与分子的势能之和，叫作这个分子的内能B．物体的内能由物体的动能和势能决定C．物体做加速运动时，其内能也一定增大D．物体的动能减小时，其温度可能升高答案：D解析：内