第一章 分子动理论 解析根据气体分子的运动规律可以知道，在某一温度 挑战·创新 下，大多数分子的速率是比较接近的，少数分子的速率大 或速率小，所以形成的图像应该是中间多，两边少的情况， 对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度 温度高则分子速率大的占多教。故选项C正确。 进行研究，找出其内在联系，从而更加深刻地理解其物理 5.气体能够充满密闭容器，说明气体分子除相互碰撞的短暂 本质。在正方体密闭容器中有大量某种气体的分子，每个 时间外() 分子质量为m,单位体积内分子数量n为恒量。为简化问 A.气体分子可以做布朗运动 题，我们假定：分子大小可以忽略：分子速率均为，且与器 B.气体分子沿各个方向运动的机会（概率）相等 壁各面碰撞的机会均等：分子与器壁碰撞前后瞬间，速度方 C.气体分子可以自由运动 向都与器壁垂直，且速率不变。 D.气体分子间的相互作用力十分微弱 (1)求一个气体分子与器壁碰撞一次给器壁的冲量I的大小。 答案BCD (2)每个分子与器壁各面碰撞的机会均为六分之一。请计 算在△士时间内，与面积为S的器壁发生碰撞的分子 解析布朗运动是指悬浮颗粒因受分子披击作用不平衡 个数N。 而做无规则的运动，选项A错误：气体分子不停地做无规 (3)大量气体分子对容器壁持续频繁地撞击就形成了气体 则热运动，其分子间的距离大于10r。,因此气体分子间除 的压强。对在△时间内，与面积为S的器壁发生碰 相互碰撞的短暂时间外，相互作用力十分微弱，分子的运 撞的分子进行分析，结合第(1)(2)两问的结论，推导出 动是相对自由的，可以充满所能达到的整个空间，故选项 气体分子对器壁的压强p与m、n和v的关系式。 C、D正确。 答案(1)2mu 6.一切物体的分子都在做永不停息的无规则热运动，但大量 分子的运动却有一定的统计规律。氧气分子在0℃或 (2 6nSu△ 100℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分 1 比（以下简称占比）随气体分子速率的变化如图中两条曲 (3)p-mm 线所示。对于图线的分析，下列说法正确的是( 解析(1)以气体分子为研究对象，以分子碰撞器壁时的 单位速率间隔的分子数 速度方向为正方向。 占总分子数的百分比 根据动量定理有一I'=一mu一mv=一2mw 由牛顿第三定律可知，分子受到的冲量与分子给器壁 的冲量大小相等、方向相反。 所以，一个分子与器壁碰撞一次给器壁的冲量为【= 2mu。 (2)如图所示，以器壁的面积S为底、以v△为高构 成柱体。 2004006008000/m·s-) A.温度升高，所有分子的速率都增大 B.虚线代表氧气分子在100℃温度下单位速率间隔的分 子数占总分子数的百分比 C.100℃温度下，速率在200-300m/s的那一部分分子 -1 占比较0℃的占比少 D.100℃温度下氧气分子平均速率比0℃温度下氧气分 子平均速率大 由题设条件可知，柱体内的分子在山时间内有日与 答案CD 器壁S发生碰撞，则碰撞分子总数为N=6nS0M。 解析温度升高，分子的平均速率变大，并非所有分子的 (3)在△t时间内，设N个分子对面积为S的器壁产 速率都增大，选项A错误：由题图可知，实线对应的最大 生的作用力为F 比例的速率区间内分子速率大，说明实线对应的温度高， 则N个分子对器壁产生的冲量F△=NI 为100℃时的情形，由题图可知，速率在200~300m/s的 F 那一部分分子占比较0℃的占比少，选项B错误，C正确： 根据压强的定义p= 由题图可知，实线所对应的图线“腰粗”，对应的分子平均 速率较大，选项D正确。 解得气体分子对器壁的压强p=3m。 21
第一章 分子动理论 解析 根据气体分子的运动规律可以知道,在某一温度 下,大多数分子的速率是比较接近的,少数分子的速率大 或速率小,所以形成的图像应该是中间多,两边少的情况, 温度高则分子速率大的占多数。故选项C正确。 5.气体能够充满密闭容器,说明气体分子除相互碰撞的短暂 时间外( ) A.气体分子可以做布朗运动 B.气体分子沿各个方向运动的机会(概率)相等 C.气体分子可以自由运动 D.气体分子间的相互作用力十分微弱 答案 BCD 解析 布朗运动是指悬浮颗粒因受分子撞击作用不平衡 而做无规则的运动,选项 A错误;气体分子不停地做无规 则热运动,其分子间的距离大于10r0,因此气体分子间除 相互碰撞的短暂时间外,相互作用力十分微弱,分子的运 动是相对自由的,可以充满所能达到的整个空间,故选项 C、D正确。 6.一切物体的分子都在做永不停息的无规则热运动,但大量 分子的运动却有一定的统计规律。氧气分子在0 ℃或 100℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分 比(以下简称占比)随气体分子速率的变化如图中两条曲 线所示。对于图线的分析,下列说法正确的是( ) A.温度升高,所有分子的速率都增大 B.虚线代表氧气分子在100℃温度下单位速率间隔的分 子数占总分子数的百分比 C.100℃温度下,速率在200~300m/s的那一部分分子 占比较0℃的占比少 D.100℃温度下氧气分子平均速率比0℃温度下氧气分 子平均速率大 答案 CD 解析 温度升高,分子的平均速率变大,并非所有分子的 速率都增大,选项 A 错误;由题图可知,实线对应的最大 比例的速率区间内分子速率大,说明实线对应的温度高, 为100℃时的情形,由题图可知,速率在200~300m/s的 那一部分分子占比较0℃的占比少,选项B错误,C正确; 由题图可知,实线所对应的图线“腰粗”,对应的分子平均 速率较大,选项D正确。 挑战 创新 对于同一物理问题,常常可以从宏观与微观两个不同角度 进行研究,找出其内在联系,从而更加深刻地理解其物理 本质。在正方体密闭容器中有大量某种气体的分子,每个 分子质量为m,单位体积内分子数量n为恒量。为简化问 题,我们假定:分子大小可以忽略;分子速率均为v,且与器 壁各面碰撞的机会均等;分子与器壁碰撞前后瞬间,速度方 向都与器壁垂直,且速率不变。 (1)求一个气体分子与器壁碰撞一次给器壁的冲量I的大小。 (2)每个分子与器壁各面碰撞的机会均为六分之一。请计 算在Δt时间内,与面积为S 的器壁发生碰撞的分子 个数N。 (3)大量气体分子对容器壁持续频繁地撞击就形成了气体 的压强。对在Δt时间内,与面积为S 的器壁发生碰 撞的分子进行分析,结合第(1)(2)两问的结论,推导出 气体分子对器壁的压强p 与m、n和v的关系式。 答案 (1)2mv (2) 1 6 nSvΔt (3)p= 1 3 nmv2 解析 (1)以气体分子为研究对象,以分子碰撞器壁时的 速度方向为正方向。 根据动量定理有-I'=-mv-mv=-2mv 由牛顿第三定律可知,分子受到的冲量与分子给器壁 的冲量大小相等、方向相反。 所以,一个分子与器壁碰撞一次给器壁的冲量为I= 2mv。 (2)如图所示,以器壁的面积S 为底、以vΔt为高构 成柱体。 由题设条件可知,柱体内的分子在 Δt时间内有 1 6 与 器壁S 发生碰撞,则碰撞分子总数为N= 1 6 nSvΔt。 (3)在Δt时间内,设N 个分子对面积为S 的器壁产 生的作用力为F 则N 个分子对器壁产生的冲量FΔt=NI 根据压强的定义p= F S 解得气体分子对器壁的压强p= 1 3 nmv2。 21
物理 选择性必修第三册 配人教版 4.分子动能和分子势能 素养·目标定位 目标素养 知识概览 份子动能温度是分子平均动能的标志 1.知道分子的动能和温度的微观含义。 内 份子势能 宏观上与物体体积有关 2.通过类比重力做功的特点及重力势能，了解分子势 能 微观上决定于分子之间的距离 能，知道分子的势能跟物体的体积有关，知道分子 势能随分子间距离变化而变化的定性规律。 内能和机械能的区别 用 3.知道什么是物体的内能，物体的内能与哪个宏观量 有关，能区别物体的内能和机械能。 分子力做功对应分子势能的变化 内能与温度、体积的对应关系 课前·基础认知 一、分子动能 二、分子势能 1.分子动能。 定义：由分子间的分子力和分子间的相互位置 做热运动的分子跟运动的物体一样也具有动能，这就是 决定的能 分子动能。 (宏观上：分子势能的大小与物体的体积 2.分子的平均动能。 决定有关 热现象研究的是大量分子运动的宏观表现，重要的不 因素]微观上：分子势能与分子之间的距离 是系统中某个分子的动能大小，而是所有分子的动能的平 分 有关 均值，这个平均值叫作分子热运动的平均动能。 当r>r。时，分子间作用力表现为引力， 3.温度的微观解释。 若r增大，需克服引力做功，分子势能 物体的温度是它的分子热运动平均动能的标志。 分子势 增加 微思考在热现象的研究中，为什么研究单个分子 能与分 当r<r。时，分子间作用力表现为斥力， 的动能没有意义，而是要研究所有分子的动能的平均值？ 子间距 若r诚小，需克服斥力做功，分子势 提示物体内分子是大量的，各个分子的速度大小不 离的关系 能增加 同，因此，每个分子的动能大小不同，并且还在不断地改变。 当r=r。时，分子间作用力为零，分子 热现象是大量分子热运动的结果，因此研究单个分子运动的 势能最小 动能没有意义，而是要研究大量分子运动的平均动能。 ·微思考2在宏观上，物体的分子势能与物体的体积 微训练一杯水含有大量的水分子，若杯中水的温 有关，当物体的体积增大时，分子势能一定增大吗？ 度升高，则() 提示不一定。当分子间距离小于平衡距离时，物体的 A.每个水分子的动能改变量均相同 体积增大，分子间距离增大，分子间作用力做正功，分子势能 B.只有个别水分子动能增大 减小。 C.所有水分子的动能都增大 ·微训练2两分子间的斥力和 D.水分子的平均动能增大 引力的合力F与分子间距离x的关 答案D 系如图中曲线所示，曲线与r轴交点 解析水的温度升高，即其内部的水分子运动越剧烈， 的横坐标为r。相距很远的两分子 水分子的平均动能增大，其内能增加，这是统计规律，对个别 在分子力作用下，由静止开始相互接 分子不适用。故选项D正确，A、B、C错误。 近。若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的 是() 22
物 理 选择性必修 第三册 配人教版 4.分子动能和分子势能 素养·目标定位 目 标 素 养 知 识 概 览 1.知道分子的动能和温度的微观含义。 2.通过类比重力做功的特点及重力势能,了解分子势 能,知道分子的势能跟物体的体积有关,知道分子 势能随分子间距离变化而变化的定性规律。 3.知道什么是物体的内能,物体的内能与哪个宏观量 有关,能区别物体的内能和机械能。 课前·基础认知 一、分子动能 1.分子动能。 做热运动的分子跟运动的物体一样也具有动能,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 宏观表现 ,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 ,这个平均值叫作分子热运动的平均动能。 3.温度的微观解释。 物体的温度是它的分子热运动平均动能的 标志 。 微思考 1 在热现象的研究中,为什么研究单个分子 的动能没有意义,而是要研究所有分子的动能的平均值? 提示 物体内分子是大量的,各个分子的速度大小不 同,因此,每个分子的动能大小不同,并且还在不断地改变。 热现象是大量分子热运动的结果,因此研究单个分子运动的 动能没有意义,而是要研究大量分子运动的平均动能。 微训练 1 一杯水含有大量的水分子,若杯中水的温 度升高,则( ) A.每个水分子的动能改变量均相同 B.只有个别水分子动能增大 C.所有水分子的动能都增大 D.水分子的平均动能增大 答案 D 解析 水的温度升高,即其内部的水分子运动越剧烈, 水分子的平均动能增大,其内能增加,这是统计规律,对个别 分子不适用。故选项D正确,A、B、C错误。 二、分子势能 分 子 势 能 定义:由分子间的分子力和分子间的 相互位置 决定的能 决定 因素 宏观上:分子势能的大小与物体的 体积 有关 微观上:分子势能与分子之间的 距离 有关 分子势 能与分 子间距 离的关系 当r>r0 时,分子间作用力表现为引力, 若r增大,需克服引力做功,分子势能 增加 当r<r0 时,分子间作用力表现为斥力, 若r减小,需克服斥力做功,分子势 能 增加 当r=r0 时,分子间作用力为零,分子 势能最小 微思考 2 在宏观上,物体的分子势能与物体的体积 有关,当物体的体积增大时,分子势能一定增大吗? 提示 不一定。当分子间距离小于平衡距离时,物体的 体积增大,分子间距离增大,分子间作用力做正功,分子势能 减小。 微训练 2 两分子间的斥力和 引力的合力F 与分子间距离r 的关 系如图中曲线所示,曲线与r轴交点 的横坐标为r0。相距很远的两分子 在分子力作用下,由静止开始相互接 近。若两分子相距无穷远时分子势能为零,下列说法正确的 是( ) 22
第一章 分子动理论 A在>r。阶段，F做正功，分子动能增加，分子势能 热运动，所以任何物体都具有内能。 增加 3.决定因素。 B.在r<r。阶段，F做负功，分子动能减小，分子势能也 (1)物体所含的分子总数由物质的量决定。 减小 (2)分子热运动的平均动能由温度决定。 C.在r=r。时，分子势能最小，动能最大 (3)分子势能与物体的体积有关。 D.在r=r。时，分子势能为零 物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定，同时受物 答案C 态变化的影响。 解析r大于r。时，分子间作用力表现为引力，相互靠 微训练3（多选）下列说法正确的是() 近时F做正功，分子动能增加，分子势能减小，故选项A错 A.分子在做永不停息的无规则运动，所以分子具有 误：当r小于r。时，分子间的作用力表现为斥力，相互靠近 动能 时F做负功，分子动能减小，分子势能增大，故选项B错误： B.分子间存在相互作用力，所以分子具有势能 由以上分析可知，当r等于r。时，分子势能最小，动能最大： C.分子的动能和势能之和叫物体的机械能 若两分子相距无穷远时分子势能为零，r等于r。时，分子势 D.内能包括物体内所有分子动能和势能 能不为零，故选项C正确，D错误。 答案ABD 三、物体的内能 解析分子在做永不停息的无规则运动，所以分子具有 1.定义：物体中所有分子的热运动动能与分子势能 动能，选项A正确：分子间存在相互作用力，所以分子间具 的总和。 有势能，选项B正确；物体内所有分子的动能和势能之和叫 2.内能的普遍性：组成任何物体的分子都在做无规则的 物体的内能，选项C错误，D正确。 课堂 重难突破 一分子动能 典例剖析 重难归纳 相同质量的氧气和氢气温度相同，下列说法正确的是 () 1分子动能：组成物体的分子由于热运动而具有的能。 A.每个氧分子的动能都比氢分子的动能大 2.分子平均动能：物体里所有分子动能的平均值。 B.每个氢分子的速率都比氧分子的速率大 3.温度的微观意义：温度是分子热运动的平均动能的 C.两种气体的分子平均动能一定相等 标志。 D.两种气体的分子平均速率一定相等 4.分子动能与温度的关系。 答案C (1)单个分子的动能：物体由大量分子组成，每个分子都 有分子动能。物体中分子热运动的速率大小不一，所以各个 解析温度是分子平均动能的标志，氧气和氢气的温度 分子的动能也有大有小，而且在不断改变，单个分子的动能 相同，其分子的平均动能应相同，故选项C正确：但分子的 没有意义。 运动速率有的大、有的小，各个分子的动能并不相同，只是所 (2)分子的平均动能。 有分子的动能的平均值相同，故选项A,B错误：两种分子的 ①热现象研究的是大量分子运动的宏观表现，有意义的 分子质量不同，则平均速率不同，故选项D错误。 是物体内所有分子热运动的平均动能。 误区警示 ②温度是分子平均动能的标志，在相同温度下，各种物 1温度是分子平均动能的标志，温度只与 质分子的平均动能都相同，由于不同物质分子的质量不一定 物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对 相同，因此相同温度时不同物质分子的平均速率不一定 应，与单个分子的动能没有关系。 相同。 2.每个分子都有分子动能且不为零，热现象是大量 ③温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计 分子无规则运动的统计结果，个别分子动能设有实际 规律。温度升高，分子平均动能增大，但不是每一个分子的 意义。 动能都增大。 3.温度高的物体，分子的平均速率不一定大，还与分 ?情境体验 子质量有关。 运动的铁球速度越来越大，则铁分子的平均动能越来越 大，这种说法对吗？ 学以致用 提示不对。铁球的速度变大，是指其机械运动的速 两个相同的容器中，分别盛有质量相等、温度相同的氧 度，即其机械运动的动能变大，而分子平均动能是指分子热 气和氮气，则它们的( 运动的动能，与温度有关。 A.压强相等 B.分子运动的平均速率相等 23
第一章 分子动理论 A.在r>r0 阶段,F 做正功,分子动能增加,分子势能 增加 B.在r<r0 阶段,F 做负功,分子动能减小,分子势能也 减小 C.在r=r0 时,分子势能最小,动能最大 D.在r=r0 时,分子势能为零 答案 C 解析 r大于r0 时,分子间作用力表现为引力,相互靠 近时F 做正功,分子动能增加,分子势能减小,故选项 A 错 误;当r小于r0 时,分子间的作用力表现为斥力,相互靠近 时F 做负功,分子动能减小,分子势能增大,故选项B错误; 由以上分析可知,当r等于r0 时,分子势能最小,动能最大; 若两分子相距无穷远时分子势能为零,r等于r0 时,分子势 能不为零,故选项C正确,D错误。 三、物体的内能 1.定义:物体中所有分子的热运动 动能 与 分子势能 的总和。 2.内能的普遍性:组成任何物体的分子都在做无规则的 热运动,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 物质的量 决定。 (2)分子热运动的平均动能由 温度 决定。 (3)分子势能与物体的 体积 有关。 物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定,同时受物 态变化的影响。 微训练 3 (多选)下列说法正确的是( ) A.分子在做永不停息的无规则运动,所以分子具有 动能 B.分子间存在相互作用力,所以分子具有势能 C.分子的动能和势能之和叫物体的机械能 D.内能包括物体内所有分子动能和势能 答案 ABD 解析 分子在做永不停息的无规则运动,所以分子具有 动能,选项 A正确;分子间存在相互作用力,所以分子间具 有势能,选项B正确;物体内所有分子的动能和势能之和叫 物体的内能,选项C错误,D正确。 课堂·重难突破 一 分子动能 重难归纳 1.分子动能:组成物体的分子由于热运动而具有的能。 2.分子平均动能:物体里所有分子动能的平均值。 3.温度的微观意义:温度是分子热运动的平均动能的 标志。 4.分子动能与温度的关系。 (1)单个分子的动能:物体由大量分子组成,每个分子都 有分子动能。物体中分子热运动的速率大小不一,所以各个 分子的动能也有大有小,而且在不断改变,单个分子的动能 没有意义。 (2)分子的平均动能。 ①热现象研究的是大量分子运动的宏观表现,有意义的 是物体内所有分子热运动的平均动能。 ②温度是分子平均动能的标志,在相同温度下,各种物 质分子的平均动能都相同,由于不同物质分子的质量不一定 相同,因此相同温度时不同物质分子的平均速率不一定 相同。 ③温度是大量分子无规则热运动的宏观表现,具有统计 规律。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。 运动的铁球速度越来越大,则铁分子的平均动能越来越 大,这种说法对吗? 提示 不对。铁球的速度变大,是指其机械运动的速 度,即其机械运动的动能变大,而分子平均动能是指分子热 运动的动能,与温度有关。 典例剖析 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 答案 C 解析 温度是分子平均动能的标志,氧气和氢气的温度 相同,其分子的平均动能应相同,故选项 C正确;但分子的 运动速率有的大、有的小,各个分子的动能并不相同,只是所 有分子的动能的平均值相同,故选项 A、B错误;两种分子的 分子质量不同,则平均速率不同,故选项D错误。 1.温度是分子平均动能的标志,温度只与 物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对 应,与单个分子的动能没有关系。 2.每个分子都有分子动能且不为零,热现象是大量 分子无规则运动的统计结果,个别分子动能没有实际 意义。 3.温度高的物体,分子的平均速率不一定大,还与分 子质量有关。 学以致用 两个相同的容器中,分别盛有质量相等、温度相同的氧 气和氮气,则它们的( ) A.压强相等 B.分子运动的平均速率相等 23
物理 选择性必修 第三册 配人教版 C分子的平均动能相等，压强不等 于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间的距离的 D.分子的平均动能相等，压强相等 关系如图中曲线所示。F>0为斥力，F<0为引力。a、b、 答案C c、d为x轴上四个特定的位置。现把乙分子从a处由静止 解析决定气体压强的因素是单位体积内的分子数和 释放，则( 气体分子的平均动能：因为体积相同，氨气和氧气的质量相 等，氮气和氧气的分子质量不同，故单位体积内的分子数不 同；温度相同，气体分子的平均动能相等，故压强不相等，故 选项C正确，A、D错误：温度是分子平均动能的标志，温度 相等，分子平均动能相等，氨气和氧气的分子质量不同，分子 运动的平均速率不相等，故选项B错误。 二分子势能 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 重难归纳 C.乙分子由a到b的过程中，两分子间的分子势能 直减小 1.分子势能。 D.乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能先 宏观物体之间存在相互作用力，它们组成的系统就具有 减小后增加 了势能，势能是由物体间的相互位置决定的。分子之间也存 答案BCD 在着相互作用的引力和斥力，所以分子和分子组成的系统就 具有了势能，即分子势能。 解析乙分子由a运动到c的过程，一直受到甲分子的 2.分子势能与分子力做功的关系。 引力作用而做加速运动，到c时速度达到最大，而后受甲的 (1)分子力做正功，分子势能减少，分子力做了多少正 斥力作用做减速运动，选项A错误，B正确：乙分子由a到b 功，分子势能就减少多少。 的过程所受引力做正功，分子势能一直减小，选项C正确： (2)分子力做负功，分子势能增加，克服分子力做了多少 而乙分子从b到d的过程，先是引力做正功，分子势能减少， 功，分子势能就增加多少。 后来克服斥力做功，分子势能增加，选项D正确。 3.分子势能与分子间距的关系。 规律总结 下图为分子间作用力F合和分子势能E,随r变化的图 分子势能图像问题的解题技巧 像。可以看到： 1.首先要明确分子势能、分子力与分子间距离关系 图像中拐点意义的不同。分子势能图像的最低点（最小 值)对应的距离是分子平衡距离。，而分子力图像的最低 点（引力最大值）对应的距离大于r。 分子势能图像与r轴交点的距离小于r。,分子力图像 与r轴交点表示平衡距离ro。 2.其次要把图像上的信息转化为分子间距离，再求 解其他问题。 (1)当r=r。时，F合=0，E。最小（若以分子间距无限远 处为零势能点，则此时E,<0)。 学以致用 (2)当r>r。时，F合为引力，此时增大r,克服分子力做 (多选)如图所示，甲分子固定在坐标原点O,乙分子位 功，E,增大。 于x轴上，甲分子对乙分子的作用力F与两分子间距离x (3)当r<r。时，F合为斥力，此时减小r,克服分子力做 的关系如图中曲线所示，F>0为斥力，F<0为引力，a、b、 功，E。增大。 c、d为x轴上四个特定的位置，则( 4.分子势能与体积的关系。 分子势能与体积有关，一般体积变化，势能就变化（气体 除外)，但不能说体积变大，势能就变大。 ?情境体验 分子势能与以前学过的哪种能量具有相似的特点？ A乙分子由a到c的过程中，作用力F一直减小 提示分子势能同重力势能、电势能相似，是由物体间 B.乙分子由a到c的过程中，作用力F先减小后增大 存在相互作用，又由其相对位置决定的能量。 C.乙分子由b到d的过程中，作用力F一直做负功 D.乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能先 典例剖析 诚小后增大 (多选)如图所示，甲分子固定在坐标原点O,乙分子位 答案BC 24
物 理 选择性必修 第三册 配人教版 C.分子的平均动能相等,压强不等 D.分子的平均动能相等,压强相等 答案 C 解析 决定气体压强的因素是单位体积内的分子数和 气体分子的平均动能;因为体积相同,氮气和氧气的质量相 等,氮气和氧气的分子质量不同,故单位体积内的分子数不 同;温度相同,气体分子的平均动能相等,故压强不相等,故 选项C正确,A、D错误;温度是分子平均动能的标志,温度 相等,分子平均动能相等,氮气和氧气的分子质量不同,分子 运动的平均速率不相等,故选项B错误。 二 分子势能 重难归纳 1.分子势能。 宏观物体之间存在相互作用力,它们组成的系统就具有 了势能,势能是由物体间的相互位置决定的。分子之间也存 在着相互作用的引力和斥力,所以分子和分子组成的系统就 具有了势能,即分子势能。 2.分子势能与分子力做功的关系。 (1)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。 (2)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。 3.分子势能与分子间距的关系。 下图为分子间作用力F合 和分子势能Ep 随r变化的图 像。可以看到: (1)当r=r0 时,F合 =0,Ep 最小(若以分子间距无限远 处为零势能点,则此时Ep<0)。 (2)当r>r0 时,F合 为引力,此时增大r,克服分子力做 功,Ep 增大。 (3)当r<r0 时,F合 为斥力,此时减小r,克服分子力做 功,Ep 增大。 4.分子势能与体积的关系。 分子势能与体积有关,一般体积变化,势能就变化(气体 除外),但不能说体积变大,势能就变大。 分子势能与以前学过的哪种能量具有相似的特点? 提示 分子势能同重力势能、电势能相似,是由物体间 存在相互作用,又由其相对位置决定的能量。 典例剖析 (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先 减小后增加 答案 BCD 解析 乙分子由a运动到c的过程,一直受到甲分子的 引力作用而做加速运动,到c时速度达到最大,而后受甲的 斥力作用做减速运动,选项 A错误,B正确;乙分子由a到b 的过程所受引力做正功,分子势能一直减小,选项 C正确; 而乙分子从b到d 的过程,先是引力做正功,分子势能减少, 后来克服斥力做功,分子势能增加,选项D正确。 分子势能图像问题的解题技巧 1.首先要明确分子势能、分子力与分子间距离关系 图像中拐点意义的不同。分子势能图像的最低点(最小 值)对应的距离是分子平衡距离r0,而分子力图像的最低 点(引力最大值)对应的距离大于r0。 分子势能图像与r轴交点的距离小于r0,分子力图像 与r轴交点表示平衡距离r0。 2.其次要把图像上的信息转化为分子间距离,再求 解其他问题。 学以致用 (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F 与两分子间距离x 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,则( ) A.乙分子由a到c的过程中,作用力F 一直减小 B.乙分子由a到c的过程中,作用力F 先减小后增大 C.乙分子由b到d 的过程中,作用力F 一直做负功 D.乙分子由b到d 的过程中,两分子间的分子势能先 减小后增大 答案 BC 24
第一章 分子动理论 解析乙分子由a到c的过程中，作用力F先是斥力后 不同，分子热运动的平均速率也可能不同 是引力，先减小后增大，选项A错误，B正确：乙分子由b到 答案D d的过程中，分子力是引力，则作用力F一直做负功，两分 解析在铁块熔化成铁水的过程中，温度不变，分子的 子间的分子势能一直变大，选项C正确，D错误。 平均动能不变，但是由于吸收热量，则内能增加，选项A错 三物体的内能 误：宝观物体的机械运动与微观分子的动能无关，选项B错 误：A、B两物体的温度相同时，分子热运动的平均动能相 重难归纳 同，但是由于分子的质量不一定相同，则分子平均速率不一 1.内能：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总 定相同：物体的内能与温度、体积及物质的量都有关系，则两 和。组成任何物体的分子都在做无规则的热运动，所以任何 物体的温度相同时内能不一定相同，选项C错误，D正确。 物体都具有内能。 内能描述的对象是整个物体，只有对由大量分子组成的 规律总结1.内能是一种与分子热运动及分子间相互 作用相关的能量形式，与物体宏观有序运动状态无关，它 宏观物体才有意义。个别分子和少数分子的内能是没有意 取决于物质的量、温度、体积及物态。 义的。 2.研究热现象时，一般不考虑机械能，在机械运动 2.影响物体内能的因素。 中有摩擦时，有可能发生机械能转化为内能。 微观上：物体的内能取决于物体所含分子的总数、分子 3.物体温度升高，内能不一定增加：温度不变，内能 的平均动能和分子间的距离。其中物体所含的分子总数由 可能改变；温度降低，内能可能增加。 物质的量决定，分子热运动的平均动能由温度决定，分子势 能与物体的体积有关。 学以致用 宏观上，物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定， 同时受物态变化影响。 下列说法正确的是( 物体的机械能变化时其温度和体积不一定变化，因此其 A.只要温度相同，任何物体分子的平均动能都相同 内能不一定变化，两者之间没有必然联系。 B.分子动能指的是由于分子定向移动具有的动能 ?情境怀验 C.10个分子的动能和分子势能的总和就是这10个分 子的内能 流星在向地球坠落时，如果不考虑其质量的变化，其内 D.对由同一种物质组成的物体，温度高的物体中每一 能与机械能如何变化？ 个分子的运动速率一定大于温度低的物体中每一个分子的 提示流星在向地球坠落时，其机械能转化为内能，所 运动速率 以机械能减小，内能增加。 答案A 典例剖析 解析温度是分子平均动能的标志，温度相同，任何物 体分子的平均动能都相同。从微观来看，分子动能指的是由 下列说法正确的是( 于分子做无规则的热运动具有的动能；物体的内能是指物体 A在铁块熔化成铁水的过程中，温度不变，内能也不变 内所有分子动能和分子势能的总和，对一个或几个分子不存 B.物体运动的速度增大，则物体中分子热运动的平均 在内能这一概念：温度是分子的平均动能的标志，温度高的 动能增大，物体的内能增大 C.A,B两物体的温度相同时，内能相同，分子热运动的 物体的分子平均动能大，但不是温度高的物体中每一个分子 的运动速率一定大于温度低的物体中每一个分子的运动速 平均速率也相同 率。故选项A正确。 D.A、B两物体的温度相同时，A、B两物体的内能可能 随堂训练 1.下列关于物体内能的说法正确的是( 生变化，故选项C错误：温度高的物体的内能不一定比温 A.一个分子的动能和分子势能的总和叫作该分子的内能 度低的物体的内能大，故选项D错误。 B.物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和叫作 2.下列关于分子势能的说法正确的是( 物体的内能 A.分子间作用力做负功，分子势能一定减少 C,当一个物体的机械能发生变化时，其内能也一定发生 B.分子间作用力做正功，分子势能一定减少 变化 C,分子间距离增大时，分子势能一定增加 D.温度高的物体一定比温度低的物体内能大 D.分子间距离减小时，分子势能一定增加 答案B 答案B 解析根据内能的概念可知，物体中所有分子的热运动动 解析分子间作用力做正功，分子的动能增加，分子的势 能与分子势能的总和叫作物体的内能，故选项A错误，B 能减少，分子间作用力做负功，分子动能减少，分子势能增 正确：当一个物体的机械能发生变化时，其内能不一定发 加，选项A错误，B正确：在平衡位置以内，分子间距离增 25
第一章 分子动理论 解析 乙分子由a到c的过程中,作用力F 先是斥力后 是引力,先减小后增大,选项 A错误,B正确;乙分子由b到 d 的过程中,分子力是引力,则作用力F 一直做负功,两分 子间的分子势能一直变大,选项C正确,D错误。 三 物体的内能 重难归纳 1.内能:物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总 和。组成任何物体的分子都在做无规则的热运动,所以任何 物体都具有内能。 内能描述的对象是整个物体,只有对由大量分子组成的 宏观物体才有意义。个别分子和少数分子的内能是没有意 义的。 2.影响物体内能的因素。 微观上:物体的内能取决于物体所含分子的总数、分子 的平均动能和分子间的距离。其中物体所含的分子总数由 物质的量决定,分子热运动的平均动能由温度决定,分子势 能与物体的体积有关。 宏观上,物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定, 同时受物态变化影响。 物体的机械能变化时其温度和体积不一定变化,因此其 内能不一定变化,两者之间没有必然联系。 流星在向地球坠落时,如果不考虑其质量的变化,其内 能与机械能如何变化? 提示 流星在向地球坠落时,其机械能转化为内能,所 以机械能减小,内能增加。 典例剖析 下列说法正确的是( ) A.在铁块熔化成铁水的过程中,温度不变,内能也不变 B.物体运动的速度增大,则物体中分子热运动的平均 动能增大,物体的内能增大 C.A、B两物体的温度相同时,内能相同,分子热运动的 平均速率也相同 D.A、B两物体的温度相同时,A、B两物体的内能可能 不同,分子热运动的平均速率也可能不同 答案 D 解析 在铁块熔化成铁水的过程中,温度不变,分子的 平均动能不变,但是由于吸收热量,则内能增加,选项 A 错 误;宏观物体的机械运动与微观分子的动能无关,选项B错 误;A、B两物体的温度相同时,分子热运动的平均动能相 同,但是由于分子的质量不一定相同,则分子平均速率不一 定相同;物体的内能与温度、体积及物质的量都有关系,则两 物体的温度相同时内能不一定相同,选项C错误,D正确。 1.内能是一种与分子热运动及分子间相互 作用相关的能量形式,与物体宏观有序运动状态无关,它 取决于物质的量、温度、体积及物态。 2.研究热现象时,一般不考虑机械能,在机械运动 中有摩擦时,有可能发生机械能转化为内能。 3.物体温度升高,内能不一定增加;温度不变,内能 可能改变;温度降低,内能可能增加。 学以致用 下列说法正确的是( ) 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定向移动具有的动能 C.10个分子的动能和分子势能的总和就是这10个分 子的内能 D.对由同一种物质组成的物体,温度高的物体中每一 个分子的运动速率一定大于温度低的物体中每一个分子的 运动速率 答案 A 解析 温度是分子平均动能的标志,温度相同,任何物 体分子的平均动能都相同。从微观来看,分子动能指的是由 于分子做无规则的热运动具有的动能;物体的内能是指物体 内所有分子动能和分子势能的总和,对一个或几个分子不存 在内能这一概念;温度是分子的平均动能的标志,温度高的 物体的分子平均动能大,但不是温度高的物体中每一个分子 的运动速率一定大于温度低的物体中每一个分子的运动速 率。故选项 A正确。 随堂训练 1.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.物体中所有分子的热运动动能与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 答案 B 解析 根据内能的概念可知,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,故选项 A 错误,B 正确;当一个物体的机械能发生变化时,其内能不一定发 生变化,故选项C错误;温度高的物体的内能不一定比温 度低的物体的内能大,故选项D错误。 2.下列关于分子势能的说法正确的是( ) A.分子间作用力做负功,分子势能一定减少 B.分子间作用力做正功,分子势能一定减少 C.分子间距离增大时,分子势能一定增加 D.分子间距离减小时,分子势能一定增加 答案 B 解析 分子间作用力做正功,分子的动能增加,分子的势 能减少,分子间作用力做负功,分子动能减少,分子势能增 加,选项 A错误,B正确;在平衡位置以内,分子间距离增 25