分子動能和分子勢能【教學目標】1．知道分子的動能，知道物體的溫度是分子平均動能大小的標準。2．知道分子的勢能跟物體的體積有關，知道分子勢能隨分子間距離變化而變化的定性規(guī)律。3．知道什么是物體的內(nèi)能，物體的內(nèi)能與哪個宏觀量有關，能區(qū)別物體的內(nèi)能和機械能。【教學重難點】掌握三個概念（分子動能、分子勢能、物體內(nèi)能）。【教學過程】一、復習導入1．分子動理論（1）物體是有大量分子組成。（2）分子在做永不停息的無規(guī)則熱運動。（3）分子間存在著相互作用的引力和斥力。2．氣體壓強的微觀解釋氣體的壓強是大量氣體分子頻繁地碰撞器壁而產(chǎn)生的。我們知道做機械運動的物體具有機械能，那么熱現(xiàn)象發(fā)生過程中，也有相應的能量變化。另一方面，我們又知道熱現(xiàn)象是大量分子做無規(guī)律熱運動產(chǎn)生的。那么熱運動的能量與大量的無規(guī)律運動有什么關系呢？這是今天學習的問題。二、新課教學（一）分子動能物體內(nèi)大量分子不停息地做無規(guī)則熱運動，對于每個分子來說都有無規(guī)則運動的動能。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不同。由于熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運動的結果，所以研究個別分子運動的動能是沒有意義的。而研究大量分子熱運動的動能，需要將所有分子熱運動動能的平均值求出來，這個平均值叫做分子熱運動的平均動能。1．分子動能：組成物體的分子由于熱運動而具有的能叫做分子動能。2．平均動能：物體里所有分子動能的平均值叫做分子熱運動的平均動能。實驗：擴散快慢與溫度的關系 結論：擴散的快慢受溫度影響。溫度越高，分子運動越快。布朗運動和擴散現(xiàn)象都與溫度有關系，溫度越高，布朗運動越激烈，擴散也加快。依照分子動理論，這說明溫度升高后，分子無規(guī)則運動加劇。用上述分子熱運動的平均動能來說明，就是溫度升高，分子熱運動的平均動能增大。如果溫度降低，說明分子熱運動的平均動能減小。因此從分子動理論觀點來看，溫度是物體分子熱運動的平均動能的標志?！皹酥尽钡暮x是指物體溫度升高或降低，表示了物體內(nèi)部大量分子熱運動的平均動能增大或減小。溫度不變，就表示了分子熱運動的平均動能不變。其他宏觀物理量如時間、質(zhì)量、物質(zhì)種類都不是分子熱運動平均動能的標志。但是，溫度不是直接等于分子的平均動能。另一方面，溫度只與物體內(nèi)大量分子熱運動的統(tǒng)計意義上的平均動能相對應，對于個別分子或幾十個、幾百個分子熱運動的動能大小與溫度是沒有關系的。我們知道，溫度這個物理量在宏觀上的意義是表示物體冷熱程度，而它又是大量分子熱運動平均動能大小的標志，這是溫度的微觀含義。3．溫度：（1）宏觀含義：溫度是表示物體的冷熱程度。（2）微觀含義（即從分子動理論的觀點來看）：溫度是物體分子熱運動的平均動能的標志，溫度越高，物體分子熱運動的平均動能越大。需要注意：1．同一溫度下，不同物質(zhì)分子的平均動能都相同。但由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不一定相同。所以分子熱運動的平均速率也不一定相同。2．溫度反映的是大量分子平均動能的大小，不能反映個別分子的動能大小，同一溫度下，各個分子的動能不盡相同。例題1：有甲、乙兩種氣體，如果甲氣體內(nèi)分子平均速率比乙氣體內(nèi)平均速率大，則（C）A．甲氣體溫度一定高于乙氣體的溫度B．甲氣體溫度一定低于乙氣體的溫度C．甲氣體的溫度可能高于也可能低于乙氣體的溫度D．甲氣體的每個分子運動都比乙氣體每個分子運動的快（二）分子勢能回顧我們學習的勢能：地面上的物體，由于與地球相互作用：重力勢能 發(fā)生彈性形變的彈簧，相互作用：彈性勢能分子間存在著相互作用力，因此分子間具有由它們的相對位置決定的勢能，這就是分子勢能。1．分子勢能：分子間存在著相互作用力，因此分子間所具有的由它們的相對位置所決定的能。重力勢能與彈性勢能都跟位置（距離）有關，那么分子勢能與分子間距離有什么關系呢？2．分子勢能與分子間距離的關系出示模型（類似彈簧與小球）如果分子間距離約為10-10m數(shù)量級時，分子的作用力的合力為零，此距離為r0。當分子距離小于r0時，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力，要減小分子間的距離必須克服斥力做功，因此，分子勢能隨分子間距離的減小而增大。這種情形與彈簧被壓縮時彈性勢能增大是相似的。如彈簧壓縮，彈性勢能Ep增大。如果分子間距離大于r0時，分子間的相互作用表現(xiàn)為引力，要增大分子間的距離必須克服引力做功，因此，分子勢能隨分子間的距離增大而增大。這種情況與彈簧被拉伸時彈性勢能增大是相似的。如彈簧拉伸，Ep增大。從以上兩種情況綜合分析，分子間距離以r0為數(shù)值基準，r不論減小或增大，分子勢能都增大。所以說，分子在平衡位置處是分子勢能最低點。如果分子間距離是無限遠時，取分子勢能為零值，分子間距離從無限遠逐漸減少至r0以前過程，分子間的作用力表現(xiàn)為引力，而且距離減少，分子引力做正功，分子勢能不斷減小，其數(shù)值將比零還小為負值。當分子間距離到達r0以后再減小，分子作用力表現(xiàn)為斥力，在分子間距離減小過程中，克服斥力做功，使分子勢能增大。其數(shù)值將從負值逐漸變大至零，甚至為正值。分子勢能隨分子間距離r的變化情況可以在圖的圖象中表現(xiàn)出來。 既然分子勢能的大小與分子間距離有關，那么在宏觀上什么物理量能反映分子勢能的大小變化情況呢？如果對于確定的物體，它的體積變化，直接反映了分子間的距離，也就反映了分子間的勢能變化。所以分子勢能的大小變化可通過宏觀量體積來反映。例題2：如圖所示，甲分子固定在坐標原點O，乙分子位于x軸上，甲分子對乙分子的作用力與兩分子間的距離的關系如圖中曲線所示。F>0為斥力，F(xiàn)<0為力。a、b、c、d為x軸上四個特定的位置?，F(xiàn)把乙分子從a處由靜止釋放，則（BC）A．乙分子由a到b做加速運動，由b到c做減速運動B．乙分子由a到c做加速運動，到達c時速度最大C．乙分子由a到b的過程中，兩分子間的分子勢能一直減小D．乙分子由b到d的過程中，兩分子間的分子勢能一直增大（三）物體的內(nèi)能1．物體的內(nèi)能：物體中所有分子做熱運動的動能和分子勢能的總和叫做物體的內(nèi)能。也叫做物體的熱力學能。2．任何物體都具有內(nèi)能。因為一切物體都是由不停地做無規(guī)則熱運動并且相互作用著的分子所組成。提問學生：宏觀量中哪些物理量是分子熱運動的平均動能和分子勢能的標志？根據(jù)學生的回答，引導到一個確定的物體，分子總數(shù)是固定的，那么這物體的內(nèi)能大小是由宏觀量——溫度和體積決定的。如果不是確定的物體，那么物體的內(nèi)能大小是由質(zhì)量、溫度、體積和物態(tài)來決定。3．決定物體內(nèi)能的因素（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)，分子熱運動的平均動能和分子間的距離三個因素決定。課堂討論：下列各個實例中，比較物體的內(nèi)能大小，并說明理由。①一塊鐵由15℃升高到55℃，比較內(nèi)能。②質(zhì)量是1kg50℃的鐵塊與質(zhì)量是0.1kg50℃的鐵塊，比較內(nèi)能。 ③質(zhì)量是1kg100℃的水與質(zhì)量是1kg100℃的水蒸氣，比較內(nèi)能。物體機械運動對應著機械能，熱運動對應著內(nèi)能。任何物體都具有內(nèi)能，同時還可以具有機械能。例如在空中飛行的炮彈，除了具有內(nèi)能，還具有機械能——動能和重力勢能。提問學生：一輛汽車的車廂內(nèi)有一氣瓶氧氣，當汽車以60km/h行駛起來后，氣瓶內(nèi)氧氣的內(nèi)能是否增加？通過此問題，讓學生認識內(nèi)能是所有分子熱運動動能和分子勢能之總和，而不是分子定向移動的動能。另一方面，物體機械能增加，內(nèi)能不一定增加。4．物體的內(nèi)能跟機械能的區(qū)別內(nèi)能機械能對應的運動形式微觀分子熱運動宏觀物體機械運動常見的能量形式分子動能、分子勢能物體動能、重力勢能或彈性勢能影響因素物質(zhì)的量、物體的溫度和體積及物態(tài)物體的機械運動的速度、相對于零勢能面的高度或彈性形變量大小永遠不等于零一定條件下可以等于零聯(lián)系在一定條件下可以相互轉化【練習鞏固】1．有甲、乙兩個分子，甲分子固定不動，乙分子由無窮遠處逐漸向甲靠近，直到不再靠近為止，在這整個過程中，分子勢能的變化情況是（D）A．不斷增大B．不斷減小C．先增大后減小D．先減小后增大2．下列說法正確的是（D）A．分子的動能與分子的勢能的和叫做這個分子的內(nèi)能B．物體內(nèi)分子勢能由物體的溫度和體積決定C．物體的速度增大時，物體的內(nèi)能增大D．物體的動能減小時，物體的溫度可能增加 3．氫氣和氧氣的質(zhì)量、溫度都相同，在不計分子勢能的情況下，下列說法正確的是（BD）A．氧氣的內(nèi)能較大B．氫氣的內(nèi)能較大C．兩者的內(nèi)能相等D．氫氣分子的平均速率較大4．關于分子動能，正確的說法是（C）A．某種物體的溫度是0℃說明物體中分子的平均動能為零B．物體溫度升高時，每個分子的動能都增大C．物體溫度升高時，分子的平均動能增大D．物體的運動速度越大，則物體的溫度越高5．對于20℃的水和20℃的水銀，下列說法正確的是（AD）A．兩者的分子平均動能相同B．水銀的分子平均動能比水的大C．兩者的分子平均速率相同D．水銀分子的平均速率比水分子的平均速率小6．下列關于物體內(nèi)能的說法中正確的是（D）A．0℃的水比0℃的冰的內(nèi)能大B．物體運動的速度越大，則內(nèi)能越大C．水分子的內(nèi)能比冰分子的內(nèi)能大D．100g0℃的冰比100g0℃的水的內(nèi)能小