高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册4 分子动能和分子势能教案

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册4 分子动能和分子势能教案，共7页。教案主要包含了新课引入，新知探究，课堂小结，随堂演练等内容，欢迎下载使用。
物理观念∶通过类比宏观物体的动能、势能，得出分子动能、分子平均动能、分子势能、内能的概念。
科学思维∶分析理解分子平均动能随温度的变化关系，分子势能和分子间距离的关系，内能及决定因素。
科学探究：运用弹簧连接两小球模拟分子，探究分子势能的大小。
科学态度与责任∶学习好影响内能的因素，培养学生能够通过宏观与微观两种方面来看物理问题的思想。
教学重难点
掌握三个概念（分子动能、分子势能、物体内能）。
教学过程
【新课引入】
1．分子动理论
（1）物体是有大量分子组成。
（2）分子在做永不停息的无规则热运动。
（3）分子间存在着相互作用的引力和斥力。
2．气体压强的微观解释
气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的。
我们知道做机械运动的物体具有机械能，那么热现象发生过程中，也有相应的能量变化。另一方面，我们又知道热现象是大量分子做无规律热运动产生的。那么热运动的能量与大量的无规律运动有什么关系呢？这是今天学习的问题。
【新知探究】
（一）分子动能
物体内大量分子不停息地做无规则热运动，对于每个分子来说都有无规则运动的动能。由于物体内各个分子的速率大小不同，因此，各个分子的动能大小不同。由于热现象是大量分子无规则运动的结果，所以研究个别分子运动的动能是没有意义的。而研究大量分子热运动的动能，需要将所有分子热运动动能的平均值求出来，这个平均值叫做分子热运动的平均动能。
1．分子动能：组成物体的分子由于热运动而具有的能叫做分子动能。
2．平均动能：物体里所有分子动能的平均值叫做分子热运动的平均动能。
实验：扩散快慢与温度的关系
结论：扩散的快慢受温度影响。温度越高，分子运动越快。
布朗运动和扩散现象都与温度有关系，温度越高，布朗运动越激烈，扩散也加快。
依照分子动理论，这说明温度升高后，分子无规则运动加剧。用上述分子热运动的平均动能来说明，就是温度升高，分子热运动的平均动能增大。如果温度降低，说明分子热运动的平均动能减小。因此从分子动理论观点来看，温度是物体分子热运动的平均动能的标志。“标志”的含义是指物体温度升高或降低，表示了物体内部大量分子热运动的平均动能增大或减小。温度不变，就表示了分子热运动的平均动能不变。其他宏观物理量如时间、质量、物质种类都不是分子热运动平均动能的标志。但是，温度不是直接等于分子的平均动能。
另一方面，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，对于个别分子或几十个、几百个分子热运动的动能大小与温度是没有关系的。
我们知道，温度这个物理量在宏观上的意义是表示物体冷热程度，而它又是大量分子热运动平均动能大小的标志，这是温度的微观含义。
3．温度：
（1）宏观含义：温度是表示物体的冷热程度。
（2）微观含义（即从分子动理论的观点来看）：温度是物体分子热运动的平均动能的标志，温度越高，物体分子热运动的平均动能越大。
需要注意：
1．同一温度下，不同物质分子的平均动能都相同。但由于不同物质的分子质量不一定相同。所以分子热运动的平均速率也不一定相同。
2．温度反映的是大量分子平均动能的大小，不能反映个别分子的动能大小，同一温度下，各个分子的动能不尽相同。
例题1：有甲、乙两种气体，如果甲气体内分子平均速率比乙气体内平均速率大，则（ C ）
A．甲气体温度一定高于乙气体的温度
B．甲气体温度一定低于乙气体的温度
C．甲气体的温度可能高于也可能低于乙气体的温度
D．甲气体的每个分子运动都比乙气体每个分子运动的快
（二）分子势能
回顾我们学习的势能：
地面上的物体，由于与地球相互作用：重力势能
发生弹性形变的弹簧，相互作用：弹性势能
分子间存在着相互作用力，因此分子间具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能。
1．分子势能：分子间存在着相互作用力，因此分子间所具有的由它们的相对位置所决定的能。
重力势能与弹性势能都跟位置（距离）有关，那么分子势能与分子间距离有什么关系呢？
2．分子势能与分子间距离的关系
出示模型（类似弹簧与小球）
如果分子间距离约为10-10m数量级时，分子的作用力的合力为零，此距离为r0。
当分子距离小于r0时，分子间的作用力表现为斥力，要减小分子间的距离必须克服斥力做功，因此，分子势能随分子间距离的减小而增大。这种情形与弹簧被压缩时弹性势能增大是相似的。如弹簧压缩，弹性势能Ep增大。
如果分子间距离大于r0时，分子间的相互作用表现为引力，要增大分子间的距离必须克服引力做功，因此，分子势能随分子间的距离增大而增大。这种情况与弹簧被拉伸时弹性势能增大是相似的。如弹簧拉伸，Ep增大。
从以上两种情况综合分析，分子间距离以r0为数值基准，r不论减小或增大，分子势能都增大。所以说，分子在平衡位置处是分子势能最低点。
如果分子间距离是无限远时，取分子势能为零值，分子间距离从无限远逐渐减少至r0以前过程，分子间的作用力表现为引力，而且距离减少，分子引力做正功，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以后再减小，分子作用力表现为斥力，在分子间距离减小过程中，克服斥力做功，使分子势能增大。其数值将从负值逐渐变大至零，甚至为正值。
分子势能随分子间距离r的变化情况可以在图的图象中表现出来。
既然分子势能的大小与分子间距离有关，那么在宏观上什么物理量能反映分子势能的大小变化情况呢？如果对于确定的物体，它的体积变化，直接反映了分子间的距离，也就反映了分子间的势能变化。所以分子势能的大小变化可通过宏观量体积来反映。
例题2：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