資源簡介

1.4分子動能和分子勢能 教案
【教材分析】
（一）教材分析
本課的內容分為三部分，通過前面學習的分子動理論和機械能的知識進一步建立了內能的概念。通過與機械的類比，逐步得出分子動能和分子勢能的概念已經各自的影響因素。最終匯集到內能上來，不過要注意區分好宏觀和微觀的因素。本節內容是后續學習熱力學的基礎。
【學情分析】
（一）學情分析
知識層面，學生知道分子間作用力本質上是電磁相互作用，靜電力做功和路徑無關。學生已經學習重力做功和重力勢能變化關系、電場力做功和電勢能變化關系，并了解從研究做功分析勢能的解決問題方法。教學時類比這些知識的學習，用類似方法從分子力和距離關系得到分子勢能和距離變化圖像。機械運動物體具有的動能不屬于分子內能，教學可以從具體實例分析，幫助學生理解內能和機械能的關系。
【教學目標】
（一）教學目標
1.學生知道溫度是分子熱運動平均動能的標志。
2.學生知道什么是分子勢能，知道分子勢能與分子間距離有關。
3.學生知道內能的含義，知道物體的內能與溫度和體積有關。
4.學生能夠區別內能和機械能。
【教學重難點】
（一）教學重難點
教學重點：分子動能，分子勢能，物體內能。
教學難點：分子熱運動的平均動能與溫度的關系，分子間距和分子勢能的關系以及影響內能的因素。
【新課導入】
（一）新課導入
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生的。
我們知道做機械運動的物體具有機械能，那么熱現象發生過程中，也有相應的能量變化。另一方面，我們又知道熱現象是大量分子做無規律熱運動產生的。那么熱運動的能量與大量的無規律運動有什么關系呢？這是今天學習的問題。
【新課講解】
（一）分子動能
分子勢能
1.分子勢能的概念
展示圖片：
類比：地面上的物體，由于地球的吸引，物體具有重力勢能。發生彈性形變的彈簧，具有彈性勢能。重力勢能和彈性勢能，他們的共同特點是物體之間存在著一種力，做功與路徑無關與首末位置有關，比如這里的重力還有彈簧的彈力，因為這種力的存在，系統內部就有了做功的本領，換句話說就是具有勢能。
分子間也存在著相互作用力，可以證明分子間的作用力所做的功與路徑無關，分子組成的系統具有分子勢能。
思考與討論
分子勢能的大小由分子間的相對位置決定，這說明分子勢能Ep與分子間距離r是有關系的。那么，它們之間存在怎樣的一種關系呢
2.分子勢能的大小
設兩個分子相距無窮遠中，我們可以規定它們的分子勢能為0。讓一個分子A不動，另一個分子B從無窮遠處逐漸靠近A。在這個過程中，分子間的作用力做功，分子勢能的大小發生改變。
復習回顧：力做功與勢能變化的關系
如果分子力做正功，分子勢能就減小；如果分子力做負功，分子勢能就增大。另外要規定某點分子勢能為零，這樣通過比較就能計算其他位置的分子勢能。
規定當兩個分子的距離無窮遠時，分子勢能為零。之前學過，當分子間距離較大時，分子力的合力表現為引力，也就是要把這個分子吸過去。此時分子力的方向就與分子的運動方向相同，所以分子力做正功，那相應的分子勢能減小。即
①當r>r0時，分子力做正功，分子勢能減小。
問題：它會一直這樣下去嗎？
分析：如圖所示，分子力的曲線圖，其中有個平衡位置r0，此時分子力的合力為零，對應到上圖中就是分子從無窮遠處移動到r0之間呢這一段距離，分子勢能減小。那再靠近呢？分子力的合力就表現為斥力，和分子的運動方向相反。那顯然此時分子力做負功分子勢能增大。即
②當r總的來說隨著分子間距的減小，分子勢能先減小后增大，其中r0剛好是從減小到增大的臨界點，所以此時分子勢能最小，即
③當r＝r0時，分子勢能最小。
從這里可以看出分子勢能的大小是由分子間的相對位置決定的。和前面的重力勢能、彈性勢能是一樣的。
把分子勢能的變化也畫成曲線圖，無窮遠處為0，隨著分子間距的減小，分子勢能先減小后增大，最低點對應的就是r0，分子勢能最小明白了吧。
注意：和分子力的曲線圖對比一下，會發現它們的形狀還挺像的，但你一定要分清的是處于平衡位置r0時等于分子力來說是合力為零，但對分子勢能來說是最低點。
思考問題：為什么分子勢能在很大范圍內都是負值呢？
這也是因為咱規定了無窮遠處分子勢能為零造成的并沒有差特別的含義，不過你可以認為當分子間距處于這個范圍時分子勢能是低于無窮遠處的勢能。只有當兩個分子距離較近時分子勢能才大于無窮遠處的分子勢能。
（一）分子勢能
分子勢能
師：分子間作用力屬于電磁相互作用，做功和路徑無關，可引入勢能的概念，這個勢能叫分子勢能。分子勢能和重力勢能、電勢能具有一些共同的特點。
分子勢能屬于組成物體的所有分子系統所共有。
分子勢能具有相對性。選擇的參考零點不同，分子勢能具體數值不同。通常選取分子相距無窮遠（大約是分子大小的10倍），規定分子勢能是零。
分子勢能變化的絕對性。
思考與討論：分子A固定在坐標原點O，分子B從很遠處向A靠近。沿著AB分子連線建立坐標軸。
問題1-1：B分子從很遠處到r1位置，分子間是斥力還是引力？分子力做正功還是負功？分子勢能如何變化？
問題1-2：從r1到r0，分子力做什么功？分子勢能如何變化？
問題1-3：B分子從r0繼續向A分子運動，分子力是斥力還是引力？做什么功？分子勢能如何變化？
問題1-4：選擇很遠處作為分子勢能零點，試畫出分子勢能Ep-r圖像，并標出關鍵的坐標位置。
從無窮遠到r0，分子力做正功，分子勢能一直減小，r0位置分子勢能最小
從r0到坐標原點，分子力做負功，勢能增加
EP-r圖像斜率表示分子間作用力
分子間距發生變化，即物體體積變化，分子勢能改變。分子勢能與物體的體積有關.
問題1-5：若物體體積減小，分子勢能如何變化？
生：若r r0，物體體積減小，分子勢能減小.
問題1-6：氣體分子間距較大，分子間作用力忽略不計。氣體分子勢能是多少？
（氣體分子勢能不變，規定勢能為零。）
活動二：分子動能
師：分子不停地做無規則熱運動，具有分子動能。根據分子運動論，分子動能具有如下特點。
不同分子的分子動能不同，有大有小
分子作不停地熱運動，速度改變，同一分子的分子動能隨時間改變
對于大量分子，分子熱運動動能平均值和溫度有關。溫度越高，分子熱運動越劇烈，熱運動動能平均值越大。溫度是分子熱運動動能的標志。大量分子才具有“溫度”的概念。
思考與討論：北方冬季寒風怒吼，風大表示空氣分子的運動速度大，寒冷表示空氣的溫度低，即空氣分子的平均動能小。二者是否矛盾？如何理解該現象？
（分子動能是指分子的熱運動具有的動能，風大是指空氣分子定向運動的速度大，此動能不屬于分子動能，屬于機械能。物體定向運動具有的動能和分子動能含義不同。物體靜止在地面上，但分子依然不停地做無規則熱運動，分子動能不是零。）
（一）物體的內能
物體的內能
問題3-1：什么是物體的內能？
問題3-2：內能與哪些因素有關？
問題3-3：兩個完全相同的木塊，一個靜止在地面上，另一個沿地面做勻速直線運動。地面光滑，兩木塊的內能相同嗎？
問題3-4：理想氣體的內能與氣體體積有關嗎？為什么？
物體中所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和，叫做物體的內能。
任何物體都具有內能.
物體內能與溫度、體積均有關.
理想氣體內能等于分子動能，只由溫度決定，和體積無關。
【板書】
（一）板書
§ 4 分子動能和分子勢能
一、分子勢能
系統性
相對性
變化的絕對性
二、分子動能
熱運動動能平均值由溫度決定
三、內能
1.含義
2.影響因素：體積、溫度
3.理想氣體內能只由溫度決定，和體積無關。
【課后反思】
（一）課后反思
教材的分子勢能和距離圖像是兩個分子間的勢能，向學生特別指明這一點。從分子間作用力特點和分子力做功和分子勢能變化關系出發，學生應能畫出分子勢能和距離圖像，教師要發揮好引導作用，讓學生自己分析圖像并作圖。
內能和機械能的區別學生容易混淆，通過舉例幫助學生理解。

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