新人教统编版高中物理选择性必修第三册全册教案教学设计（1-5章；含章末综合与测试）

2019版新教材

人教统编版高中物理选择性必修第三册全册教案教学设计

第一章《分子动理论》

1.1《分子动理论的基本内容》优秀教案

1.2《实验：用油膜法估测油酸分子的大小》优秀教案

1.3《分子运动速率分布规律》优秀教案

1.4《分子动能和分子势能》优秀教案

本章测试卷及答案

第二章《气体、固体和液体》

2.1《温度和温标》优秀教案

F一行温的等温变化》优秀教案

2.3《气体的等压变化和等容变化》优秀教案

2.4《固体》优秀教案

2.5《液体》优秀教案

本章测试卷及答案

第三章《热力学定律》

3.1《功、热和内能的改变》优秀教案

3.2《热力学第一定律》优秀教案

3.3《能量守恒定律》优秀教案

3.4《热力学第二定律》优秀教案

本章测试卷及答案

第四章《原子结构和波粒二象性》

4.1《普朗克黑体辐射理论》优秀教案

4.2《光电效应》优秀教案

4.3《原子的核式结构模型》优秀教案

4.4《氢原子光谱和玻尔的原子模型》优秀教案

4.5《粒子的波动性和量子力学的建立》优秀教案

本章测试卷及答案

第五章《原子核》

5.1《原子核的组成》优秀教案

5.2《放射性元素的衰变》优秀教案

5.3《核力与结合能》优秀教案

5.4《核裂变与核聚变》优秀教案

5.5《“基本”粒子》优秀教案

本章测试卷及答案

1.1分子动理论的基本内容

教学目标

物理观念与应用

1.通过生活实例及其分析，知道什么是扩散现象，产生扩散现象的原因是什

么

影响扩散快慢的因素有哪些，分别是什么关系

2.通过实验，观察什么是布朗运动，通过分析、推理，理解布朗运动产生的

原因。

3.通过对比，归纳扩散现象、布朗运动和分子的无规则运动之间的联系与区

别

4.知道分子力随分子间距离变化而变化的定性规律。

5.知道分子动理论的内容

科学思维与创新

1.通过对概念及课本中关键词句、图片细节的观察、分析、理解，引导学生

重视教材，学会研读教材，培养学生严谨的思维习惯

2.通过布朗运动的实验、观察及成因的分析、推理，体会并归纳其中的科学

研究方法。

3.在对所设情景及实验的观察、分析中和“情景+问题”的教学方式中培养

学生善于观察、勤于思考、勇于探索的良好习惯。

科学探究与交流

物理源于生活，要善于观察、勤于思考、勇于探索

科学态度与责任

通过科学家们对布朗运动成因的研究历程的介绍，培养相应科学精神。

教学重难点

1.理解扩散现象、布朗运动、热运动。

2.知道分子力随分子间距离变化而变化的定性规律

教学过程

一、物体是由大量分子组成的

【演示】幻灯片:扫描隧道显微镜拍摄的石墨表面原子结构照片。

由于碳原子被放大了几亿倍后才被观察到，表明分子是很小的。

我们在初中已经学过，物体是由大量分子组成的。需要指出的是:在研究物

质的化学性质时，我们认为组成物质的微粒是分子、原子或者离子。但是，在研

究物体的热运动性质和规律时，不必区分它们在化学变化中所起的不同作用，而

把组成物体的微粒统称为分子。

我们知道，Imol水中含有水分子的数量就达6.02Xl（L个。这足以表明，组

成物体的分子是大量的。人们用肉眼无法直接看到分子，就是用高倍的光学显微

镜也看不到直至1982年，人们研制了能放大几亿倍的扫描隧道显徼镜，才观察

到物质表面原子的排列

二、分子热运动

1.扩散现象

【演示】将一个装有无色空气的广口瓶倒扣在装有红棕色二氧化氮气体的广

口瓶上，抽去中间玻璃板，过一段时间发现，上面瓶中气体变成了淡红棕色，下

面气体的颜色变浅了，最后上下两瓶气体颜色一致。

（1）扩散:不同物质相互接触时彼此进入对方的现象叫做扩散。

（2）扩散现象随温度的升高而日趋明显。

【演示】分别向冷水和热水中滴入一滴红墨水，可观察到热水很快变成红色,

而冷水变成红色稍慢。

（3）扩散现象在气体、液体、固体中都能发生。

（4）扩散现象直接说明了组成物体的分子总是不停地做无规则运动。

（5）扩散现象的应用：在真空、高温条件下在半导体材料中掺入一些其他元

素来制造各种元件等。

2.布朗运动

【演示】把墨汁用水稀释后取出一滴，用显微放大投影仪观察液体中的小碳

粒的运动，可观察到小碳粒的运动无规则，颗粒越小，这种无规则运动越明显，

而且永不停止。

（1）布朗运动:悬浮在液体中的固体微粒永不停息的无规则运动叫做布朗运

动

它首先是由英国植物学家布朗在1827年用显徼镜观察悬浮在水中的花粉微

粒时发现。

（2）布朗运动产生的原因：大量液体分子永不停息地做无规则运动时，对悬

浮在其中的微粒撞击作用的不平衡性是产生布朗运动的原因。

简言之:液体分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因。

（3）影响布朗运动激烈程度的因素：固体微粒的大小和液体的温度。

固体微粒越小，液体分子对它各部分碰撞的不均匀性越明显;质量越小，它

的惯性越小，越容易改变运动状态，所以运动越激烈液体的温度越高，固体徼粒

周围的流体分子运动越不规则，对徼粒碰撞的不均匀性越强，布朗运动越激烈。

（4）布朗运动本身不是分子的无规则运动，但它反映了液体分子永不停息

地做无规则运动。

【注意】

（1）任何固体微粒悬浮在液体内，在任何温度下都会做布朗运动。

（2）悬浮在气体中的粒也存在布朗运动，它是由大量气体分子撞击微粒的

不平衡性所造成的，反映了气体分子永不停息地做无规则运动。

（3）布朗运动中固体微粒的运动极不规则。实验得出的每隔一定时间微粒

所处位置的连线，不是固体微粒的运动轨迹。

3.热运动

（1）扩散现象和布朗运动都随温度的升高而越明显。表明分子的无规则运

动跟温度有关。

（2）热运动:分子的无规则运动叫做热运动。温度越高，分子的热运动越激

烈。

【例1】下列关于布朗运动的说法中正确的是（）

A.布朗运动是液体的分子的无规则运动

B.布朗运动是指悬浮在液体中的固体分子的无规则运动

C.布朗运动说明了液体分子与悬浮颗粒之间存在着相互作用力

D.观察布朗运动会看到，悬浮的颗粒越小，温度越高，布朗运动越剧烈

【解析】布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动，小颗粒由许多分子

组成，所以布朗运动不是分子运动，也不是指悬浮颗粒内固体分子的运动，故A、

B均错，布朗运动虽然是由液体分子与悬浮颗粒间相互作用引起的，但其重要意

义是反映了液体分子的无规则运动，不是反映分子间的相互作用，故C错。观察

布明运动会看到固体颗粒越小，温度越高，布朗运动越明显。故D正确。正确答

案是D。

【例2】在较暗的房间里，从射进来的阳光中，可看到悬浮在空气中的微粒

在不停地的运动，这些微粒的运动是（）

A.布朗运动

B.不是布朗运动

C.自由落体运动

D.是由气流和重力引起的运动

【解析】这些肉眼可以看到的微粒是相当大的，某时刻它们所受到的各方向

空气分子碰撞的合力几乎为零，这些微小的合力对相当大的微粒来说，是不能使

它做布朗运动的，这时微粒的运动是气体对流和重力作用引起的，所以答案是

BD

【例3】如下图所示的是做布朗运动小颗粒的运动路线记录的放大图。以小

颗粒在A点开始计时，每隔30s记下小颗粒的位置，得到B、C、D、E、F、G等

点，则小颗粒在第75s末时位置，以下叙述中正确的是（）

A.一定在CD连线的中点

B.一定不在CD连线的中点

C.可能在CD连线上，但不一定在CD连线中点

D.可能在CD连线以外的某点上

【解析】图中的各点的连线不是微粒的运动轨迹，它是为了表明微粒在做极

短促的无定向运动过程中的移动的顺序而做的连线由以上分析，在第75s末，小

颗粒可能在CD连线上，但不一定在CD中点，也可能在CD连线外的位置。因此

选CD,正确答案CD。

【小结】扩散现象是分子无规则运动的结果。布朗运动是分子无规则运动的

反映扩散现象和布朗运动，不但说明分子永不停息地做无规则运动。同时也说明

分子间是有空隙的。

三、分子间的作用力

（一）分子间存在相互作用力

【演示】

（1）压紧两表面洁净的铅块，使它们合在一a起，下面的铅块不下落

（2）压缩一固体（如一铅块）很不容易，物体内要产生反抗的弹力

1.分子间存在相互作用的引力（如:压紧的铅块结合在一起，它们不易被拉

开）

2.分子间存在相互作用的斥力（如：固体和液体很难被压缩）

【注意】

压缩气体也需要力，不说明分子间存在斥力作用，压缩气体时需要的力是用

来反抗大量气体分子频繁撞击容器壁（活塞）时对容器壁（活塞）产生的压力。

3.分子间的引力和斥力同时存在，实际表现出来的分子力是分子引力和斥力

的合力（分子力）。

（二）分子间相互作用力的特点

1.分子间的引力和斥力同时存在。

2.分子间的引力和斥力只与分子间距离（相对位置）有关，与分子的运动状

态无关。

3.分子间的引力和斥力都随分子间的距离r的增大而减小，且斥力总比引力

随r

的增大衰减得快。

（三）分子力与距离的关系示意图（可用课件展示）

如下图所示，F>0为斥力，F〈0为引力，横轴上方的虚线表示分子间斥力随

r的变化图线，横轴下方的虚线表示分子间引力随r的变化图线，实线为分子间

引力和斥力的合力F（分子力）随r的变化图线

o

1.当r=ro时，分子间引力和斥力相平衡，F:邛;，分子处于平衡位置，其中

ro为分子直径的数量级，约为101m

2.当r〈ro时，F:〈F,对外表现的分子力F为斥力

3.当r>0时，Fg>F,对外表现的分子力F为引力

4.当r>10r0时，分子间相互作用力变得十分微弱，可认为分子力F为零（如

气体分子间可认为作用力为零）

（四）引起分子间相互作用力的原因

分子间相互作用力是由原子内带正电的原子核和带负电的电子间相互作用

而引起

【例4】分子间的相互作用力由引力F:和斥力F两部分组成，则（）

A.F和Fk是同时存在的

B.Fg总是大于Fs,其合力总是表现为引力

C.分子之间的距离越小，F:越小，Fs越大

D.分子之间的距离越小，F越大，Fs越小

【解析】分子间的引力和斥力是同时存在的，它们的大小和合力都与分子间

距离有关，当分子间距离减小时，引力和斥力都增大，且斥力的增大更快。r<r0

时，合力表现为斥力，r〉lo时，合力表现为引力

根据上述分析，该题正确的答案为A

【例5】当两个分子间距离为1时，分子力为零，下列关于分子力说法中正

确的是（）

A.当分子间的距离为r0时，分子力为零，也就是说分子间既无引力又无斥

力

B.分子间距离小于t时，分子力增大，分子间表现出是斥力

C.当分子间相互作用力表现为斥力时，分子距离变大时，斥力变大

D.在分子力作用范围内，不管r>l,还是r〈ro,斥力总比引力变化快

【解析】本题考查分子力随分子间距离变化规律分子间同时存在引力和斥力,

当r=10时是引力和斥力相等，所以A错。分子间力和斥力都随分子间距离减小

而增大，但斥力比引力变化的快，当KrO时，引力和斥力都增大，但斥力增加

比引力快，故B、D正确，C错。对分子力认识，应掌握分子力随分子距离的增

大而减小的关系

【例6】有甲、乙两个分子，甲分子固定不动，乙分子由无穷远处逐渐向甲

,A*-.--、r-

罪近，

直到不再靠近为止，在这整个过程中()

A.分子力总对乙做正功

B.乙总是克服分子力做功

C.先是分子力对乙做正功，然后乙克服分子力做功

D.乙先克服分子力做功，然后分子力对乙做正功

【解析】当分子间距r〉ro时，分子力表现为引力，因此当乙分子从无穷近

逐渐向甲集近过程中，当甲、乙两分子间距大于r时，分子间作用力对乙做正功;

当分子间距小于rO时，分子力表现为斥力，分子力对乙做负功。所以本题正确

答案是C

【例7】试从分子动理论的观点，说明物体的三态(固态、液态、气态)为

什么有不同的宏观特征？

【解析】固体分子间的距离非常小，分子间的作用力很大，其分子只能在平

衡位置附近做小范围的无规则运动。因此，固体不但具有一定的体积，还具有一

定的形状液体分子间的距离比较小，分子间的作用力也相当大，但与固体分子相

比，液体分子可在平衡位置附近做范围较大的无规则运动，而且液体分子的平衡

位置是不固定的，是在不断地移动，因而液体虽然具有一定的体积，却没有固定

的形状气体分子间距离很大，由于分子力是短程力，所以，彼此间的作用力极为

微小，其分子除了在与其他分子或器壁碰撞时有相互作用力外是不受其他作用力

的。因而气体分子总是做匀速直线运动，直到碰撞时，才改变方向，所以，气体

没有体积，也没有一定a的形状，总是充满整个容器的。

【小结】分子间同时存在相互作用的引力和斥力，它们都随距离r增大而减

小，当r=rO（ro约为101m）时，分子力F=0;r>ro时分子力F为引力，时分

子力F为斥力。

四、分子动理论

总结本节课的所有内容，引出分子动理论：

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。

从总体来看，大量分子的运动却有一定的规律，这种规律叫做统计规律。

1.2实验：用油膜法估测油酸分子的大小

【实验目标】

物理观念与应用

了解油酸分子的结构特点，学会用油膜法估测其大小。

科学思维与创新

通过实验探究过程，体会科学探究的一般方法，初步学会用统计的方法求物

,理量。

科学探究与交流

在实验探究的过程中，有克服困难的信心和决心，能体验战胜困难、解决物

理问题时的喜悦；

科学态度与责任

养成实事求是、尊重自然规律的科学态度，注意学生科学世界观的形成。

【实验重点、难点】

1.重点：学会用油膜法估测其大小

2.难点：用正确的方法进行实验

【实验用具】.

①1：200油酸一酒精溶液②铁架台③20ml注射器④注射用皮管⑤

10ml量筒⑥塑料水槽(30X30cm)⑦30X30cm玻璃⑧坐标纸⑨彩笔⑩琲

子粉

【实验分析和实验建议】

用油膜法估测分子的大小这一学生实验，是要让学生学习一种方法，即用宏

观手段来研究微观问题，该实验具有很强的探索性，因此指导学生做好这个实验

是十分有意义的.要做好这个实验，需注意以下三个主要问题.

一、浓度配制

教材中要求老师事先配制好一定浓度的酒精油酸溶液，并无明确指明要配多

大的浓度、而这一浓度大小的选择正是这个实验成功的关键.通过多次试验，我

们认为浓度选取1%。较合适.配制浓度为1%。的油酸溶液可经两次配制.第一次配

制，在100ml量筒中准确地放人96ml无水乙醇，再用5ml量简量入4ml油酸，

充分搅拌后，得到4%浓度的油酸溶液.第二次配制，取975ml的无水乙醇放入

另一个100ml量筒中，用5ml量筒准确量入第一次配好的浓度为4%的油酸溶液

2.5ml,充分搅拌，便得到1%。的油酸溶液.

通过两次配制，既可减小取液时的相对误差，又可用尽量少的.液体配出.较

准确浓度的溶液.在配制过程中应注意，（1）小量简量取的溶质要全部放入溶液;

（2）充分搅拌；（3）油酸溶液配制后不要长时间放置，以免酒精挥发改变浓度.

二、粉的厚度

实验中琲子粉.的作用是界定油膜大小的边界，琲子粉过厚，油膜不易扩散，

使水面的酢子粉开裂，琲子粉太少，油膜边界不清.教材中要求学生将琲子粉均

匀地撒在水面上，如何“撒”.这是关键，为了让学生撒好琲子粉，可先将琲子

粉装入小布袋中，然后拿一细木棒在水面上方轻敲布袋，即可得到均匀的、很薄

的一层琲子粉.具体撒多薄的琲子粉，教师要事先试验.心中有数，并指导学生

操作.

三、点的滴法

实验时，把配好的浓度为1%。的油酸溶液约（3ml-5ml）分到5ml量筒中，

发给各小组，让学生用液管抽取溶液，一滴一滴地滴入小量筒，训练准确、均匀

地滴点.在练习之前，教师应示范滴管的拿取姿势，用左手食指、中指挟住滴管

的中部.右手拇指和食指摄住滴管的胶头，两手掌靠拢.形成一个稳定的姿势，再

把两肘支在桌上，这样可保证滴出每滴溶液时所用的力始终不变，数出的滴数误

差就会减小.学生按上述方法操作，记下小量筒内增加一定体积（例如1ml）时的

滴数.接下来把一滴油酸溶液滴入撒好琲子粉的水面中央，这滴油酸溶液立刻伸

展为一个80cm:140cm,左右的以琲子粉为边界的近圆形油膜，边缘是锯齿形，

当油膜中的无水乙醇挥发、溶解后.油膜便自动收缩为60cmz—lZOcm,的近圆形油

膜.浅盘上盖好玻璃，用彩笔描出油膜边界用坐标纸量出油膜面积.

注意了以上三个问题后，这个实验就不难成功了，实验过程中，另外注意浅

盘选深度为5cm左右的圆盘，口径选40cm以上，底色用棕、黑等深色，琲子粉

应保证干燥，浅盘中的水应提前放置（静置）10小时以上，滴管往浅盘水面上滴

油酸溶液时，滴管口距下面的高度应在1cm之内，当重做实验时，应用大量清水

把钱盘及量筒、滴管洗净，有条件的学校如用热水清洗或酒清擦试后再冲洗效果

更佳.总之，只要教师精心准备，对学生认真指导，则可观察到应有的实验现象，

.一定会得到与油酸分子公认值L12X10"很接近的测量估算值

【实验原理】

油酸分子式为CI7H33C00HO是一种结构较为复杂的高分子。由两部分组成，

一部分是C"%,是不饱和煌具有憎水性。另一部分是C00H对水有很强的亲和力。

被酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸溶液会在水面上很快散开，其中酒精先

溶于水，并很快挥发，最后在水面上形成一块纯油酸薄膜。

其中C/33部分冒出水面，另一部分C00H则浸在水中，油酸分子直立在水

面上。形成一个单分子层油膜。如果那滴油酸体积可以算出。再测得单分子油膜

的面积S。即可估算出油酸分子的直径（大小）d=V./So

【实验过程】

1、用注射器吸取10ml1：200的油酸酒精溶液，用铁夹夹住后固定在铁架

台上。用注射皮管作滴管，向小量筒内数数滴入5ml溶液，按一滴/秒的速度滴

下。5ml约420滴左右。每滴含油酸体积

5ml/420X1/200^0.00006ml

2、在塑料水槽中倒入适量的水，水面完全稳定后均匀的撒上琲子粉。

3、等粉完全静止后开始滴.溶液。下滴点距水面约2至3cm左右为宜。过几

分钟后油酸薄膜的形状趋于稳定。若不够大则在滴一滴。

浮在水面上的矫-f粉

1—1

4、把玻璃板盖在塑料盆上。用彩笔把油酸薄膜的形状勾勒在玻璃板上。

5、把画有油酸薄膜轮廓的玻璃复在坐标纸上（边长1cm）算出油酸薄膜的

面积S（用四舍五入的方法统计有多少个1cm?的面积）。

6、根据每一滴油酸的体积V和薄膜的面积S即可算出游酸馍的厚度L=V

/S。.即油酸分子的大小。

【实验纪录】

项目油酸酒精1mL溶液一滴油酸酒精一滴油酸油膜面积

溶液浓度的滴数溶液的体积的体积

数值

[

【本课点评】：］

本次实验溶液浓度选取1%。的选择正是这个实验成功的一个关键，第二个关

键是粉的厚度，琲子粉的作用是界定油膜大小的边界，琲子粉过厚，油膜不易扩

散，使水面的瘴子粉开裂，琲子粉太少，油膜边界不清。

大部分学生在操作过程中.都存在第二点做得不好的，以致误差较大。

1.3分子运动速率分布规律

教学目标

物理观念与应用

1.知道统计规律的含义

2.知道分子运动速率分布。

科学思维与创新

通过让学生用气体分子动理论解释有关的宏观物理现象，培养学生的微观想

象能力和逻辑推理能力，并渗透“统计物理”的思维方法。

科学探究与交流

通过对宏观物理现象与微观粒子运动规律的分析，对学生渗透“透过现象看

本质”的哲学思维方法。

科学态度与责任

个别事物的出现具有偶然的因素，但大量事物出现的机会，却遵从一定的统

计规律。

教学重难点

分子运动速率分布。

教学方法

讲授法、阅读法、电教法

教学用具：

投影仪、投影片

教学过程

（-）引入新课

教师：（复习提问）分子动理论的基本内容是什么？

待学生回答后，指出课题：气体分子的运动是怎样的？气体所遵循的宏观规

律和气体的微观结构有何关系？本节我们就研究气体分子微观模型。

（二）进行新课

先设问：气体分子运动的特点有哪些？

引导学生看课本14页“分子沿各个方向运动的机会相等”。

1.统计规律

投掷硬币实验

教师：通过对分子动理论的学习，我们知道，由于物体是由数量极多的分子

组成的，这些分子单独来看，运动是不规则的，带有偶然性的，但从总体上看，

大量分子的运动遵守一定的规律，这种规律叫做统计规律。教材14页的“投掷

硬币实验”就说明了这种规律。

（可以在课前预先安排学生完成实验，将实验数据收集起来，进行分析）

教师：实验表明：个别事物的出现具有偶然的因素，但大量事物出现的机会，

却遵从一定的统计规律。

教师：请大家列举生活中你所观察到的符合统计规律的现象。

学生：讨论，列举实例。如考试时，得高分的人数和低分的人数占总人数的

比例相对较少，接近平均分的人数相对较多。全班同学的身高分布，也有类似的

规律。

2.分子运动速率分布

（1）气体间的距离较大，分子间的相互作用力十分微弱，可以认为气体分

子除相互碰撞及与器壁碰撞外不受其他力作用，每个分子都可以在空间自由移动,

一定质量的气体的分子可以充满整个容器空间。

（2）分子间的碰撞频繁，这些碰撞及气体分子与器壁的碰撞都可看成是完

全弹性碰撞。气体通过这种碰撞可传递能量，其中任何一个分子运动方向和速率

大小都是不断变化的，这就是杂乱无章的气体分子热运动。

（3）从总体上看气体分子沿各个方向运动的机会均等，因此对大量分子而

言，在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。

引导学生看课本15、16页”分子速率按一定的规律分布”。

共同总结：

3.分子速率按一定的规律分布

大量气体分子的速率是按一定规律分布，呈“中间多，两头少”的分布规律，

且这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大。

其速率分布与分子数的关系如图所示.

一、分子沿各个方向运动的机会相等

1.基本知识

(1)在气体中，大量分子的频繁碰撞，使某个分子何时何地向何处运动是偶

然的.

(2)对大量分子的整体来说，在任一时刻分子沿各个方向运动的机会是均笠

的.

(3)大量个别偶然事件整体表现出来的规律称为统计规律.

2.思考判断

(1)现代科学能够跟踪每一个气体分子运动的轨迹.(*)

(2)大量分子的运动杂乱无章，毫无规律可循.(X)

(3)单个分子运动没有规律可循，运动完全具有偶然性.(J)

3.探究交流

某医院治疗一种疾病的治愈率为10%,那么，前9个病人都没有治愈，第10

个人就一定能治愈吗？

【提示】如果把治疗一个病人作为一次试验，治愈率是10%.随着试验次

数的增加，即治疗的病人数的增加，大约有10%的人能够治愈.对于一次试验来

说，其结果是随机的，因此，前9个病人没有治愈是可能的，对第10个人来说，

其结果仍然是随机的，既有可能治愈，也可能没有治愈，治愈率仍为10%

二、分子速率按一定的规律分布

1.基本知识

(1)大量分子整体的速率分布遵从一定的统计规律;在一定的温度下，各种

不同速率范围内的分子数在总分子数中所占的比率是确定的.

(2)气体分子中，速率很大的和速率很小的分子数占总分子数的比率是很小

的，气体中大多数分子的速率都接近某个数值.与这个数值相差越多，分子数越

少，表现出“中间多、两头少”的分布规律.

(3)温度升高时，分子数最多的速率区间移向速率大的一方,速率小的分子

数减少,速率大的分子数增加,分子的平均动能增大,总体上仍表现出“中间多、

两头少”的分布规律.

2.思考判断

(1)对于某种理想气体而言，不论温度多高，速率很大和很小的分子总是少

数.(，)

(2)对于某种理想气体而言，温度变化，表现出“中间多、两头少”的分布

规律要改变.(X)

3.探究交流

气体的温度升高时，所有气体分子的速率都增大吗？

【提示】温度升高时，气体分子的平均速率增大，但有可能个别分子的速

率变小.事实上，对于某个气体分子来说，其速率大小是时刻在变化的，并且也

是无法确定.

课堂练习

【问题导思】

1.气体分子运动具有什么特点？

2.气体分子的速率按什么规律分布？

3.当温度升高时，所有气体分子的速率都增大吗？

1.统计规律

(1)掷硬币实验

①实验条件：4枚硬币每次下落高度均相同(不宜太低)，硬币的大小、材料

要相同，抛出方法要相同.

②实验现象：2枚硬币正面朝上的次数比例最多，1枚或3枚硬币正面朝上

的次数比例略小，正面全部朝上和朝下的次数最少.

(2)统计规律

大量偶然事件表现出来的整体规律为统计规律.

2.气体分子运动的特点

(1)气体分子之间有很大空隙.

(2)气体分子之间的相互作用力十分微弱，气体分子可以自由地运动，可以

充满它所能达到的空间.

(3)气体分子运动时频繁地发生碰撞，气体分子向各个方向运动的机会相等.

(4)速率分布表现为“中间多、两头少”.

3.气体分子统计规律

(1)麦克斯韦气体分子速率分布规律

在一定状态下，气体的大多数分子的速率都在某个值附近，离这个值越远具

有这种速率的分子数就越少，即气体分子速率总体上呈“中间多、两头少”的分

布特征.

(2)麦克斯韦速率分布规律如图所示

从麦克斯韦速率分布规律图可以看出，当温度升高时，''中间多、两头少”

的分布规律不变，气体分子的平均速率增大，分布曲线的峰值向速率大的一方移

动.

特别提醒

1.通常情况下，气体分子间的距离比较大，相互之间的作用力很小，因此

可以忽略气体分子间的相互作用，认为气体分子除了相互碰撞或跟器壁碰撞外，

不受力的作用.

2.对于大量分子无规则运动的速率，无法采用牛顿力学方法精确地确定，

但可以用统计方法找出其分布规律.

》例E1(双选)关于气体分子的运动情况，下列说法中正确的是()

A.某一时刻具有任一速率的分子数目是相等的

B.某一时刻一个分子速度的大小和方向是偶然的

C.某一时刻向任意一个方向运动的分子数目相等

D.某一温度下大多数气体分子的速率不会发生变化

【审题指导】解答本题应把握以下两点：

(1)气体分子速率总体上呈现出“中间多、两头少”的分布特征.

(2)气体分子运动是杂乱无章的，向各个方向运动的机会均等.

【解析】具有任一速率的分子数目并不是相等的，而是呈“中间多，两头

少”的统计分布规律，选项A错误.由于分子之间频繁地碰撞，分子随时都会改

变自己运动速度的大小和方向，因此在某一时刻一个分子速度的大小和方向完全

是偶然的，选项B正确.虽然每个分子的速度瞬息万变，但是大量分子的整体存

在着统计规律.由于分子数目巨大，在某一时刻向任意一个方向运动的分子数目

只有很小的差别，可以认为是相等的，选项C正确.某一温度下，每个分子的速

率仍然是瞬息万变的，只是分子运动的平均速率相同，选项D是错误的，该题的

正确答案为B、C.

【答案】BC

在一定温度下，某种理想气体的速度分布应该是()

A.每个分子速度都相等

B.每个分子速率一般都不相等，速率很大和速率很小的分子数目都很少

C.每个分子速率一般都不相等，但在不同速率范围内，分子数的分布是均

匀的

D.每个分子速率一般都不相等，速率很大和速率很小的分子数目很多

【解析】由麦克斯韦气体分子速率分布规律知，气体分子速率大部分集中

在某个数值附近，速率很大和速率很小的分子数目都很小，所以B正确.

【答案】B

w究2麦克斯韦气体分子速率分布规律

卜例3(双选)根据气体分子动理论，气体分子运动的剧烈程度与温度有关,

下列表格反映了氧气分子速率分布规律.

各速率区间的分子数占总分子数的百

按速率大小划分区间

分率㈤

(m/s)

温度为0℃时温度为100C时

100以下1.40.7

100—2008.15.4

200~30017.011.9

300~40021.417.4

400~50020.418.6

500~60015.116.7

600—7009.212.9

700~8004.57.9

800~9002.04.6

900以上0.93.9

根据表格有四位同学总结出了以下规律，其中正确的是()

A.不论温度有多高，速率很大和很小的分子总是少数分子

B.温度变化时，“中间多、两头少”的分子分布规律发生改变

C.某一温度下，速率都在某一数值附近，离开这个数值越远，分子越少

D.温度升高时，速率小的分子数增加

【审题指导】解答表格类题时，要三个注意：

(1)要结合题干认真审题，弄清行标题、列标题和表格中数据的含义.

(2)其次有的还要分析各行各列的数据变化趋势及引起变化的原因.

(3)结合题目中的问答选项，思考与表格中内容的联系，用已掌握的物理知

识求解答案.

【解析】从表格数据可看出，温度升高时，速率大的分子数增多了，D错

误；根据分子运动的特点，不论温度有多高，速率很大和很小的分子总是少数分

子，A、C正确；温度变化时，“中间多、两头少”的分子分布规律不会发生改变，

B错误.

【答案】AC

T规律总结I------------------------------------------

对气体分子速率分布规律的认识

气体分子运动的规律应从两个方面理解：一是个别分子运动的偶然性，二是

大量分子整体具有的规律性.不可把大量分子的统计结果用在个别分子上，也不

能因为少量的差异去要求整体上规律的严密性.

当堂达标。固亚基

；USHUANCJI|

1.下列关于气体分子运动的特点，正确的说法是（）

A.气体分子运动的平均速率与温度有关

B.当温度升高时，气体分子的速率分布不再是“中间多、两头少”

C.气体分子的运动速率可由牛顿运动定律求得

D.气体分子的平均速度随温度升高而增大

【答案】A

2.（双选）在研究热现象时，我们采用统计方法，这是因为（）

A.每个分子的运动速率随温度的变化是有规律的

B.个别分子的运动不具有规律性

C.在一定温度下，大量分子的速率分布是确定的

D.在一定温度下，大量分子的速率分布也随时间而变化

【解析】大量分子运动的速率分布是有规律的，可以用统计方法，而个别

分子的运动速率瞬息万变，没有规律.故B、C选项正确.

【答案】BC

3.关于气体分子运动的特点，下列说法不正确的是（）

A.由于气体分子间距离较大，所以气体很容易被压缩

B.气体之所以能充满整个空间，是因为气体分子间相互作用的引力和斥力

十分微弱，气体分子可以在空间内自由移动

C.由于气体分子之间的距离较大，所以气体分子间根本不存在相互作用

D.气体分子间除相互碰撞外，几乎无相互作用

【解析】气体分子间距离大，相互作用的引力和斥力很微弱，很容易被压

缩，气体分子能自由运动，故A、B正确；尽管气体分子间的距离很大，但并不

是气体分子间没有相互作用力，故C错，D正确.

【答案】C

4.如图所示，横坐标。表示分子速率，纵坐标F（口表示各等间隔速率区间

的分子数占总分子数的百分比.图中曲线能正确表示某一温度下气体分子麦克斯

韦速率分布规律的是（）

A.曲线①B.曲线②

C.曲线③D.曲线④

【解析】根据麦克斯韦气体分子速率分布规律可知，某一速率范围内分子

数量最大，速率过大或过小的数量较少，曲线向两侧逐渐减少，曲线④符合题

意.选项D正确.

【答案】D

教学反思

思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现

过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源

之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。

1.4分子动能和分子势能

教学目标：

1.知道分子的动能，知道物体的温度是分子平均动能大小的标准

2.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。

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：

一、复习导入

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。

二、新课教学

（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

（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

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。

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

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。

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100m数量级时，分子的作用力的合力为零，此距离为

ro当分子距离小于mo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E增大。

如果分子间距离大于ro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，E增大。

从以上两种情况综合分析，分子间距离以I。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ro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ro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的距离有关，那么在宏观上什么物理量能能反

映分子势能的大小变化情况？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0,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位斥力，F(0

位力。A、b、c、d位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一直增大。

(三)物体的内能

1.物体的内能:物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体

的内能。也叫做物体的热力学能。

任何物体都具有内能。因为一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互

作用着的分子所组成。

提问学生：宏观量中哪些物理量是分子热运动的平均动能和分子势能的标

志？

根据学生的回答，引导到一个确定的物体,分子总数是固定的，那么这物体的

内能大小是由宏观量一一温度和体积决定的。如果不是确定的物体,那么物体的

内能大小时由质量、温度、体积和物态来决定

3.决定物体内能的因素

(1)从宏观上看:物体内能的大小由物体的摩尔数、温度和体积三个因素决定。

(2)微观上看:物体内能的大小由组成物体的分子总数，分子热运动的平均

动能和分子间的距离三个因素决定。

课堂讨论：各个实例中，比较物体的内能大小,并说明理由。

①一块铁由15c升高到55,比较内能。

②质量是lkg50℃的铁块与质量是0.kg50℃的铁块，比较内能

③质量是IkglOOC的水与质量是IkglOOC的水蒸汽，比较内能。

物体机械运动对应着机械能,热运动对应着内能。任何物体都具有内能，同时

还可具有机械能。例如在空中飞行的炮弹,除了具有内能,还具有机械能一一动能

和重力势能。

提问学生：一辆汽车的车厢内有一气瓶氧气，当汽车以60km/行驶起来后,

气瓶内氧气的内能是否增加？

通过此问题，让学生认识内能是所有分子热运动动能和分子势能之总和，而

不是分子定向移动的动能。另一方面，物体机械能增加，内能不一定增加。

4.物体的内能跟机械能的区别

内能机械能

对应的运

微观分子热运动宏观物体机械运动

动形式

常见的能

分子动能、分子势能物体动能、重力势能或弹性势能

量形式

物质的量、物体的温度和体积物体的机械运动的速度、相对于

影响因素

及物态零势能面的高度或弹性形变量

大小永远不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

2019人教统编版高中物理选择性必修第三册

第一章《分子动理论》章节测试卷

一、选择题（每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中有一个或多个选项正确。

全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的或不答的得0分。）

1.根据分子动理论，物质分子间距离为0时分子所受到的引力与斥力相等，以下关于分子

（）

A.当分子间距离是ro

B.当分子间距离是ro

C

D

2（）

A.物体的温度越高，分子热运动越剧烈，分子平均动能越大

B.布朗运动就是液体分子的热运动

C.一切达到热平衡的系统一定具有相同的温度

D.分子间的距离r存在某一值历，当r<ro时，斥力大于引力，当or。时，引力大于斥力

3.下列说法中正确的是（）

A.温度高的物体比温度低的物体热量多

B.温度高的物体不一定比温度低的物体的内能多

C.温度高的物体比温度低的物体分子热运动的平均速率大

D.相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等

4.从下列哪一组数据可以算出阿伏伽德罗常数（）

A.水的密度和水的摩尔质量B.水的摩尔质量和水分子的体积

C.水分子的体积和水分子的质量D.水分子的质量和水的摩尔质量

5.关于分子间距与分子力的下列说法中，正确的是（）

A.水和酒精混合后的体积小于原来的体积之和，说明分子间有空隙；正是由于分子间

有空隙，才可以将物体压缩

B.实际上水的体积很难被压缩，这是由于水分子间距稍微变小时，分子间的作用就表

现为斥力

C.一般情况下，当分子间距（平衡距离）时，分子力表现为斥力，r，。时，分子

力为零；当or。时分子力为引力

D.弹簧被拉伸或被压缩时表现的弹力，正是分子引力和斥力的对应表现

6.已知阿伏伽德罗常数为N,某物质的摩尔质量为MCkg/mol）,该物质的密度为0（kg/m?）,

则下列叙述中正确的是（）

A.1kg该物质所含的分子个数是。N

B.1kg该物质所含的分子个数是出

M

C.该物质1个分子的质量是4（kg）

N

D.该物质1个分子占有的空间是一（ri?）

pN

7.如图所示.设有一分子位于图中的坐标原点。处不动，另一分子可位于x轴上不同位置

处.图中纵坐标表示这两个分子间分子力的大小，两条曲

线分别表示斥力和引力的大小随两分子间距离变化的关

系，e为两曲线的交点.则（）

A.ab表示吸力，cd表示斥力，e点的横坐标可能为10-15m

B.ab表示斥力，cd表示吸力，e点的横坐标可能为1010m

C.ab表示吸力，cd表示斥力，e点的横坐标可能为1010m

D.ab表示斥力，cd表示吸力，e点的横坐标可能为10F5m

8.下列事实中能说明分子间存在斥力的是（）

A.气体可以充满整个空间

B.给自行车车胎打气，最后气体很难被压缩

C.给热水瓶灌水时，瓶中水也很难被压缩

D.万吨水压机可使钢锭变形，但很难缩小其体积

9.下列关于布朗运动的说法中正确的是（）

A.布朗运动是指在显微镜下观察到的组成悬浮颗粒的固体分子的无规则运动；

B.布朗运动是指在显微镜下观察到的悬浮固体颗粒的无规则运动；

C.布朗运动是指液体分子的无规则运动；

D.布朗运动是指在显微镜下直接观察到的液体分子的无规则运动。

10.当两个分子间的距离仁勿时，分子处于平衡状态，设r—则当两个分子间的距离

由ri变到5的过程中（）

A.分子力先减小后增加B.分子力先减小再增加最后再减小

C.分子势能先减小后增加D.分子势能先增大后减小

二'填空题（共26分，把正确答案填在题中的横线上）

11.（6分）在用油膜法估测分子大小的实验中，己知纯油酸的摩尔质量为密度为p,

一滴油