新教材适用2023_2024学年高中物理第1章分子动理论4分子动能和分子势能夯基提能作业新人教版选择性必修第三册

第一章　4.

基础达标练

一、选择题

1．(2023·河北唐山期中)关于分子动理论和物体内能，下列说法正确的是( C )

A．温度高的物体分子平均动能一定大，内能一定大

B．质量和温度都相同的氢气和氧气的内能一定相同

C．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大

D．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小

解析：温度高的物体的分子平均动能一定大，但是内能不一定大，选项A错误；温度相同的氢气和氧气的分子平均动能相等，但质量相同的氢气和氧气的分子个数不相同，所以其内能不相同，选项B错误；当分子间作用力表现为斥力时，分子力随分子间距离的减小而增大，且分子间距离减小，分子力做负功，分子势能增加，即分子势能也是随分子间距离的减小而增大，选项C正确；当分子间作用力表现为引力时，分子力随分子间距离的增大先增大后减小或一直减小，且分子间距离增大，分子力做负功，分子势能增大，所以分子势能随分子间距离的增大而增大，选项D错误。

2．两分子间的距离为r，当r稍增大些时( D )

A．分子力一定减小，分子势能一定增加

B．分子力一定增大，分子势能一定减少

C．分子力可能增大也可能减小，分子势能一定减少

D．因为不知道r的大小，所以分子力和分子势能的变化都无法判定

解析：分析分子力和分子势能随分子间距离的变化问题，一定要明确分子间的距离r是大于r0还是小于r0。因为本题不知道r与r0的大小关系，所以分子力和分子势能的变化都无法判定，故A、B、C错误，D正确。

3．(2023·云南昆明高二下学期三校联考)如图所示为一分子势能随距离变化的图线，从图中分析可得到( B )

A．r1处为分子的平衡位置

B．r2处为分子的平衡位置

C．r→∞处，分子间的势能为最小值，分子间无相互作用力

D．若r<r1，r越小，分子间势能越大，分子间仅有斥力存在

解析： 当分子处于平衡位置时，分子力为零，分子势能最小，A、C错误，B正确；若r<r1，r越小，分子间势能越大，分子间的引力和斥力都越大，D错误。

4．分子间势能与体积的关系，正确的是( C )

A．物体的体积增大，分子间的势能增加

B．气体分子的距离增大，分子间的势能减小

C．物体的体积增大，分子间的势能有可能增加

D．当分子间距离增大时，分子间的引力和斥力均增大

解析： 分子势能的变化要根据分子力做功来判断，物体的体积增大，分子间距离增大，如果分子间距离始终小于平衡距离，则此时分子力做正功，分子势能减小，如果分子间距离始终大于平衡距离，则分子力做负功，分子势能增大，即物体的体积增大时，无法判断分子间势能的变化情况，故A、B错误，C正确；当分子间距离增大时，分子间的引力和斥力均减小，故D错误。

5．(2022·江苏江阴二中等四校高二下期中)一定质量的0 ℃的冰熔化成0 ℃的水时，其分子的动能之和Ek和分子的势能之和Ep的变化情况为( C )

A．Ek变大，Ep变大  B．Ek变小，Ep变小

C．Ek不变，Ep变大  D．Ek变大，Ep变小

解析： 一定质量的0 ℃的冰熔化成0 ℃的水时，温度不变，分子的平均动能不变，故A、B、D错误；0 ℃的冰熔化成0 ℃的水时，需要吸收热量，所以其内能一定增加，而其分子总动能不变，所以分子的势能增大，故C正确。

6．(多选)(2022·广东汕头金山中学高二下期中)下列说法正确的是( AC )

A．温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度

B．内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和

C．布朗运动不是液体分子的运动，但能反映液体分子的无规则运动

D．温度降低，分子的平均动能不一定变小

解析： 温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度，选项A正确；内能是物体中所有分子热运动所具有的动能和分子势能的总和，选项B错误；布朗运动是固体颗粒的无规则运动，不是液体分子的运动，但能反映液体分子的无规则运动，选项C正确；温度是分子平均动能的标志，温度降低，分子的平均动能一定变小，选项D错误。

7．(多选)(2023·河北邯郸调研)如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子沿x轴运动，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离x的变化关系如图中曲线所示，图中分子势能的最小值为－E0，若甲、乙两分子只受相互的分子力作用且两分子所具有的总能量为0，则下列说法正确的是( CD )

A．乙分子在P点(x＝x2)时，加速度最大

B．乙分子在Q点(x＝x1)时，处于平衡状态

C．乙分子在P点(x＝x2)时，其动能为E0

D．乙分子的运动范围为x≥x1

解析：由题图可知，乙分子在P点(x＝x2)时，分子间作用力为零，加速度为零，故A错误；乙分子在Q点(x＝x1)时，分子间作用力表现为斥力，乙分子有加速度，处于非平衡状态，故B错误；乙分子在P点(x＝x2)时，分子势能为－E0，由两分子所具有的总能量为0，可知此时乙分子动能为E0，故C正确；若乙分子能运动至Q点(x＝x1)时，分子势能为0，故此时乙分子动能也为0，分子间距离最小，而后乙分子向分子间距离变大的方向运动，故乙分子的运动范围为x≥x1，D正确。

二、非选择题

8．飞机从地面起飞，随后在高空做高速航行，有人说：“在这段时间内，飞机中乘客的势能、动能都增大了，他们身上所有分子的动能和势能也都增大了，因此乘客的内能也增大了”。这种说法对吗？为什么？

答案：这种说法不对。因为该说法将机械能和内能两个概念混淆了，物体的内能是由物体内分子的数目、物体的温度和体积决定的，与机械运动无关，机械运动速度的改变以及竖直高度的变化仅改变的是乘客的机械能，不能因此判断其内能的变化情况。

能力提升练

一、选择题

1．(2023·山东省菏泽市高二下学期期中)对于物体内能下列说法正确的是( C )

A．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

B．物体所处位置越高，分子势能就越大，内能越大

C．一定质量的0 ℃的水结成0 ℃的冰，内能一定减少

D．质量相同的两个同种物体，运动物体的内能一定大于静止物体的内能

解析： 物体的内能是构成物体的所有分子的无规则热运动的动能和分子势能的代数和，具有统计意义，对单个或几个分子无意义，故A错误；物体的内能由物体的体积、温度、分子数等因素决定，与物体的位置无关，故B错误；一定质量的0 ℃的水结成0 ℃的冰，放出热量，则内能一定减少，故C正确；物体的内能与物体宏观的速度无关，与温度、体积等因素有关，故D错误。

2．分子间有相互作用的势能，规定两分子相距无穷远时两分子间的势能为零。设分子a固定不动，分子b以某一初速度从无穷远处向a运动，直到它们之间的距离最小．在此过程中a、b之间的势能( B )

A．先减少，后增加，最后小于零

B．先减少，后增加，最后大于零

C．先增加，后减少，最后小于零

D．先增加，后减少，最后大于零

解析：分子间距离大于r0时，分子力为引力，因此分子力做正功使分子势能逐渐减少；分子间距离小于r0时，分子力为斥力，因此分子力做负功使分子势能逐渐增加，故分子势能先减少，后增加。根据功能关系知，距离最小时a、b之间的势能等于初动能，是大于零的，B正确。

3．(多选)(2023·山东莱州一中高二上月考)质量是18 g的水、18 g的水蒸气、32 g的氧气，在它们的温度都是100 ℃时( BC )

A．它们的分子数目相同，分子的平均动能不相同，氧气的分子平均动能大

B．它们的分子数目相同，分子的平均动能相同

C．它们的分子数目相同，它们的内能不相同，水蒸气的内能比水大

D．它们的分子数目不相同，分子的平均动能相同

解析： 水和水蒸气的摩尔质量相同，质量相等时，分子数相同，为N1＝N2＝×6.02×1023个＝6.02×1023个；32 g的氧气含有的分子数为N3＝×6.02×1023个＝6.02×1023个，所以N1＝N2＝N3；温度是分子热运动的平均动能的标志，则分子热运动的平均动能相同；内能包括分子势能和分子动能，水需要吸热变成水蒸气，水蒸气的内能比水大，所以它们的内能不相同。故B、C正确，A、D错误。

4．给一定质量的温度为0 ℃的水加热，在水的温度由0 ℃上升到4 ℃的过程中，水的体积随着温度的升高反而减小，我们称之为“反常膨胀”。某研究小组通过查阅资料知道：水分子之间存在着一种结合力，这种结合力可以形成多分子结构，在这种结构中，水分子之间也存在着相互作用的势能。在水“反常膨胀”的过程中，体积减小是由于水分子之间的结构发生了变化，但所有水分子间的总势能是增大的。关于这个问题，下列说法正确的是( D )

A．水分子的平均动能减小，吸收的热量一部分用于分子间的结合力做正功

B．水分子的平均动能减小，吸收的热量一部分用于克服分子间的结合力做功

C．水分子的平均动能增大，吸收的热量一部分用于分子间的结合力做正功

D．水分子的平均动能增大，吸收的热量一部分用于克服分子间的结合力做功

解析：温度升高，分子平均动能增大。水的温度由0 ℃上升到4 ℃时，水的体积减小，这时水分子间的总势能增大，因此，吸收的热量一部分要克服分子间的结合力做功。故D正确。

5. (2023·四川达州期末)如图所示，甲分子固定于坐标原点，乙分子位于横轴上，甲、乙两分子间引力、斥力及分子势能的大小随分子间距离的变化情况分别如图中三条曲线所示，A、B、C、D为横轴上四个特殊的位置，E为两虚线a、b的交点，虚线EB垂直r轴，现把乙分子从A处由静止释放，则由图像可知( B )

A．虚线a为分子间引力随分子间距离的变化图线，交点E的横坐标代表乙分子到达该点时分子力为零

B．乙分子从A到B的运动过程中一直做加速运动

C．实线c为分子势能随分子间距离的变化图线，乙分子到达C点时分子势能最小

D．虚线b为分子间斥力随分子间距离的变化图线，表明分子间斥力随分子间距离的增大而减小

解析：根据分子力与分子间距离的关系，可知分子间的引力和斥力都随分子间距离r的增大而减小，随分子间距离r的减小而增大，但斥力变化得快，故虚线a为分子间斥力随分子间距离的变化图线，虚线b为分子间引力随分子间距离的变化图线，交点E表明乙分子到B点时，分子间的引力、斥力大小相等，分子力为零，故选项A、D错误；乙分子从A到B的运动过程中，分子力表现为引力，分子力做正功，乙一直做加速运动，选项B正确；实线c为分子势能随分子间距离的变化图线，乙分子到达B点时分子势能最小，为负值，选项C错误。

二、非选择题

6.不同的概念、规律之间往往存在内在的联系，弄清相关概念、规律之间的联系，有助于提升高中物理的学习能力。分子间存在着分子力，而分子力做功与路径无关，因此分子间存在与其相对距离有关的分子势能，如果选取两个分子相距无穷远时的势能为零，则作出的两个分子之间的势能Ep与它们之间距离r的Ep－r关系图像如图所示。

根据分子力做功与分子势能变化的关系，可以从Ep－r图像中得到有关分子力的信息。

(1)写出Ep－r图线斜率的绝对值的物理意义；

(2)画出分子力F随分子间距离r变化的F－r图像。(作图要求：约定分子力是斥力时F>0，分子力是引力时F<0，F＝0的点对应横坐标选用图中的r1或r2标明)

答案：(1)分子力的大小　(2)如图所示

解析：(1)分子势能随分子间距离r变化的Ep－r图线的斜率的绝对值k＝＝＝|F|，则其物理意义是分子力的大小。(2)F－r图像如答图所示。