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同步练习题

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知识点一、分子动能
1．单个分子的动能
(1)定义：组成物体的每个分子都在不停地做无规则运动，因此分子具有动能．
(2)由于分子运动的无规则性，在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一，就是同一个分子，在不同时刻的动能也可能是不同的，所以单个分子的动能没有意义．
2．分子的平均动能
(1)定义：物体内所有分子的动能的平均值．
(2)决定因素：物体的温度是分子热运动的平均动能的标志．温度升高的物体，分子的平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大，个别分子的动能可能减小或不变，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的．
3．物体内分子的总动能
物体内分子运动的总动能是指所有分子热运动的动能总和，它等于分子热运动的平均动能与分子数的乘积．物体内分子的总动能与物体的温度和所含分子总数有关．
知识点二、分子势能
1．分子力、分子势能与分子间距离的关系
2.分子势能的特点
由分子间的相对位置决定，随分子间距离的变化而变化．分子势能是标量，正、负表示的是大小，具体的值与零势能点的选取有关．
3．分子势能的影响因素
(1)宏观上：分子势能跟物体的体积有关．
(2)微观上：分子势能跟分子间距离r有关，分子势能与r的关系不是单调变化的．
知识点三、物体的内能
1．内能的决定因素
(1)宏观因素：物体内能的大小由物质的量、温度和体积三个因素决定，同时也受物态变化的影响．
(2)微观因素：物体内能的大小由物体所含的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定．
2．温度、内能和热量的比较
(1)温度宏观上表示物体的冷热程度，是分子平均动能的标志．
(2)内能是物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和．
(3)热量指在热传递过程中，物体吸收或放出热的多少．
3．内能和机械能的区别与联系
4.物态变化对内能的影响
一些物质在物态发生变化时，如冰的熔化、水在沸腾时变为水蒸气，温度不变，此过程中分子的平均动能不变，由于分子间的距离变化，分子势能变化，所以物体的内能变化．
（2023•海南）下列关于分子力和分子势能的说法正确的是（ ）
A．分子间距离大于r0时，分子间表现为斥力
B．分子从无限远靠近到距离r0处过程中分子势能变大
C．分子势能在r0处最小
D．分子间距离在小于r0且减小时，分子势能在减小
【解答】解：A、分子间距离大于r0，分子间表现为引力，故A错误；
BCD、分子间距离变小，引力做功，势能减小，在r0处势能最小，继续减小距离，分子间表现为斥力，分子力做负功，势能增大，故BD错误，C正确；
故选：C。
（2020•北京）分子力F随分子间距离r的变化如图所示。将两分子从相距r＝r2处释放，仅考虑这两个分子间的作用，下列说法正确的是（ ）
A．从r＝r2到r＝r0分子间引力、斥力都在减小
B．从r＝r2到r＝r1分子力的大小先减小后增大
C．从r＝r2到r＝r0分子势能先减小后增大
D．从r＝r2到r＝r1分子动能先增大后减小
【解答】解：A、从r＝r2到r＝r0分子间引力、斥力都在增加，但斥力增加得更快，故A错误；
B、由图可知，在r＝r0时分子力为零，故从r＝r2到r＝r1分子力的大小先增大后减小再增大，故B错误；
C、分子势能在r＝r0时最小，故从r＝r2到r＝r0分子势能一直在减小，故C错误；
D、从r＝r2到r＝r1分子力先做正功后做负功，故分子动能先增大后减小，故D正确；
故选：D。
关于物体的热胀冷缩现象，下列说法正确的是（ ）
A．物体受热后，温度升高，分子的平均动能增大；降低温度后，分子的平均动能减小，分子势能没有变化
B．物体受热膨胀，体积增大，分子势能增大；物体收缩，体积减小，分子势能减小，分子的平均动能不变
C．物体受热膨胀，温度升高，分子平均动能增大，体积增大，分子势能也增大；物体遇冷收缩，温度降低，分子平均动能减小，体积减小，分子势能也减小
D．物体受热膨胀，分子平均动能增大，分子势能也增大；物体遇冷收缩，分子平均动能减小，但分子势能增大
【解答】解：A.温度是分子平均动能的标志，物体受热后温度升高，分子的平均动能增大；温度降低后，体积减小，分子的平均动能和分子势能都减小，故A错误；
BCD.物体受热后，温度升高，体积增大，分子的平均动能和分子势能都增大；遇冷后温度降低，体积减小，分子平均动能和分子势能都减小，故BD错误，C正确。
故选：C。
（2023•成都开学）关于内能，下列说法中正确的是（ ）
A．温度为0℃的物体没有内能
B．一个物体的机械能增加，其内能也一定增加
C．内能可以自发地从低温物体转移到高温物体
D．双手摩擦生热，属于做功的方式改变物体内能
【解答】解：A、内能是物体内部所有分子做无规则热运动的动能和分子势能的总和，任何物体都有内能，故A错误；
B、物体的内能与机械能没有关系，同一个物体的机械能增加，其内能不一定增加，故B错误；
C、内能可以自发地从高温物体转移到低温物体，故C错误；
D、双手摩擦生热，是克服摩擦做功，使手的内能增大，温度升高，故D正确。
故选：D。
（2023秋•天津期中）关于下面热学中的几张图片所涉及的相关知识，描述正确的是（ ）
A．图甲中，微粒越大，单位时间内受到液体分子撞击次数越多，布朗运动越明显
B．图乙为大量气体分子热运动的速率分布图，曲线T2对应的分子平均动能较大
C．由图丙可知，在r由r1变到r2的过程中分子力做负功
D．图丙中分子间距为r1时的分子力比分子间距为r2时的分子力小
【解答】解：A．图甲中，微粒越大，单位时间内受到液体分子撞击次数越多，越趋于平衡，布朗运动会越不明显，故A错误；
B．图乙中，曲线T2对应的分子速率大的分子数占总分子数的百分比大一些，可知T2＞T1，则曲线T2对应的分子平均动能较大，故B正确；
C．由图丙可知，当r＝r2时分子势能最小，在r由r1变到r2的过程中，分子势能减小，则分子力做正功，故C错误；
D．图丙中分子间距为r2时分子势能最小，可知该位置为平衡位置，分子力为0，即分子间距为r1时的分子力比分子间距为r2时的分子力大，故D错误。
故选：B。
（2023•南通模拟）当分子间距离为r0时，分子间的作用力为0，则分子间的距离从0.9r0增大到10r0的过程中（ ）
A．分子间的作用力先减小后增大
B．分子间的作用力先增大后减小
C．分子势能先减小后增大
D．分子势能先增大后减小
【解答】解：当分子间距离由0.9r0增大到10r0的过程中，如图所示：
分子间的作用力先变小后变大再变小；当分子间距离由0.9r0增大到r0的过程中，分子力表现为斥力，斥力做正功，分子势能减小，由r0增大到10r0的过程中，分子力表现为引力，引力做负功，分子势能变大，故C正确，ABD错误。
故选：C。
（2023春•吉安期末）用电脑软件模拟两个相同分子在仅受分子力作用下的运动。将两个质量均为m的A、B分子从x轴上的﹣x0和x0处由静止释放，如图1所示。其中B分子的速度v随位置x的变化关系如图2所示。取无限远处势能为零，下列说法正确的是（ ）
A．A、B间距离为x1时分子力为零
B．A、B间距离为2（x1﹣x0）时分子力为零
C．A、B系统的分子势能最小值为12mv22-12mv12
D．释放时A、B系统的分子势能为mv22
【解答】解：AB、由图乙可知，B分子在x0～x1过程中做加速运动，说明开始时两分子间作用力为斥力，在x1处速度最大，加速度为0，即两分子间的作用力为0，根据运动的对称性可知，此时A、B分子间的距离为2x1，故AB错误；
C、由能量守恒可知，当两分子速度最大即动能最大时，分子势能最小，则最小分子势能为：Epmin=mv22-2×12mv12=mv22-mv12，故C错误；
D、由图乙可知，两分子运动到无穷远处的速度为v2，在无穷远处的总动能为：2×12mv22=mv22，由题意可知，无穷远处的分子势能为0，由能量守恒可知，释放时A、B系统的分子势能为mv22，故D正确；
故选：D。
（2023春•玉林期中）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距离的关系如图申曲线所示。F＞0表示斥力，F＜0表示引力，A、B、C、D为x轴上四个特定的位置，现把乙分子从A处由静止释放，则下列选项中的图分别表示乙分子的速度、加速度、势能、动能与两分子间距离的关系，其中可能正确的是（ ）
A．B．
C．D．
【解答】解：A、由F﹣x图象知，从A到C过程中乙分子一直在加速，到C点速度最大，经过C点后乙分子的速度减小，故A错误；
B、加速度与力的大小成正比，方向与力相同，加速度等于0的是C点，故B正确；
C、乙分子从A处由静止释放，分子力表现为引力，分子力做正功，分子势能先减小，到C点势能最小，此后表现为斥力，分子力做负功，分子势能增大，故C错误；
D、从A到C过程中乙分子一直在加速，到C点速度最大，经过C点后乙分子的速度减小，动能减小，但动能不能为负值，故D错误。
故选：B。
（2023春•焦作期末）图1、2中，一个是分子势能与分子间距离的关系图像，另一个是分子间作用力与分子间距离的关系图像，r0为平衡位置。现让相距较远的两分子仅在相互间分子力作用下，由静止开始相互接近。若两分子相距无穷远时分子势能为零，则在两分子相互接近过程中，由图像分析可知（ ）
A．分子间的作用力先增大后减小再增大
B．分子势能先增大后减小再增大
C．分子运动的加速度先增大后减小
D．分子的动能先减小后增大
【解答】解：A、当r＝r0时分子力表现为零，可知图1为分子间作用力与分子间距离的关系图像，由图1可知，当两分子相互接近过程中，分子间的作用力先增大后减小再增大，故A正确；
B、当两分子相互接近过程中，由图2可知，分子势能先减小后增大，故B错误；
C、因为分子间的作用力先增大后减小再增大，则分子运动的加速度先增大后减小再增大，故C错误；
D、因分子力先做正功后做负功，则分子的动能先增大后减小，故D错误。
故选：A。
（2023春•驿城区校级期末）如图所示，有关分子力和分子势能曲线的说法中，正确的是（ ）
A．当r＝r0时，分子为零，分子势能最小也为零
B．当r＞r0时，分子力和分子势能都随距离的增大而增大
C．在两分子由无穷远逐渐靠近直至距离最小的过程中分子力先做正功后做负功
D．在两分子由无穷远逐渐靠近直至距离最小的过程中分子势能先增大，后减小，最后又增大
【解答】解：A、r＞r0，分子力表现为引力，r＜r0，分子力表现为斥力，当r从无穷大开始减小，分子力做正功，分子势能减小，当r减小到r0继续减小，分子力做负功，分子势能增加，所以在r0处有最小势能，但是不一定是故A错误；
B、r＞r0，分子力表现为引力，当r的距离增大，分子力先增大后减小。故B错误；
C、r＞r0，分子力表现为引力，r＜r0，分子力表现为斥力，当r从无穷大开始减小，分子力做正功，分子势能减小，当r减小到r0继续减小，分子力做负功。故C正确；
D、由以上的分析可知，在两分子由无穷远逐渐靠近直至距离最小的过程中分子势能先减小，后增大。故D错误。
故选：C。
（2023•鸡冠区校级开学）下列说法正确的是（ ）
A．已知阿伏加德罗常数为NA，气体的摩尔体积为V摩尔，则分子的体积V=V摩尔NA
B．相同温度下的氢气和氧气，它们的分子平均动能一定相等
C．气体总是很容易充满整个容器，这是分子间存在斥力的宏观表现
D．1g100℃的水的内能等于1g100℃的水蒸气的内能
【解答】解：A、对气体而言，气体分子间距较大，V=V摩尔NA是气体分子占有的空间体积，不是气体分子的体积，故A错误；
B、温度是分子平均动能的标志，相同温度下的氢气和氧气，它们的分子平均动能一定相等，故B正确；
C、气体分子之间的距离很大，分子力为引力但近似为零，气体很容易充满容器，是由于分子无规则热运动的结果，而不是分子间存在斥力的宏观表现，故C错误；
D、在1g100℃的水变成水蒸气时，分子间距增大，要克服分子间的引力做功，分子势能增大。温度不变，分子平均动能不变，所以1g100℃的水的内能小于1g100℃水蒸气的内能，故D错误。
故选：B。
（2023春•辽宁期末）两分子间的分子力与它们之间距离的关系图像如图甲所示，图中r0为分子力的零点，r1为分子力的极值点；两分子的势能与分子间距离的关系图像如图乙所示，规定两分子间距离为无限远时分子势能为0，r2为分子势能的零点，r3为分子势能的极值点，极小值为﹣Epmin。下列判断正确的是（ ）
A．r0＝r2B．r0＝r3C．r1＝r2D．r1＝r3
【解答】解：AB.当r1＝r0，即分子间距离等于平衡距离时，分子力为零，分子势能最小，所以r0＝r3，故A错误，B正确；
CD.从r3减小到r2的过程中，分子势能增大，分子间距离小于平衡位置，分子间作用力为斥力，故r1≠r2，r1≠r3，故CD错误。
故选：B。
（2023春•许昌期末）两个相邻的分子之间同时存在着引力和斥力，它们随分子之间距离r的变化关系如图所示。图中虚线是分子斥力和分子引力曲线，实线是分子合力曲线。当分子间距为r＝r0时，分子之间合力为零。设分子1在O点固定不动，相邻的分子2仅在二者之间分子力的作用下从相距较远的位置由静止开始运动，直至不能再靠近。在此过程中，下列说法正确的是（ ）
A．二者之间分子合力的大小先减小，后一直增大
B．二者之间的分子合力对分子2先做正功，后做负功
C．分子2的动能先减小，后增大
D．当r＝r1时，分子1、2系统的分子势能最小
【解答】解：A．结合图可知，当分子2仅在二者之间分子力的作用下从相距较远的位置由静止开始运动，直至不能再靠近的过程中，二者之间分子合力的大小先增大后减小，再增大，故A错误；
B．从相距较远的位置到r0，分子合力表现为引力，对分子2做正功；从r0直至不能再靠近，分子合力表现为斥力，对分子2做负功；故B正确；
C．分子合力对分子2先做正功，后做负功，分子2的动能先增大，后减小，故C错误；
D．由B可知，当r＝r0时，分子1、2系统的分子势能最小，故D错误。
故选：B。
（2023春•重庆期末）空间中有两个分子M、N，现将分子M固定，将分子N在某位置由静止释放，N仅在分子力作用下远离M，其速度和位移的图像如图所示，则（ ）
A．N由0到x1过程中，M、N间作用力表现为引力
B．N由x1到x2过程中，分子间只有引力
C．N在x＝x1时，M、N间分子力最大
D．N由0到x2过程中，M、N系统的分子势能先减小后增大
【解答】解：由图可知，在x＝x1处N分子的动能最大，则分子力做功最多，分子势能最小，则x＝x1处为平衡位置，此时分子力为零，当x＜x1时，分子力表现为斥力，x＞x1时，分子力表现为引力。
AB、N由x＝0到x＝x1过程中，M、N间作用力表现为斥力，由x到x2过程中，分子间作用力表现为引力，故AB错误；
C、N在x＝x1时，M、N间分子力为零，故C错误。
D、N由O到x＝x2过程中，分子力先做正功后做负功，则M、N系统的分子势能先减小后增大，故D正确。
故选：D。
（2023春•兴庆区校级期末）分子间由于相对仅置而具有的能量叫分子势能，分子力做功会改变分子势能的大小，取分子间距为无穷远时的分子势能为零．如图为分子势能Ep随着分子间距离r变化的图像，现假设将分子A固定在O点，分子B从某一点静止释放且只受到分子A的作用力。以下判断正确的是（ ）
A．从r1处释放的分子B，在第一次向右运动过程中，在r2位置速度达到最大
B．从r1处释放的分子B，将在r1和r2右侧某个位置之间往复运动
C．从r4处释放的分子B，在第一次向左运动过程中，在r3位置速度达到最大
D．从r4处释放的分子B，将在r4和r2左侧某个位置之间往复运动
【解答】解：AB．由Ep﹣r图像意义可知图线某点切线斜率的绝对值表示分子间作用力的大小，由势能曲线可知，当分子间距离为r3时分子力等于零，所以从r1处释放的分子B，先受排斥力加速运动到r3，速度达到最大，由能量守恒定律知，分子B继续向右一直减速运动至无穷远处，不会往复运动，故AB错误；
CD．从r4处释放的分子B，先受到吸引力加速运动到r3，速度达到最大，由能量守恒定律知，分子B向左减速运动至r2和r3之间某处，再向右运动到r4，分子B将在r4和r2之间的某个位置做往复运动，故C正确，D错误。
故选：C。
分子间距离r
r＝r0
r>r0
r分子力F
等于零
表现为引力
表现为斥力
分子力做功W
分子间距增大时，分子力做负功
分子间距减小时，分子力做负功
分子势能Ep
最小
随分子间距的增大而增大
随分子间距的减小而增大
内能
机械能
对应的运动形式
微观分子热运动
宏观物体机械运动
常见的能量形式
分子动能、分子势能
物体动能、重力势能、弹性势能
影响因素
物质的量、物体的温度、体积及物态
物体的质量、机械运动的速度、相对于零势能面的高度、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