1.4分子动能和分子势能 学科素养提升练-2021-2022学年高二物理下学期人教版（2019）选择性必修第三册（word版含答案）

1.4分子动能和分子势能
学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．关于物体的内能，下列说法正确的是（　　）
A．热水的内能一定比冷水的大
B．当温度等于0℃时，分子动能为零
C．物体加速运动，内能一定增大
D．温度相等的水和冰，它们的分子平均动能相等
2．关于物体的内能，下列叙述中正确的应是（　　）
A．温度高的物体比温度低的物体内能大
B．物体的内能不可能为零
C．内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同
D．内能不相同的物体，它们的分子平均动能一定不相同
3．根据分子动理论，物质分子之间的距离为某一个值时，分子所受的斥力和引力相等，则此时（　　）
A．分子力最大
B．分子具有最小势能
C．引力和斥力都是最大值
D．引力和斥力都是最小值
4．关于分子力和分子势能，下列说法正确的是（　　）
A．当分子力表现为引力时，分子之间只存在引力
B．当分子间距离为r0 时，分子之间引力和斥力均为零
C．分子之间的斥力随分子间距离的减小而减小
D．当分子间距离为r0 时，分子势能最小
5．当两个分子间的距离r=r0时，分子处于平衡状态，设r1A．分子力先减小后增大 B．分子力有可能先减小再增大最后再减小
C．分子势能处最大 D．分子势能先增大后减小
6．分子力F随分子间距离r的变化如图所示。将两分子从相距处释放，仅考虑这两个分子间的作用，下列说法正确的是（　　）
A．在处分子力表现为相互作用的引力
B．在处分子力表现为相互作用的斥力
C．从到分子势能先减小后增大
D．从到分子势能先增大后减小
7．两分子间的分子势能Ep与分子间距离r的关系如图中曲线所示。相距很远的两分子在分子力作用下，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，下列说法正确的是（　　）
A．在r>r0阶段，F做正功，分子动能增加，势能增加
B．在rC．在r=r0时，分子势能最小，动能最大
D．分子动能和势能之和在整个过程中越来越大
8．如图所示为分子间作用力随分子间距离变化的图像。当分子间的距离从d点表示的距离变化到a点表示的距离的过程中，分子间的作用力及分子势能大小的变化是（　　）
A．分子间的作用力先变大后变小，分子势能先变小后变大再变小
B．分子间的作用力先变小后变大，分子势能先变小后变大再变小
C．分子间的作用力先变小后变大再变小，分子势能先变大后变小
D．分子间的作用力先变小后变大再变小，分子势能先变小后变大
9．由于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。如图所示为分子势能Ep随分子间距离r变化的图象（取r趋近于无穷大时EP为零）。通过该图像得出有关分子间作用力的相关信息中，正确的是（　　）
A．图中r1是分子间作用力为零
B．假设将两个分子从r=r2处释放，它们将相互靠近
C．当分子间的距离r=r3时，分子间只有引力没有斥力
D．当分子间的距离自r=r2处增大时，分子间作用力先增大后减小
10．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。若两分子所具有的总能量为0，则下列说法中正确的是（　　）
A．乙分子在Q点（x=x1）时，加速度为零
B．乙分子在P点（x=x2）时，其动能为E0
C．乙分子在Q点（x=x1）时，处于平衡状态
D．乙分子的运动范围为x≥x2
11．下列说法正确的是（　　）
A．分子间距离减小时，分子势能可能增加
B．物体升温时，其每个分子热运动的动能均增加
C．相同质量的0℃的冰的分子势能与0℃水的分子势能相等
D．分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大
12．对内能的理解，下列说法正确的是（　　）
A．系统的内能是由系统的状态决定的
B．温度高的系统比温度低的系统的内能大
C．不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能
D．做功可以改变系统的内能，但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能
13．下列有关温度与分子动能、物体内能的说法中正确的是（　　）
A．温度升高，每个分子的动能一定都变大
B．温度升高，分子的平均速率一定变大
C．温度升高时， 分子的平均动能一定变大
D．温度降低，物体的内能必然变小
14．分子力F与分子间距离r的关系如图所示，曲线与横轴交点的坐标为r0，两个相距较远（r1）的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不能再靠近。在此过程中，下列说法正确的是（　　）
A．r=r0时，分子动能最大
B．r=r0时，分子势能最大
C．r>r0阶段，F做正功，分子动能增加，分子势能减小
D．r15．下列说法中正确的是（　　）
A．只要温度相同，任何物体分子的平均动能都相同
B．分子动能指的是由于分子做无规则运动而具有的能
C．物体中10个分子的动能很大，这10个分子的温度很高
D．温度低的物体中的每一个分子的运动速率一定小于温度高的物体中的每一个分子的运动速率
二、解答题
16．分析下列说法中，哪些是正确的，哪些是不正确的。
（1）物体的机械能大，它的内能一定也大；
（2）物体可以同时具有内能和机械能；
（3）任何物质系统都具有内能；
（4）物体的机械能改变时，它的内能一定也变化；物体的内能改变时，它的机械能一定也变化。
17．在物理学中，研究微观物理问题可以借鉴宏观的物理模型，可使问题变得更加形象生动。弹簧的弹力和弹性势能变化与分子间的作用力以及分子势能变化情况有相似之处，因此在学习分子力和分子势能的过程中，我们可以将两者类比，以便于理解。
(1)质量相等的两个小球用劲度系数为k，原长为l0的轻弹簧相连，并置于光滑水平面上。现给其中一个小球沿着弹簧轴线方向的初速度，整个系统将运动起来，已知在此后的运动过程中弹簧的弹性势能大小Ep与弹簧的长度l的关系如图甲所示。
①请说明曲线斜率的含义；
②已知弹簧最小长度为l1，求弹簧的最大长度l2为多大？
(2)研究分子势能是研究物体内能的重要内容。已知某物体中两个分子之间的势能Ep与两者之间距离r的关系曲线如图乙所示。
①由图中可知，两分子间距离为r0时，分子势能最小，请说出r=r0时两分子间相互作用力的大小，并定性说明曲线斜率绝对值的大小及正负的物理意义；
②假设两个质量相同的分子只在分子力作用下绕两者连线的中点做匀速圆周运动，当两者相距为r1时，分子的加速度最大，此时两者之间的分子势能为Ep1，系统的动能与分子势能之和为E。请在如图乙所示的Ep—r曲线图像中的r轴上标出r1坐标的大致位置，并求出此时两分子之间的分子作用力大小。
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参考答案：
1．D
【解析】
A．因为内能还和水的质量有关，所以热水的内能不一定比冷水的大，A错误；
B．因为分子做永不停息的热运动，所以当温度等于0℃时，分子动能不为零，B错误；
C．因为内能与物体的速度无关，所以物体加速运动，内能不一定增大，C错误；
D．因为温度是分子平均动能的唯一标志，所以温度相等的水和冰，它们的分子平均动能相等，D正确。
故选D。
2．B
【解析】
A．温度高低只反映分子平均动能的大小，由于物体的内能跟物体的质量、体积、温度和状态有关，所以温度高的物体不一定比温度低的物体内能大，A错误；
B．内能是物体内所有分子无规则热运动的动能和分子势能的总和，分子在永不停息的做无规则运动，所以内能永不为零，B正确；
C．内能相同的物体，它们的温度可能不相同，所以它们的分子平均动能可能不相同，C错误；
D．内能不同的两个物体，它们的温度可以相同，即它们的分子平均动能可以相同，D错误。
故选B。
3．B
【解析】
当分子间距离等于平衡距离时，分子间相互作用的引力与斥力相等，分子力为零，分子势能最小，当分子间距离变小时，分子间的引力与斥力都变大，分子力表现为斥力，分子势能增大；
当分子间距离大于平衡距离时，分子间的引力与斥力都减小，分子力表现为引力，分子势能增大，故B正确，ACD错误。
故选B。
4．D
【解析】
A．当分子力表现为引力时，分子之间引力和斥力共存，引力大于斥力，故A错误。
B．当分子间距离为r0时，分子之间引力和斥力大小相等，方向相反，故B错误。
C．分子间存在相互作用的引力和斥力，引力和斥力都随分子间距离的减小而增大，故C错误。
D．根据分子势能与分子力之间的关系，当分子间距离为r0时，分子之间引力和斥力大小相等，方向相反，分子势能最小，故D正确。
故选D。
5．B
【解析】
AB．因为r1CD．根据分子势能与分子距离变化的关系可知，分子势能处最小，则当两个分子间的距离由r1变到r2的过程中，分子势能先减小后增大，选项CD错误。
故选B。
6．C
【解析】
A．在处分子力的相互作用力为零，故A错误；
B．在处分子力表现为相互作用的引力，故B错误；
CD．从到的过程中，分子作用力的合力先为引力，后为斥力，所以分子作用力先做正功后做负功，分子势能先减小后增大，故C正确，D错误。
故选C。
7．C
【解析】
A．由Ep-r图可知，在r>r0阶段，当r减小时F做正功，分子势能减小，分子动能增加，故A错误；
B．在rC．在r=r0时，分子势能最小，但不为零，动能最大，故C正确；
D．在整个相互接近的过程中，分子动能和势能之和保持不变，故D错误。
故选Ｃ。
8．D
【解析】
由图可知，分子间的作用力先变小后变大再变小；当分子间距离由由d增大到c的过程中，分子力表现为斥力，斥力做正功，分子势能减小，由c增大到a的过程中，分子力表现为引力，引力做负功，分子势能变大。故D正确；ABC错误。
故选D。
9．D
【解析】
AB．在分子间的引力和斥力平衡的位置，分子势能最小，则图中r2是分子间的引力和斥力平衡的位置，即图中r2是分子间作用力为零；所以假设将两个分子从r=r2处释放，它们既不会相互远离，也不会相互靠近。选项AB错误；
C．当分子间的距离r=r3时，分子力表现为引力，分子间引力大于斥力，选项C错误；
D．图中r2是分子间作用力为零的位置，则当分子间的距离自r=r2处增大时，分子间作用力先增大后减小，选项D正确。
故选D。
10．B
【解析】
AC．由图像可知，乙分子在点时，分子势能为零，但分子合力不为零，分子的引力小于分子的斥力，其合力表现为斥力，乙分子有加速度，不处于平衡状态，故AC错误；
B．乙分子在P点时分子势能为-E0，两分子所具有的总能量为零，则其动能为E0，故B正确；
D．当乙分子运动到点时，其分子势能为零，其分子动能也为零，此时两分子之间的距离最小，而后向分子间距变大的方向运动，因此乙分子的运动范围为，故D错误。
故选B。
11．A
【解析】
A．分子势能与分子间距离关系如下图
由图可知，当时，随着分子间距离减小，分子势能减小；当时，随着分子间距离减小，分子势能增大，故A正确；
B．物体升温时，大部分分子热运动的动能增加，极少数分子的动能会减小，平均动能增大，故B错误；
C．温度相等，分子平均动能相等；相同质量的0℃的冰熔化成0℃水吸热，说明相同质量的0℃的冰的分子势能比0℃水的分子势能小，故C错误；
D．分子间相互作用力与距离关系如下
由图可知，分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，先减小后增大再减小，故D错误。
故选A。
12．A
【解析】
A．系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，所以是由系统的状态决定的，故A正确；
B．系统的内能与温度、体积、物质的多少等因素都有关系，故B错误；
C．质量和温度相同的氢气和氧气的平均动能相同，但它们的物质的量不同，内能不同，故C错误；
D．做功和热传递都可以改变系统的内能，故D错误。
故选A。
13．BC
【解析】
ABC．温度升高时，分子的平均动能一定变大，即平均速率增大，但每个分子的动能不一定变大，故A错误、B、C正确；
D．决定物体内能的是组成物体的分子总数、温度和体积三个因素。温度降低，内能可能减小，还有可能不变，甚至增加，故D错误。
故选BC。
14．AC
【解析】
从r=r1位置到r=r0位置，分子力表现为引力，则分子力做正功，分子动能变大，分子势能减小；当r故选AC。
15．AB
【解析】
A．温度相同，物体分子平均动能相同，故A正确；
B．分子动能指的是由于分子做无规则运动而具有的能，故B正确；
C．物体温度是对大量分子而言，对于10个这样少数的分子无意义，故C错误；
D．温度低的物体分子的平均速率小（相同物质），但具体到每一个分子的速率是不确定的，可能大于平均速率，也可能小于平均速率，故D错误。
故选AB。
16．（1）错误；（2）正确；（3）正确；（4）错误
【解析】
（1）物体的机械能和内能是不同的概念，两者之间没有关系，机械能大，它的内能不一定也大，故说法错误。
（2）物体的机械能和内能是不同的概念，两者之间没有关系，物体可以同时具有内能和机械能，故说法正确。
（3）分子的运动是永不停息的，任何物质系统都具有内能，故说法正确。
（4）物体的机械能和内能是不同的概念，两者之间没有关系，两者不一定同时改变，故说法错误。
17．(1)①弹簧的弹力，②l2=2 l0- l1；(2)①见解析，②图见解析，
【解析】
(1)①曲线的斜率代表了弹簧的弹力
②当弹簧最长或最短时，两球共速，由动量守恒定律得
mv0=2mv共
由能量守恒定律得
可得当弹簧最长和最短时，弹簧的弹性势能相等，因此弹簧的形变量相等，即有
l2- l0= l0- l1
得
l2=2l0- l1
(2)① r=r0时，分子间相互作用力大小为零；斜率绝对值的大小，反映分子间相互作用力的大小；斜率的正、负，反映分子间相互作用力是引力或斥力。
② r1的坐标如图所示，是引力部分斜率最大的位置；
由能量守恒定律得
Ek+Ep1=E
其中Ek为系统的动能。
设分子的质量为m，则
对其中一个分子,由牛顿第二定律得
联立得
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