2021_2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册 1.4分子动能和分子势能 同步训练（word版含答案）

1.4分子动能和分子势能
一、选择题（共15题）
1．下列关于分子动能的说法中正确的是（　　）
A．物体温度升高，每个分子的动能都增大
B．物体温度升高，分子的总动能不变
C．物体温度升高，分子的平均动能增大
D．分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和
2．下列关于物体内能的说法正确的是（　　）
A．温度高的物体一定比温度低的物体内能大
B．物体中所有分子的分子动能与分子势能的总和叫做物体的内能
C．某个分子的动能和分子势能的总和叫做该分子的内能
D．当一个物体的机械能增加时，其内能也跟着增加
3．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
4．分子动理论较好地解释了物质的宏观热力学性质，据此可判断下列说法中正确的是（　）
A．显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这是炭分子无规则性运动的反映
B．两种不同的物质，温度高的分子的平均速率一定大
C．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大
D．给自行车轮胎打气，越来越费力，证明分子间斥力在增大，引力在减小
5．下列有关热现象和热规律的说法中正确的是（ ）
①给自行车轮胎打气，越来越费力，证明分子间斥力在增大，引力在减小；
②用手捏面包，面包体积会缩小，这是分子间有空隙的缘故；
③“酒好不怕巷子深、花香扑鼻”与分子热运动有关；
④“月亮在白莲花般的花朵里穿行、影动疑是玉人来”与分子热运动无关；
⑤内能包括所有分子的动能、势能和宏观具有的机械能
A．③④ B．①②③ C．②④⑤ D．①③⑤
6．两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为。相距很远的两分子在分子力作用下，仅在分子力的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．在阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小
B．在阶段，F做负功，分子动能减小，势能也减小
C．在时，分子势能最小
D．分子动能和势能之和在整个过程中先增加后减小
7．甲、乙两个分子相距较远(此时它们之间的分子力可以忽略)，设甲固定不动，在乙逐渐向甲靠近直到不能再靠近的过程中，关于分子势能变化情况的下列说法，哪个是正确的(　　)
A．分子势能不断增大 B．分子势能不断减小
C．分子势能先增大后减小 D．分子势能先减小后增大
8．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、分子势能与两分子间距离的关系如图中曲线所示，a点是虚线和横轴的交点，b点是实线和横轴的交点，c点是实线的最低点，下列说法不正确的是（　　）
A．实线是甲对乙的分子力与分子间距离的关系图像
B．乙分子从a点运动到b点，分子力做正功
C．乙分子从a点运动到b点，分子力和分子势能都变小
D．c点处乙分子的分子力最小
9．关于物体的内能，正确的说法是（　　）
A．温度、质量相同的物体具有相等的内能
B．物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，叫做物体的内能
C．机械能越大的物体，内能也一定越大
D．温度相同的物体具有相同的内能
10．如图所示，纵坐标表示两个分子间引力、斥力的大小横坐标表示两个分子的距离，图中两条曲线分别表示两分子间引力、斥力的大小随分子间距离的变化关系，为两曲线的交点，则下列说法正确的是
A．为引力曲线，为斥力曲线
B．若两个分子间距离增大，则引力和斥力的合力一定减小
C．若两个分子间距离增大，则分子势能也一定增大
D．若两个分子间距离大于点的横坐标表示的距离，则分子间作用力表现为斥力
11．两分子间的分子力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为，相距很远的两分子只在分子力作用下，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．则下列说法正确的是
A．在阶段，F表现为斥力
B．在阶段，F做负功，分子动能减小，分子势能也减小
C．在时，分子势能等于零
D．运动过程中，两个分子的分子动能和分子势能之和不变
12．下列四幅图中，能正确反映分子间作用力F和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是（ ）
A． B．
C． D．
13．分子间作用力F与分子间距离r的关系如图所示，图线b与r轴的交点对应的分子间距离为r1、最低点对应的分子间距离为r2。关于对图线的理解，下列说法中正确的是__________。
A．分子间距离增大，分子间斥力、引力均减小
B．分子间距离等于r1时，分子势能最小
C．分子间距离等于r2时，分子间作用力最小
D．分子间距离等于r1时，分子间引力与斥力大小相等
E．分子间距离小于r2时，减小分子间距离分子势能一定增大
14．下列说法正确的是（　　）
A．若分子势能随着分子距离增大而增大，则分子间作用力的合力表现为引力
B．随着分子间距增大，分子间引力和斥力均减小，分子势能也随着减小
C．一定质量的理想气体若压强和体积都不变，其内能也一定不变
D．一定质量的理想气体的压强和体积都不变，其内能可能减小
E．一定质量的理想气体温度升高时，气体的内能一定增大
15．下列说法正确的是( )
A．显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性
B．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
C．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大
D．在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素
二、填空题
16．分子势能跟_____有关．
17．甲分子固定在坐标原点O，乙分子只在两分子间的作用力作用下，沿x轴方向靠近甲分子，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离x的变化关系如图所示。当乙分子运动到P点处时，乙分子所受的分子力____________(填“为零”或“最大”)，乙分子从P点向Q点运动的过程，乙分子的加速度大小____________ (填“减小”“不变”或“增大”)，加速度方向沿x轴____________(填“正”或“负”)方向
18．分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示，r= r1时，F=0。分子间势能由r决定，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一分子固定于原点O，另一分子从距O点很远处向O点运动，在两分子间距减小到r2的过程中，势能_____（填“减小“不变”或“增大”）；在间距由r2减小到r1的过程中，势能_____ （填“减小”“不变”或“增大”）；在间距等于r1处，势能_____（填“大于”“等于”或“小于”）零。
19．甲、乙两图分别表示两个分子之间分子力和分子势能随分子间距离变化的图像。由图像判断当分子间距离时，分子力随分子间距离的减小而___________，当分子间距离时，分子势能随分子间距离的增大而___________（均选填“增大”或“减小”）
三、综合题
20．当两个分子从相距无穷远处逐渐靠近到不能再靠近的过程中，分子势能如何变化？
21．分子势能随分子间距离r的变化情况可以在如图所示的图象中表现出来，就图象回答：
（1）从图中看到分子间距离在r0处分子势能最小，试说明理由．
（2）图中分子势能为零的点选在什么位置？在这种情况下分子势能可以大于零，也可以小于零，也可以等于零，对吗？
（3）如果选两个分子相距r0时分子势能为零，分子势能有什么特点？
22．自然界真是奇妙，微观世界的规律竟然与宏观运动规律存在相似之处．在长期的科学探索实践中，人类已经建立起各种形式的能量概念以及度量方法，其中一种能量是势能，势能是有由于物体间存在相互作用而具有的、由物体间相对位置决定的能．如重力势能，弹性势能，分子势能和电势能等．
（1）可以认为蹦极运动中的弹性绳的弹力的变化规律和弹簧相同，k为其劲度系数，l0为弹性绳的原长．
a．游客相对蹦极平台的位移为x，弹性绳对游客的弹力为F，取竖直向下为正方向，请在图中画出F随x变化的示意图，并借助F-x图像推导当游客位移为x（x>l0）时，弹性绳弹性势能EP的表达式；
b．已知l0=10m，k=100N/m，蹦极平台与地面间的距离D=55m．取重力加速度g=10m/s2．计算总质量M=160kg的游客使用该蹦极设施时距离地面的最小距离．
（2）如图甲所示，a、b为某种物质的两个分子，假设分子a固定不动，分子b只在ab
间分子力的作用下运动（在x轴上），以a为原点，沿两分子连线建立x轴．两个分子之间的作用力与它们之间距离x的F-x关系图线如图乙所示．图线在r0处的斜率为k，当分子b在两分子间距r0附近小范围振动时．
a．弹簧、橡皮筋等弹性物质，大多有“弹性限度”，在“弹性限度”范围遵守胡克定律，请结合图乙从微观尺度上谈谈你对“弹性限度”范围的理解．说明在“弹性限度”范围内，微观层面上分子b的运动形式；
b．推导两分子间距为x（x>r0）时，两分子间分子势能EP的表达式；当两分子间距离为r0时，b分子的动能为Ek0．求两分子在r0附近小范围振动时的振动范围．当温度小范围升高时，热运动加剧，A同学认为分子振动范围变大，B同学认为分子振动频率变大，哪位同学的观点正确？
23．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。
参考答案：
1．C
【详解】
AC．物体的温度升高，分子的平均动能一定增大，但不是每个分子的动能都增大，故A错误，C正确。
B．物体的温度升高，分子的平均动能一定增大，分子的总动能增大，故B错误。
D．分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与分子总数的比值，故D错误。
故选C。
2．B
【详解】
A．物体内能的大小与物质的量、温度、体积以及物态有关，温度高的物体不一定比温度低的物体内能大，故A错误；
BC．内能是指物体内部所有分子做无规则运动所具有的分子动能和分子势能的总和，故B正确，C错误；
D．因为一切物体都有内能，所以物体的机械能为零时，内能一定不为零；一个物体的机械能发生改变时，其内能不一定发生改变，故D错误。
故选B。
3．D
【详解】
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。
4．C
【详解】
墨水中的小碳粒的运动是因为大量水分子对它的撞击作用力不平衡导致的，并且没有规则，这反映了液体分子运动的无规则性，A错误；两种不同的物质，温度高的分子的平均动能一定大，但平均速率不一定，分子质量不同，B错误；当分子间距离等于时，分子间的势能最小，分子可以从距离小于的处增大分子之间距离，此时分子势能先减小后增大，C正确；给自行车轮胎打气，气体被压缩了导致压强增大，故越来越费力，与分子力无关，D错误．
5．A
【详解】
给自行车轮胎打气，气体被压缩了导致压强增大，故越来越费力，与分子力无关，故①错误；用手捏面包，面包体积会缩小，是因为面包内有空腔，空腔中的气体被挤出，并非分子间空隙所致．“空腔”是个宏观的“体积”，分子间的空隙是微观量，无法直接测量，故②错误；“酒好不怕巷子深、花香扑鼻”是分子热运动导致的，是扩散现象，故③正确；“月亮在白莲花般的花朵里穿行、影动疑是玉人来”是运动的相对性，与分子热运动无关，故④正确；内能是物体内所有分子热运动具有的动能、以及分子势能的总和，故⑤错误；综上所述，A正确，B、C、D错误．
6．A
【详解】
为分子间的平衡距离；大于平衡距离时分子间为引力，小于平衡距离时，分子间为斥力；则有：
A．r>r0时，分子力表现为引力，相互靠近时F做正功，分子动能增加，势能减小，故A正确；
B．阶段，分子间的作用力表现为斥力，F做负功，分子动能减小，势能增加，故B错误；
C．由以上分析可知，当r等于时，分子势能最小，故C错误；
D．由于没有外力做功，故分子动能和势能之和在整个过程中不变，故D错误。
故选A。
7．D
【详解】
从分子间的作用力与分子间的距离的关系知道，当分子间距离大于10r0时，分子间的作用力十分小，可以忽略，所以当乙从较远处向甲尽量靠近的过程中，分子力先是对乙做正功，后是分子力对乙做负功或者乙克服分子力做功，而由做功与分子势能变化的关系又知道，若分子力做正功，分子势能减小，若分子力做负功，分子势能增加。因此当乙尽量向甲靠近的过程中，分子势能是先减小后增大。
故选D。
8．D
【详解】
AB．当两分子间距离小于平衡距离时，随着分子间距离增大斥力减小，运动方向与分子力方向相同，分子力做正功，分子势能减小，当分子间距离等于平衡距离时，分子间作用力为0，此时分子势能最小，所以实线为甲对乙的分子力与分子间距离的关系图像，乙分子从a点运动到b点，分子力做正功，故A正确，B正确；
C．乙分子从a点运动到b点，由图可知分子力和分子势能都变小，故C正确；
D．b点处分子力为0，是最小值，故D错误；
本题选错误的，故选D。
9．B
【详解】
A、物体的内能与物质的量、温度、体积等因素有关．温度相同，质量相同的物体内能不一定相等，还与分子数有关，以及体积有关．故A错误；
B、根据内能的定义，物体的内能是物体内所有分子的动能和势能总和，故B正确；
C、物体的内能与物体的机械能是两个不同的概念，二者没有关系，故C错误．
D、温度越高，分子平均动能越大，但物体的内能不一定越大，还与物质的量有关．故D错误．
故选B．
10．A
【详解】
在F-r图象中，随着距离的增大斥力比引力变化的快，所以ab为引力曲线，cd为斥力曲线，选项A正确；若两个分子间距离增大，则引力和斥力的合力可能减小，也可能变大，选项B错误；若两个分子间距离增大，则分子力可能做正功，也可能做负功，则分子势能可能增大，也可能减小，选项C错误；在e点分子力表现为零，若两个分子间距离大于点的横坐标表示的距离，则分子间作用力表现为引力，选项D错误．
11．D
【详解】
A．在r>r0阶段，F表现为引力，故A错误；
B．在rC．在r＝r0时，分子力为零，分子势能最小为负值，故C错误；
D．由于没有外力做功，根据能量守恒定律可知分子动能和势能之和在整个过程中不变，故D正确．
故选D.
12．B
【详解】
ABCD. 根据分子间作用力F、分子势能与分子间距离关系可知，当 分子力为零，分子势能最小，由此可知ACD错误，B正确；
故选B。
13．ABD
【详解】
A．从图线a、c可知分子距离增大，分子间斥力引力均减小，故A正确；
BCD．从图线b可知，分子间距离等于r1时，分子引力与斥力相等，分子作用力为零，分子势能最小分子作用力最小，故BD正确；C错误；
E．图线最低点。分子距离在r1与r2之间时，分子间作用力为引力，减小分子距离分子力做正功，分子势能减小，故E错误。
故选ABD。
14．ACE
【详解】
A．分子力做负功，分子势能增大，如果分子势能随着分子距离的增大而增大，则分子力做负功，分子间的作用力一定表现为引力，故A正确；
B．随着分子间距增大，分子间引力和斥力均减小；若分子力表现为引力，则分子距离变大时分子力做负功，则分子势能增加，故B错误；
CD．由气态方程
知
故一定质量的理想气体，若气体的压强、体积不变，一定不变，则T一定不变，故内能一定不变，故C正确，D错误；
E．理想气体内能由温度决定，当气体温度升高时，气体的内能一定增大，故E正确。
故选ACE。
15．ACD
【详解】
墨水中的小炭粒受液体分子的撞击，由于各方向的撞击不均衡，而做无规则的运动，这反映了液体分子的无规则运动，A正确；当分子间距离小于r0时，分子间作用力随距离的增大而减小，故B错误；在r小于r0区间分子势能随分子间距离的增大，先减小后增大，所以C正确；分子间存在间隙，分子在做无规则的运动，所以不同的物质能够彼此进入对方，即扩散现象，温度越高，扩散现象越快，所以D正确．
16．体积
【详解】
试题分析：分子势能与分子间的相对位置有关．由此分析解答即可．
解：宏观上：分子势能的大小与物体的体积有关；微观上：分子势能与分子之间的距离有关；
故答案为体积
17． 为零 增大 正
【详解】
由图象可知，乙分子在点（）时，分子势能最小，此时分子处于平衡位置，分子引力与分子斥力大小相等，合力为零；
乙分子在点（）时，分子间距离小于平衡距离，分子引力小与分子斥力，合力表现为斥力，乙分子从点向点运动的过程，分子作用力增大，根据牛顿第二定律得乙分子的加速度大小增大，加速度方向沿轴正方向。
18． 减小 减小 小于
【详解】
从距点很远处向点运动，两分子间距减小到的过程中，分子间体现引力，引力做正功，分子势能减小；
在的过程中，分子间仍然体现引力，引力做正功，分子势能减小；
在间距等于之前，分子势能一直减小，取无穷远处分子间势能为零，则在处分子势能小于零。
19． 增大 增大
【详解】
由图像判断当分子间距离时，分子力随分子间距离的减小而增大，当分子间距离时，分子间表现为引力，分子间距离的增大，分子力做负功，分子势能增大。
20．分子势能先减小后增大
21．(1)在r0处分子势能最小；(2) 分子势能可以大于零，也可以小于零，还可以等于零；(3) 在r≠r0时，分子势能将大于零，但随分子间距离的变化规律不变
【详解】
(1)当分子间距离时分子力为零，当分子间距离小于时，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，如果分子间距大于时，分子间的相互作用力表现为引力，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．
从以上两种情况综合分析，分子间距离以为基准，分子间距离不论减小或增大，分子势能都增大，所以说在处分子势能最小．
(2)由图可知，选两个分子相距无穷远时分子势能为零，时分子势能最低且小于零，故在这种情况下，分子势能可以大于零，也可以小于零，还可以等于零．
(3)若选时，分子势能为零，则 图象为：
故可知在时，分子势能将大于零，但随分子间距离的变化规律不变．
22．（1）a． b．（2）a．弹力是分子力的宏观表现，从微观尺度上看，只有在r0附近，分子力才和分子偏离r0的距离成正比，宏观上表现为“弹性限度”范围．简谐运动b．振动范围温度升高，Ek0增大，振动范围增大，频率不变．
【详解】
解：(1)a．设弹性绳的原长为，根据胡克定律则有，弹性绳对游客的弹力随游客位移变化关系的图线如图所示
在图中，图线与轴所围面积表示弹力做的功，则在游客位从变为的过程中，弹力做的功：
所以弹性绳的弹性势能：
b．设游客从蹦极平台第一次到达最低点的距离为，在此过程中，根据机械能守恒定律：
解得：或（舍）
(2)a．弹力是分子力的宏观表现，从微观尺度上看，只有在附近，分子力才和分子偏离的距离成正比，宏观上表现为“弹性限度”范围；
在“弹性限度”范围内，微观层面上分子的运动形式为简谐运动；
b．根据，可得振动范围
温度升高，增大，振动范围增大，频率不变．
23．(1)①弹簧的弹力，②l2=2 l0- l1；(2)①见解析，②图见解析，
【详解】
(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