1.4分子动能和分子势能 基础练习（Word版含答案）

1.4、分子动能和分子势能
一、选择题（共16题）
1．关于分子动理论和物体的内能，下列说法不正确的是（　　）
A．物体的温度升高时，分子的平均动能一定增大，但内能不一定增大
B．当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力都增大但引力增大的更快，所以分子力表现为引力
C．10g100℃水的内能小于10g100℃水蒸气的内能
D．两个铝块挤压后能紧连在一起，说明分子间有引力
2．—定质量的0 ℃的冰，全部变成0 ℃的水的过程中，体积减小，则它的能量变化情况是( )
A．分子的平均动能增大，分子的势能减小
B．分子的平均动能减小，分子的势能增大
C．分子的平均动能不变，分子的势能增大
D．分子的平均动能不变，分子的势能减小
3．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，e为两曲线的交点，则下列说法正确的是（　　）
A．ab为引力曲线，cd为斥力曲线，e点横坐标的数量级为10－10m
B．ab为斥力曲线，cd为引力曲线，e点横坐标的数量级为10－10m
C．若两个分子间距离大于e点的横坐标，则分子间作用力表现为斥力
D．分子势能随两个分子间距离的增大而增大
4．当分子间的作用力表现为引力时，若分子间距离增大，则（ ）
A．分子力一定减小 B．分子力一定增大
C．分子势能一定减小 D．分子势能一定增大
5．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，分子力随分子间距离的增大而减小
B．当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离减小而减小
C．当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离减小而增大
D．用打气筒给自行车打气时，越下压越费力，说明分子间斥力越来越大，分子间势能越来越大
6．下列关于物体内能的说法正确的是(　　)
A．同一个物体，运动时比静止时的内能大
B．1kg、0℃的水的内能比1kg、0℃的冰的内能大
C．静止的物体的分子平均动能为零
D．物体被举得越高，其分子势能越大
7．下列对生活中一些现象的解释正确的是（ ）
A．热机排出的尾气没有内能
B．舞台上用干冰能制造白雾，是因为干冰升华吸热使空气液化
C．在寒冷的北方不用水银温度计测量气温，是因为水银的凝固点较低
D．用高温开水能很快泡出茶香、茶色，这是因为温度越高分子无规则运动越剧烈
8．根据分子动理论，物质分子间距离为r0时分子所受到的引力与斥力相等，以下关于分子力和分子势能的说法正确的是（　　）
A．分子间距离小于r0时，分子间距离减小，分子力减小
B．分子间距离大于r0时，分子间距离增大，分子力一直增大
C．当分子间距离为r0时，分子具有最大势能，距离增大或减小时势能都减小
D．当分子间距离为r0时，分子具有最小势能，距离增大或减小时势能都增大
9．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，间接说明了液体分子在不停地做无规则运动
B．随着分子间距离的增大，分子间的相互作用力一定先减小后增大
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．当温度升高时，物体内每一个分子热运动的速率都增大
10．根据分子动理论，判断以下关于分子力和分子势能的说法中正确的是（ ）
A．当分子间距离为平衡距离r0时，分子具有最大势能
B．当分子间距离为平衡距离r0时，分子具有最小势能
C．当分子间距离为平衡距离r0时，引力和斥力都是最大值
D．当分子间距离为平衡距离r0时，引力和斥力都是零
11．下列说法正确的是（　　）
A．布朗运动就是液体分子的无规则运动
B．0℃的水和0℃的冰具有相同的内能
C．当分子间的引力与斥力平衡时，分子势能最小
D．温度越高，分子运动越剧烈，物体内所有分子动能都越大
12．下列说法正确的是（ ）
A．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的
B．布朗运动就是液体或气体分子的无规则运动
C．分子势能随分子间距的增大而增大
D．分子a由无穷远处由静止开始接近固定不动的分子b，只受分子力作用，当a受到的力为零时，a的动能一定最大
13．有关分子的热运动和内能，下列说法正确的是（　　）
A．一定质量的理想气体，温度不变时，内能可能增加
B．物体的温度越高，所有分子的热运动都变越剧烈
C．可看作理想气体的质量相等的氢气和氧气，温度相同时氧气的内能小
D．物体的内能是物体中所有分子热运动的动能和重力势能的总和
14．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
15．以下关于物体的内能与机械能的说法中，可能成立的是（　　）
A．内能为零，机械能不为零
B．机械能为零，内能不为零
C．内能、机械能都不为零
D．内能、机械能都为零
16．分子间作用力F与分子间距离r的关系如图所示，曲线与轴交点的横坐标为。若一分子固定于原点O，另一分子仅在分子力作用下，从距O点处背离O点运动，下列说法正确的是（　　）
A．在阶段，F做负功，分子势能减小
B．在阶段，F做负功，分子动能减小
C．在时，分子动能最大
D．在时，分子势能最大
二、填空题
17．因为分子之间存在分子力，具有与其相对位置有关的能量称为_________；分子力做正功，该能量会_________。（选填“增大”、“减小”或“不变”）
18．两分子间的斥力和引力的合力与分子间距离的关系如图中曲线所示，曲线与轴交点的横坐标为。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的分子势能为零，则在阶段，做___________（选填“正”或“负”）功，分子势能___________（选填“增大”或“减小”）。
19．如果取分子间距离时为分子势能的零势能点，则时，分子势能为___________值；时，分子势能为___________值。并试着在图中画出的图像___________。（选填“正”“负”或“零”）
20．水在不同温度下有不同的汽化热，温度升高，水的汽化热________(填“增大”或“减小”)。水在100℃时的汽化热是2.26×106 J/kg，它表示使1 kg 100℃的水变成100℃的水蒸气需吸热________，这些热量完全用于增加水分子的________。
三、综合题
21．在研究物理学问题时，为了更好地揭示和理解物理现象背后的规律，我们需要对研究对象进行一定的概括和抽象，抓住主要矛盾、忽略次要因素，建构物理模型。谐振子模型是物理学中在研究振动问题时所涉及的一个重要模型。
（1） 如图1所示，在光滑水平面上两个物块A与B由弹簧连接（弹簧与A、B不分开）构成一个谐振子。初始时弹簧被压缩，同时释放A、B，此后A的v-t图像如图2所示（规定向右为正方向）。已知mA=0.1kg，mB=0.2kg，弹簧质量不计。
a. 在图2中画出B物块的v-t图像；
b. 求初始时弹簧的弹性势能Ep。
（2）双原子分子中两原子在其平衡位置附近振动时，这一系统可近似看作谐振子，其运动规律与（1）的情境相似。已知，两原子之间的势能EP随距离r变化的规律如图4所示，在r=r0点附近EP随r变化的规律可近似写作，式中和k均为常量。假设原子A固定不动，原子B振动的范围为，其中a远小于r0，请画出原子B在上述区间振动过程中受力随距离r变化的图线，并求出振动过程中这个双原子系统的动能的最大值。
22．放在光滑水平面上的物体，受到一个水平方向的作用力而做匀加速直线运动，有人说：“随着物体运动加快，物体内分子的运动也加快，因此分子的平均动能增大，物体的温度升高。”这种说法是否正确？为什么？
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。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
A．温度是分子平均动能的标志，故物体的温度升高时，分子的平均动能一定增大，内能的多少还与物质的多少有关，所以但内能不一定增大，故A正确；
B．当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力均减小且斥力减小得快，分子力表现为引力还是斥力要看分子间的距离是大于还是小于平衡距离。故B错误；
C．温度是分子平均动能的标志，所以10g100℃的水的分子平均动能等于10g100℃的水蒸气的分子平均动能，同样温度的水变为同样温度的水蒸气要吸收热量，所以10g 100℃水的内能小于10g 100℃水蒸气的内能，故C正确；
D．两个铅块相互紧压后，它们会黏在一起，说明了分子间有引力，故D正确。
故选B。
2．C
【详解】
0 ℃的冰变成0 ℃的水，温度不变，所以分子的平均动能不变.一定质量的0 ℃的冰变成0 ℃的水需要吸收热量，则水的内能增加，而分子平均动能不变，所吸收的热量用来增大分子的平均势能，故C正确．
3．A
【详解】
AB．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，当分子间的距离等于分子直径数量级(10－10m)时，引力等于斥力，即e点横坐标的数量级为10－10m，故A正确，B错误；
C．若两个分子间距离大于e点的横坐标即大于，则分子间作用力表现为引力，故C错误；
D．当分子间距离r＜r0时，分子力表现为斥力，分子间的距离增大，分子力做正功，分子势能减小，当分子间距离r>r0时，分子力表现为引力，分子间的距离增大，分子力做负功，分子势能增大，故D错误。
故选A。
4．D
【详解】
如图所示为分子引力，分子斥力，分子力随分子间距离变化的关系图线，由此可见当分子间的作用力表现为引力时，若分子间距离增大分子力可能增大。可能减少；此过程中分子力做负功，因此分子势能一定增加。
故选D。
5．B
【详解】
当分子力表现为引力时，分子力随分子间距离的增大先增大后减小，选项A错误； 当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离减小而减小，选项B正确，C错误；用打气筒给自行车打气时，越下压越费力，这是气体压强作用的缘故，与分子力无关，选项D错误；故选B.
6．B
【详解】
A．物体的内能与宏观状态的机械能无关，选项A错误；
B．0℃的冰化成同温度的水要吸收热量，则1kg、0℃的水的内能比1kg、0℃的冰的内能大，选项B正确；
C．分子的运动是绝对的，分子处于永不停息的无规则的运动中，所以静止的物体其分子的平均动能不为零，故C错误；
D．物体被举得越高，其重力势能越大，与微观的分子势能无关，故D错误。
故选B。
7．D
【详解】
A．热机工作时，排出的尾气带走了大部分内能，故A错误；
B．舞台上用干冰能制造白雾，是因为干冰升华吸热使空气中的水蒸气液化，故B错误；
C．在北方很冷的地区温度非常低，所以应该选凝固点低的物质做测温物质，一般选酒精温度计，而水银的凝固点高，故C错误；
D．用高温开水能很快泡出茶香、茶色，这是因为温度越高分子无规则运动越剧烈，故D正确．
故选D．
8．D
【详解】
r＜r0，分子力表现为斥力，当r减小，分子力增大．故A错误；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；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．在r＞r0时，r越大，分子势能越大，在r＜r0时，r越大，分子势能越小．故C错误，D正确．故选D．
9．A
【详解】
A．显微镜中观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，是由于液体分子不断撞击小炭粒引起的，这反映了液体分子运动的无规则性，故A正确；
B．分子间的相互作用力，当r=r0时，分子力等于零，如果初始时rr0，则可能先增大再减小，也可能一直减小，故B错误；
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分子数不同，所以具有的内能不相同，故C错误；
D．温度是平均动能的标志，当温度升高时物体内分子热运动的平均速度一定增大，但并不是物体内每一个分子热运动的速率都增大，故D错误。
故选A。
10．B
【详解】
A、B项：当分子间距离r＞r0，随着距离的增大，分子引力和斥力都减小，但斥力减小快，分子力表现为引力，分子之间的距离增大时，分子力做负功，分子势能增大；相反r＜r0，分子力表现为斥力，分子间距离越小，分子力做负功，分子势能增大，故可知当分子间距离为r0时，分子具有最小势能．故A错误，B正确；
C、D项：当分子间距离为平衡距离r0时，引力和斥力大小相等，不是最大，也不是最小，也不是0．故CD错误
11．C
【详解】
A．布朗运动是悬浮在液体表面的固体颗粒的无规则运动，是液体分子的无规则运动的反映，选项A错误；
B．0℃的冰化成同温度的水要吸收热量，可知0℃的水和0℃的冰具有的内能不相同，选项B错误；
C．当分子间的引力与斥力平衡时，如果分子间距离增大则表现为引力，分子间作用力做负功，分子势能增大，当分子间距离减小时表现为斥力，做负功，分子势能也增加，因此分子势能最小，选项C正确；
D．温度越高，分子运动越剧烈，物体内分子的平均动能越大，但非所有分子的动能都变大，选项D错误。
故选C。
12．D
【详解】
A、液体中的扩散现象是液体分子的无规则热运动造成的；故A错误.
B、布朗运动是悬浮在液体或气体中的固体小颗粒的永不停息的无规则运动，不是分子的运动，但间接反映了分子的热运动无规则；故B错误.
C、当分子力表现为斥力时，分子间距增大，分子力做正功，分子势能减小；当分子力表现为引力时，分子间距增大，分子力做负功，分子势能增大；故C错误.
D、分子a从相距较远处由静止开始接近固定不动的分子b，只受分子力作用，分子引力做正功，分子动能增大，当分子间距为r0时，a受到分子力为0，a的动能最大，继续接近时，分子间作用力表现为斥力，做负功，动能减小，故当a受到分子力为0时，a的动能最大，故D正确.
故选D.
13．C
【详解】
A．气体的内能仅仅与分子的平均动能有关，所以对一定质量的理想气体，温度不变时内能不变，A错误；
B．分子的热运动的剧烈程度与温度有关，物体的温度越高，分子热运动越剧烈，但不是所有分子热运动都变越剧烈，B错误；
C．理想气体不计分子之间的分子势能，内能只和分子动能有关，此时气体内能等于分子数与分子平均动能的乘积；氢气分子的质量小于氧气分子的质量，则质量相同的情况下，则氢气物质的量大于氧气物质的量，又因为氢气与氧气的温度相同，它们的平均动能也相同，则氢气的内能大于氧气的内能，C正确；
D．物体的内能是物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，D错误。
故选C。
14．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。
15．BC
【详解】
机械能是相对的，可能为零。由于分子永不停息地做无规则运动，分子平均动能不可能为零，所以内能不可能为零。
故选BC。
16．BC
【详解】
A．在阶段，分子力为斥力，随两分子距离的增加，分子力F做正功，分子势能减小，选项A错误；
BCD．在阶段，分子力为引力，随两分子距离的增加，F做负功，分子动能减小，分子势能增加，则在时，分子势能最小，分子动能最大，选项BC正确，D错误。
故选BC。
17． 分子势能 减小
【详解】
分子间与其相对位置有关的能量称分子势能
分子力做正功，分子势能减小
18． 正 减小
【详解】
当 时，分子力表现为引力，相互靠近时分子力F做正功，分子动能增加，势能减小
19． 正 正
【详解】
当r＞r0时，分子力为引力，随距离增加，分子力做负功，分子势能增加；当r＜r0时，分子力为斥力，距离减小，分子力做负功，分子势能增加；则分子力当时，分子势能最小，所以若规定此时分子势能为零，则无论r＞r0时，还是r＜r0时，分子势能均为正值。
图像如图
20． 减小 2.26×106J 分子势能
【详解】
温度越高，水分子运动的平均动能越大，越容易克服液体对它的束缚变成气体分子，因此液体汽化所需热量减少；
水在100℃时的汽化热是2.26×106 J/kg，它表示使1 kg 100℃的水变成100℃的水蒸气需吸热2.26×106 J；
水在沸点变成同温度的水蒸气，分子平均动能不变，分子势能增大。
21．（1）a；b. ；（2）；
【详解】
（1）a. 如答图2所示
b. 由图像可知，当时弹簧恢复到原长 ，根据动量守恒定律
可得，此时
根据机械能守恒定律
（2）原子B振动过程中受力随距离变化的图线如答图3所示
由题意可知，原子B处于r1=r0处时，系统的动能为最大值，设为Ek1，系统的势能为最小值，为
原子B处于r2=r0-a处时，系统的动能为0，系统的势能为最大值，为
根据能量守恒定律可得
解得
22．见解析
【解析】
这种说法是错误的。热运动是物体内分子的无规则运动，这种无规则运动是相对于物体本身的运动。物体运动时，物体内所有分子在无规则运动的基础上又叠加了一个“整体有序”的运动，这个“整体有序”的运动就是物体的机械运动。而物体的无规则运动跟温度有关，物体的温度越高，无规则运动越剧烈，所以把这种运动叫热运动，物体的机械运动不会影响物体的温度，所以物体的温度不会因物体的运动速率增大而升高。分子的热运动和物体的机械运动是两种不同形式的运动，简单说，热运动是物体内大量分子的无序运动，而机械运动则是由大量分子组成的整体的有序运动，这两种运动形式可以相互转化，这对应于与它们相联系的两种形式的能量之间的转化，即内能和机械能之间的转化。
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
答案第1页，共2页