2025人教版高中物理选择性必修第三册强化练习题（有解析）--4　分子动能和分子势能

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2025人教版高中物理选择性必修第三册
4　分子动能和分子势能
基础过关练
题组一　分子动能
1.关于分子的动能,下列说法中正确的是(　　)
A.温度相同时,不同物质的分子平均动能相同
B.温度相同时,不同物质的分子平均速率相同
C.温度相同时,只有同种物质的分子平均动能才相同
D.温度升高时,物体分子的平均动能可能减小
2.关于分子动能,正确的说法是 (　　)
A.某种物体的温度是0 ℃说明物体中分子的平均动能为零
B.物体温度升高时,每个分子的动能都增大
C.物体温度升高时速率小的分子数目减少,速率大的分子数目增多
D.物体的运动速度越大,则物体的温度越高
3.(教材习题改编)物体在粗糙的水平面上向前滑动,动能逐渐减小,温度逐渐升高,在这个过程中,下列说法中正确的是 (　　)
A.物体每个分子的动能都在增大
B.物体分子的平均动能不断减小
C.物体分子的平均动能不断增大
D.物体每个分子的动能都在不断减小
题组二　分子势能
4.(经典题)(2024云南玉溪月考)将一个分子固定在坐标原点O,另一个分子从无穷远处沿r轴逐渐向坐标原点O靠近,两分子之间的分子力F随分子间距r的变化关系如图所示。若规定两分子相距无穷远时,它们组成的系统的分子势能为零,下列说法正确的是 (　　)
A.分子间距为r2时,两分子的分子势能最小
B.分子间距小于r1时,分子之间只存在斥力
C.分子间距从r3减小到r1的过程中,分子间的引力先增大后减小
D.分子间距从r3减小到r1的过程中,两分子的分子势能一直减小
5.(经典题)(2024江苏苏州阶段测试)如图所示为两分子系统的分子势能Ep与两分子间距离r的关系曲线。下列说法不正确的是 (　　)
A.当r大于r1时,分子间的作用力表现为引力
B.当r小于r1时,分子间的作用力表现为斥力
C.当r等于r2时,分子势能Ep最小
D.r由r1变到r2的过程中,分子间的作用力做正功
6.(2024海南儋州期中)分子间作用力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图像如图甲、乙所示(取无穷远处分子势能Ep=0)。下列说法正确的是 (　　)
　　
A.乙图像为分子势能与分子间距离的关系图像
B.当r=r0时,分子势能为零
C.随着分子间距离的增大,分子间作用力先减小后一直增大
D.随着分子间距离的增大,分子势能先增大后减小
7.(多选题)如图所示,将甲分子固定于坐标原点O处,乙分子放置于r轴上距离O点很远的r4处,r1、r2、r3为r轴上的三个特殊的位置,甲、乙两分子间的作用力F和分子势能Ep随两分子间距离r的变化关系分别如图中两条曲线所示,设两分子间距离很远时,Ep=0。现把乙分子从r4处由静止释放,下列说法中正确的是 (　　)
A.乙分子不可能运动到0B.当分子间距离r=r3时,甲、乙两分子间只有吸引力
C.乙分子从r4到r2的过程中,分子势能先减小后增大,在r3位置时分子势能最小
D.乙分子从r4到r2做加速度先增大后减小的加速运动,从r2到r1做加速度增大的减速运动
8.(2024福建泉州期末)如图所示,两分子间的距离由无穷远逐渐减小(r0为平衡距离),这一过程中:
(1)分子间距离大于r0时,分子间作用力表现为　　　　(选填“引力”或“斥力”);
(2)当分子间距离为r0时,分子势能　　　　(选填“最大”或“最小”);
(3)分子间距离小于r0且减小时,分子势能在　　　　(选填“增大”或“减小”)。
题组三　物体的内能
9.(2024陕西榆林期末)下列说法错误的是 (　　)
A.一定质量的气体,温度不变,分子的平均动能不变
B.物体的温度越高,分子热运动越剧烈
C.物体的内能是物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和
D.布朗运动是悬浮在流体中的微粒之间的相互碰撞引起的
10.(教材习题改编)(多选题)容器中盛有冰水混合物,冰的质量和水的质量相等且保持不变,则下列说法正确的是 (　　)
A.水的分子平均动能大于冰的分子平均动能
B.冰和水的分子平均动能相等
C.水的内能大于冰的内能
D.冰的内能大于水的内能
11.(2024山东济南期中)下列说法正确的是 (　　)
A.物体的内能可能为零
B.当分子间的距离减小时,分子势能可能增大
C.相同温度的氧气和氢气,氧气分子和氢气分子的平均速率相同
D.内能不同的物体,它们分子热运动的平均动能就不同
12.(2024吉林长春月考)下列关于热学问题的说法正确的是 (　　)
A.物体的内能在宏观上只与其温度和体积有关
B.如果封闭气体的密度变小,分子平均动能增加,则气体的压强不变
C.某气体的摩尔质量为M、密度为ρ,用NA表示阿伏加德罗常数,每个气体分子的质量为m0,每个气体分子的体积为V0,则m0=,V0=
D.密封在容积不变的容器内的气体,若温度升高,则气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.A 2.C 3.C 4.D 5.A 6.A
7.AD 9.D 10.BC 11.B 12.D
1.A　温度是分子平均动能的标志,温度相同时,不同物质的分子平均动能相同,但因为不同物质分子的质量不一定相等,所以不同物质的分子平均速率不一定相等,选项A正确,B、C错误;温度升高时,物体分子的平均动能一定增大,选项D错误。
导师点睛
理解分子动能的三点注意
　　(1)温度是分子平均动能的“标志”,或者说“量度”,温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对应,与单个分子的动能没有关系。
　　(2)每个分子都有动能且不为零,热现象是大量分子无规则运动的统计规律,对于个别分子动能没有实际意义。
　　(3)温度高的物体,分子的平均速率不一定大,还与分子质量有关。
2.C　某种物体的温度是0 ℃,物体中分子的平均动能并不为零,因为分子在永不停息地运动,从微观上讲,分子运动快慢是有差别的,各个分子运动的快慢无法跟踪测量,而温度的概念是建立在统计规律的基础上的,当温度升高时,分子运动更剧烈,平均动能增大,但并不是所有分子的动能都增大;物体的运动速度越大,说明物体的动能越大,这并不能代表物体内部分子的热运动越剧烈,则物体的温度不一定越高,选项C正确,A、B、D错误。
3.C　物体的动能是宏观物理量,物体分子的平均动能是微观物理量,物体的动能与物体分子的平均动能之间没有必然联系。温度是分子平均动能的标志,当物体的温度升高时,物体分子的平均动能增大,但并非每个分子的动能都变大,C正确,A、B、D错误。
4.D　分子间距从r3减小到r1的过程中,分子力表现为引力,分子力做正功,分子势能减小,分子间距为r1时,两分子的分子势能最小,A错误,D正确;分子间距小于r1时,分子之间同时存在斥力和引力,且斥力大于引力,B错误;分子间距从r3减小到r1的过程中,分子间的引力和斥力都一直增大(易错点),C错误。故选D。
方法技巧
判断分子势能变化的两种方法
5.A　将分子间作用力F与分子间距离r的关系图像画上如图所示:
当分子间距离为r0时,分子势能最小,所以图中r2为平衡距离r0;当r大于r1小于r2时,分子间的作用力表现为斥力;当r小于r1时,分子间的作用力表现为斥力,A错误,B正确。当r等于r2时,分子势能Ep最小,C正确。在r由r1变到r2的过程中,分子间的作用力表现为斥力,做正功,D正确。故不正确的选A。
方法技巧
分子间的作用力、分子势能与分子间距离的关系图像问题的解题技巧:
　　首先找到平衡位置,明确分子处于此位置时分子间的作用力为零,分子势能最小;其次明确分子间距离是如何变化的,判断分子间的作用力做正功还是负功;最后根据分子间的作用力做功与分子势能变化的关系得出结论。
6.A　当r=r0时,F=0,Ep最小,所以甲图是分子间作用力与分子间距离的关系图像,乙图是分子势能与分子间距离的关系图像,A正确;由乙图可知,当r=r0时,分子势能为负值,不为零,B错误;由甲图可知,若分子间距离从0开始增大,随着分子间距离的增大,分子间作用力先减小为零,然后增大,最后减小,C错误;由乙图可知,若分子间距离从0开始增大,随着分子间距离的增大,分子势能先减小后增大,D错误。故选A。
7.AD　因为两分子在平衡位置(r=r0)时,分子力为零,此时分子势能最小,可知虚线为Ep-r图线,实线为F-r图线。因为乙分子在r4处分子势能和动能均为零,到达r1处时的分子势能又为零(破题关键),由能量守恒定律可知,在r1处的动能也为零,可知乙分子的运动范围为r4≥r≥r1,乙分子不可能运动到0r2时,甲、乙两分子间斥力小于引力,分子力表现为引力,B错误。乙分子从r4到r2的过程中,分子势能一直减小,在r2位置时分子势能最小,C错误。由图可知,从r4到r2分子力表现为引力,且引力先增大后减小,乙分子从静止开始加速运动,由牛顿第二定律可知,乙分子从r4到r2做加速度先增大后减小的加速运动;从r2到r1分子力表现为斥力,且斥力增大,速度与合力方向相反,乙分子从r2到r1做加速度增大的减速运动,D正确。
8.答案　(1)引力　(2)最小　(3)增大
解析　(1)分子间距离大于r0,分子间引力大于斥力,分子间作用力表现为引力;
(2)(3)分子从无限远靠近到距离为r0过程中,分子间作用力表现为引力,分子间作用力做正功,分子势能减小;分子间距离小于r0且减小时,分子间作用力表现为斥力,分子间作用力做负功,分子势能增大,所以当分子间距离为r0时分子势能最小。
9.D　温度是分子平均动能的标志,温度不变,分子的平均动能不变,A正确;物体的温度越高,分子的平均动能越大,分子热运动越剧烈,B正确;物体的内能就是物体内部所有分子的热运动动能和分子势能的总和,C正确;布朗运动是悬浮的微粒的无规则运动,是由液体(或气体)分子的不规则碰撞引起的,D错误。故选D。
10.BC　冰水混合物的温度为0 ℃,冰、水温度相同,故二者分子平均动能相等,0 ℃的冰变成0 ℃的水要吸热,故温度均为0 ℃时,等质量的水的内能大于冰的内能(破题关键)。故选B、C。
方法技巧
对内能的三点理解
　　(1)内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关的能量形式,它取决于物质的量、温度和体积。
　　(2)研究热现象时,一般不考虑机械能,在机械运动中有摩擦时,有可能发生机械能转化为内能的过程。
　　(3)物体温度升高,内能不一定增加;温度不变,内能可能改变;温度降低,内能可能增加。
11.B　由于分子一直在做无规则运动,因此任何物体的内能不可能为零,A错误;当分子间的距离小于r0时,分子间作用力表现为斥力,随着分子间距减小,分子间作用力做负功,分子势能增加,B正确;相同温度的氧气和氢气,分子平均动能相同,但是因氧气分子的质量较大,则氧气分子的平均速率小于氢气分子的平均速率,C错误;物体的内能是物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和,内能不同的物体,可能温度相同,它们分子热运动的平均动能就相同,D错误。故选B。
12.D　物体的内能在宏观上与物质的量、温度和体积有关,A错误;如果封闭气体的密度变小,分子平均动能增加,气体的压强可能不变,也可能变化,B错误;某气体的摩尔质量为M、密度为ρ,用NA表示阿伏加德罗常数,每个气体分子的质量m0=,由于气体分子间距离较大,是每个分子所占的空间大小,不是每个分子的体积,C错误;密封在容积不变的容器内的气体,分子的数密度不变,若温度升高,分子平均动能增大,单位时间内气体分子对容器壁单位面积上碰撞次数增加,气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大,气体的压强增大,D正确。故选D。
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