1.4 分子动能和分子势能 同步巩固练 2024-2025学年物理人教版(2019) 选择性必修第三册

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1.4 分子动能和分子势能 同步巩固练
2024-2025学年物理人教版(2019) 选择性必修第三册
一、单选题
1．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．分子间距离小于r0且减小时，分子势能在减小
2．如图所示，在试管内装适量水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间后，橡胶塞被推出，管口出现大量“白气”。下列说法正确的是（ ）
A．管口出现的“白气”是水蒸气
B．水蒸气推出橡胶塞导致水蒸气内能增加
C．水被加热的过程中，其内能是通过做功的方式改变的
D．水蒸气推出橡胶塞的过程中，橡胶塞的动能是由水蒸气的内能转化来的
3．如图为两分子系统的势能与两分子间距离r的关系曲线，甲分子固定于坐标原点O，乙分子的位置如图中横轴所示，现认为乙分子只受甲分子的作用力，下列说法正确的是（　　）
A．当r等于r1时，分子间的作用力为零
B．在r由r1变到r2的过程中，分子间的引力与斥力均减小
C．当r等于r2时，分子间的作用力最大
D．在r由r1变到10r2的过程中，分子间的作用力先增大后减小
4．如图为A、B 两分子间的分子势能。 与两分子间距离x的变化关系曲线，其中A分子固定在坐标原点O，B分子从位置处由静止释放，A、B两分子间仅存在分子力作用，下列说法正确的是（　　）
A．B分子从位置运动到位置过程中，速度在增大，分子力也在增大
B．B分子在位置时，速度最大，分子动能和分子势能之和大于0
C．B分子从位置运动到位置过程中，分子力对其做正功
D．B分子在位置和位置间做往复运动
5．分子间的作用力及分子势能都与分子间的距离有关。如图所示，如果用横轴表示分子间的距离，纵轴表示分子力或分子势能，下列说法正确的是（　　）
A．如果纵轴正方向表示分子间的斥力，负方向表示分子间的引力，则曲线A表示斥力与分子间距的关系，曲线C表示引力与分子间距的关系，曲线D表示合力与分子间距的关系
B．如果纵轴表示分子势能，则曲线B表示分子势能与分子间距的关系
C．分子间距离无穷远时，分子势能最小
D．教室内空气的分子势能趋于零
6．如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子从处静止释放后仅在分子间相互作用力下滑到x轴运动，两分子间的分子势能与两分子间距离的变化关系如图中曲线所示，图中分子势能最小值，若两分子所具有的总能量为0，则下列说法中正确的是（　　）
A．乙分子在时，加速度最大 B．乙分子在时，其动能最大
C．乙分子在时，动能等于 D．甲乙分子的最小距离一定大于
二、多选题
7．关于分子动理论，下列说法正确的是（ ）
A．若已知气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，可求出一个气体分子的体积
B．气体温度升高时，速率较大的分子占总分子数的比例升高
C．布朗运动的激烈程度与悬浮微粒的大小有关，说明分子的运动与悬浮微粒的大小有关
D．两个分子甲和乙距离变化过程中，只要两分子克服分子力做功，则分子势能一定增加
8．如图所示，将甲分子固定在坐标原点，乙分子位于轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示。表示作用力表现为斥力，表示作用力表现为引力，A、、、为轴上四个特定的位置，现把乙分子从A处由静止释放，设两分子间距离很远时，。下列选项中分别表示乙分子的加速度、速度、动能、势能与两分子间距离的关系，其中一定不正确的是（ ）
A． B．
C． D．
9．将两个质量均为m的完全相同的分子A、B，从x轴上的坐标原点和处由静止释放，如图甲所示。图乙为这两个分子的分子势能随分子间距变化的图像，当分子间距分别为、和时，两分子之间的势能为、0和，取间距无穷远时势能为零，整个运动除分子间的作用力外不考虑其他外力，下列说法错误的是（　　）
A．当分子B到达坐标时，两分子之间的分子力为零
B．分子B的最大动能为
C．两分子从静止释放到相距无穷远的过程中，它们之间的分子势能先减小后增大再减小
D．当两分子间距无穷远时，分子B的速度为
10．如图甲所示是分子间作用力与分子间距之间的关系，分子间作用力表现为斥力时为正，一般地，分子间距大于时，分子间作用力就可以忽略；如图乙所示是分子势能与分子间距之间的关系，a是图线上一点，ab是在a点的图线切线。下列说法中正确的有（　　）
A．分子间距离由增至，分子势能增加
B．图甲中阴影部分面积表示分子势能变化的数值，与零势能点的选取有关
C．图乙中Oa斜率大小表示分子间距离在该间距时的分子间作用力大小
D．图乙中ab的斜率大小表示分子间距离在该间距时的分子间作用力大小
三、解答题
11．类比是研究问题的常用方法。双原子分子中两原子A和B在其平衡位置附近振动，以A为坐标原点O，沿着A和B的连线建立r轴，如图1甲所示。如果选定原子距离无穷远处势能为零，则A和B之间的势能EP随距离r变化的规律如图1乙所示。
a．若B只在r=r0点附近小范围内振动，EP随r变化的规律可近似写作，式中和k均为常量。假设A固定不动，B振动的范围为，其中a远小于r0。请在图2中画出B在上述振动范围内受分子力F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Ekm。
b．若某固体由大量这种分子组成，请结合图1乙分析说明，当温度升高时，物体体积膨胀的现象。
12．如图1所示，a、b为某种物质的两个分子，以a为原点，沿两分子连线建立r轴。如果选取两个分子相距无穷远时的势能为零，则作出的两个分子之间的势能与它们之间距离r的关系图线如图2所示。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）。当两分子间距离为时，b分子的动能为（）。
(1)求a、b分子间的最大势能；
(2)并利用图2，结合画图说明分子b在x轴上的运动范围；
(3)若某固体由大量这种分子组成，当温度升高时，物体体积膨胀。试结合图2所示的关系图线，分析说明这种物体受热后体积膨胀的原因。
参考答案
1．C
分子间距离大于r0，分子间表现为引力，分子从无限远靠近到距离r0处过程中，引力做正功，分子势能减小，则在r0处分子势能最小；继续减小距离，分子间表现为斥力，分子力做负功，分子势能增大。
故选C。
2．D
A．管口出现的“白气”是水蒸气液化成的小水滴，故A错误；
BD．水蒸气推出橡胶塞，水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能，水蒸气内能减小，故B错误，D正确；
C．水被火焰加热的过程中，其内能是通过热传递的方式改变的，故C错误。
故选D。
3．B
AC．由图像可知，分子间距为时分子势能最小，此时分子间的距离为平衡距离，分子间的作用力为零，故AC错误；
B．在r由r1变到r2的过程中，分子间距增大，分子间的引力与斥力均减小，故B正确；
D．在r由r1变到10r2的过程中，作分子间作用力与分子间距离r的关系图
知，从r1变到r2的过程中，分子力表现为斥力，分子力先减小到零，再变为引力，从r2变到10r2的过程中，分子间的作用力先增大后减小，故D错误。
故选B。
4．D
A．B分子从位置运动到位置过程中，分子势能减小，动能增大，速度在增大，则分子力做正功，分子表现为斥力，分子力在减小，故A错误；
B．B分子在位置时，分子势能最小，动能最大，速度最大，分子动能和分子势能之和保持不变，则分子动能和分子势能之和小于0，故B错误；
C．B分子从位置运动到位置过程中，分子力表现为引力，分子力对其做负功，故C错误；
D．根据能量守恒，B分子在位置和位置间做往复运动，故D正确。
故选D。
5．D
A．如果纵轴正方向表示分子间的斥力，负方向表示分子间的引力，则曲线A表示斥力与分子间距的关系，曲线C表示引力与分子间距的关系，曲线B表示合力与分子间距的关系，A错误；
B．如果纵轴表示分子势能，则曲线D表示分子势能与分子间距的关系，B错误；
C．分子间距离为时，分子势能最小，C错误；
D．教室内空气分子间距可视为，分子势能趋于零，D正确。
故选D。
6．C
ABC．乙分子在时，分子势能最小，分子间距离为平衡距离，分子力为零，故加速度为零，此时速度最大，动能最大，由于从处静止释放后仅在分子间相互作用力下滑到x轴运动，故分子势能和动能之和不变，则此时的动能等于，故C正确，AB错误；
D．当乙分子运动到时，其分子势能为零，其分子动能也为零，此时两分子的距离最小，而后向分子间距变大的方向运动，因此甲乙分子的最小距离一定等于，故D错误。
故选C。
7．BD
A．由气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，可以算出气体分子所占的体积，但是得不到气体分子的体积，故A错误；
B．根据速率分布规律图，气体温度升高时，速率较大的分子占总分子数的比例升高，故B正确；
C．悬浮颗粒越小，布朗运动越显著，这是由于悬浮颗粒周围的液体分子对悬浮颗粒撞击的不均衡引起的，不能说明分子的运动与悬浮颗粒的大小有关，故C错误；
D．只要两分子克服分子力做功，则分子势能一定增加，故D正确。
故选BD。
8．BCD
A．由牛顿第二定律可知，加速度与力的大小成正比，方向与力的方向相同，知图线的形状与图线相同，故A正确，不符合题意；
B．图中乙分子的运动方向始终不变，故B错误，符合题意；
C．分子的动能不可能为负值，故C错误，符合题意；
D．乙分子从A处由静止释放，根据能量守恒，其分子势能不可能增大到正值，故D错误，符合题意。
故选BCD。
9．ABC
A．两个完全相同的分子由静止释放后，A分子向左运动，B分子向右运动，运动性质完全相同，当它们之间距离为时，分子势能最小，分子间作用力为零，此时B向右移动，则A向左移动，则有
此时B分子的坐标应为
故A错误，符合题意；
B．两分子之间势能为时动能最大，减少的势能为
根据能量守恒，减小的势能转化为两分子的动能，故分子B的最大动能为
故B错误，符合题意；
C．分子势能是标量，且正负可以表示大小，故它们之间的分子势能是先减小后增大，故C错误，符合题意；
D．当分子间距无穷远时，减少的势能全部转化为两分子的动能，则
解得
故D正确，不符合题意。
故选ABC。
10．AD
A．分子间距离在至区间分子力表现为引力，分子间距离由增至，分子力做负功，分子势能增加，故A正确；
B．图甲中阴影部分面积表示分子势能差值，势能差值与零势能点的选取无关，故B错误；
CD．分子势能与分子间距图像中，图线切线的斜率的大小表示分子间作用力大小，故C错误，D正确。
故选AD。
11．a．，图像见解析； b．说明见解析
a．原子B振动过程中受力随距离变化的图线如答图2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
系统的势能为最小值
原子B处于处时，系统的动能
系统的势能为最大值
根据能量守恒定律可得
解得
b．温度升高时，分子的平均动能增大，分子的活动范围 x将增大。当r=r1、r=r2时分子动能为0，分子势能相等为Epm，如答图3所示，其中， x 增大主要向方向偏移，从宏观上表现为体积增大。
12．(1)；(2)；(3)见解析
(1)当b分子速度为零时，此时两分子间势能最大，根据能量守恒定律可有
(2)由图像可知，当两分子间势能为时，b分子对应和两个位置坐标，b分子的活动范围为
如图所示
(3)当物体温度升高时，分子在时的平均动能增大，分子的活动范围将增大，由可以看出，曲线两边不对称，当时曲线较陡，当时曲线较缓，导致分子的活动范围主要向方向偏移，从宏观来看物体的体积膨胀。
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