第3节 温度与内能
1.关于温度,下列说法正确的是( )
A.温度越高,分子动能越大
B.物体的运动速度越大,分子总动能越大,因而物体温度也越高
C.一个分子运动的速率越大,该分子的温度越高
D.温度是大量分子无规则热运动平均动能的标志
解析:温度高,分子平均动能大,但并不是每个分子的动能都大,故A错;温度是分子平均动能的标志,与物体运动的速度无关,故B错;温度是大量分子热运动的集体表现,对单个分子无意义,故C项错,D项正确。
答案:D
2.气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和,其大小与气体的状态有关,分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的( )
A.温度和体积 B.体积和压强
C.温度和压强 D.压强和温度
解析:由于温度是分子平均动能的标志,所以气体分子的动能宏观上取决于温度;分子势能是由分子间作用力和分子间距离共同决定,宏观上取决于气体的体积。因此选项A正确。
答案:A
3.关于机械能和内能,下列说法中正确的是( )
A.机械能大的物体,其内能一定很大
B.物体的机械能损失时,内能却可以增加
C.物体的内能损失时,机械能必然减少
D.物体的机械能为零时,内能一定不为零
解析:物体内能的大小由物体的质量、温度、体积决定,而机械能是由质量、速度、与其他物体的相对位置等因素决定;内能和机械能在一定条件下可相互转化,但大小没有必然关系。
答案:BD
4.下列关于温度、内能和热量的说法中正确的是( )
A.物体的温度越高,所含热量越多
B.物体的内能越大,热量越多
C.物体的温度越高,它的分子热运动的平均动能越大
D.物体的温度不变,其内能就不变化
解析:物体的内能是一个状态量,而热量是一个过程量,物体之间发生热传递时内能的改变量叫做热量,故A、B错,C对;物体的内能由物体的质量、温度、体积等因素共同决定,温度不变时,内能可能变化,故D错。
答案:C
5.下列关于分子运动和热现象的说法正确的是( )
A.气体如果失去了容器的约束就会散开,这是因为气体分子之间存在势能的缘故
B.一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气,其分子间势能增加
C.一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子势能的总和
D.如果气体温度升高,那么所有分子的速率都增加
解析:气体如果失去了容器的约束就会散开,是因为分子做无规则的热运动,A错误;100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气时分子间距增加,分子间作用力做负功,故分子势能增加,B正确;内能是所有分子热运动的动能和分子势能之和,C正确;温度升高是大量分子的平均速率增加,而不是所有分子的速率都增加,D错误。
答案:BC
6.1 g 100 ℃的水与1 g 100 ℃的水蒸气相比较,下列说法中正确的是( )
A.分子的平均动能与分子的总动能都相同
B.分子的平均动能相同,分子的总动能不同
C.内能相同
D.1 g 100 ℃的水的内能小于1 g 100 ℃的水蒸气的内能
解析:温度是分子平均动能的标志,因而在相同的温度下,分子的平均动能相同,又1 g水与1 g水蒸气的分子数相同,因而分子总动能相同,A正确;当从100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气的过程中,分子间距离变大,要克服分子间作用力做功,因而分子势能增加,所以100 ℃的水的内能小于100 ℃的水蒸气的内能,D正确。
答案:AD
7.如图,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与两分子间距离的关系如图中曲线所示,F>0为斥力,F<0为引力,a、b、c、d为x轴上四个特定的位置。现把乙分子从a处由静止释放,则( )
A.乙分子从a到b做加速运动,由b到c做减速运动
B.乙分子从a到c做加速运动,到达c时速度最大
C.乙分子由a到b的过程中,两分子间的分子势能一直减少
D.乙分子由b到d的过程中,两分子间的分子势能一直增加
解析:由题图可知F=0处,c点是平衡位置,r=r0,当r>r0时分子间作用力表现为引力,r答案:BC
8.甲、乙两名同学对0 ℃的水和0 ℃的冰进行了如下争论:
甲说:“冰和水的温度相同,所以分子平均动能相等。质量相同时,冰的体积大,因此冰的分子势能大,所以说冰的内能大于水的内能。”乙说:“0 ℃的水变成0 ℃的冰需要向外界放出热量,在质量相同的情况下,水的内能大于冰的内能。”
请你判断一下甲、乙两名同学谁的说法是正确的。
解析:乙同学的说法正确。甲同学认为冰的体积大,分子势能大,这是错误的(冰的体积大的主要原因在于宏观的冰晶粒间空隙大)。分子势能大小与体积有关,但体积大,分子势能不一定大。0 ℃的冰变成0 ℃的水需吸热,故水内能大,它们相同的是分子平均动能,不同的是分子势能,显然水的分子势能大。
答案:见解析
9.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,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,则在这种情况下分子势能有什么特点?
解析:(1)如果分子间距离约为10-10 m数量级时,分子间作用力的合力为零,此距离为r0。当分子距离小于r0时,分子间作用力表现为斥力,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。如果分子间距离大于r0时,分子间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,分子势能随分子间距离的增大而增大。
从以上两种情况综合分析,分子间距离以r0为数值基准,r不论减小或增大,分子势能都增大。所以说,在平衡位置处是分子势能最低点。
(2)由题图可知,分子势能为零的点选在了两个分子相距无穷远的位置。因为分子在平衡位置处是分子势能最低点,据题图也可以看出:在这种情况下分子势能可以大于零,可以小于零,也可以等于零。
(3)因为分子在平衡位置处是分子势能最低点,最低点的分子势能为零,所以此种情况的特点为分子势能大于等于零。
答案:见解析
学业分层测评(三)
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．关于温度的理解，下列说法错误的是( )
A．温度越高，分子平均动能越大
B．温度升高，所有分子的动能都变大
C．物体的运动速度越大，分子总动能越大，因而物体温度也越高
D．一个分子运动的速率越大，该分子的温度越高
E．温度是大量分子无规则热运动平均动能的标志
【解析】 温度高，分子平均动能大，但并不是每个分子的动能都大，故A对，B错；温度是分子平均动能的标志，与物体运动的速度无关，故C错；温度是大量分子热运动的集体表现，对单个分子无意义，故D项错，E项对．因选错误的，故选BCD.
【答案】 BCD
2．下列说法正确的是( )
A．分子的动能与分子势能的和叫做这个分子的内能
B．物体的分子势能由分子间的距离决定
C．物体的速度增大时，物体的内能增大
D．物体的动能减小时，物体的温度可能增加
E．物体的内能由温度、体积、质量决定
【解析】 内能是指整个物体的，单个分子无内能可言，选项A是错误的，E正确．物体的分子势能由分子间距离决定，宏观上反映为由物体的体积决定，所以选项B正确．物体的内能与物体做宏观的机械运动的速度无关，故选项C也是错误的．物体的温度由分子的平均动能决定，与物体宏观运动的动能无关，因此选项D是正确的．
【答案】 BDE
3．关于温度，以下说法正确的是( )
A．温度是表示物体冷热程度的物理量
B．温度是物体内大量分子平均速率的标志
C．温度是物体内大量分子平均动能的标志
D．一切具有相同的温度的物体其分子平均动能也相等
E．不同的物质、温度相同、分子的总动能相同
【解析】 在宏观上，温度表示物体的冷热程度，在微观上，温度是分子平均动能的标志，A、C、D正确，B、E错误．
【答案】 ACD
4．关于分子势能，下列说法中正确的是(设两分子相距无穷远时分子势能为零)( )
A．体积增大，分子势能增大，体积缩小，分子势能减小
B．当分子间距离r＝r0时，分子间合力为零，所以分子势能最小
C．当分子间作用力为引力时，体积越大，分子势能越大
D．当分子间作用力为斥力时，体积越大，分子势能越大
E．当分子间作用力为斥力时，体积越小，分子势能越大
【解析】 设想两个分子相距无穷远(r>10－9 m)时分子间势能为零，当两个分子越来越近时，分子间引力做正功，分子势能减小，当r＝r0时，分子势能减小到最小，为负值，故B正确；分子力为引力时，体积越大，分子间距越大，分子间引力做负功，分子势能增大，故C正确；分子力为斥力时，体积越大，分子间距越大，分子间斥力做正功，分子势能减小，故A、D错误，E正确．
【答案】 BCE
5．关于物体内能，下列说法中正确的是( )
A．每一个分子的动能与分子势能的和叫物体的内能
B．物体所有分子的动能与分子势能的总和叫物体的内能
C．一个物体当它的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化
D．一个物体内能的多少，与它的机械能的多少无关
E．在一定条件下内能和机械能可以相互转化
【解析】 物体内所有分子的动能与势能总和叫物体的内能，物体的内能对单个分子而言无意义．物体的内能与其所含分子的动能与势能有关，与物体的动能和势能即机械能无关．故B、D正确，A、C错误，内能和机械能可以转化，E正确．
【答案】 BDE
6．如果取分子间距离r＝r0(r0＝10－10 m)时为分子势能的零势能点，则rr0时，分子势能为________值(填“正”“负”或“零”)．按规定的零势能点，试着在图1-3-3上画出Ep-r的图象．
图1-3-3
【解析】 当r＝r0时，分子势能最小，所以若规定此时分子势能为零，则无论rr0，分子势能均为正值．
【答案】 正 正 如图所示
7．甲、乙两名同学对0℃的水和0℃的冰进行了如下争论：甲说：“冰和水的温度相同，所以分子平均动能相同．质量相同时，冰的体积大，因此冰的分子势能大，所以说冰的内能大于水的内能．”乙说：“0℃的水变成0℃的冰需要向外界放出热量，在质量相同的情况下，水的内能大于冰的内能．”
请你判断一下甲、乙两名同学谁的说法是正确的．
【解析】 乙同学的说法正确．甲同学认为冰的体积大，分子势能大，这是错误的(冰的体积大的主要原因在于宏观的冰晶粒间空隙大)．分子势能大小与体积有关，但体积大，分子势能不一定大.0℃的冰变成0℃的水需吸热，故水内能大，它们相同的是分子平均动能，不同的是分子势能，显然水的分子势能大．
【答案】 见解析
[能力提升]
8．对于相同质量、体积、温度的氧气和氢气，在温度不太低、压强不太大时，下列说法正确的是( )
A．两种气体分子的平均动能相同
B．两种气体的内能相同
C．两种气体的内能不同
D．两种气体分子热运动的平均速率不同
E．若氢气的温度升高，则每个氢气分子的动能都增大
【解析】 温度相等，即分子平均动能相等，选项A对．但是氧气分子的质量大于氢气分子质量，所以氧气分子平均速率小于氢气分子平均速率，选项D对．单个分子平均动能相同，质量相同的氧气和氢气，氢气分子数量多，所以氢气分子总动能大，气体一般不考虑分子势能，所以氢气分子内能大，选项C对、B错．若氢气温度升高，则氢气分子平均动能大，从概率来讲，是平均动能大的分子数目增加，但不是每个氢气分子动能都增大，选项E错．
【答案】 ACD
9．质量是18g的水，18g的水蒸气，32g的氧气，在它们的温度是100℃时( )
A．它们的分子数目相同，分子的平均动能相同
B．它们的分子数目相同，分子的平均动能不相同，氧气的分子平均动能大
C．它们的分子数目相同，它们的内能不相同，水蒸气的内能比水的大
D．它们的分子数目不相同，分子的平均动能相同
E．它们的分子数目相同，分子的总动能相同
【解析】 18g的水，18g的水蒸气，32g的氧气，它们物质的量都是1mol，因此它们的分子数是相同的，故D错；温度是分子平均动能的唯一标志，故三者分子的平均动能相同，故B错，A、E对；尽管三种物质的分子数和分子的平均动能都相等，但是分子的势能关系不确定，因此它们的内能不相同，水变成水蒸气，体积变大，分子间的距离变大，分子力表现为引力，分子力做负功，分子间的势能增加，故水蒸气的内能比水的大，C正确．
【答案】 ACE
10．一架飞机在空中以某一速率飞行，由于飞机中所有分子都具有飞机的速度，所以分子具有动能．又由于飞机在空中，飞机中所有分子都离地面有一定高度，以地面为零势能位置，所以分子具有势能．上述动能和势能的总和就是飞机的内能，当飞机停在地上时，飞机的内能为零．以上说法是否正确？为什么？
【解析】 不正确．分子动能和势能是与分子的热运动相对应的，与飞机的机械运动无关．飞机的内能应是飞机中所有分子做无规则热运动的动能和由于分子间的相互作用而具有的势能的总和．分子热运动是永不停息的，因此飞机的内能永远不可能为零．而飞机的机械能与飞机的速率、质量和飞行高度有关，当飞机停在地上时，机械能为零．综上分析可知，题中的说法均是错误的．
【答案】 见解析
11．分子势能随分子间距离r的变化情况可以在如图1-3-4所示的图象中表现出来，就图象回答：
图1-3-4
(1)从图中看到分子间距离在r0处时分子势能最小，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，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？
【解析】 (1)如果分子间距离约为10－10m数量级时，分子的作用力的合力为零，此距离为r0.当分子距离小于r0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．如果分子间距离大于r0时，分子间的相互作用表现为引力，要增大分子间的距离必须克服引力做功，因此，分子势能随分子间距离的增大而增大．
从以上两种情况综合分析，分子间距离以r0为数值基准，r不论减小或增大，分子势能都增大．所以说，在平衡位置处是分子势能最低点．
(2)由题图可知，分子势能为零的点选在了两个分子相距无穷远的位置．因为分子在平衡位置处是分子势能最低点，据题图也可以看出：在这种情况下分子势能可以大于零，也可以小于零，可以等于零．
(3)因为分子在平衡位置处是分子势能最低点，最低点的分子势能为零，所以此种情况的特点为分子势能总大于等于零．
【答案】 见解析
