高效作业5 4 分子动能和分子势能-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套word（人教版）

高效作业5 [4　分子动能和分子势能](见学生用书P81) [A级　新教材落实与巩固] 1．标志分子平均动能的物理量是(　B　) A．压强 B．温度 C．体积 D．密度 【解析】 标志分子平均动能的物理量是温度，故选B。 2．关于分子动理论及分子间的相互作用，下列叙述错误的是(　D　) 　 A．图1中曲线b是分子力随分子间距离的关系图，当r＝r0时分子力为0 B．图2中当r等于r2时，分子势能最小 C．扩散现象说明分子间存在空隙 D．当阳光射入较暗的房间内时，可以看到光束中有大量微粒在做无规则运动，此现象属于布朗运动 【解析】 图1中曲线b是分子力随分子间距离的关系图，当r＝r0时分子力为0，故A正确；图2中当r等于r2时，分子势能最小，故B正确；扩散现象说明物质分子永不停息地做无规则运动，且分子间存在空隙，故C正确；当阳光射入较暗的房间内时，可以看到光束中有大量微粒在做无规则运动，这是尘埃颗粒在气流作用下的一般无规则运动，布朗运动需用显微镜观察，肉眼无法直接观察，故D错误。本题选错误的，故选D。 3．关于物体的内能，下列叙述中正确的是(　B　) A．温度高的物体比温度低的物体内能大 B．物体的内能不可能为0 C．内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同 D．内能不相同的物体，它们的分子平均动能一定不相同 【解析】 温度高低只反映分子平均动能的大小，由于物体的内能跟物体的质量、体积、温度和状态都有关，所以温度高的物体不一定比温度低的物体内能大，A错误；内能是物体内所有分子无规则热运动的动能和分子势能的总和，分子在永不停息地做无规则运动，所以内能永不为0，B正确；内能相同的物体，它们的温度可能不同，所以它们的分子平均动能可能不相同，C错误；内能不同的两个物体，它们的温度可能相同，则它们的分子平均动能可能相同，D错误。 4．下列说法中正确的是(　D　) A．一定质量的某种气体压强不变时，气体分子单位时间内对器壁单位面积的平均碰撞次数随着温度升高而增大 B．温度相同的氢气和氧气，氢分子和氧分子的平均速率相同 C．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规律的 D．0 ℃下质量相等的氢气和氧气，氧气的内能小 【解析】 温度升高，气体分子对器壁的平均撞击力增大，要保证压强不变，气体分子单位时间内对器壁单位面积的平均碰撞次数必须减少，故A错误；温度相同，分子的平均动能就相等，氧气的分子质量大于氢气的分子质量，那么氧分子的平均速率小于氢分子的平均速率，故B错误；由分子动理论可知，物质是由分子组成的，分子永不停息地做无规则运动，但大量分子的运动遵从一定的统计规律，如温度升高，所有分子的平均动能增大，故C错误；氧气和氢气的摩尔质量不同，质量相等的氧气和氢气，氧气的分子数比氢气分子数少，在0 ℃时，氧气和氢气分子的平均动能相同，所以氧气的内能要比氢气的内能小，故D正确。 5．研究表明，两个邻近的分子之间同时存在着引力和斥力，其大小随分子间距离的变化如图中虚线所示，当r＝r0时，分子间的引力等于斥力。关于分子间的作用力和分子势能，下列说法正确的是(　C　) A．r<r0时，分子间作用力随着r的增大而增大 B．r>r0时，分子间作用力随着r的增大而增大 C．r<r0时，两个分子的分子势能随着r的增大而减小 D．r>r0时，两个分子的分子势能随着r的增大而减小 【解析】 r<r0时，分子间作用力表现为斥力，随着r的增大而减小，故A错误；r>r0时，分子间作用力表现为引力，随着r的增大先增大后减小，故B错误；r<r0时，分子间作用力表现为斥力，随着r的增大，分子间作用力做正功，两个分子的分子势能减小，故C正确；r>r0时，分子间作用力表现为引力，随着r的增大，分子间作用力做负功，两个分子的分子势能增大，故D错误。 6．如图所示，用F表示两分子间的作用力，用Ep表示分子间的分子势能，在两个分子之间的距离由10r0变为r0的过程中，以下判断正确的是(　B　) A．F不断增大，Ep不断减小 B．F先增大后减小，Ep不断减小 C．F不断增大，Ep先增大后减小 D．F、Ep都是先增大后减小 【解析】 由题图中分子力与分子间距离的关系图像可知，两个分子之间的距离从10r0变为r0的过程中，F表现为引力，且分子力先增大后减小，分子势能Ep不断减小，B正确，A、C、D错误。 7．一定质量的乙醚液体全部蒸发，变为同温度的乙醚气体，在这一过程中(　B　) A．分子引力增大，分子斥力减小 B．分子势能增加 C．乙醚的内能不变 D．分子平均动能增加 【解析】 乙醚液体变为同温度的乙醚气体后，分子间距离增大，分子引力和分子斥力都减小，但斥力比引力减小得快，分子力表现为引力，分子克服引力做功，所以分子势能增加，故A错误，B正确；由于乙醚的温度不变，所以分子平均动能不变，而乙醚的内能等于所有分子的势能与动能的总和，所以乙醚的内能增加，故C、D错误。 8．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错误的是(　B　) A．在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．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．随着分子间距离的增大，分子势能可能先减小后增大 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 【解析】 布朗运动是液体分子无规则运动的反映，A正确，不符合题意；分子之间的距离大于10-10 m时，随着分子间距的增大，分子间作用力可能先增大后减小，也可能一直减小，B错误，符合题意；当分子间距从小于10-10 m变化到大于10-10 m时，分子势能先减小后增大，C正确，不符合题意；由扩散运动知识可知，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，D正确，不符合题意。 9．下列有关分子动理论和物质结构的认识，正确的是(　B　) A．分子间距离减小时分子势能一定减小 B．温度越高，物体中分子无规则运动越剧烈 C．物体内热运动速率大的分子数占总分子数的比例与温度无关 D．物体的内能与温度有关，只要温度不变，物体的内能就一定不变 【解析】 当分子间距离小于10-10 m时，分子势能随分子间距离的减小而增大，故A错误；由分子动理论知，温度越高，物体中分子无规则运动越剧烈，故B正确；物体内热运动速率大的分子数占总分子数的比例与温度有关，故C错误；物体内能的大小不仅与温度有关，还与物体的状态有关，物体的温度不变，若状态变化，内能变化，如晶体熔化时，温度不变，内能增大，故D错误。 10．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。关于图线，下列说法中正确的是(　B　) A．分子间距离增大，分子间斥力减小、引力增大 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．分子间距离小于r2时，减小分子间距离，分子势能一定增大 【解析】 从图线a、c可知，分子间距离增大，分子间引力、斥力均减小，故A错误；从图线b可知，分子间距离等于r1时，分子间引力、斥力相等，分子间作用力为0，则分子间作用力最小，分子势能最小，故B正确，C错误；当分子间距离在r1到r2之间时，分子间作用力表现为引力，减小分子间距离，分子间作用力做正功，分子势能减小，故D错误。 [B级　素养养成与评价] 11．下列说法中正确的是(　B　) A．若两个分子只受到它们间的分子力，在两分子间距离增大的过程中，分子势能一定增大 B．用NA表示阿伏加德罗常数，M表示铜的摩尔质量，ρ表示铜的密度，那么一个铜原子所占空间的体积可表示为 C．布朗运动就是液体分子的运动 D．容器中的气体对器壁的压强是由气体分子间的排斥力而产生 【解析】 当r<r0时，分子力表现为斥力，在两分子间距离增大时，斥力做正功，分子势能减小；当r>r0时，分子力表现为引力，在两分子间距离增大时，引力做负功，分子势能增大，A错误。用NA表示阿伏加德罗常数，M表示铜的摩尔质量，ρ表示铜的密度，V表示摩尔体积，那么一个铜原子所占空间的体积可表示为V0＝＝，B正确。布朗运动就是固体颗粒在液体分子撞击下的无规则运动，C错误。容器中的气体对器壁的压强是由大量气体分子频繁撞击容器壁产生的，气体分子间几乎不存在作用力，D错误。 12．分子间存在着分子力，并且分子力做功与路径无关，因此分子间存在与其相对距离有关的分子势能。分子势能Ep随分子间距离r变化的图像如图所示，取r趋近于无穷大时Ep为0。通过功能关系可以从此图像中得到有关分子力的信息，若仅考虑这两个分子间的作用，下列说法中正确的是(　C　) A．图中r1是分子间引力和斥力平衡的位置 B．假设将两个分子从r＝r2处释放，它们将相互靠近 C．假设将两个分子从r＝r1处释放，当r＝r2时它们的速度最大 D．假设将两个分子从r＝r1处释放，当r＝r2时它们的加速度最大 【解析】 假设将相距无穷远的两个分子由静止释放，则在两分子间距离达到平衡距离前分子力对两个分子始终做正功，分子势能减小，又因为无穷远处分子势能为0，所以当到达平衡距离时，分子势能最小且为负值，因此图中r2是分子间引力和斥力平衡的位置，假设将两个分子从r＝r2处释放，它们将保持静止，故A、B错误；因为r1小于r2，所以假设将两个分子从r＝r1处释放，分子力表现为斥力，两个分子将做加速度减小的加速运动，当r＝r2时它们的速度最大，加速度为0，故C正确，D错误。 13．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v­t图像如图2所示(规定向右为正方向)。已知mA＝0.1 kg，mB＝0.2 kg，弹簧质量不计。 ①在图2中画出物块B的v­t图像。 ②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Ep＝Ep0＋(r－r0)2，式中Ep0和k均为常量。假设原子A固定不动，原子B振动的范围为r0－a≤r≤r0＋a，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。 　 【答案】 (1)①如图所示　②0.3 J　(2)见解析图　ka2 【解析】 (1)②由图像可知，当vA＝－2 m/s时物块A的加速度为0，弹簧恢复原长，根据动量守恒定律可得 0＝mAvA＋mBvB， 解得vB＝1 m/s， 根据机械能守恒定律有Ep＝mAvA2＋mBvB2＝0.3 J。 (2)由于原子B振动过程中运动规律与(1)的情境相似，即力与二者之间的距离呈线性关系，可得原子B振动过程中受力随距离变化的图线如图所示。 由题意可知，原子B处于r1＝r0处时，系统的动能有最大值，设为Ek1，系统的势能有最小值，为 Ep1＝Ep0＋(r1－r0)2＝Ep0， 原子B处于r2＝r0－a处时，系统的动能为0，系统的势能有最大值，为 Ep2＝Ep0＋(r2－r0)2＝Ep0＋ka2， 根据能量守恒定律可得Ep1＋Ek1＝Ep2＋0， 解得 Ek1＝ka2。 学科网（北京）股份有限公司 $$