第1章 4.分子动能和分子势能(word教参)-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步练测（人教版2019）

4.分子动能和分子势能 学习目标 1.知道分子热运动的动能与温度有关，知道温度是分子热运动平均动能的标志。 2.知道什么是分子势能，知道分子势能与分子力做功的关系。 3.知道内能的概念，知道物体的内能与物体的温度和体积有关 [对应学生用书第14页] 一、分子动能 1.分子动能：分子不停地做无规则运动，做热运动的分子也具有动能。 2.平均动能：所有分子的动能的平均值。温度越高，分子热运动的平均动能越大；温度越低，分子热运动的平均动能越小。 二、分子势能 1.分子势能：由于分子间存在着相互作用力，所以分子具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能。 2.分子势能与分子间距离的关系 （1）当分子间距离r大于r0时，分子间的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，因此分子势能随着分子间距离的增大而增大。 （2）当分子间距离r小于r0时，分子间的相互作用力表现为斥力，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。 3.物体的体积变化时，分子间距离发生变化，分子势能随着发生变化，可见分子势能跟物体的体积有关。 三、物体的内能 1.物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，叫作物体的内能，对于给定的某种物体，其内能大小跟物质的量、温度和体积有关。 2.组成物体的分子在做无规则的运动，具有热运动的动能，它是内能的一部分；同时物体还可能做整体的运动，因此，还会具有动能，这是机械能的一部分，它是由物体的机械运动决定的。 1.判断下列说法的正误（正确的画“√”，错误的画“×”）。 （1）温度反映了每个分子热运动的剧烈程度。 （×） （2）温度是分子平均动能的标志。 （√） （3）温度升高时物体的每个分子的动能都将增大。 （×） （4）分子的势能是由分子间相对位置决定的能量，随分子间距的变化而变化。 （√） （5）温度高的物体内能大。 （×） 2.（1）1千克10 ℃的水比10千克2 ℃的铁的分子的平均动能　　　　。  （2）质量和体积一定的同种气体，温度高时气体的内能　　　　。  答案　（1）大　（2）大 [对应学生用书第15页] 要点一　分子动能与分子势能 （1）为什么研究分子动能的时候主要关心大量分子的平均动能？ （2）物体温度升高时，物体内每个分子的动能都增大吗？ （3）物体运动的速度越大，其分子的平均动能也越大吗？ （4）若分子力表现为引力，分子间距离增大时，分子力做什么功？分子势能如何变化？分子间距离减小时，分子力做什么功？分子势能如何变化？ （5）若分子力表现为斥力，分子力做功情况以及分子势能的变化情况又如何呢？ 提示：（1）分子动能是指单个分子热运动的动能，但分子是无规则运动的，因此各个分子的动能以及一个分子在不同时刻的动能都不尽相同，所以研究单个分子的动能没有意义，我们主要关心的是大量分子的平均动能。 （2）温度是大量分子无规则热运动的集体表现，含有统计的意义，对于个别分子，温度是没有意义的，所以物体温度升高时，个别分子的动能可能减小，也可能不变。 （3）不是。分子的平均动能与宏观物体运动的速度无关。 （4）负功；分子势能增加；正功；分子势能减小。 （5）分子间距离增大时，分子力做正功，分子势能减小；分子间距离减小时，分子力做负功，分子势能增大。 1.分子动能 单个 分子 的动能 （1）物体由大量分子组成 （2）分子在永不停息地做无规则热运动，每个分子的动能大小不同，并且时刻在变化 （3）热现象是大量分子无规则运动的宏观表现，探究个别分子的动能没有实际意义 分子的 平均 动能 （1）温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义。温度升高，分子的平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大，个别分子的动能可能增大，也可能减小，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的 （2）虽然同一温度下，不同物质的分子热运动的平均动能相同，但由于不同物质的分子质量一般不同，平均速率大小一般不相同 2.分子势能：分子势能Ep与分子间距离r的关系。 分子间距离r r＝r0 r＞r0 r＜r0 分子力F 等于零 表现为引力 表现为斥力 分子力 做功W － 分子间距增大时，分子力做负功 分子间距减小时，分子力做负功 分子势能Ep 最小 随分子间距的增大而增大 随分子间距的减小而增大 [例1]　（多选）下列说法正确的是 （　　） A.在10 ℃时，一个氧气分子的分子动能为Ek，当温度升高到20 ℃时，这个分子的分子动能为Ek'，则Ek'＜Ek B.在10 ℃时，每一个氧气分子的温度都是10 ℃ C.在10 ℃时，氧气分子的平均速率为，氢气分子的平均速率为，则＜ D.在一般温度下，各种气体分子的平均速率都不为零 [解析]　单个分子的动能、速率是随时变化的，因而说单个分子的动能、速率是没有意义的，温度是大量分子做热运动的平均动能的标志，温度对单个分子也是没有意义的，A、B错误。设氧气分子与氢气分子的平均动能分别为、，质量分别为m1、m2，氧气与氢气的温度相同，分子的平均动能相等，即＝，又因为分子质量m1＞m2，则＜，C正确。气体分子做无规则运动的动能不为零，故平均速率不为零，D正确。 [答案]　CD 　　（1）不论物质是否相同，只要温度相同，分子的平均动能就相同。 （2）温度升高，分子的平均动能增大，但并不是所有分子的动能都增大，个别分子的动能可能不变，也可能减小。 （3）温度是分子平均动能的标志，或者说是量度，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。 [例2]　（多选）设r＝r0时分子间的作用力为零，则一个分子在从无限远处以某一动能向另一个固定的分子靠近的过程中，下列说法正确的是（不考虑其他分子的影响） （　　） A.r＞r0时，分子力做正功，动能不断增大，分子势能减小 B.r＝r0时，动能最大，分子势能最小 C.r＜r0时，分子力做负功，动能减小，分子势能增大 D.以上说法都不对 [解析]　分子势能与分子力做功有关，分子力做正功，分子势能减小，动能增大；分子力做负功，分子势能增大，动能减小，当r＞r0时，分子力为引力，在靠近过程中，分子力做正功，分子势能减小，动能增大，A正确；当r＝r0时，分子动能最大，分子势能最小，B正确；当r＜r0时，分子力为斥力，在靠近过程中，分子力做负功，分子势能增大，动能减小，C正确。 [答案]　ABC 　　（1）分子势能为零和分子势能最小的含义不同，前者与选择的零势能点有关，而后者的位置确定在r＝r0处。 （2）由于物体分子间距离变化的宏观表现为物体的体积变化，所以微观的分子势能变化对应于宏观的物体体积变化，但不能理解为物体体积越大，分子势能就越大，因为分子势能除了与物体的体积有关外，还与物态有关。 （3）势能的大小与距离的关系有一个共同的规律：不论是重力势能、弹性势能、分子势能还是电势能，当相对位置发生变化时，相互作用力如果做正功，则势能减小；相互作用力如果做负功，则势能增大。 要点二　内能 　　一架飞机在空中以某一速度飞行，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，以地面为零势能面，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？ 提示：不正确，飞机的内能不是飞机的机械能，它是飞机中所有分子做无规则热运动的动能和由于分子之间的相互作用而具有的势能的总和，与飞机的高度和飞机的速度无关。 1.内能与机械能的比较 比较项目 能量名称 内能 机械能 对应的运动形式 微观分子热运动 宏观物体机械运动 能量常见 的形式 分子动能、分子势能 物体的动能、重力势能或弹性势能 能量存在 的原因 由物体内大量分子的无规则热运动和分子间相对位置决定 由物体的机械运动、与地球相对位置或物体形变决定 影响因素 物质的量、物体的温度和体积 物体做机械运动的速度、离地高度（或相对于零势能面的高度）或弹性形变 是否为零 永远不能等于零 一定条件下可以等于零 联系 在一定条件下可以相互转化 2.内能的决定因素 （1）宏观因素：物体内能的大小由物质的量、温度和体积三个因素决定，同时也受物态变化的影响。 （2）微观因素：物体内能的大小由物体所含的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。 3.物态变化对内能的影响 一些物质在物态发生变化时，如冰的熔化、水在沸腾时变为水蒸气，温度不变。此过程中分子的平均动能不变，由于分子间的距离变化，分子势能变化，所以物体的内能变化。 [例3]　关于物体的内能，下列说法正确的是 （　　） A.一壶热水的内能一定比一湖冷水的内能大 B.当温度等于0 ℃时，分子动能为零 C.分子间距离为r0时，分子势能为零 D.温度相等的氢气和氧气，它们的分子平均动能相等 [解析]　物体内能与温度、体积以及物质的量有关，一湖水的物质的量远大于一壶水，故壶中水虽然温度高，但内能不一定大于湖中冷水，A错误；物体在任何温度下都具有分子动能，B错误；分子势能的零势能面是任意设定的，若设无穷远处为零，则分子间距离为r0时，分子势能小于零，C错误；温度是分子平均动能的标志，相同温度下，分子的平均动能相等，D正确。 [答案]　D 比较物体内能的大小和判断内能改变的方法 具体比较和判断时，必须抓住物体内能的大小与分子总数、温度、物体的体积及物态等因素有关，结合能量守恒定律，综合进行分析。 （1）当物体质量m一定时（相同物质的摩尔质量M相等），物体所含分子数n就一定。 （2）当物体温度一定时，物体内部分子的平均动能就一定。 （3）当物体的体积不变时，物体内部分子间的相对位置就不变，分子势能也不变。 （4）当物体发生物态变化时，要吸收或放出热量，使物体的温度或体积发生改变，物体的内能也随之变化。 　下列有关热现象和内能的说法中正确的是 （　　） A.把物体缓慢举高，其机械能增加，内能增加 B.盛有气体的容器做加速运动时，容器中气体的内能必定会随之增大 C.电流通过电阻后电阻发热，它的内能增加是通过“做功”的方式实现的 D.分子间引力和斥力相等时，分子势能最大 解析　把物体缓慢举高，外力做功，其机械能增加，由于温度不变，物体内能不变，A错误；物体的内能与物体做什么性质的运动没有直接关系，B错误；电流通过电阻后电阻发热，是通过电流“做功”的方式改变电阻内能的，C正确；根据分子间作用力的特点，当分子间距离等于r0时，引力和斥力相等，不管分子间距离从r0增大还是减小，分子间作用力都做负功，分子势能都增大，故分子间距离等于r0时分子势能最小，D错误。 答案　C [对应学生用书第17页] 1.（内能）关于物体的内能，下列说法中正确的是 （　　） A.一个水分子的内能比一个冰分子的内能大 B.物体所处的位置越高，分子势能就越大，内能越大 C.一定质量的0 ℃的水结成0 ℃的冰，内能一定减少 D.相同质量的两个同种物体，运动物体的内能一定大于静止物体的内能 解析　因内能是指组成物体的所有分子的热运动动能与分子势能的总和，说单个分子的内能没有意义，故A错误。内能与机械能是两种不同性质的能量，它们之间无直接联系，内能与“位置”高低、“运动”还是“静止”没有关系，故B、D错误。一定质量的0 ℃的水结成0 ℃的冰，放出热量，使得内能减少，故C正确。 答案　C 2.（分子动能）下列有关“温度”的概念的说法中正确的是 （　　） A.温度反映了每个分子热运动的剧烈程度 B.温度是分子平均动能的标志 C.一定质量的某种物质，内能增加，温度一定升高 D.温度升高时物体的每个分子的动能都将增大 解析　温度是分子平均动能的标志，而对某个确定的分子来说，其热运动的情况无法确定，不能由温度反映，故A、D错误，B正确；温度不升高而仅使分子的势能增加，也可以使物体内能增加，例如冰熔化为同温度的水，故C错误。 答案　B 3.（分子势能）（多选）物体分子间相互作用力与分子间距离之间的关系图像如图所示。下列判断中正确的是 （　　） A.当r＜r0时，r越小，则分子势能Ep越大 B.当r＞r0时，r越小，则分子势能Ep越大 C.当r＝r0时，分子势能Ep最小 D.当r→∞时，分子势能Ep最小 解析　当r＜r0时，分子力表现为斥力，r减小时分子力做负功，分子势能增大；当r＞r0时，分子力表现为引力，r减小时分子力做正功，分子势能减小；当r＝r0时，分子力为零，分子势能最小；当r→∞时，分子势能为零，但不是最小。故A、C正确。 答案　AC 学科网（北京）股份有限公司 $$