第1章 4.分子动能和分子势能-【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）

◆高中物理·选择性必修第三册（人载版） 各速率区间的分子数 积为曲线1和曲线2下方的面积之和 占总分子数的百分比 20l D.将T1、T2温度下的氧气混合后，对应的 15 2 分子速率分布规律曲线可能是图中的 10y 虚线 5 4.(气体压强的微观意义)（多选）汽缸内封人 月司到分子的邀*·門 一定质量的气体，若使其减小体积，降低温 度，关于压强变化的判断，下列说法正确 的是 A.T>T A.一定增大 B.一定减小 B.T、T2温度下，某一速率区间的分子数占 C.可能增大，也可能减小D.可能不变 比可能相同 C.将T、T温度下的氧气混合后，对应的 提示请完成《素能提升训练》训练二 分子速率分布规律曲线与横轴围成的面 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 自主学习探新知 保前预习双基落实 一、分子动能 (2)当分子间距离r小于r。时，分子间的相 1.分子动能：分子不停地做 运动，做 互作用力表现为 ,要减小分子间的 热运动的分子也具有 距离，必须克服 做功，因此分子势 能随分子间距离的减小而 2.平均动能：所有分子的动能的 温 3.物体的体积变化时，分子间距离发生变化， 度越高，分子热运动的 越大：温度 分子势能随着发生变化，可见分子势能跟物 越低，分子热运动的平均动能 体的 有关。 二、分子势能 三、物体的内能 1.分子势能：由于分子间存在着 1.物体中所有分子的热运动 与 所以分子具有由它们的相对位置决定的势 的总和，叫作物体的内能，对于给定的某 能，这就是分子势能 种物体，其内能大小跟物质的量 和 有关。 2.分子势能与分子间距离的关系 2,组成物体的分子在做无规则的运动，具有热 (1)当分子间距离r大于r。时，分子间的相 运动的动能，它是 能的一部分：同 互作用力表现为 ,要增大分子间的 时物体还可能做整体的运动，因此，还会具 距离，必须克服 做功，因此分子势 有动能，这是 能的一部分，它是由 能随着分子间距离的增大而 物体的机械运动决定的。 14 第一章分子动理论 岂自我诊断 (4)分子的势能是由分子间相对位置决定的 1.判断下列说法的正误（正确的画“√”，错误 能量，随分子间距的变化而变化。() 的画“×”)。 (5)温度高的物体内能大。 ( (1)温度反映了每个分子热运动的剧烈 2.(1)1千克10℃的水比10千克2℃的铁的 程度。 分子的平均动能 (2)温度是分子平均动能的标志。 ( (2)质量和体积一定的同种气体，温度高时 (3)温度升高时物体的每个分子的动能都将 增大。 气体的内能 互动探究解疑难 装点归穷整滩突娥 要点一 分子动能与分子势能 问题导引 口探究升华 (1)为什么研究分子动能的时候主要关心大 1.分子动能 量分子的平均动能？ (1)物体由大量分子组成 (2)物体温度升高时，物体内每个分子的动 单个 (2)分子在永不停息地做无规则热运动，每 分子 个分子的动能大小不同，并且时刻在变化 能都增大吗？ 的动能 (3)热现象是大量分子无规则运动的宏观表 (3)物体运动的速度越大，其分子的平均动 现，深究个别分子的动能没有实际意义 能也越大吗？ (1)温度是大量分子无规则热运动的宏观表 (4)若分子力表现为引力，分子间距离增大 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 时，分子力做什么功？分子势能如何变化？ 分子的 别分子的动能可能增大，也可能减小，但，总体 平均 分子间距离减小时，分子力做什么功？分子 上所有分子的动能之和一定是增加的 动能 (2)虽然同一温度下，不同物质的分子热运 势能如何变化？ 动的平均动能相同，但由于不同物质的分子 (5)若分子力表现为斥力，分子力做功情况 质量一般不同，平均速率大小一般不相同 以及分子势能的变化情况又如何呢？ 2.分子势能：分子势能E,与分子间距离r的 关系。 分子间距离 r=n r> r<r 分子力F 等于零 表现为引力 表现为斥力 分子间距增 分子间距藏小 分子力 做功W 大时，分子力 时，分子力做 做负功 负功 随分子间距的 随分子间距的 分子势能E, 最小 增大而增大 减小而增大 15 ◆高中物理·选择性必修第三册（人载版） 典例剖析 [例2]（多选）设r=r。时分子间的作用力为 [例1门（多选）下列说法正确的是 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 A.在10℃时，一个氧气分子的分子动能为 正确的是（不考虑其他分子的影响）() Ek,当温度升高到20℃时，这个分子的 A.r>r时，分子力做正功，动能不断增大， 分子动能为Ek',则E'<E 分子势能减小 B.在10℃时，每一个氧气分子的温度都是 B.r=r。时，动能最大，分子势能最小 10℃ C.r<r时，分子力做负功，动能减小，分子 势能增大 C.在10℃时，氧气分子的平均速率为u1, D.以上说法都不对 氢气分子的平均速率为，则< 川规律方法川 D.在一般温度下，各种气体分子的平均速 (1)分子势能为零和分子势能最小的会义不司： 率都不为零 前者与远择的零势能点有关，而后者的位置确定在？ r处。 川规律方法川 (2)出于物体分子间距离变化的宏观表现为物体 (1)不论物质是否相同，只要温度相同，分子的平 的体积变化，所以微观的分子势能变化对应于宏规的 均动能就相同。 物体体积变化，但不能理解为物体体积感大，分子势 (2)温度升高，分子的平均动能增大，但并不是所 能就越大，国为分子势能除了与物体的体积有关外 有分子的动能都增大，个别分子的动能可能不变，也 还与物态有关， 可能减小。 (3)势能的大小与距离的关系有一个共同的规 (3)温度是分子平均动能的标志，或者说是量度 伸：不论是重力劳能、弹性势能、分子劳能还是电势 温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平 能，当相对位置发生变化时，相互作用力如果做正功， 均动能相应。 则势能藏小：相互作用力如果做负功，则势能增大。 要点二 内能 问题导引 口探究升华 架飞机在空中以某一速度飞行，由于 1.内能与机械能的比较 飞机中所有分子都具有飞机的速度，所以分 能量名称 子具有动能，又由于飞机在空中，飞机中所 比较项目 内能 机械能 有分子都离地面有一定高度，以地面为零势 对应的运动形式微观分子热运动 宏观物体机械运动 能面，所以分子具有势能，上述动能和势能 能量常见 分子动能、分 物体的动能，重力 的总和就是飞机的内能，当飞机停在地上 的形式 子势能 势能或弹性势能 时，飞机的内能为零，以上说法是否正确？ 由物体内大量 由物体的机械运 为什么？ 能量存在 分子的无规则 动、与地球相对位 的原因 热运动和分子 置或物体形变 间相对位置决定 决定 物体做机械运动 物质的量、物体 的速度、离地高度 影响因素 (或相对于零势能 的温度和体积 面的高度)或弹性 形变 一定条件下可以 是否为零 水远不能等于罗 等于零 联系 在一定条件下可以相互转化 16 第一章分子动理论 2.内能的决定因素 川总结提升川 (1)宏观因素：物体内能的大小由物质的量、 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 温度和体积三个因素决定，同时也受物态变 分子总数、温度，物体的体积及物态等因素有关，结合 化的影响。 能量守恒定律，综合进行分析。 (1)当物体质量m一定时（相同物质的摩尔质星 (2)微观因素：物体内能的大小由物体所含 M相等)，物体所舍分子数n就一定 的分子总数、分子热运动的平均动能和分子 (2)当物体温度一定时，物体内部分子的平均动 能就一定， 间的距离三个因素决定。 (3)当物体的体积不专时，物体内部分子可的相 3.物态变化对内能的影响 对位置就不变·分子势能也不变。 一些物质在物态发生变化时，如冰的熔化、 (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政变，物体的内能也随之变化。 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 。针对训练 变化，分子势能变化，所以物体的内能变化。 下列有关热现象和内能的说法中正确的是 典例剖析 () [例3]关于物体的内能，下列说法正确的是 A.把物体缓慢举高，其机械能增加，内能 增加 A.一壶热水的内能一定比一湖冷水的内 B.盛有气体的容器做加速运动时，容器中 能大 气体的内能必定会随之增大 B.当温度等于0℃时，分子动能为零 C.电流通过电阻后电阻发热，它的内能增 C.分子间距离为r。时，分子势能为零 加是通过“做功”的方式实现的 D.温度相等的氢气和氧气，它们的分子平 D.分子间引力和斥力相等时，分子势能 均动能相等 最大 随堂巩固促应用 隐证反馈迁移运用 L.(内能)关于物体的内能，下列说法中正确 C.一定质量的某种物质，内能增加，温度一 的是 () 定升高 A.一个水分子的内能比一个冰分子的内能大 D.温度升高时物体的每个分子的动能都将 B.物体所处的位置越高，分子势能就越大， 增大 内能越大 3.(分子势能)（多选）物体分子 C.一定质量的0℃的水结成0℃的冰，内能 间相互作用力与分子间距离 之间的关系图像如图所示。 一定减少 下列判断中正确的是( D.相同质量的两个同种物体，运动物体的 A.当r<r。时，r越小，则分子势能E。越大 内能一定大于静止物体的内能 B.当r>r。时，r越小，则分子势能E。越大 2.(分子动能)下列有关“温度”的概念的说法 C.当r=r。时，分子势能E。最小 中正确的是 ( D.当→∞时，分子势能E。最小 A.温度反映了每个分子热运动的剧烈程度 提示请完成《素能提升训练)训练三 B.温度是分子平均动能的标志 172.平均动能 小于 【互动探究解疑难】 要点———[问题导引] 提示(1)抛掷次数较少时，正面向上或向下完全是偶 然的，但次数很多时，正面向上或向下的概率是相等的。 (2)无碰撞时气体分子将做匀速直线运动，但由于分子 之间的频繁碰撞，使得气体分子的速度大小和方向频繁 改变，运动变得杂乱无章。 (3)分子在做无规则运动，造成其速率有大有小。温度 升高时，所有分子热运动的平均速率增大，即大部分分 子的速率增大了，但也有少数分子的速率减小。 [典例剖析] [例1] ACD 由图可知两种温度下的分子速率都呈 “中间多、两头少”的分布，故 A正确；由图可知，随着分 子速率的增加，分子数占比先增大后减小，故 B错误；由 图可知，T?分子速率大的占比比T?小，因此T?<T?, 故C正确；温度升高，分子速率大的占比增加，从而使分 子平均动能增加，分子热运动也就越剧烈，故 D正确。 [针对训练] 1.BD 气体温度升高时，气体分子的热运动加剧，这是大 量分子热运动的集中体现，但对单个分子而言，讨论它 的温度与速率之间的联系是没有意义的，故选项 A错 误；理想气体的温度升高，分子的热运动加剧，使分子每 秒钟内与单位面积的器壁碰撞的次数增多，因分子平均 动能增加，所以分子在单位时间内对器壁的作用力也增 大，故选项 B、D正确；因气体质量不变，体积不变，所以 气体分子的密度不变，故选项C错误。 要点二———[问题导引] 提示(1)不是，是分子撞击器壁而产生的。 (2)说明气体压强的大小跟两个因素有关：一个是气体 分子的平均动能，一个是分子的密集程度。 [典例剖析] [例2] BC 气体产生压强的原因是大量分子都在不 停地做无规则热运动，与器壁频繁碰撞，使器壁受到一 个平均持续的冲力，致使气体对器壁产生一定的压强， 在完全失重时，不影响分子的热运动，不影响大量分子 对器壁的撞击，A错误；气体压强取决于分子的密集程 度与分子的平均动能，即单位体积内分子数和气体的温 度，B正确；气体对器壁的压强的大小在数值上等于单 位面积器壁受到大量气体分子的碰撞的作用力的大小， C正确，D错误。 [针对训练] 2.D 当温度升高时，分子的平均速率增大，在密闭容器 中，每个分子对器壁的平均冲击力增大，同时，单位时间 内器壁受气体分子撞击次数增加，则大量气体分子作用 在容器壁单位面积上的平均作用力增大，压强增大。所 以一定质量的气体，在压强不变的条件下温度升高时， 只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减小，才 能保证单位面积器壁受到的平均作用力不变，压强不 变。综上所述，A、B、C错误，D正确。 【随堂巩固促应用】 1.C 水流的速度是机械运动的速度，不同于水分子无规 则热运动的速度，A错误；分子永不停息地做无规则运 动，B错误；温度越高，分子的热运动越剧烈，C正确；水 的温度升高，水分子的平均运动速率增大，但不是每一 个水分子的运动速率都增大，D错误。 2.BC 气体温度不变，气体分子的平均动能不变，故分子 的平均速率不变；质量不变，分子总数不变，而单位体积 内的分子数和气体压强可能发生变化，故 B、C正确。 3.B 温度越高，分子热运动越剧烈，速率大的分子所占的 比例越大。由题图可知，曲线 2 速率大的分子所占的比 例比曲线1速率大的分子所占的比例大，故 T?>T?, A错误；曲线1和曲线 2有一个交点，交点对应的速率 区间的分子数占比相同，B正确；气体分子速率分布规 律曲线与横轴围成的面积均为1,即曲线1、曲线2 以及 将T?、T?温度下的氧气混合后对应的曲线与横轴围成 的面积都为1,C错误；将T?、T?温度下的氧气混合后， 混合气体的温度介于T?和T?之间，曲线波峰应介于曲 线1和曲线 2 之间，不可能为题图中的虚线，D错误。 4.CD 由于气体压强的大小与温度和气体的分子密度有 关，体积减小，使分子密度增大，但温度降低，又使分子 的平均速率减小，对气体压强的影响程度无法确定，故 A、B错误，C、D正确。 4.分子动能和分子势能 【自主学习探新知】 一、1.无规则 动能 2.平均值 平均动能 越小 二、1.相互作用力 2.(1)引力 引力 增大(2)斥力 斥力 增大 3.体积 三、1.动能 分子势能 温度 体积 2.内 机械 自我诊断 1.(1)×(2)√ (3)×(4)√(5)× 2.(1)大(2)大 【互动探究解疑难】 要点———[问题导引] 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。 [典例剖析] [例1] CD 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E、E?,质量分别为m?、m?,氧气与氢气 的温度相同，分子的平均动能相等，即E=E?,又因为 分子质量m?>m?,则v?<v?,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。 [例 2] ABC 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>r。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=r。时，分子动能最大，分子势能最小，B正确； 当r<r。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。 要点二——[问题导引] 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 3 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。 [典例剖析] [例3] D 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r? 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。 [针对训练] C 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 r。时，引力和斥力相等，不管分子间距离从r,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r。时分子势能最小，D错误。 【随堂巩固促应用】 1.C 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。 2.B 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。 3.AC 当 r<r。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>r。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=r。时， 分子力为零，分子势能最小；当r→0时，分子势能为零， 但不是最小。故 A、C正确。 第二章 气体、固体和液体 1.温度和温标 【自主学习探新知】 一、1.系统 外界 2.系统状态 体积 压强 温度 体积 压强 温度 3.稳定状态 非平衡态 4.时间 二、1.不再变化 2.热平衡 3.温度 三、1.温标 温度计 零点 分度 2.热力学温标 热力 学温度 开尔文 3.热力学温标 t+273.15 K 自我诊断 1.(1)×(2)×(3)× (4)√ (5)√ 2.(1)温度(2)311.15 —183.15 【互动探究解疑难】 要点——--[问题导引] 提示 淬火瞬间由于一部分刀剑在水的外部，一部分处 于水的内部，存在热量传递，温度不相同，没有达到热平 衡状态。当经过一段时间后，它们的温度相等，达到了 热平衡状态。达到热平衡状态的标志是温度相等。 [典例剖析] [例1] AB 系统处于热平衡时，其状态参量稳定不 变，金属块放在沸水中加热足够长的时间，冰水混合物 在0℃环境中，其温度、压强、体积都不再变化，处于平衡 状态，故 A、B正确；突然被压缩的气体温度升高，压强变 大，故其不处于平衡态，C错误；开空调2 min 内教室内的 气体温度、体积均有变化，故其不处于平衡态，D错误。 [针对训练] 1.ACD 两系统达到热平衡时的标志是它们的温度相同， 或者说它们的冷热程度相同，所以选项 A、C、D正确，B 错误。 要点二——-[问题导引] 提示(1)不是。由热胀冷缩原理可知，当外界温度越 高时，气体膨胀越厉害，细管内的水柱越低。 (2)274.15 K 1 K [典例剖析] [例2] ABD 热力学温标在科学计算中特别是在热 力学方程中，使计算更简单、更科学，故 A 正确；热力学 温度与摄氏温度的关系是T=t+273.15 K,可知当 T =0时，t=—273.15 ℃,—273.15℃叫绝对零度，B正 确；气体趋近于绝对零度时，已液化，但有体积，C错误， D正确。 [针对训练] 2.C 要测量冰下水的温度，必须使温度计与冰下的水达 到热平衡，再读出温度计的示数，可隔着冰又没法直接 读数，把温度计取出来，显示的又不是原平衡态下的温 度，所以 A、D不正确；B做法也失去了原来的热平衡， 水瓶提出后，再用温度计测量，这时周围空气也参与了 热交换，测出的温度不再是冰下水的温度了。只有C 正确。 【随堂巩固促应用】 1.BCD 处于热平衡的两个系统都具有相同的状态参 量—-——温度，故 A错误，C正确；由热平衡定律可知，若 物体与A处于热平衡，它同时也与B处于热平衡，则 A 的温度便等于 B的温度，这也是温度计用来测量温度的 基本原理，故 B、D正确。 2.A 如果一个系统达到了平衡态，系统内各部分的状态 参量如温度、压强和体积等不再随时间发生变化，温度 达到稳定值，分子仍然是运动的，不可能达到所谓的“凝 固”状态。 3.B 水银温度计的测温范围约为一39 ℃～357 ℃;酒精 温度计的测温范围约为-110 ℃～78℃;煤油温度计的 测温范围约为一30℃～100℃;体温计的测温范围约为 35 ℃～42 ℃,所以一90 ℃适宜用酒精温度计测量，B 正确，A、C、D错误。 4.AC 热力学温度的单位“K”是国际单位制中七个基本 单位之一，故 A正确；某物体的摄氏温度为10℃,即其 热力学温度为283.15 K,故 B错误；热力学温标与摄氏 温标两者大小关系为T=t+273.15 K,因此0℃可用 热力学温度粗略地表示为273 K,故C正确；热力学温 度和摄氏温度的温标不同，但是两者大小关系为 T= t+273.15 K,可以进行转换，所以两者表示的温度可以 换算单位之后进行比较，故 D错误。 2.气体的等温变化 第1课时 气体的等温变化 【自主学习探新知】 一、1.压强 体积 温度 状态参量 2.一定质量的气体 温度不变 二、1.反比 2.pV=C p?V?=p?V? 3.(1)温度 4.(1)双曲线(2)倾斜直线 4