课时1.4 分子动能和分子势能-2024-2025学年高中物理分层同步作业练习专题教案（人教版2019选择性必修第三册）

第一章 分子动理论 课时1.4 分子动能和分子势能 1. 知道温度是分子热运动平均动能的标志。 2. 了解分子势能，分子力做功对应分子势能的变化。知道分子势能跟物体的体积有关。 3. 理解分子势能与分子间距离的变化关系曲线。 4. 知道什么是内能，知道物体的内能跟温度和体积有关。 （一）分子动能 1. 分子动能：做热运动的分子具有的动能。 2. 分子的平均动能：所有分子的动能的平均值。 3. 温度的微观含义：温度是分子热运动的平均动能的标志。 （二）分子势能 1. 分子势能：分子间存在着相互作用力，可以证明分子间的作用力所做的功与路径无关，分子组成的系统具有分子势能。 2. 决定因素 （1）宏观：分子势能与物体体积有关。 （2）微观：分子势能与分子间距离有关。 3. 分子势能与分子间距离的关系 （1）当时，分子间的作用力表现为引力；若减小，分子间的作用力做正功，分子势能减小。 （2）当时，分子间的作用力为零。当分子间距离减小到时，分子势能减小到最小。 （3）当时，分子间的作用力表现为斥力；若减小，分子间的作用力做负功，分子势能增大。 （三）物体的内能 1. 物体的内能：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。 2. 影响因素 （1）宏观：温度、体积及物质的量。 （2）微观：分子平均动能、分子势能及分子数。 考点 分子动能的理解 1. 单个分子的动能 （1）物体由大量分子组成，在某一瞬间，物体中分子热运动的速率大小不一，各个分子的动能也有大有小。 （2）分子在永不停息地做无规则热运动，各个分子热运动的速率会发生变化，各个分子的动能也在不断改变。 2. 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不尽相同，它们的分子的平均速率一般不相同。 3. 分子的总动能 分子的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和，它等于分子的平均动能与分子数的乘积，即它与物体的温度和所含的分子数目有关。 考点 分子势能的理解（高频考点） 1. 分子势能与分子间的作用力做功的关系 （1）分子间的作用力做正功，分子势能减小，分子间的作用力做了多少正功，分子势能就减小多少。 （2）分子间的作用力做负功，分子势能增加，克服分子间的作用力做了多少功，分子势能就增加多少。 2. 分子势能与分子间距离的关系 图示 取两分子相距无穷远时分子势能为零 分子间的作用力表现为斥力，随着的减小，分子间的作用力做负功，分子势能增大 分子势能最小。在此位置左右，分子间距离不论减小或增大，分子势能都增大，所以说，平衡位置处是分子势能最小点 分子间的作用力表现为引力，随着的增大，分子间的作用力做负功，分子势能增大 分子势能均视为零 3. 分子势能的特点 （1）分子势能是标量，正负表示的是大小，具体的值与零势能位置的选择有关。 （2）分子势能为零和分子势能最小的含义不同。一般选定分子间距离为无穷远时的分子势能为零，分子势能最小的位置一定在处。 （3）分子势能同重力势能、弹性势能、电势能一样，都是与某种力对应、由相对位置决定的能量，且该种力做功等于对应势能的变化。 考点 物体的内能 对内能的理解 （1）从微观上看，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距离三个因素决定。 （2）从宏观上看，物体内能的大小由物质的量、温度和体积三个因素共同决定。 （3）从统计规律上看，内能是对大量分子而言的，对单个分子来说无意义。 （4）物体的内能受物态变化的影响。 基础过关练 题组一　分子动能 1.(2023北京丰台期中)关于分子的动能，下列说法中正确的是 (　　) A.温度相同时，不同物质的分子平均动能相同 B.温度相同时，不同物质的分子平均速率相同 C.温度相同时，只有同种物质的分子平均动能才相同 D.温度升高时，物体分子的平均动能可能减小 2.(2024江苏扬州月考)人们常用空调调节室内空气的温度，下列说法中正确的是 (　　) A.空调风速越大，室内空气的分子动能也越大 B.室内温度为0 ℃时，室内空气分子热运动停止 C.空调制冷使得室内温度下降，则速率小的空气分子比例增多 D.空调过滤器能够吸附PM2.5颗粒，此颗粒的运动是分子热运动 3.(教材习题改编)物体在粗糙的水平面上向前滑动，动能逐渐减小，温度逐渐升高，在这个过程中，下列说法中正确的是 (　　) A.物体每个分子的动能都在增大 B.物体分子的平均动能不断减小 C.物体分子的平均动能不断增大 D.物体每个分子的动能都在不断减小 题组二　分子势能 4.(经典题)(2024江苏苏州期中)把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所示。F>0为斥力，F<0为引力，a、b、c、d为x轴上的四个特定的位置。现把乙分子从a处由静止释放，则 (　　) A.乙分子由a到b做加速运动，由b到c做减速运动 B.乙分子由a到c做加速运动，到达b时两分子组成的系统的分子势能最小 C.乙分子由a到b的过程中，两分子组成的系统的分子势能一直减小 D.乙分子由c到d的过程中，两分子间的作用力一直做正功 5.(2024江苏宿迁期中)分子势能的大小是由分子间的相对位置决定的。分子势能Ep与分子间距离r的关系如图所示，r0为分子间的平衡位置。下列说法正确的是 (　　) A.当r=r0时分子势能最小 B.当分子间的距离从r1增大到r0的过程中，分子间作用力做负功 C.r=r1时，分子间作用力最大 D.当分子间的距离从0.6r0增大到10r0的过程中，分子势能一直增大 6.(2024海南儋州期中)分子间作用力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图像如图甲、乙所示(取无穷远处分子势能Ep=0)。下列说法正确的是 (　　) 　　 A.乙图像为分子势能与分子间距离的关系图像 B.当r=r0时，分子势能为零 C.随着分子间距离的增大，分子间作用力先减小后一直增大 D.随着分子间距离的增大，分子势能先增大后减小 7.如图所示，将甲分子固定于坐标原点O处，乙分子放置于r轴上距离O点很远的r4处，r1、r2、r3为r轴上的三个特殊的位置，甲、乙两分子间的作用力F和分子势能Ep随两分子间距离r的变化关系分别如图中两条曲线所示，设两分子间距离很远时，Ep=0。现把乙分子从r4处由静止释放，下列说法中正确的是 (　　) A.乙分子可能运动到0<r<r1的位置 B.当分子间距离r=r3时，甲、乙两分子间只有吸引力 C.乙分子从r4到r2的过程中，分子势能先减小后增大，在r3位置时分子势能最小 D.乙分子从r4到r2做加速度先增大后减小的加速运动，从r2到r1做加速度增大的减速运动 8.(2024福建泉州期末)如图所示，两分子间的距离由无穷远逐渐减小(r0为平衡距离)，这一过程中： (1)分子间距离大于r0时，分子间作用力表现为　　　　(选填“引力”或“斥力”)；  (2)当分子间距离为r0时，分子势能　　　　(选填“最大”或“最小”)；  (3)分子间距离小于r0且减小时，分子势能在　　　　(选填“增大”或“减小”)。  题组三　物体的内能 9.(2024陕西榆林期末)下列说法错误的是 (　　) A.一定质量的气体，温度不变，分子的平均动能不变 B.物体的温度越高，分子热运动越剧烈 C.物体的内能是物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和 D.布朗运动是悬浮在流体中的微粒之间的相互碰撞引起的 10.(2024江苏南京期末)关于质量相同的0 ℃的水和0 ℃的水蒸气，下列说法中正确的是 (　　) A.分子数相同，分子平均动能不同，分子势能相同，内能不相同 B.分子数相同，分子平均动能不同，分子势能不同，内能不相同 C.分子数相同，分子平均动能相同，分子势能不同，内能不相同 D.分子数不同，分子平均动能相同，分子势能不同，内能不相同 11.(2024山东济南期中)下列说法正确的是 (　　) A.物体的内能可能为零 B.当分子间的距离减小时，分子势能可能增大 C.相同温度的氧气和氢气，氧气分子和氢气分子的平均速率相同 D.内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能就不同 12.(2024吉林长春月考)下列关于热学问题的说法正确的是 (　　) A.物体的内能在宏观上只与其温度和体积有关 B.如果封闭气体的密度变小，分子平均动能增加，则气体的压强不变 C.某气体的摩尔质量为M、密度为ρ，用NA表示阿伏加德罗常数，每个气体分子的质量为m0，每个气体分子的体积为V0，则m0=，V0= D.密封在容积不变的容器内的气体，若温度升高，则气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大 答案与分层梯度式解析 基础过关练 1.A 2.C 3.C 4.C 5.A 6.A 7.D 9.D 10.C 11.B 12.D 1.A　温度是分子平均动能的标志，温度相同时，不同物质的分子平均动能相同，但因为不同物质分子的质量不一定相等，所以不同物质的分子平均速率不一定相等，选项A正确，B、C错误；温度升高时，物体分子的平均动能一定增大，选项D错误。 导师点睛 理解分子动能的三点注意 　　(1)温度是分子平均动能的“标志”，或者说“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，与单个分子的动能没有关系。 　　(2)每个分子都有动能且不为零，热现象是大量分子无规则运动的统计规律，对于个别分子动能没有实际意义。 　　(3)温度高的物体，分子的平均速率不一定大，还与分子质量有关。 2.C　室内空气的分子动能只与温度有关，与空调的风速无关，A错误；室内温度为0 ℃时，室内空气分子依然做无规则热运动，B错误；空调制冷使得室内温度下降，根据温度是分子热运动平均动能的标志可知，速率小的空气分子比例增大，C正确；PM2.5颗粒是肉眼看不见的固体小颗粒，做的是布朗运动，不是分子热运动，D错误。故选C。 3.C　物体的动能是宏观物理量，物体分子的平均动能是微观物理量，物体的动能与物体分子的平均动能之间没有必然联系。温度是分子平均动能的标志，当物体的温度升高时，物体分子的平均动能增大，但并非每个分子的动能都变大，C正确，A、B、D错误。 4.C　乙分子由a到c的过程，分子间的作用力表现为引力，乙分子做加速运动，分子间的作用力做正功，分子势能减小，从c到d的过程，分子间的作用力表现为斥力，分子间的作用力做负功，分子势能增大，所以乙分子到达c时速度最大，动能最大，两分子组成的系统的分子势能最小，A、B、D错误；乙分子由a到b的过程中，分子间的作用力做正功，两分子组成的系统的分子势能一直减小，C正确。故选C。 方法技巧 判断分子势能变化的两种方法 5.A　由图可知，当r=r0时分子势能最小，故A正确；当分子间的距离从r1增大到r0的过程中，分子势能减小，分子间作用力做正功，故B错误；Ep-r图像斜率的绝对值表示分子间作用力大小(解题技法)，由图可知，当r=r1时，Ep-r图像斜率的绝对值不是最大值，故r=r1时，分子间作用力不是最大，故C错误；由图可知，当分子间的距离从0.6r0增大到10r0的过程中，分子势能先减小后增大，故D错误。故选A。 方法技巧 分子间的作用力、分子势能与分子间距离的关系图像问题的解题技巧： 　　首先找到平衡位置，明确分子处于此位置时分子间的作用力为零，分子势能最小；其次明确分子间距离是如何变化的，判断分子间的作用力做正功还是负功；最后根据分子间的作用力做功与分子势能变化的关系得出结论。 6.A　当r=r0时，F=0，Ep最小，所以甲图是分子间作用力与分子间距离的关系图像，乙图是分子势能与分子间距离的关系图像，A正确；由乙图可知，当r=r0时，分子势能为负值，不为零，B错误；由甲图可知，若分子间距离从0开始增大，随着分子间距离的增大，分子间作用力先减小为零，然后增大，最后减小，C错误；由乙图可知，若分子间距离从0开始增大，随着分子间距离的增大，分子势能先减小后增大，D错误。故选A。 7.D　因为两分子在平衡位置(r=r0)时，分子力为零，此时分子势能最小，可知虚线为Ep-r图线，实线为F-r图线。因为乙分子在r4处分子势能和动能均为零，到达r1处时的分子势能又为零(破题关键)，由能量守恒定律可知，在r1处的动能也为零，可知乙分子的运动范围为r4≥r≥r1，乙分子不可能运动到0<r<r1的位置，A错误。分子间同时存在着斥力和引力，当分子间距离减小时，分子间的引力和斥力都增大，只是斥力增大得更快；当分子间距离r<r2时，甲、乙两分子间斥力大于引力，分子力表现为斥力，当分子间距离r>r2时，甲、乙两分子间斥力小于引力，分子力表现为引力，B错误。乙分子从r4到r2的过程中，分子势能一直减小，在r2位置时分子势能最小，C错误。由图可知，从r4到r2分子力表现为引力，且引力先增大后减小，乙分子从静止开始加速运动，由牛顿第二定律可知，乙分子从r4到r2做加速度先增大后减小的加速运动；从r2到r1分子力表现为斥力，且斥力增大，速度与合力方向相反，乙分子从r2到r1做加速度增大的减速运动，D正确。 8.答案　(1)引力　(2)最小　(3)增大 解析　(1)分子间距离大于r0，分子间引力大于斥力，分子间作用力表现为引力； (2)(3)分子从无限远靠近到距离为r0过程中，分子间作用力表现为引力，分子间作用力做正功，分子势能减小；分子间距离小于r0且减小时，分子间作用力表现为斥力，分子间作用力做负功，分子势能增大，所以当分子间距离为r0时分子势能最小。 9.D　温度是分子平均动能的标志，温度不变，分子的平均动能不变，A正确；物体的温度越高，分子的平均动能越大，分子热运动越剧烈，B正确；物体的内能就是物体内部所有分子的热运动动能和分子势能的总和，C正确；布朗运动是悬浮的微粒的无规则运动，是由液体(或气体)分子的不规则碰撞引起的，D错误。故选D。 10.C　质量相同的0 ℃的水和0 ℃的水蒸气，它们的物质的量相同，则它们的分子数是相同的。温度相同的物体，分子平均动能相同，所以0 ℃的水和0 ℃的水蒸气的分子平均动能相同，由0 ℃的水变为0 ℃的水蒸气，需要吸收热量，分子间距离变大，而它们分子平均动能相同，因此分子势能不相同，内能也不相同。故选C。 方法技巧 对内能的三点理解 　　(1)内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关的能量形式，它取决于物质的量、温度和体积。 　　(2)研究热现象时，一般不考虑机械能，在机械运动中有摩擦时，有可能发生机械能转化为内能的过程。 　　(3)物体温度升高，内能不一定增加；温度不变，内能可能改变；温度降低，内能可能增加。 11.B　由于分子一直在做无规则运动，因此任何物体的内能不可能为零，A错误；当分子间的距离小于r0时，分子间作用力表现为斥力，随着分子间距减小，分子间作用力做负功，分子势能增加，B正确；相同温度的氧气和氢气，分子平均动能相同，但是因氧气分子的质量较大，则氧气分子的平均速率小于氢气分子的平均速率，C错误；物体的内能是物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和，内能不同的物体，可能温度相同，它们分子热运动的平均动能就相同，D错误。故选B。 12.D　物体的内能在宏观上与物质的量、温度和体积有关，A错误；如果封闭气体的密度变小，分子平均动能增加，气体的压强可能不变，也可能变化，B错误；某气体的摩尔质量为M、密度为ρ，用NA表示阿伏加德罗常数，每个气体分子的质量m0=，由于气体分子间距离较大，是每个分子所占的空间大小，不是每个分子的体积，C错误；密封在容积不变的容器内的气体，分子的数密度不变，若温度升高，分子平均动能增大，单位时间内气体分子对容器壁单位面积上碰撞次数增加，气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大，气体的压强增大，D正确。故选D。 第 1 页 共 8 页 学科网（北京）股份有限公司 $$