1.4 分子动能和分子势能 分层作业 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

1.4 分子动能和分子势能 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．把一个装满氧气的钢瓶瓶口密封后置于桌面上，钢瓶中的氧气视为理想气体。当周围环境温度升高时，下列说法正确的是（　　） A．瓶内每个氧气分子的动能都增大 B．瓶内氧气分子的平均动能增大 C．瓶内单位时间内单位面积上碰撞的分子数不变 D．瓶内单位时间内单位面积上碰撞的分子数减少 2．如图所示为甲、乙两分子间的作用力F与分子间距离r的关系图像。若甲固定，乙从无穷远处逐渐靠近甲，则分子势能最小时分子间距离为（    ） A．r1 B．r2 C．r3 D．r4 3．（多选）两个分子相距无限远，规定分子势能为0，假设一个分子A不动，另一个分子B从无限远逐渐靠近分子A，则分子间作用力与分子势能的图像分别如图甲、乙所示，下列说法正确的是（　　） A．分子间距为时分子力为0，表示两分子间既没有引力也没有斥力 B．两分子相距无限远，分子势能与分子力均为0 C．B从无限远处向A靠近过程，分子力先减小，后增大 D．当分子势能最小时，分子力为0 4．（多选）2025年9月3日，中国以一场盛大阅兵，纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年，本次活动中放飞了8万只气球。一导热良好的气球在上升过程中无漏气，球内气体可视为理想气体。已知大气压强和温度都随高度升高而逐渐减小，则气球上升过程中，球内气体（　　） A．每个分子的动能都减小 B．分子平均动能减小 C．内能减小 D．内能不变 5．根据你的认识，对机械能和内能这两种形式的能作一比较。 6．(1)结合影响分子动能和分子势能的因素，从微观和宏观角度讨论影响内能的因素有哪些？ (2)物体的内能随机械能的变化而变化吗？内能可以为零吗？ B层 7．2025年中国农业科学院团队研究发现，当两个农药分子在溶液中靠近时，两分子间作用力F和分子势能随分子间距离r的变化曲线如图所示。下列说法正确的是（　　） A．当时，农药分子间作用力表现为斥力 B．当时，农药分子间作用力为零，分子势能最大 C．当，在农药分子相互远离过程中，分子间作用力一直减小 D．当，在农药分子相互靠近过程中，分子势能一直增大 8．（多选）分子间的作用力随分子间距离的变化如图。若将甲分子固定在坐标原点，乙分子置于轴处，由静止释放。仅考虑两个分子间的作用力，下列说法正确的是（　　） A．从到，分子间的作用力先减小后增大 B．从到，分子间的作用力先做正功后做负功 C．从到，分子系统的分子势能一直减小 D．从到，乙分子的动能先减小后增大 9．图甲为分子间的作用力随分子间距离的变化图线，图乙为某同学参照图甲所作的分子势能随分子间距离的变化图线。请对图乙的合理性作出分析。 C层 10．如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子从处静止释放后仅在分子间相互作用力下滑到x轴运动，两分子间的分子势能与两分子间距离的变化关系如图中曲线所示，图中分子势能最小值，若两分子所具有的总能量为0，则下列说法中正确的是（　　） A．乙分子在时，加速度最大 B．乙分子在时，其动能最大 C．乙分子在时，动能等于 D．甲乙分子的最小距离一定大于 11．（多选）如图为以无穷远为零势能点的分子势能随分子间距的变化关系。若一个分子固定于原点O，另一个分子从距O点很远处（分子势能可视为零），仅在分子间作用力下由静止开始向O点运动至不能再靠近。在此过程中，下列说法正确的是（　　） A．分子在处于平衡状态 B．在此过程中，分子的加速度先变大，后变小再变大 C．分子在处分子势能最大 D．分子在处动能减为零 12．在物理学中，研究微观物理问题可以借鉴宏观的物理模型，可使问题变得更加形象生动。弹簧的弹力和弹性势能变化与分子间的作用力以及分子势能变化情况有相似之处，因此在学习分子力和分子势能的过程中，我们可以将两者类比，以便于理解。 (1)质量相等的两个小球用劲度系数为k，原长为l0的轻弹簧相连，并置于光滑水平面上。现给其中一个小球沿着弹簧轴线方向的初速度，整个系统将运动起来，已知在此后的运动过程中弹簧的弹性势能大小Ep与弹簧的长度l的关系如图甲所示。 ①请说明曲线斜率的含义； ②已知弹簧最小长度为l1，求弹簧的最大长度l2为多大？ (2)研究分子势能是研究物体内能的重要内容。已知某物体中两个分子之间的势能Ep与两者之间距离r的关系曲线如图乙所示。 ①由图中可知，两分子间距离为r0时，分子势能最小，请说出r=r0时两分子间相互作用力的大小，并定性说明曲线斜率绝对值的大小及正负的物理意义； ②假设两个质量相同的分子只在分子力作用下绕两者连线的中点做匀速圆周运动，当两者相距为r1时，分子的加速度最大，此时两者之间的分子势能为Ep1，系统的动能与分子势能之和为E。请在如图乙所示的Ep—r曲线图像中的r轴上标出r1坐标的大致位置，并求出此时两分子之间的分子作用力大小。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 题号 1 2 3 4 7 8 10 11 答案 B B BD BC D BC C BD 1．B 【详解】A．温度是分子平均动能的统计规律，仅反映大量分子的集体特征，温度升高时，单个分子的动能可能增大也可能减小，并非每个氧气分子的动能都增大，故A错误； B．温度是理想气体分子平均动能的唯一标志，环境温度升高时瓶内氧气温度同步升高，分子平均动能增大，故B正确； CD．钢瓶密封体积不变，瓶内单位体积的分子数不变，温度升高后分子平均速率增大，单位时间内单位面积上碰撞器壁的分子数会增多，故CD错误。 故选B。 2．B 【详解】乙从无穷远处逐渐靠近甲过程中，在过程中，分子力为引力，做正功，分子势能减小；在过程中，分子力为斥力，做负功，分子势能增加。所以分子势能最小时分子间距离为。 故选B。 3．BD 【详解】A．分子间距为r0表示两分子处于平衡位置，分子既受到引力也受到斥力，但引力和斥力等大反向，合力即分子力为0，故A错误； B．两个分子相距无限远，规定分子势能为0，两分子相距无限远，分子引力与斥力均为0，则分子力为0，故B正确； C．根据图像可知，B从无限远处向A靠近，分子力先增大后减小再增大，故C错误； D．当分子势能最小时，分子处于平衡位置，分子力为0，故D正确。 故选BD。 4．BC 【详解】根据题意可知，气球上升过程中，球内气体温度降低，则分子平均动能减小，内能减小，但不是每个分子的动能都减小。 故选BC。 5．见解析 【详解】内能和机械能是两种不同形式的能，它们的含义是不相同的。机械能是由物体的整体运动的状态和相对于地面的位置等所决定的。而内能是由物体内分子的热运动和分子间的相对位置所决定的。内能是物体内所有分子的分子动能和分子势能的总和，一切物体都具有内能，但是一个物体不一定具有机械能。 6．(1)见解析 (2)不一定，内能不可能为零 【详解】（1）微观上：物体的内能取决于物体所含分子的总数、分子的平均动能和分子间的距离； 宏观上：物体的内能取决于物体所含物质的量、温度、体积及物态。 （2）物体的机械能变化时其温度和体积不一定变化，因此其内能不一定变化，两者之间没有必然联系，组成物体的分子在做永不停息的无规则运动，因此物体的内能不可能为零。 7．D 【详解】图，横向的虚线上方表示分子间作用力为斥力，下方表示分子间作用力为引力。图，横向的虚线上方表示分子势能为正值，下方表示分子势能为负值。 A．当农药分子间距离时，分子间作用力表现为引力，所以当农药分子间距离时，分子间作用力表现为引力，故A错误； B．当农药分子间距离时，分子间作用力为零，分子势能最小，故B错误； C．当时，分子间作用力表现为引力，且随增大引力先增大后减小，直至趋近于零，故C错误； D．当时，分子间的作用力表现为斥力，且随减小斥力做负功，分子势能增大，故D正确。 故选D。 8．BC 【详解】AC．从到，分子间的作用力先增大后减小，分子力为引力，分子力做正功，分子系统的分子势能一直减小，故A错误，C正确； BD．从到，分子力为引力，从到，分子力为斥力，故从到，分子间的作用力先做正功后做负功，乙分子的动能先增大后减小，故B正确，D错误。 故选BC。 9．见解析 【详解】合理之处 题图乙的大致变化情况合理。因为分子间距离由足够远减小到的过程中，分子间的作用力表现为引力，做正功，分子势能逐渐减小，所以处的分子势能最小 此后再靠近的过程中，分子间的作用力表现为斥力，做负功，故分子势能逐渐增大 不合理之处 ①题图乙处分子势能为0的点不合理 由于分子间的作用力做的功等于分子势能的变化量，故分子间距离由足够远减小到的过程中分子间的作用力做的总功应当为0，即题图甲中处右侧图线与坐标轴围成的总面积应当为0，图中显然不符合 ②题图乙在范围内的弯曲情况不合理 由于图线的斜率表示分子间的作用力，在范围内，随着分子间距离增大，分子间的作用力是越来越大的，而图乙中的斜率显然越来越小 10．C 【详解】ABC．乙分子在时，分子势能最小，分子间距离为平衡距离，分子力为零，故加速度为零，此时速度最大，动能最大，由于从处静止释放后仅在分子间相互作用力下滑到x轴运动，故分子势能和动能之和不变，则此时的动能等于，故C正确，AB错误； D．当乙分子运动到时，其分子势能为零，其分子动能也为零，此时两分子的距离最小，而后向分子间距变大的方向运动，因此甲乙分子的最小距离一定等于，故D错误。 故选C。 11．BD 【详解】A．图中处，分子势能增加，分子力做负功，即为斥力，故A错误； B．在靠近过程中，分子力先表现为引力，随着距离的减小先增大后减小到零（处），再表现为斥力，随着距离的减小而增大，故B正确； C．分子势能是标量，正负表示大小，所以处的分子势能最小，故C错误； D．根据能量守恒，势能和动能的总和保持不变，开始时，分子动能、分子势能均为零，即二者之和为零，所以当分子势能为零时，分子动能也为零，故D选项正确。 故选BD。 12．(1)①弹簧的弹力，②l2=2 l0- l1；(2)①见解析，②图见解析， 【详解】(1)①曲线的斜率代表了弹簧的弹力 ②当弹簧最长或最短时，两球共速，由动量守恒定律得 mv0=2mv共 由能量守恒定律得 可得当弹簧最长和最短时，弹簧的弹性势能相等，因此弹簧的形变量相等，即有 l2- l0= l0- l1 得 l2=2l0- l1 (2)① r=r0时，分子间相互作用力大小为零；斜率绝对值的大小，反映分子间相互作用力的大小；斜率的正、负，反映分子间相互作用力是引力或斥力。 ② r1的坐标如图所示，是引力部分斜率最大的位置； 由能量守恒定律得 Ek+Ep1=E 其中Ek为系统的动能。 设分子的质量为m，则 对其中一个分子,由牛顿第二定律得 联立得 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $