新教材2023高中物理第一章分子动理论1.4分子动能和分子势能同步测试新人教版选择性必修第三册

第一章  分子动理论

4  分子动能和分子势能

【基础巩固】

1.下列说法正确的是 (　　)

A.只要温度相同,任何物体分子的平均动能都相同

B.分子动能指的是由于分子定向运动而具有的能

C.10个分子的动能和分子势能的总和就是这10个分子的内能

D.温度高的物体中的每一个分子的运动速率一定大于温度低的物体中的每一个分子的运动速率

解析:温度相同,物体内分子的平均动能相同,选项A正确.分子动能指的是由于分子做无规则运动而具有的能,选项B错误.物体的内能是对大量分子而言的,对于10个分子无意义,选项C错误.温度高的物体分子的平均动能大,但具体的每一个分子的运动速率是不确定的,选项D错误.

答案:A

2.下列说法正确的是 (　　)

A.铁块熔化成铁水的过程中,温度不变,内能也不变

B.物体运动的速度增大,物体中分子热运动的平均动能增大,物体的内能增大

C.A、B两物体接触时有热量从物体A传到物体B,这说明物体A的内能大于物体B的内能

D.A、B两物体的温度相同时,A、B两物体的内能可能不同,分子的平均速率也可能不同

解析:温度是分子平均动能的标志,内能是所有分子热运动动能和分子势能的总和,故温度不变时,内能可能变化;铁块熔化过程中吸热,内能变大,选项A错误.两物体温度相同,内能可能不同,但分子的平均动能相同,由=m知,分子的平均速率可能不同,故选项D正确.有热量从A传到B,只说明A的温度高,内能大小还要看它们的总分子数和分子势能这些因素,故选项C错误.机械运动的速度与分子热运动的平均动能无关,故选项B错误.

答案:D

3.两分子的距离为r,若r稍增大些,则 (　　)

A.分子间的作用力一定减小,分子势能一定增加

B.分子间的作用力一定增大,分子势能一定减少

C.分子间的作用力可能增大也可能减小,分子势能一定减少

D.因为不知道r的大小,所以无法确定分子间的作用力和分子势能的变化情况

解析:分析分子间的作用力和分子势能随分子间距离的变化问题,首先要明确分子间的距离r与分子间的平衡距离r0的关系.因为本题不知道r与r0的大小关系,所以分子间的作用力和分子势能的变化情况都无法确定,选项A、B、C错误,选项D正确.

答案:D

4.下列有关温度的说法正确的是 (　　)

A.温度反映了每个分子运动的剧烈程度

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,其运动的情况无法确定,故选项A、D错误,选项B正确.温度不变而仅使分子势能增加,也可以使物体内能增加,冰熔化为同温度的水就是一个例证,故选项C错误.

答案:B

5.(多选)对于20 ℃的水和20 ℃的水银,下列说法正确的是 (　　)

A.二者的分子平均动能相同

B.水银的分子平均动能比水的大

C.二者的分子平均速率相同

D.水银分子的平均速率比水分子的平均速率小

解析:温度相同的任何物体的分子平均动能都相等,所以选项A正确,选项B错误.分子平均动能相同,分子平均速率不一定相同,分子平均速率与分子质量有关,水银的分子质量大,平均速率小,所以选项C错误,选项D正确.

答案:AD

6.(多选)把一个物体竖直下抛,不考虑空气阻力,温度不变,物体的体积恒定,下列说法正确的是 (　　)

A.物体的动能增加,分子的平均动能也增加

B.物体的重力势能减少,分子势能却增加

C.物体的机械能保持不变

D.物体的内能保持不变

解析:物体在下落过程中,不计空气阻力,只有重力做功,机械能守恒.此过程中,物体的温度和体积都没有变化,所以,分子热运动的平均动能和分子势能都保持不变.选项A、B错误,选项C、D正确.

答案:CD

7.在两个分子间的距离由r0(平衡位置)变为10r0的过程中,下列关于分子间的作用力F和分子间的势能Ep的说法正确的是              (　　)

A.F不断减小,Ep不断减小

B.F先增大后减小,Ep不断增大

C.F不断增大,Ep先减小后增大

D.F、Ep都是先减小后增大

解析:分子间距离r=r0时,分子间的作用力F=0;r>r0时,分子间的作用力表现为引力;当r=10r0时,可以认为F=0,所以F先增大后减小.在分子间距离由r0变为10r0的过程中,始终克服分子间的作用力做功,所以分子势能一直增大.选项B正确.

答案:B

8.(多选)关于内能和机械能,下列说法正确的是 (　　)

A.物体的机械能损失时,内能可能增加

B.物体的内能损失时,机械能必然减小

C.物体内能为0时,机械能可以不为0

D.物体的机械能为0时,内能不为0

解析:在空中下降的物体由于克服空气阻力做功,机械能损失,因为存在摩擦,所以物体的温度升高,内能增加,选项A正确.物体静止在水平面上,温度降低时,内能减少,而机械能不变,选项B错误.分子运动永不停息而且分子间有相互作用,内能不可能为0,但机械能可以为0,选项C错误,选项D正确.

答案:AD

9.不考虑温度对水的密度的影响,回答下列问题.

(1)1 kg温度为40 ℃的水跟1 kg温度为80 ℃的水哪个内能大?

(2)1 kg温度为40 ℃的水跟2 kg温度为40 ℃的水哪个内能大?

(3)一杯100 ℃的开水跟一池塘常温下的水哪个内能多?

(4)1 kg温度为100 ℃的水跟1 kg温度为100 ℃的水蒸气哪个内能大?

解析:(1)二者质量一样,同种物质,所以分子数目一样,而80 ℃的水比40 ℃的水的分子平均动能大,1 kg温度为80 ℃的水的内能大.

(2)1 kg温度为40 ℃的水跟2 kg温度为40 ℃的水比较,2 kg温度为40 ℃的水内能大,因为后者分子数目多.

(3)虽然100 ℃的开水的分子平均动能较大,但池塘的水的分子数比一杯水的分子数多得多,故一池塘常温下的水的内能比一杯100 ℃的开水的内能大.

(4)它们的质量相等,因而所含分子数相等,分子的平均动能也相同,但100 ℃的水蒸气的分子势能比100 ℃的水的分子势能大,故1 kg温度为100 ℃的水蒸气的内能比1 kg温度为100 ℃的水的内能大.

答案:见解析.

【拓展提高】

10.如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子位于x轴上,甲、乙两分子间的作用力与两分子间距离的关系如图所示,F>0表示分子间的作用力表现为斥力,F<0表示分子间的作用力表现为引力.A、B、C、D为x轴上四个特定的位置,在将乙分子从A移到D的过程中,两分子间的作用力和分子势能同时增大的阶段是              (　　)

A.从A到B　　　　         　B.从B到C

C.从B至D                 D.从C到D

解析:根据分子间的作用力做功与分子势能的关系可知,分子间的作用力做正功,分子势能减少,分子间的作用力做负功,分子势能增加,选项D正确.

答案:D

11.已知水的密度会随温度的变化而变化,现将容积相同的玻璃瓶A、B分别装满温度为60 ℃的热水和0 ℃的冷水,如图所示.假设两瓶的容积不变.下列说法正确的是              (　　)

A.因为温度是分子平均动能的标志,所以A瓶中水分子的平均动能比B瓶中水分子的平均动能大

B.因为温度越高,布朗运动越显著,所以A瓶中水分子的布朗运动比B瓶中水分子的布朗运动更显著

C.A瓶中水的内能与B瓶中水的内能一样大

D.因为A、B两瓶水体积相等,所以A、B两瓶中水分子间的平均距离相等

解析:温度是分子平均动能的标志,A瓶中的水的温度高,故A瓶中的水分子平均动能大,故选项A正确.布朗运动是悬浮在液体或气体中的固体颗粒的无规则运动,不是液体或气体分子的运动,两瓶中不存在布朗运动,故选项B错误.两瓶水的温度不同,物质的量不同,因此内能不一定一样大,故选项C错误.分子间的平均距离与温度和体积有关,因此体积相同温度不同时水分子间的平均距离不同,故选项D错误.

答案:A

12.如图所示,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中曲线所示.F>0表示分子间的作用力为斥力,F<0表示分子间的作用力为引力.A、B、C、D为x轴上四个特定的位置,乙分子仅在分子间的作用力的作用下从A处由静止开始运动.下列四个图像分别表示乙分子的速度v、加速度a、势能Ep、动能Ek与两分子间距离的关系,其中大致正确的是              (　　)

A             B               C             D

解析:乙分子从A处运动到C处的过程中,分子间的作用力做正功,到达C处时,分子间的作用力为0,速度最大,动能最大,势能最小,故A、C错误.加速度与力的大小成正比,方向与力的方向相同,在C处,乙分子的加速度为0,故B正确.分子动能不可能为负值,故D错误.

答案:B

13.(多选)设有甲、乙两个分子,甲固定在O点,r0为两分子的平衡位置间的距离,现在使乙分子由静止开始只在分子间的作用力的作用下由距甲0.5r0处开始沿x轴运动,则              (　　)

A.乙分子的加速度先减小后增大

B.乙分子到达r0处时速度最大

C.分子间的作用力对乙分子一直做正功,分子势能减小

D.乙分子在r0处时,分子势能最小

解析:乙分子从0.5r0处运动到r0处的过程中,分子间的作用力减小,即加速度减小,从r0处到无穷远处分子间的作用力先增大后减小,即加速度先增大后减小,选项A错误.从0.5r0处到r0处,乙分子受到向右的斥力,做向右的加速运动,通过r0处后受到向左的引力,做向右的减速运动,在r0处加速度a=0,速度最大,选项B正确.当通过r0后分子间的作用力做负功,分子势能增大,选项C错误.从0.5r0到r0处,分子间的作用力做正功,分子势能减小,通过r0后,分子间的作用力做负功,分子势能增大,故乙分子在r0处的势能最小,选项D正确.

答案:BD

14.如图所示,小孩下滑过程中,从能量的转化和转移的角度可用下面三句话来概括.

①小孩克服摩擦做功,动能转化为内能.

②小孩从滑梯上滑下时,重力势能转化为动能.

③小孩的臀部吸热,内能增加,温度升高.

正确的排序是 (　　)

A.①②③  B.②③①    C.②①③   D.③②①

解析:小孩从高处由静止滑下,重力做功,重力势能转化为动能,在运动过程中,小孩要克服摩擦,消耗的机械能(动能)转化为内能,部分内能被小孩臀部吸收,温度升高,故正确排序为②①③,选项C正确.

答案:C

15.新型冠状病毒在世界范围内的肆虐给人们的生命财产造成了重大损失.为了杀死病毒,预防传染,人们使用酒精喷雾消毒液和免洗洗手液,二者的主要成分都是酒精,下列说法正确的是              (　　)

A.在房间内喷洒酒精消毒液后会闻到淡淡的酒味,这是酒精分子做布朗运动的结果

B.在房间内喷洒酒精消毒液后会闻到淡淡的酒味,与分子运动无关

C.使用免洗洗手液洗手后,手部很快就干爽了,是液体蒸发的缘故

D.使用免洗洗手液洗手后,洗手液中的酒精由液体变为同温度的气体的过程中,内能不变

解析:在房间内喷洒酒精消毒液后会闻到淡淡的酒味,这是酒精分子扩散的结果,扩散现象的本质是分子无规则的运动,A、B错误.使用免洗洗手液时,手部很快就干爽了,这是蒸发现象,C正确.洗手液中的酒精由液体变为同温度的气体的过程中,温度不变,分子平均动能不变,但是分子之间的距离变大,分子势能增大,所以内能增大,D错误.

答案:C

【挑战创新】

16.一木块静止在光滑的水平面上,被水平方向飞来的子弹击中,子弹进入木块的深度为d,木块相对于水平面移动了l,设木块对子弹的阻力恒为F,木块和子弹组成的系统增加的内能以及子弹损失的动能分别为多大?

解析:子弹损失的动能等于子弹克服阻力所做的功,子弹的位移为打入深度d和木块移动的距离l之和,由动能定理知子弹损失的动能

ΔEk=F(d+l),

由功能关系知

系统增加的内能为Q=Fd.

答案:Fd　F(d+l)