1-4-分子动能和分子势能(人教版2019选择性必修第三册)(解析版)

第4节分子动能和分子势能【知识梳理与方法突破】一、分子动能1.单个分子的动能（1）物体由大量分子组成，每个分子都有分子动能且不为零。（2）分子在永不停息地做无规则热运动，每个分子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统计规律，对个别分子的动能没有实际意义。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，分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大。个别分子动能可能增大也可能减小，个别分子甚至几万个分子热运动的动能大小不受温度影响，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的。（2）只要温度相同，任何分子的平均动能都相同。由于不同物质的分子质量不一定相同，所以同一温度下，不同物质分子运动的平均速率一般不相同。3.物体内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。【例1】关于物体的温度与分子动能的关系，正确的说法是（）A．某种物体的温度是0℃，说明物体中分子的平均动能为零B．物体温度降低时，每个分子的动能都减小C．物体温度升高时速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多D．物体的运动速度越快，则物体的温度越高【答案】C【详解】A．温度是分子平均动能的标志。温度是0℃，物体中分子的平均动能并非为零，因为分子无规则运动不会停止，A错误；B．温度降低时分子的平均动能减小，并非每个分子动能都减小，B错误；C．物体温度升高时，分子的平均动能增大，分子的平均速率增大，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多，C正确；D．物体的运动速度增大，宏观机械能（动能）增大，但物体内分子的热运动不一定加剧，温度不一定升高，D错误。故选C。【针对训练1】一块10℃的铁与一块10℃的铝相比，以下说法中正确的是（）A．铁的分子动能之和与铝的分子动能之和相等B．铁的每个分子动能与铝的每个分子的动能相等C．铁的分子平均速率与铝的分子平均速率相等D．以上说法均不正确【答案】D【详解】A．两物体温度相等，说明它们的分子平均动能相等，因为温度是分子热运动平均动能的标志；由于没有说明铁与铝的质量，只有当它们所含分子数目一样，分子总动能才相等，故A错误；B．分子平均动能相等，但对每个分子而言，它运动的速率是变化的，且每个分子的速率都是不同的，有快的也有慢的，所以每个分子的动能相等的说法不正确，故B错误；CD．虽然分子的平均动能相等，但铁分子、铝分子质量不等，因此分子平均速率不等，故C错误，D正确。故选D。二、分子势能1.分子力做功与分子势能的关系分子力做正功，分子势能减少，分子力做了多少正功，分子势能就减少多少；分子力做负功，分子势能增加，克服分子力做了多少功，分子势能就增加多少。2.分子势能与分子间距离的关系分子间距离r=r>r0，r<r0，分子力等于零表现为引力表现为斥力分子力做功—分子力做负功分子力做负功分子势能最小随分子间距离的增大而增大随分子间距离的减小而增大3.分子势能曲线分子势能曲线如图所示，规定无穷远处分子势能为零。分子间距离从无穷远逐渐减小至r0的过程，分子间的合力为引力，合力做正功，分子势能不断减小，其数值将比零还小，为负值。当分子间距离到达r0以后再继续减小，分子间的合力为斥力，在分子间距离减小过程中，合力做负功，分子势能增大，其数值将从负值逐渐变大至零，甚至为正值，故从曲线上可看出：（1）在r<r0处，曲线比较陡，这是因为分子间的斥力随分子间距的减小而增加得快，分子势能的增加也就快。（2）在r>r0处，曲线比较缓，这是因为分子间的引力随分子间距的增大而变化得慢，分子势能的增加也就变慢。（3）在4.影响分子势能的因素（1）宏观上：分子势能的大小与体积有关。一般体积变化，势能就变化，但不能说体积变大，势能就变大。（2）微观上：分子势能与分子间的距离有关。【例2】如图所示，用表示两分子间的作用力，用表示分子间的分子势能，在两个分子之间的距离为变由的过程中，以下判断正确的是（

）A．不断增大，不断减小B．先增大后减小，不断减小C．不断增大，先增大后减小D．、都是先增大后减小【答案】B【详解】由图中分子力与距离的关系图像可知，两个分子之间的距离从变为的过程中，表现为引力，且分子力先增大后减小，由图中分子势能与距离的关系图像可知，两个分子之间的距离从变为的过程中，不断减小。故选B。【针对训练2】如图所示，甲分子固定于坐标原点，乙分子位于横轴上，甲、乙两分子间引力、斥力及分子势能的大小变化情况分别如图中三条曲线所示，A、B、C、D为横轴上四个特殊的位置，E为两虚线a、b的交点，现把乙分子从A处由静止释放，则由图像可知（）A．虚线a为分子间引力变化图线，交点E的横坐标代表乙分子到达该点时分子力为零B．乙分子从A到B的运动过程中一直做加速运动C．实线c为分子势能的变化图线，乙分子到达C点时分子势能最小D．虚线b为分子间斥力变化图线，表明分子间引力随距离增大而减小【答案】B【详解】AD．分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，但斥力变化得快，故虚线a为分子间斥力变化图线，虚线b为分子间引力变化图线，交点E说明分子间的引力、斥力大小相等，分子力为零，AD错误；B．乙分子从A到B的运动过程中，分子力先表现为引力，一直做加速运动，B正确；C．实线c为分子势能的变化图线，乙分子到达B点时分子势能最小，为负值，C错误。故选B。内能1.内能的决定因素（1）从宏观上看：物体内能的大小由物体的物质的量、温度和体积三个因素决定。（2）从微观上看：物体的内能由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子势能三个因素决定。2.内能与机械能的区别和联系项目内能机械能对应的运动形式微观分子热运动宏观物体的机械运动能量常见形式分子动能、分子势能物体动能、重力势能或弹性势能能量存在的原因物体内大量分子的热运动和分子间存在相互作用力由于物体做机械运动和物体发生弹性形变或被举高影响因素物质的量、物体的温度和体积物体的机械运动的速度、离地高度(或相对于参考平面的高度）或弹性形变量能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【例3】1g100℃的水和1g100℃的水蒸气相比较，下列说法正确的是()A．分子的平均动能和分子的总动能都相同B．分子的平均动能相同，分子的总动能不同C．内能相同D．1g100℃的水的内能大于1g100℃的水蒸气的内能【答案】A【详解】AB．1g100℃的水和1g100℃的水蒸气具有相同的温度即二者的分子平均动能相同，具有相同的分子数目，所以其分子的总动能也相同。故A正确；B错误；CD．水吸收热量才能变成水蒸气，所以1g100℃的水的内能小于1g100℃的水蒸气的内能。故CD错误。故选A。【针对训练3】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”方式实现的D．分子间引力和斥力相等时，分子势能最大【答案】C【详解】A．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，选项A错误；B．物体的内能与物体做什么性质的运动没有直接关系，选项B错误；C．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，选项C正确；D．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，选项D错误。故选C。【巩固提升】1．关于温度和内能，下列说法正确的是（）A．分子质量不同的物质如果温度相同，物体分子的平均动能就相同B．物体的内能变化时，它的温度不一定改变C．同种物质，温度高的内能肯定比温度低的内能大D．物体的内能等于物体的势能和动能的总和【答案】AB【详解】A．温度是物体分子平均动能的标志，只要温度相同，物体分子的平均动能就相同，故A正确；BCD．内能是物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和，宏观上与物质的量、物体的温度及体积有关，所以物体的内能变化，温度不一定改变，温度高的内能不一定比温度的内能大，故B正确，CD错误。故选AB。2．关于分子动理论和物体的内能，下列说法不正确的是（）A．某种物体的温度为，说明该物体中分子的平均动能为零B．物体的温度升高时，分子的平均动能一定增大，但内能不一定增大C．当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力都增大，但引力增大得更快，所以分子力表现为引力D．质量相同时，水的内能小于水蒸气的内能【答案】AC【详解】A．某物体的温度是0℃，但是分子的热运动没有停止，即物体中分子的平均动能不为零，故A错误；B．温度是分子平均动能的标志，故物体的温度升高时，分子的平均动能一定增大，内能的多少还与分子势能以及物质的量有关，所以内能不一定增大，故B正确；C．当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力均减小，故C错误；D．质量相同时，水的平均动能等于水蒸气的平均动能，但水的分子势能小于水蒸气的分子势能，所以质量相同时，水的内能小于水蒸气的内能，故D正确。本题选不正确项，故选AC。3．当分子间距离为r0时，二者间分子力为零，则关于分子力和分子势能，下列说法正确的是（）A．分子间距离从r0逐渐增大时，分子力表现为引力，分子力先增大后减小B．两个相距很远的分子逐渐靠近到很难再靠近的过程中，分子间作用力逐渐增大C．不论r>r0还是r<r0，只要两分子间的距离向r=r0趋近，分子势能就逐渐减小D．当分子间距离逐渐增大，若分子力逐渐减小，则分子势能不可能逐渐增大E．分子势能和分子间作用力有可能同时随分子间距离的增大而增大【答案】ACE【详解】A．分子间距离从r0逐渐增大时，分子力表现为引力，分子力先增大后减小。故A正确；B．两个相距很远的分子逐渐靠近到很难再靠近的过程中，分子间作用力先增大后减小到0，再逐渐增大。故B错误；C．不论r>r0还是r<r0，只要两分子间的距离向r=r0趋近，分子力做正功，分子势能就逐渐减小。故C正确；DE．分子间距离从r0逐渐增大时，分子力表现为引力，分子力先增大后减小，而势能一直增加。故D错误，E正确。故选ACE。4．分子间作用力、分子势能与分子间距离的关系图线如图所示（取无穷远处分子势能）。若甲分子固定于坐标原点，乙分子从某处（分子间的距离大于小于）静止释放，在分子间作用力的作用下沿正半轴靠近甲，则下列说法正确的是（）A．乙分子所受甲分子的引力逐渐减小B．乙分子在靠近甲分子的过程中乙分子的动能逐渐增大C．当乙分子距甲分子为时，乙分子的速度最大D．当乙分子距甲分子为时，乙分子的势能最小【答案】CD【详解】A．乙分子到达O点前，随分子间距离的减小，乙分子所受甲分子的引力逐渐增大，故A错误；B．乙分子到达O点前，分子间作用力先做正功后做负功，分子动能先增加后减小，故B错误；CD．当乙分子距甲分子为r>r0过程中，分子间作用力表现为引力，则当乙分子从某处运动到r=r0过程中，分子间作用力一直做正功，r=r0时乙分子的速度最大，势能最小，故CD正确。故选CD。5．甲分子固定在坐标原点为，乙分子位于轴上，如图。现使乙分子由静止开始只在分子力作用下从距甲处为平衡位置）开始运动到处的过程中，下列说法正确的有（）A．乙分子的加速度一直减小B．乙分子的动能一直增大C．甲分子对乙分子做正功D．系统的分子势能增大E．分子间的引力增大，斥力减小【答案】ABC【详解】A．乙分子从距甲处（为平衡位置）开始运动到过程中，在到这段区域内，分子间表现为斥力，且斥力随距离的增大而减小，故乙分子的加速度一直减小，故正确；BCD．在到这段区域内，分子之间表现为斥力，斥力做正功，分子的动能一直增大，分子势能减小，故BC正确，D错误；E．在到这段区域内，引力和斥力都减小，但斥力减小的快，引力减小的慢，故E错误。故选ABC。6．如图，用温度计测量质量已知的甲、乙、丙三杯水的温度，根据测量结果可以知道（）A．甲杯中水的内能最少B．甲、乙杯中水的内能一样多C．丙杯中水分子的平均动能最大D．甲杯中水分子的平均动能小于乙杯中水分子的平均动能【答案】AC【详解】AB．根据定义，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，所以，物体的内能与物质的量、温度、体积有关，甲、乙比较，温度相同，乙的物质量多，乙的内能大于甲的内能，乙与丙比较，物质的量相同，但丙的温度高，所以丙的内能大，三者比较，丙的内能最大，甲的内能最少，A正确，B错误；C．分子的平均动能与温度有关，丙的温度最高，丙的平均动能最大，C正确；D．甲、乙的温度相同，分子平均动能相同，D错误。故选AC。7．下列说法中正确的是（）A．如果取水平地面为零势能面，则静止在水平地面上的物体的机械能和内能都为零B．如果取水平地面为零势能面，则静止在水平地面上的物体的机械能为零，内能不为零C．一个装有气体的绝热密封容器做匀速运动，如果使容器突然停止运动，则气体的温度要升高D．一个装有气体的