人教版高中物理精讲精练-选择性必修31.4：分子动能和分子势能 原卷版

1.4：分子动能和分子势能

【考点归纳】

考点一：分子势能和动能与分子间距离的关系考点二：分子动能和势能的E-r图象

考点三：两分子间的势能的变化分析考点四：温度和分子动能的关系

考点五：内能

【知识归纳】

知识点一、分子动能

1．单个分子的动能

(1)定义：组成物体的每个分子都在不停地做无规则运动，因此分子具有动能．

(2)由于分子运动的无规则性，在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一，就是同一个分子，在不同时刻的动能

也可能是不同的，所以单个分子的动能没有意义．

2．分子的平均动能

(1)定义：物体内所有分子的动能的平均值．

(2)决定因素：物体的温度是分子热运动的平均动能的标志．温度升高的物体，分子的平均动能增大，但不是每个

分子的动能都增大，个别分子的动能可能减小或不变，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的．

3．物体内分子的总动能

物体内分子运动的总动能是指所有分子热运动的动能总和，它等于分子热运动的平均动能与分子数的乘积．物体内

分子的总动能与物体的温度和所含分子总数有关．

知识点二、分子势能

1．分子力、分子势能与分子间距离的关系

分子间距离rr＝r0r>r0r<r0

分子力F等于零表现为引力表现为斥力

分子间距增大时，分子力做分子间距减小时，分子力做

分子力做功W

负功负功

分子势能Ep最小随分子间距的增大而增大随分子间距的减小而增大

2.分子势能的特点

由分子间的相对位置决定，随分子间距离的变化而变化．分子势能是标量，正、负表示的是大小，具体的值与零势

能点的选取有关．

3．分子势能的影响因素

(1)宏观上：分子势能跟物体的体积有关．

(2)微观上：分子势能跟分子间距离r有关，分子势能与r的关系不是单调变化的．

知识点三、内能

1．内能的决定因素

(1)宏观因素：物体内能的大小由物质的量、温度和体积三个因素决定，同时也受物态变化的影响．

(2)微观因素：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的距离三个因素决定．

2．温度、内能和热量的比较

(1)温度宏观上表示物体的冷热程度，是分子平均动能的标志．

(2)内能是物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和．

(3)热量指在热传递过程中，物体吸收或放出热的多少．

3．内能和机械能的区别与联系

内能机械能

对应的运动形式微观分子热运动宏观物体机械运动

常见的能量形式分子动能、分子势能物体动能、重力势能、弹性势能

物质的量、物体的温度、体积物体的质量、机械运动的速度、相

影响因素

及物态对于零势能面的高度、弹性形变量

大小永远不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

4.物态变化对内能的影响

一些物质在物态发生变化时，如冰的熔化、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

于分子间的距离变化，分子势能变化，所以物体的内能变化．

二：考点题型归纳

题型一：分子势能和动能与分子间距离的关系

1．（2023下·辽宁大连·高二大连八中校考期中）如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子沿x轴运动，两分子

间的分子势能Ep与两分子间距离x的变化关系如图中曲线所示。规定无穷远处分子势能为零，图中分子势能的最小

值为-E0。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P点（x=x2）时，加速度最大B．乙分子在x1≤x≤x2范围内时，受到的分子力为引力

C．乙分子在Q点（x=x1）时，处于静止状态D．乙分子在P点（x=x2）时，其动能最大

2．（2023下·辽宁沈阳·高二校联考期中）分子间的作用力F与分子间距r的关系如图所示，规定两分子相距无穷远

时分子间的势能为零。若一个分子固定于原点O，另一个分子从距O点很远处向O点运动，下列说法正确的是

（）

A．在两分子间距减小到r1的过程中，分子间的作用力先减小后增大

B．在两分子间距减小到r1的过程中，分子间的作用力做负功

C．在两分子间距减小到r1时，分子势能等于零

D．在两分子间距由r2减小到r1的过程中，分子间的作用力与分子势能都在减小

3．（2023下·北京西城·高二北京师大附中校考期中）分子间的作用力F随分子间距离r的变化如图所示。将两分子

从相距rr2处释放，仅考虑这两个分子间的作用，下列说法正确的是（）

rr

A．从rr2到0分子间的作用力先减小后增大B．从rr2到rr1分子间的作用力先增大后减小

rr

C．从rr2到0分子势能先减小后增大D．从rr2到rr1分子动能先增大后减小

题型二：分子动能和势能的E-r图象

4．（2023下·江苏·高二南京市江宁高级中学校联考阶段练习）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．实线为Epr图线、虚线为Fr图线

B．当分子间距离rr2时，甲、乙两分子间只有斥力，且斥力随r减小而减小

C．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

D．乙分子从r4到r2的过程中，分子势能先增大后减小，在r3位置时分子势能最大

5．（2023下·江苏徐州·高二统考期中）分子a固定在x轴上的O点，另一分子b由无穷远处只在分子力的作用下沿

x轴负方向运动，其分子势能随两分子距离的变化规律如图所示。下列说法正确的是（）

A．从无穷远处到xx2处，分子b的速度先增大后减小

B．从无穷远处到xx2处，分子b的加速度先增大后减小

C．分子b在xx2处，两分子间的分子力最大

D．分子b在xx1处，两分子间的分子力为零

6．（2023下·湖北十堰·高二统考期末）两分子间的分子力与它们之间距离的关系图像如图甲所示，图中r0为分子力

的零点，r1为分子力的极值点；两分子的势能与分子间距离的关系图像如图乙所示，规定两分子间距离为无限远时

分子势能为0，r2为分子势能的零点，r3为分子势能的极值点，极小值为Epmin。下列判断正确的是（）

A．r0r2B．r0r3C．r1r2D．r1r3

题型三：两分子间的势能的变化分析

7．（2020下·宁夏吴忠·高二吴忠中学校考期中）两分子间的力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图所示，曲

线与r轴交点的横坐标为r0，相距很远的两分子仅在分子力作用下，由静止开始相互靠近。若两分子相距无穷远时

分子势能为零，下列说法中正确的是（）

A．在r=r0时，分子势能为零B．在r＜r0阶段，分子势能先减小后增加

C．在r＞r0阶段，分子势能一直减小D．整个过程中分子力先做负功再做正功

8．（2018下·辽宁大连·高二校考期中）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的距离的关系如图中曲线所示．F＞0为斥力，F＜0为引力．a、b、c、d为x轴上四个特定的

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d的运动过程中，加速度先减小后增大

C．乙分子由a到b的过程中，两分子间的分子势能一直减小

D．乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能一直增大

9．（2022下·浙江绍兴·高二校考期中）现有甲、乙分子模型，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，则乙分子（）

A．由a到b做加速运动，由b到c做减速运动

B．由a到c做加速运动，到达c时速度最大

C．由a到c的过程中，两分子间的分子势能先减小后增大

D．由c到d的过程中，两分子间的分子力一直做正功

题型四：温度和分子动能的关系

10．（2023下·陕西西安·高二西安中学校考期末）关于分子动理论和热力学规律，下列说法中正确的是（）

A．对一定量的气体，温度升高，气体分子的动能都增大

B．分子间相互作用类似于万有引力作用，当间距小于某一值时，两分子就相互排斥

C．对冰水混合物加热时，温度不变，内能不变，分子势能减少

D．密闭容器内的水从20℃加热到100℃的过程中，分子势能不变，分子的平均动能不断增加

11．（2023下·黑龙江哈尔滨·高二哈师大附中校考期中）关于温度与分子的动能，下列说法正确的是（）

A．温度相同的氢气和氧气，氢气分子和氧气分子的平均速率相同

B．物体的内能等于物体的重力势能和动能的总和

C．内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同

D．温度是分子平均动能的标志，所以两个动能不同的分子相比，动能大的分子温度高

12．（2023·高二课时练习）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

题型五：内能

13．（2023下·山东济南·高二山东省济南市莱芜第一中学校考期中）关于分子动理论及物体内能，下列说法正确的

是（）

A．悬浮在液体中的固体微粒越大，布朗运动就越明显

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

14．（2023下·山东菏泽·高二山东省鄄城县第一中学校考阶段练习）关于物体的内能，下列说法正确的是（）

A．相同质量的两种物质，升高相同的温度，内能的增加量一定相同

B．物体的内能改变时温度也一定改变

C．内能与物体的温度有关，所以0°C的物体内能为零

D．分子数和温度相同的物体不一定具有相同的内能

15．（2023下·贵州黔东南·高二校考阶段练习）下列关于内能的说法中正确的是（）

A．1g100C的液态水的内能与1g100C的水蒸气的内能相等

B．0C的物体内能为零

C．运动的物体一定比静止的物体内能大

D．内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同

三：课堂过关精练

一、单选题

16．（2022下·江苏苏州·高二江苏省木渎高级中学校考阶段练习）如图所示为两分子系统的势能Ep与两分子间距

离r的关系曲线。下列说法不正确的是（）

A．当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力

B．当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力

C．当r等于r2时，分子势能Ep最小

D．r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做正功

17．（2023下·云南大理·高二云南省下关第一中学校考期中）关于热学中的一些基本概念，下列说法正确的是（）

A．0℃的水变成0℃的冰时，体积增大，分子势能减小

B．悬浮微粒越大，在某一瞬间撞击它的液体分子数就越多，布朗运动越明显

C．在使两个分子间的距离由很远（r109m）减小到很难再靠近的过程中，分子间作用力先减小后增大，分

子势能不断增大

D．内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和

18．（2023下·高二单元测试）关于物体的内能，以下说法正确的是（）

A．一架飞机以某一速度在空中飞行，由于组成飞机的所有分子都具有这一速度，所以分子具有动能，又由于

所有分子都在高处，所有分子具有势能，所以上述分子的动能与势能的总和就是物体的内能

B．当物体的机械能为零时，其内能一定不为零

C．温度是物体内能的标志

D．内能指某个分子的动能和势能之和

19．（2023下·海南儋州·高二海南省洋浦中学校考期中）分子力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Ep0）。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rr0时，分子势能为零

C．随着分子间距离的增大，分子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

20．（2023下·河北沧州·高二校联考阶段练习）两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线

所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0，相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近。若两分子相距无

穷远时分子势能为零，下列说法正确的是（）

A．在r=r0时，分子势能为零

B．在r>r0阶段，F做正功，分子动能增大，势能减小

C．在r<r0阶段，F做负功，分子动能减小，势能也减小

D．在r=r0时，分子势能最小，动能为零

21．（2023下·山东枣庄·高二统考期末）关于分子动理论，下列说法正确的是（）

A．阳光射入教室，从阳光束中看到的尘埃运动是布朗运动

B．两分子之间距离增大时，可能存在分子势能相等的两个位置

C．气体压缩到一定程度时很难被继续压缩，说明气体分子之间存在很大的斥力

V

D．某气体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数的数值可表示为NA

V0

22．（2023下·重庆·高二校联考期末）空间中有两个分子M、N，现将分子M固定，将分子N在某位置由静止释放，

N仅在分子力作用下远离M，其速度和位移的图像如图所示，则（）

A．N由0到x1过程中，M、N间作用力表现为引力

B．N由x1到x2过程中，分子间只有引力

C．N在xx1时，M、N间分子力最大

D．N由0到x2过程中，M、N系统的分子势能先减小后增大

23．（2023下·广东江门·高二统考期末）关于热现象，下列说法正确的是（）

A．冬天温度很低时可能无法发生布朗运动

B．两个分子由平衡距离开始相互远离，则分子势能减小

C．物体所有分子热运动的动能之和就是物体的动能

D．物体的内能与分子热运动的剧烈程度和分子间的距离有关

24．（2023下·安徽合肥·高二统考期末）关于分子运动论及其相关知识，下列判断正确的是（）

A．已知物质的摩尔体积和阿伏伽德罗常数，一定可以求分子的体积

B．分子势能的变化总是与分子力做功相关，分子力做的功等于分子势能变化量的负值

C．布朗运动形成的主要原因是悬浮颗粒内分子的无规则热运动

D．分子间的相互作用力一定随距离的增大而减小

四：高分突破精练

一、单选题

25．（2023下·上海杨浦·高二复旦附中校考期末）如图，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，现把乙分子从r4处由静止释放，下列说法正确的是（）

A．乙分子从r4到r2的过程中，分子势能EP先减小后增大

B．当分子间距离rr2时，甲、乙分子间作用力F为引力

C．乙分子从r4到r1的过程中，加速度a先减小后增大

D．虚线为EPr图线，实线为Fr图线

26．（2023下·甘肃酒泉·高二统考期末）分子势能随分子间距离变化的图像如图所示，规定两分子相距无穷远时势

能为0，现将分子A固定，将分子B由无穷远处释放，仅考虑分子间作用力，在分子间距由r2到r1的过程中，下

列说法正确的是（）

A．分子B动能一直增大

B．分子B加速度一直减小

C．分子间作用力始终表现为引力

D．分子间距为r2时分子间作用力为0

27．（2023下·河南洛阳·高二洛宁县第一高级中学校联考阶段练习）分子间存在与其相对距离有关的分子势能，分

子间势能Ep随分子间距离r变化的图像如图所示，取r趋近于无穷大时Ep为零。若仅考虑这两个分子间的作用，

下列说法正确的是（）

A．图中r2是分子间引力和斥力平衡的位置

B．假设将甲分子固定，乙分子从距离甲分子r1处自由释放，它们将相互靠近

C．假设将甲分子固定，乙分子从距离甲分子r3处自由释放，当两分子间距为r2时，乙分子的加速度最大

D．两分子从间距r3减小到r1的过程中，分子间的作用力先增大后减小

二、多选题

28．（2024下·高二单元测试）关于分子动理论和物体的内能，下列说法正确的是（）

A．在显微镜下可以观察到煤油中的小粒灰尘的布朗运动，这说明煤油分子在做无规则运动

B．“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，油酸酒精溶液久置，酒精会挥发，会导致分子直径的测量值偏大

M

C．若气体的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA，则气体的分子体积为

NA

D．分子势能和分子间作用力的合力可能同时随分子间距离的增大而增大

29．（2024·全国·高二专题练习）分子势能与分子间距离的关系图像如图所示，下列说法正确的是（）

A．分子间距为r1时，分子间作用力为零

B．分子间距由r2逐渐增大时，分子力始终做负功

C．分子间距在r1到r2之间时，分子间作用力表现为引力

D．分子间距由r1增大到r2的过程中，分子间的引力和斥力都逐渐减小

30．（2023下·海南省直辖县级单位·高二校考期末）若某种实际气体分子之间的作用力表现为引力，则一定质量的

该气体内能的大小与气体体积和温度的关系是（）

A．如果保持其体积不变，温度升高，内能增大

B．如果保持其体积不变，温度升高，内能减少

C．如果保持其温度不变，体积增大，内能增大

D．如果保持其温度不变，体积增大，内能减少

31．（2023下·山东东营·高二统考期末）图甲是三颗微粒做布朗运动的位置连线图，图乙是氧气分子速率分布图像，

图丙是分子间作用力和分子间距离的关系图像，图丁是分子势能和分子间距离的关系图像。下列说法正确的是（）

A．图甲中，微粒越小，布朗运动越明显，但连线并不是微粒的运动轨迹

B．图乙中，曲线Ⅰ对应的温度比曲线Ⅱ对应的温度高

C．由图丙可知，当分子间的距离从r0开始增大时，分子间的作用力先增大后减小

D．由图丁可知，当分子间的距离从r1开始增大时，分子势能先增大后减小

32．（2023下·福建厦门·高二厦门一中校考阶段练习）如图所示，横轴r表示两分子间的距离，纵轴F表示两分子

间引力、斥力的大小，图中两条曲线分别表示两分子间引力、斥力的大小随分子间距离的变化关系，e为两曲线的

交点。下列说法正确的是（）

A．ab为斥力曲线，cd为引力曲线

B．若两分子间的距离增大，分子间的斥力减小得比引力更快

C．若rr0，则分子间没有引力和斥力

D．当分子间距从r0开始增大时，分子势能一定增大

33．（2023下·福建福州·高二福建省连江第一中学校联考期末）关于分子动理论和物体的内能，下列说法正确的是

（）

A．分子势能和分子间作用力的合力可能同时随分子间距离的增大而增大

B．在显微镜下可以观察到煤油中小粒灰尘的布朗运动，这说明煤油分子在做无规则运动

M

C．若气体的摩尔质量为M，密度为，阿伏加德罗常数为NA，则气体的分子体积为

NA

D．当分子间的距离减小时，分子间的斥力增大，引力减小，合力表现为斥力

34．（2023下·安徽合肥·高二校联考期末）如图所示，用F表示两分子间的作用力，Ep表示分子间的分子势能，在

两个分子之间的距离由10r0变为r0的过程中（）

A．F不断增大B．F先增大后减小

C．F对分子一直做正功D．Ep先增大后减小

35．（2023下·云南玉溪·高二云南省玉溪第三中学校考阶段练习）如图所示，图甲为分子力F与分子间距离r的关

系图线，图乙为取无穷远处分子势能Ep为0的分子势能Ep与分子间距离r的关系图线。则关于分子力和分子势能，

下列说法正确的是（）

A．rr0时并且当r增大时，分子势能增加B．当rr0时，分子力为引力

C．当rr0时，分子力和分子势能都为0D．当rr0时，Ep随着r的减小而增大

36．（2023下·黑龙江七台河·高二勃利县高级中学校）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为斥力，F<0为引力，a、b、c、d为x轴上

四个特定的位置。现把乙分子从a处由静止释放，若规定无限远处分子势能为零，则下列说法不正确的是（）

A．乙分子在c处加速度为零，速度最大B．乙分子在b处势能最小，且势能为负值

C．乙分子在c处势能最小，且势能为负值D．乙分子在d处势能一定为正值

37．（2023下·辽宁沈阳·高二沈阳市第十五中学校考阶段练习）如图所示，甲分子位于x轴上，乙分子固定在坐标

原点O，甲、乙两分子间的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示。M、N、P、Q为x轴上四个特定的位置，

现将甲分子从M处由静止释放，那么在甲分子从M运动到Q的过程中，下列描述正确的是（）

A．甲分子从M到N所受引力逐渐增大，分子加速度增大，分子势能增大

B．甲分子从N到P所受分子间作用力逐渐变小，分子加速度减小，分子势能减小

C．甲分子从N到Q分子间作用力先减小后增大，先是引力后是斥力，分子间作用力先做正功后做负功，分子

势能先减小后增大

D．甲分子从P到Q所受分子间作用力是斥力且逐渐增大，分子势能减小

三、填空题

38．（2022下·全国·高二校联考期末）在x轴上的坐标原点O处固定分子甲，分子乙以一定的初速度沿x轴负方向

运动，先后经过x2、x1，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离x的关系图线如图所示。已知分子乙仅受到分子

力作用，在（选填“x1”或“x2”）处分子乙的速度最大；分子乙由x2运动到x1的过程中，分子力（选填

“逐渐增大”、“逐渐减小”或“不变”）。

39．（2023下·广西玉林·高二校考阶段练习）由于水的表面张力，荷叶上的小水滴总是球形的。在小水滴表面层中，

水分子之间的相互作用总体上表现为（选填“引力”或“斥力”）。分子势能Ep和分子间距离r的关系图像如

图所示，能总体上反映小水滴表面层中水分子Ep的是图中（选填“A”“B”或“C”）的位置，分子间的平衡位

置是图中（选填“r1”或“r2”）的位置，此时分子力