1-4-分子動能和分子勢能(人教版2019選擇性必修第三冊)(解析版)

第4節(jié)分子動能和分子勢能【知識梳理與方法突破】一、分子動能1.單個分子的動能（1）物體由大量分子組成，每個分子都有分子動能且不為零。（2）分子在永不停息地做無規(guī)則熱運(yùn)動，每個分子動能大小不同并且時刻在變化。（3）熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運(yùn)動的統(tǒng)計規(guī)律，對個別分子的動能沒有實際意義。2.分子的平均動能（1）溫度是大量分子無規(guī)則熱運(yùn)動的宏觀表現(xiàn)，具有統(tǒng)計意義。溫度升高，分子平均動能增大，但不是每一個分子的動能都增大。個別分子動能可能增大也可能減小，個別分子甚至幾萬個分子熱運(yùn)動的動能大小不受溫度影響，但總體上所有分子的動能之和一定是增加的。（2）只要溫度相同，任何分子的平均動能都相同。由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不一定相同，所以同一溫度下，不同物質(zhì)分子運(yùn)動的平均速率一般不相同。3.物體內(nèi)分子的總動能分子的總動能是物體內(nèi)所有分子熱運(yùn)動動能的總和,它等于分子的平均動能與分子數(shù)的乘積,即它與物體的溫度和所含的分子數(shù)目有關(guān)。【例1】關(guān)于物體的溫度與分子動能的關(guān)系，正確的說法是（）A．某種物體的溫度是0℃，說明物體中分子的平均動能為零B．物體溫度降低時，每個分子的動能都減小C．物體溫度升高時速率小的分子數(shù)目減少，速率大的分子數(shù)目增多D．物體的運(yùn)動速度越快，則物體的溫度越高【答案】C【詳解】A．溫度是分子平均動能的標(biāo)志。溫度是0℃，物體中分子的平均動能并非為零，因為分子無規(guī)則運(yùn)動不會停止，A錯誤；B．溫度降低時分子的平均動能減小，并非每個分子動能都減小，B錯誤；C．物體溫度升高時，分子的平均動能增大，分子的平均速率增大，速率小的分子數(shù)目減少，速率大的分子數(shù)目增多，C正確；D．物體的運(yùn)動速度增大，宏觀機(jī)械能（動能）增大，但物體內(nèi)分子的熱運(yùn)動不一定加劇，溫度不一定升高，D錯誤。故選C?！踞槍τ?xùn)練1】一塊10℃的鐵與一塊10℃的鋁相比，以下說法中正確的是（）A．鐵的分子動能之和與鋁的分子動能之和相等B．鐵的每個分子動能與鋁的每個分子的動能相等C．鐵的分子平均速率與鋁的分子平均速率相等D．以上說法均不正確【答案】D【詳解】A．兩物體溫度相等，說明它們的分子平均動能相等，因為溫度是分子熱運(yùn)動平均動能的標(biāo)志；由于沒有說明鐵與鋁的質(zhì)量，只有當(dāng)它們所含分子數(shù)目一樣，分子總動能才相等，故A錯誤；B．分子平均動能相等，但對每個分子而言，它運(yùn)動的速率是變化的，且每個分子的速率都是不同的，有快的也有慢的，所以每個分子的動能相等的說法不正確，故B錯誤；CD．雖然分子的平均動能相等，但鐵分子、鋁分子質(zhì)量不等，因此分子平均速率不等，故C錯誤，D正確。故選D。二、分子勢能1.分子力做功與分子勢能的關(guān)系分子力做正功，分子勢能減少，分子力做了多少正功，分子勢能就減少多少；分子力做負(fù)功，分子勢能增加，克服分子力做了多少功，分子勢能就增加多少。2.分子勢能與分子間距離的關(guān)系分子間距離r=r>r0，r<r0，分子力等于零表現(xiàn)為引力表現(xiàn)為斥力分子力做功—分子力做負(fù)功分子力做負(fù)功分子勢能最小隨分子間距離的增大而增大隨分子間距離的減小而增大3.分子勢能曲線分子勢能曲線如圖所示，規(guī)定無窮遠(yuǎn)處分子勢能為零。分子間距離從無窮遠(yuǎn)逐漸減小至r0的過程，分子間的合力為引力，合力做正功，分子勢能不斷減小，其數(shù)值將比零還小，為負(fù)值。當(dāng)分子間距離到達(dá)r0以后再繼續(xù)減小，分子間的合力為斥力，在分子間距離減小過程中，合力做負(fù)功，分子勢能增大，其數(shù)值將從負(fù)值逐漸變大至零，甚至為正值，故從曲線上可看出：（1）在r<r0處，曲線比較陡，這是因為分子間的斥力隨分子間距的減小而增加得快，分子勢能的增加也就快。（2）在r>r0處，曲線比較緩，這是因為分子間的引力隨分子間距的增大而變化得慢，分子勢能的增加也就變慢。（3）在4.影響分子勢能的因素（1）宏觀上：分子勢能的大小與體積有關(guān)。一般體積變化，勢能就變化，但不能說體積變大，勢能就變大。（2）微觀上：分子勢能與分子間的距離有關(guān)?！纠?】如圖所示，用表示兩分子間的作用力，用表示分子間的分子勢能，在兩個分子之間的距離為變由的過程中，以下判斷正確的是（

）A．不斷增大，不斷減小B．先增大后減小，不斷減小C．不斷增大，先增大后減小D．、都是先增大后減小【答案】B【詳解】由圖中分子力與距離的關(guān)系圖像可知，兩個分子之間的距離從變?yōu)榈倪^程中，表現(xiàn)為引力，且分子力先增大后減小，由圖中分子勢能與距離的關(guān)系圖像可知，兩個分子之間的距離從變?yōu)榈倪^程中，不斷減小。故選B。【針對訓(xùn)練2】如圖所示，甲分子固定于坐標(biāo)原點，乙分子位于橫軸上，甲、乙兩分子間引力、斥力及分子勢能的大小變化情況分別如圖中三條曲線所示，A、B、C、D為橫軸上四個特殊的位置，E為兩虛線a、b的交點，現(xiàn)把乙分子從A處由靜止釋放，則由圖像可知（）A．虛線a為分子間引力變化圖線，交點E的橫坐標(biāo)代表乙分子到達(dá)該點時分子力為零B．乙分子從A到B的運(yùn)動過程中一直做加速運(yùn)動C．實線c為分子勢能的變化圖線，乙分子到達(dá)C點時分子勢能最小D．虛線b為分子間斥力變化圖線，表明分子間引力隨距離增大而減小【答案】B【詳解】AD．分子間的引力和斥力都隨分子間距離的增大而減小，隨分子間距離的減小而增大，但斥力變化得快，故虛線a為分子間斥力變化圖線，虛線b為分子間引力變化圖線，交點E說明分子間的引力、斥力大小相等，分子力為零，AD錯誤；B．乙分子從A到B的運(yùn)動過程中，分子力先表現(xiàn)為引力，一直做加速運(yùn)動，B正確；C．實線c為分子勢能的變化圖線，乙分子到達(dá)B點時分子勢能最小，為負(fù)值，C錯誤。故選B。內(nèi)能1.內(nèi)能的決定因素（1）從宏觀上看：物體內(nèi)能的大小由物體的物質(zhì)的量、溫度和體積三個因素決定。（2）從微觀上看：物體的內(nèi)能由組成物體的分子總數(shù)、分子熱運(yùn)動的平均動能和分子勢能三個因素決定。2.內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別和聯(lián)系項目內(nèi)能機(jī)械能對應(yīng)的運(yùn)動形式微觀分子熱運(yùn)動宏觀物體的機(jī)械運(yùn)動能量常見形式分子動能、分子勢能物體動能、重力勢能或彈性勢能能量存在的原因物體內(nèi)大量分子的熱運(yùn)動和分子間存在相互作用力由于物體做機(jī)械運(yùn)動和物體發(fā)生彈性形變或被舉高影響因素物質(zhì)的量、物體的溫度和體積物體的機(jī)械運(yùn)動的速度、離地高度(或相對于參考平面的高度）或彈性形變量能否為零永遠(yuǎn)不能等于零一定條件下可以等于零聯(lián)系在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化【例3】1g100℃的水和1g100℃的水蒸氣相比較，下列說法正確的是()A．分子的平均動能和分子的總動能都相同B．分子的平均動能相同，分子的總動能不同C．內(nèi)能相同D．1g100℃的水的內(nèi)能大于1g100℃的水蒸氣的內(nèi)能【答案】A【詳解】AB．1g100℃的水和1g100℃的水蒸氣具有相同的溫度即二者的分子平均動能相同，具有相同的分子數(shù)目，所以其分子的總動能也相同。故A正確；B錯誤；CD．水吸收熱量才能變成水蒸氣，所以1g100℃的水的內(nèi)能小于1g100℃的水蒸氣的內(nèi)能。故CD錯誤。故選A?！踞槍τ?xùn)練3】下列有關(guān)熱現(xiàn)象和內(nèi)能的說法中正確的是（）A．把物體緩慢舉高，其機(jī)械能增加，內(nèi)能增加B．盛有氣體的容器做加速運(yùn)動時，容器中氣體的內(nèi)能必定會隨之增大C．電流通過電阻后電阻發(fā)熱，它的內(nèi)能增加是通過“做功”方式實現(xiàn)的D．分子間引力和斥力相等時，分子勢能最大【答案】C【詳解】A．把物體緩慢舉高，外力做功，其機(jī)械能增加，由于溫度不變，物體內(nèi)能不變，選項A錯誤；B．物體的內(nèi)能與物體做什么性質(zhì)的運(yùn)動沒有直接關(guān)系，選項B錯誤；C．電流通過電阻后電阻發(fā)熱，是通過電流“做功”的方式改變電阻內(nèi)能的，選項C正確；D．根據(jù)分子間作用力的特點，當(dāng)分子間距離等于r0時，引力和斥力相等，不管分子間距離從r0增大還是減小，分子間作用力都做負(fù)功，分子勢能都增大，故分子間距離等于r0時分子勢能最小，選項D錯誤。故選C。【鞏固提升】1．關(guān)于溫度和內(nèi)能，下列說法正確的是（）A．分子質(zhì)量不同的物質(zhì)如果溫度相同，物體分子的平均動能就相同B．物體的內(nèi)能變化時，它的溫度不一定改變C．同種物質(zhì)，溫度高的內(nèi)能肯定比溫度低的內(nèi)能大D．物體的內(nèi)能等于物體的勢能和動能的總和【答案】AB【詳解】A．溫度是物體分子平均動能的標(biāo)志，只要溫度相同，物體分子的平均動能就相同，故A正確；BCD．內(nèi)能是物體中所有分子熱運(yùn)動的動能與分子勢能的總和，宏觀上與物質(zhì)的量、物體的溫度及體積有關(guān)，所以物體的內(nèi)能變化，溫度不一定改變，溫度高的內(nèi)能不一定比溫度的內(nèi)能大，故B正確，CD錯誤。故選AB。2．關(guān)于分子動理論和物體的內(nèi)能，下列說法不正確的是（）A．某種物體的溫度為，說明該物體中分子的平均動能為零B．物體的溫度升高時，分子的平均動能一定增大，但內(nèi)能不一定增大C．當(dāng)分子間的距離增大時，分子間的引力和斥力都增大，但引力增大得更快，所以分子力表現(xiàn)為引力D．質(zhì)量相同時，水的內(nèi)能小于水蒸氣的內(nèi)能【答案】AC【詳解】A．某物體的溫度是0℃，但是分子的熱運(yùn)動沒有停止，即物體中分子的平均動能不為零，故A錯誤；B．溫度是分子平均動能的標(biāo)志，故物體的溫度升高時，分子的平均動能一定增大，內(nèi)能的多少還與分子勢能以及物質(zhì)的量有關(guān)，所以內(nèi)能不一定增大，故B正確；C．當(dāng)分子間的距離增大時，分子間的引力和斥力均減小，故C錯誤；D．質(zhì)量相同時，水的平均動能等于水蒸氣的平均動能，但水的分子勢能小于水蒸氣的分子勢能，所以質(zhì)量相同時，水的內(nèi)能小于水蒸氣的內(nèi)能，故D正確。本題選不正確項，故選AC。3．當(dāng)分子間距離為r0時，二者間分子力為零，則關(guān)于分子力和分子勢能，下列說法正確的是（）A．分子間距離從r0逐漸增大時，分子力表現(xiàn)為引力，分子力先增大后減小B．兩個相距很遠(yuǎn)的分子逐漸靠近到很難再靠近的過程中，分子間作用力逐漸增大C．不論r>r0還是r<r0，只要兩分子間的距離向r=r0趨近，分子勢能就逐漸減小D．當(dāng)分子間距離逐漸增大，若分子力逐漸減小，則分子勢能不可能逐漸增大E．分子勢能和分子間作用力有可能同時隨分子間距離的增大而增大【答案】ACE【詳解】A．分子間距離從r0逐漸增大時，分子力表現(xiàn)為引力，分子力先增大后減小。故A正確；B．兩個相距很遠(yuǎn)的分子逐漸靠近到很難再靠近的過程中，分子間作用力先增大后減小到0，再逐漸增大。故B錯誤；C．不論r>r0還是r<r0，只要兩分子間的距離向r=r0趨近，分子力做正功，分子勢能就逐漸減小。故C正確；DE．分子間距離從r0逐漸增大時，分子力表現(xiàn)為引力，分子力先增大后減小，而勢能一直增加。故D錯誤，E正確。故選ACE。4．分子間作用力、分子勢能與分子間距離的關(guān)系圖線如圖所示（取無窮遠(yuǎn)處分子勢能）。若甲分子固定于坐標(biāo)原點，乙分子從某處（分子間的距離大于小于）靜止釋放，在分子間作用力的作用下沿正半軸靠近甲，則下列說法正確的是（）A．乙分子所受甲分子的引力逐漸減小B．乙分子在靠近甲分子的過程中乙分子的動能逐漸增大C．當(dāng)乙分子距甲分子為時，乙分子的速度最大D．當(dāng)乙分子距甲分子為時，乙分子的勢能最小【答案】CD【詳解】A．乙分子到達(dá)O點前，隨分子間距離的減小，乙分子所受甲分子的引力逐漸增大，故A錯誤；B．乙分子到達(dá)O點前，分子間作用力先做正功后做負(fù)功，分子動能先增加后減小，故B錯誤；CD．當(dāng)乙分子距甲分子為r>r0過程中，分子間作用力表現(xiàn)為引力，則當(dāng)乙分子從某處運(yùn)動到r=r0過程中，分子間作用力一直做正功，r=r0時乙分子的速度最大，勢能最小，故CD正確。故選CD。5．甲分子固定在坐標(biāo)原點為，乙分子位于軸上，如圖?，F(xiàn)使乙分子由靜止開始只在分子力作用下從距甲處為平衡位置）開始運(yùn)動到處的過程中，下列說法正確的有（）A．乙分子的加速度一直減小B．乙分子的動能一直增大C．甲分子對乙分子做正功D．系統(tǒng)的分子勢能增大E．分子間的引力增大，斥力減小【答案】ABC【詳解】A．乙分子從距甲處（為平衡位置）開始運(yùn)動到過程中，在到這段區(qū)域內(nèi)，分子間表現(xiàn)為斥力，且斥力隨距離的增大而減小，故乙分子的加速度一直減小，故正確；BCD．在到這段區(qū)域內(nèi)，分子之間表現(xiàn)為斥力，斥力做正功，分子的動能一直增大，分子勢能減小，故BC正確，D錯誤；E．在到這段區(qū)域內(nèi)，引力和斥力都減小，但斥力減小的快，引力減小的慢，故E錯誤。故選ABC。6．如圖，用溫度計測量質(zhì)量已知的甲、乙、丙三杯水的溫度，根據(jù)測量結(jié)果可以知道（）A．甲杯中水的內(nèi)能最少B．甲、乙杯中水的內(nèi)能一樣多C．丙杯中水分子的平均動能最大D．甲杯中水分子的平均動能小于乙杯中水分子的平均動能【答案】AC【詳解】AB．根據(jù)定義，物體中所有分子的熱運(yùn)動動能與分子勢能的總和，叫作物體的內(nèi)能，所以，物體的內(nèi)能與物質(zhì)的量、溫度、體積有關(guān)，甲、乙比較，溫度相同，乙的物質(zhì)量多，乙的內(nèi)能大于甲的內(nèi)能，乙與丙比較，物質(zhì)的量相同，但丙的溫度高，所以丙的內(nèi)能大，三者比較，丙的內(nèi)能最大，甲的內(nèi)能最少，A正確，B錯誤；C．分子的平均動能與溫度有關(guān)，丙的溫度最高，丙的平均動能最大，C正確；D．甲、乙的溫度相同，分子平均動能相同，D錯誤。故選AC。7．下列說法中正確的是（）A．如果取水平地面為零勢能面，則靜止在水平地面上的物體的機(jī)械能和內(nèi)能都為零B．如果取水平地面為零勢能面，則靜止在水平地面上的物體的機(jī)械能為零，內(nèi)能不為零C．一個裝有氣體的絕熱密封容器做勻速運(yùn)動，如果使容器突然停止運(yùn)動，則氣體的溫度要升高D．一個裝有氣體的