2025高考物理步步高同步练习选修3第一章 分子动理论分子动能和分子势能含答案

2025高考物理步步高同步练习选修3第一章分子动理论4
分子动能和分子势能
[学习目标] 1.知道温度是分子平均动能的标志.2.明确分子势能与分子间距离的关系.3.理解内能的概念及其决定因素．
一、分子动能
1．分子动能：分子由于永不停息地做无规则运动而具有的能量．
2．分子的平均动能
所有分子热运动动能的平均值．
3．物体的温度是它的分子热运动的平均动能的标志．
二、分子势能
1．分子势能：由分子间的相对位置决定的能．
2.分子势能E p随分子间距离r变化的情况如图所示．
当r＝r0时，分子势能最小．
3．决定因素
(1)宏观上：分子势能的大小与物体的体积有关．
(2)微观上：分子势能的大小与分子之间的距离有关．
三、物体的内能
1．物体的内能：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和．任何物体都具有内能．2．相关因素
(1)物体所含的分子总数由物质的量决定．
(2)分子热运动的平均动能与温度有关．
(3)分子势能与物体的体积有关．
故物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定，同时受物态变化的影响．
1．判断下列说法的正误．
(1)温度反映了每个分子热运动的剧烈程度．(×)
(2)温度是分子平均动能的标志．(√)
(3)分子的势能是由分子间相对位置决定的能量，随分子间距的变化而变化．(√)
(4)温度高的物体内能大．(×)
2．(1)1千克10 ℃的水比10千克2 ℃的铁的分子的平均动能________．
(2)质量和体积一定的同种气体，温度高时气体的内能________．
答案(1)大(2)大
一、分子动能
导学探究
(1)为什么研究分子动能的时候主要关心大量分子的平均动能？
(2)物体温度升高时，物体内每个分子的动能都增大吗？
(3)物体运动的速度越大，其分子的平均动能也越大吗？
答案(1)分子动能是指单个分子热运动的动能，但分子是无规则运动的，因此各个分子的动能以及一个分子在不同时刻的动能都不尽相同，所以研究单个分子的动能没有意义，我们主要关心的是大量分子的平均动能．
(2)温度是大量分子无规则热运动的集体表现，含有统计的意义，对于个别分子，温度是没有意义的．所以物体温度升高时，个别分子的动能可能减小，也可能不变．
(3)不是．分子的平均动能与宏观物体运动的速度无关．
知识深化
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平均动能一定是增大的．
3．物体内分子的总动能
物体内分子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．
例1关于温度与分子动能的关系，下列说法正确的是()
A．某物体的温度为0 ℃，说明物体中分子的平均动能为零
B．温度是分子热运动平均动能的标志
C．温度较高的物体，其分子平均动能较大，则分子的平均速率也较大
D．物体的运动速度越大，则物体的温度越高
答案 B
解析某物体温度是0 ℃，物体中分子的平均动能并不为零，因为分子在永不停息地做无规则运动，A错误；温度是分子热运动平均动能的标志，温度越高的物体，分子的平均动能越大，但由于分子的质量不一定相同，则分子平均速率不一定大，B正确，C错误；物体内分子无规则热运动的速度与机械运动的速度无关，物体的运动速度越大，不能代表物体内部分子的热运动越激烈，所以物体的温度不一定高，D错误．
例2当氢气和氧气温度相同时，下列说法中正确的是()
A．两种气体的分子平均动能不相等
B．氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率
C．两种气体分子热运动的总动能相等
D．两种气体分子热运动的平均速率相等
答案 B
解析因为温度是分子平均动能的标志，温度相同，两种气体的分子平均动能相同，所以选项A错误；因为氢气和氧气的分子质量不同，所以两种气体分子的平均速率不同，由E k＝1
2
2m v 可得，分子质量大的平均速率小，故选项B正确，D错误；虽然两种气体分子平均动能相等，但由于两种气体的质量不清楚，即分子数目关系不清楚，故选项C错误．
由于不同物质的分子质量一般不同，所以同一温度下，不同物质的分子热运动的平均动能相同，但平均速率一般不同.
二、分子势能
导学探究
(1)功是能量转化的量度，分子力做功对应什么形式的能量变化呢？
(2)当两个分子从相距无穷远处逐渐靠近到不能再靠近的过程中，分子势能如何变化？
答案(1)分子力做功对应分子势能的变化．
(2)分子势能先减小后增大．
知识深化
1．分子力、分子势能与分子间距离的关系(如图所示)
分子间
距离r
r＝r0r>r0r<r0分子力F 等于零表现为引力表现为斥力
分子力做功W 分子间距增大时，分子力做
负功
分子间距减小时，分子力做
负功
分子势
能E p
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．
例3下列四幅图中，能正确反映分子间作用力F和分子势能E p随分子间距离r变化关系的图线是()
答案 B
解析当r<r0时，分子力表现为斥力，随分子间距离r增大，分子势能E p减小；当r>r0时，分子力表现为引力，随分子间距离r增大，分子势能E p增大；当r＝r0时，分子力为零，此时分子势能最小，故选项B正确．
三、内能
导学探究
(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？
答案(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．
知识深化
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)热量指在传热过程中，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
影响因素物质的量、物体的温度、
体积及物态
物体的质量、机械运动的速度、相
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．
例4(2021·江苏省扬州中学高二期中)关于物体的内能，下列叙述中正确的应是() A．温度高的物体比温度低的物体内能大
B．物体的内能不可能为零
C．内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同
D．物体的内能与物体的温度、体积、物态和分子数都无关
答案 B
解析温度高低反映分子平均动能的大小，但由于物体不同，分子数目不同，所处状态不同，无法比较内能大小，故A错误；由于分子不停地做无规则运动，因此，任何物体内能不可能为零，故B正确；内能相同的物体，它们的分子平均动能不一定相同，故C错误；物体的内能与物体的温度、体积、物态和分子数有关，故D错误．
考点一分子动能
1．物体在粗糙的水平面上向前滑动，动能逐渐减小，温度逐渐升高，在这个过程中，下列说法中正确的是()
A．物体每个分子的动能都在增大
B．物体分子的平均动能不断减小
C．物体分子的平均动能不断增大
D．物体每个分子的动能都在不断减小
答案 C
解析温度是物体分子热运动平均动能的标志，则当物体的温度升高时，物体分子的平均动能不断增大，但并非每个分子的动能都变大，故选项C正确，A、B、D错误．
2．关于分子热运动的动能，下列说法中正确的是()
A．物体运动速度大，物体内分子热运动的动能一定大
B．物体的温度降低，物体内分子热运动的平均动能一定减小
C．物体的温度升高，物体内每个分子热运动的动能都增大
D．1 g 100 ℃的水变成1 g 100 ℃的水蒸气，分子热运动的平均动能增大
答案 B
解析物体由于运动而具有的能叫动能，它是宏观物体所具有的一种能量；而分子的热运动的动能叫作分子动能，是微观上的内能的一种形式，所以物体运动速度大小，与分子热运动的动能无关，故A错误；温度是分子热运动平均动能的标志，物体的温度降低，分子平均动
能减小，温度升高，分子的平均动能增大，但并不是每个分子热运动的动能都增大，故B正确，C错误；温度相同的水和水蒸气，分子平均动能相同，故D错误．
3．若一气泡从湖底上升到湖面的过程中，温度保持不变，体积增大，则在此过程中关于气泡中的气体，下列说法中正确的是()
A．气体分子的平均速率减小
B．气体分子的平均速率增大
C．气体分子的平均动能减小
D．气体分子的平均动能不变
答案 D
解析气泡在上升的过程中，内部气体温度不变，气体分子的平均动能不变，平均速率不变，故D正确．
考点二分子势能
4．(2021·甘肃兰州市第二十七中学高二期末)关于分子间相互作用力与分子间势能，下列说法正确的是()
A．当分子间作用力表现为引力时，分子间的距离越大，分子势能越小
B．分子间作用力为零时，分子间的势能一定是零
C．当分子间距r>r0时，分子间的引力随着分子间距的增大而增大，分子间的斥力随着分子间距的增大而减小，所以分子力表现为引力
D．两个分子间的距离变大的过程中，分子间引力变化总是比斥力变化慢
答案 D
解析当分子间作用力表现为引力时，分子间的距离增大时，分子力做负功，则分子势能增大，选项A错误；分子间作用力为零时，分子间的势能最小，但不是零，选项B错误；当分子间距r>r0时，分子间的引力随着分子间距的增大而减小，分子间的斥力随着分子间距的增大而减小，但是引力减小得慢，所以分子力表现为引力，选项C错误；两个分子间的距离变大的过程中，分子间引力变化总是比斥力变化慢，选项D正确．
5.(2021·江苏南通高二月考)两分子间的作用力F与分子间距离r的关系如图所示．若将甲分子固定在坐标原点O，乙分子从a点处由静止释放，在它向甲分子靠近的过程中，下列说法正确的是()
A．乙分子将一直做加速运动
B．在r>r0阶段，乙分子的速度先增大后减小
C．当乙分子到达r0位置时，其加速度最大
D．在r>r0阶段，两分子的势能一直减小
答案 D
解析a点处分子力表现为引力，故乙分子将加速运动，到达r0处时，分子力为零，加速度为零，速度最大，在r>r0过程中，分子力做正功，速度增大，分子势能减小，之后分子力表现为斥力，乙分子做减速运动，故D正确，A、B、C错误．
6．(2022·江苏省徐州一中高二月考)关于分子势能的下列说法中，正确的是()
A．当分子距离为r0(分子引力与分子斥力大小相等的位置)时分子势能最大
B．当分子距离为r0时分子势能最小，但不一定为零
C．当分子距离为r0时，由于分子力为零，所以分子势能为零
D．分子相距无穷远时分子势能为零，在相互靠近到不能再靠近的过程中，分子势能不变
答案 B
解析设分子距离为r.当r＞r0时，分子力表现为引力，分子距离越大，分子势能越大；当r ＜r0时，分子力表现为斥力，分子距离越小，分子势能越大；故当r＝r0时，分子力为0，分子势能最小；由于分子势能是相对的，其值与零势能点的选择有关，所以分子距离为r0时分子势能最小，但不一定为零，故A、C错误，B正确．分子相距无穷远时分子势能为零，在相互靠近到不能再靠近的过程中，分子势能先变小后变大，选项D错误．
7．(2021·辽宁葫芦岛高二期末)分子势能E p与分子间距离r的关系图线如图中曲线所示，曲线与横轴交点为r1，曲线最低点对应横坐标为r2(取无限远处分子势能E p＝0)．下列说法正确的是()
A．分子间的引力和斥力都随着分子间距离r增大而增大
B．当r < r1时，分子势能和分子间作用力都随r减小而增大
C．当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离减小而减小
D．当r1 < r < r2时，随着分子间距离r增大，分子力先做正功后做负功
答案 B
解析分子间的引力和斥力都随着分子间距离r增大而减小，A错误；当r < r1时，分子间作用力表现为斥力，随r减小而增大，由题图可知，当r < r1时，分子势能随距离减小而增大，B正确；当分子间作用力表现为斥力时，分子间距离减小，分子间作用力做负功，分子势能增大，C错误；由题图可知，当r1 < r < r2时，随着分子间距离r增大，分子势能减小，则分子间作用力一直在做正功，D错误．
8.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，现将乙分子从a移动到d的过程中，两分子间的分子力和分子势能都增大的阶段是()
A．从a到b B．从b到c
C．从b至d D．从c到d
答案 D
解析根据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，分子力做负功分子势能增加，故D选项正确．
考点三物体的内能
9．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，则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答案 D
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，A项错误；两物体温度相同，内能可能不同，分子的平均动能相同，
但分子的平均速率可能不同，故D项正确；有热量从A传到B，只能说明A的温度高，内能大小还要看它们的总分子数和分子势能等因素，故C项错误；机械运动的速度与分子热运动的平均动能无关，故B项错误．
10．(2021·江苏徐州市贾汪区建平中学高二期中)质量相等的氢气和氧气，温度相同，不考虑分子间的势能，则()
A．氧气的内能较大
B．氢气的内能较大
C．两者内能相等
D．氢气分子的平均动能较大
答案 B
解析不考虑分子间的势能，内能只由温度和分子数决定，温度相同则分子平均动能相等，由于质量相等，氢气分子数多，所以氢气的内能较大，故B正确，A、C、D错误．11．关于物体的内能，以下说法正确的是()
A．箱子运动的速度减小，其内能也减小
B．密封良好的篮球的容积不变，内部气体的温度降低时，其气体的内能将减小
C．物体的温度和体积均发生变化，其内能一定变化
D．对于一些特殊的物体，可以没有内能
答案 B
解析物体的内能与物体的机械运动无关，故A错误；当气体的体积不变而温度降低时，气体的分子势能不变，分子的平均动能减小，气体的内能减小，故B正确；物体的温度和体积均发生变化时，物体内的分子势能和分子的平均动能都发生变化，其内能可能不变，故C错误；任何物体都有内能，故D错误．
12．(2021·江苏省公道中学高二月考)关于机械能和内能，下列说法中正确的是()
A．机械能大的物体，其内能一定很大
B．物体的机械能损失时，内能却可以增加
C．物体的内能损失时，机械能必然减小
D．物体的内能为零时，机械能可以不为零
答案 B
解析机械能大的物体其内能不一定大，机械能损失时，其内能可能增大、不变或减小，故
A错误，B正确；物体具有机械能的大小与物体内能的大小无直接关系，物体的内能损失时，机械能可能增大、不变或减小，故C错误；由分子动理论知，物体的内能不能为零，机械能可以为零也可以不为零，故D错误．
13．(2021·南京市第十三中学高二期末)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E p与两分子间距离x的关系如图所示，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Q点(x＝x1)时，分子力为零
C．乙分子从P点到Q点过程中，分子力做正功
D．乙分子从P点到Q点过程中，分子力增大
答案 D
解析乙分子在P点(x＝x2)时，分子势能最小，则所受分子力为零，加速度为零，选项A、B错误；乙分子从P点到Q点过程中，分子势能增加，则分子力做负功，选项C错误；乙分子从P点到Q点过程中，分子力表现为斥力，随分子距离的减小分子力增大，选项D正确．14．(2021·江苏淮安高二月考)甲、乙两图分别表示两个分子之间分子力和分子势能随分子间距离变化的图像．由图像判断以下说法中正确的是()
A．当分子间距离为r0时，分子力和分子势能均最小且为零
B．当分子间距离r>r0时，分子力随分子间距离的增大而增大
C．当分子间距离r>r0时，分子势能随分子间距离的增大而减小
D．当分子间距离r<r0时，分子间距离逐渐减小，分子力和分子势能都增加
答案 D
解析当分子间距离为r0时，分子力为0，分子势能最小，但不为0，所以A错误；当分子间距离r>r0时，由题图可知，随分子间距离的增大，分子力先增大后减小，所以B错误；当分子间距离r>r0时，由题图知，分子势能随分子间距离的增大而增大，所以C错误；当分子
间距离r<r0时，分子间距离逐渐减小，分子力越来越大，分子斥力做负功，则分子势能增加，所以D正确．
本章知识网络构建
章末检测试卷(一)
(满分：100分)
一、单项选择题：共10题，每题4分，共40分．每题只有一个选项最符合题意．
1．关于布朗运动，下列说法正确的是()
A．布朗运动就是分子的无规则运动
B．布朗运动是液体分子的无规则运动
C．温度越高，布朗运动越剧烈
D．在0 ℃的环境中布朗运动消失
答案 C
解析布朗运动是指液体中悬浮颗粒做无规则运动的现象，A、B错误；布朗运动是液体分子无规则运动碰撞悬浮颗粒引起的，温度越高液体分子运动得越剧烈，即布朗运动也越剧烈，C正确；分子的运动永不停息，所以布朗运动不会消失，只有明显和不明显之分，D错误．2．(2021·江苏常州市新桥高级中学高二期中)下列说法正确的是()
A．温度是分子热运动剧烈程度的标志
B．内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和
C．气体压强仅与气体分子的平均速率有关
D．气体温度降低，分子的平均动能可能不变
答案 A
解析温度是分子热运动剧烈程度的量度(标志)，A项正确；内能是物体内所有分子的分子热运动动能和分子势能的总和，B项错误；气体压强不仅与分子的平均速率有关，还与分子的数密度有关，C项错误；气体温度降低，则分子的平均动能变小，D项错误．3．(2021·武汉市第六中学高二下月考)关于分子动理论的基本观点和实验依据，下列说法正确的是()
A．随着分子间距离增大，分子势能一定增大
B．阳光从缝隙射入教室，从阳光中看到的尘埃的运动是布朗运动
C．生产半导体器件时需要在纯净的半导体材料中掺入其他元素，这可以在高温条件下利用分子的扩散来完成
D．某气体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数可表示为N A＝V
V0
答案 C
解析若分子力表现为引力，分子间距离增大，分子力做负功，分子间势能增大，若分子力表现为斥力，分子间距离增大，分子力做正功，分子势能减小，A错误．阳光从缝隙射入教室，从阳光中看到尘埃的运动，不是布朗运动，是由于空气的流动引起的，B错误．生产半导体器件时需要在纯净的半导体材料中掺入其他元素，这可以在高温条件下利用分子的扩散来完成，C正确．若气体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，由于气体分子之间的距离远大于分子的直径，所以阿伏加德罗常数不能表示为N A＝V
V0
，D错误．
4．(2022·哈尔滨三中高二月考)根据以下哪组数据可以估算出阿伏加德罗常数()
A．一定量氧气的质量与体积
B．氧气的摩尔质量与分子质量
C．氧气的摩尔体积与分子体积
D．一定量氧气的体积与摩尔体积
答案 B
解析知道一定量氧气的质量与体积，可以求出氧气的密度，不能计算出阿伏加德罗常数，故A错误；氧气的摩尔质量除以氧气分子的质量等于阿伏加德罗常数，故B正确；利用氧气分子占据空间的体积和氧气的摩尔体积，可求出阿伏加德罗常数，气体分子间隙较大，利用氧气分子的体积和氧气的摩尔体积，不能求出阿伏加德罗常数，故C错误；知道一定量氧气的体积与摩尔体积，能求出氧气的摩尔数，不能求出阿伏加德罗常数，故D错误．
5．关于物体的内能，下列叙述中正确的是()
A．温度高的物体比温度低的物体内能大
B．物体的体积增大时，内能也增大
C．内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同
D．内能不相同的物体，它们的分子平均动能可能相同
答案 D
解析物体的内能是物体所有分子热运动的动能和分子势能的总和．温度高的物体比温度低的物体分子的平均动能大，但分子数不一定多，分子势能不一定大，即物体的内能不一定大，故A错误；物体的体积增大时，分子间的距离变大，分子势能改变，但不确定分子势能是增加还是减小，即使分子势能增大，也不知道分子动能如何变化，不能说明内能增大，故B错误；内能相同的物体，说明分子势能和分子动能之和相等，它们的分子平均动能不一定相同，故C错误；内能不相同的物体，他们的温度可能相同，即他们的分子平均动能可能相同，故D正确．
6．若某种实际气体分子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，内能减小
C．如果保持其温度不变，体积增大，内能不变
D．如果保持其温度不变，体积增大，内能减小
答案 A
解析若保持气体的体积不变，则分子势能不变，温度升高，分子的平均动能变大，故气体。