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滾動檢測(二) 物體的內能
一、選擇題(本題共10小題,每小題7分,共70分.在每小題給出的四個選項中,至少有一個是正確的,全選對的得7分,選對但不全的得4分,有選錯的得0分.)
1.下列關于溫度、熱量和內能的說法中正確的是 ( ).
A.溫度是分子動能的標志,動能越大的分子其溫度也就越高
B.靜止物體沒有內能
C.溫度高的物體比溫度低的物體含的熱量多
D.分子的勢能跟物體的體積有關
解析 溫度是描述熱現象的一個基本物理量,凡是跟溫度有關的現象都是熱現象,從分子動理論的觀點看,溫度是物體分子無規(guī)則運動(熱運動)的平均動能的標志,它是狀態(tài)量,是大量分子熱運動的宏觀表現,對于單個分子來說,溫度是沒有意義的,因此,A不對,有的同學認為B對,這顯然把內能與機械能混淆了,物體內能是對分子而言,它是組成物體所有分子熱運動的動能和分子勢能的總和,它是狀態(tài)量,它的大小與溫度、體積以及物體所含分子數有關,機械能是對物體整體而言,物體整體的動能和勢能不變,物體仍具有內能,可見B不對,有的同學認為C對,這是錯在把熱量與內能混為一談了,熱量是一個過程量,它是內能傳遞的一種量度,只有在熱傳遞的過程中才有意義,它量度了熱傳遞過程中內能傳遞的數量,只有D才是正確的,因為物體的體積改變,分子間的距離隨著改變,當r>r0時,分子力為引力,分子勢能隨著分子間的距離增大而增大;當r
r0時,引力大于斥力
答案 ACD
3.當兩個分子間的距離r=r0時,分子處于平衡狀態(tài),設r1r0時,分子力為引力,故分子間距由r1變到r2的過程中,分子力先減小到零,再增加到最大,再減小逐漸趨近零,B正確;分子力先做正功后做負功,故分子勢能先減小而后增大,C正確.
答案 BC
圖1
4.如圖1所示,甲分子固定在坐標原點O,乙分子沿x軸運動,兩分子間的分子勢能Ep與兩分子間距離的變化關系如圖曲線所示.圖中分子勢能的最小值為-E0.若兩分子所具有的總能量為0,則下列說法中正確的是 ( ).
A.乙分子在P點(x=x2)時,加速度最大
B.乙分子在P點(x=x2)時,其動能為E0
C.乙分子在Q點(x=x1)時,處于平衡狀態(tài)
D.乙分子的運動范圍為x≥x1
解析 當兩分子由無窮遠處相互靠近的過程中,分子力先表現為引力,后表現為斥力.所以整個過程中,分子力先做正功后做負功.由分子力做功與分子勢能的關系可知,分子勢能先減小后增大.結合圖線可知:乙分子在P點(x=x2)時分子力為零,加速度為零,A錯;乙分子在P點(x=x2)時的動能與分子勢能之和為零,即動能為E0,B正確;乙分子在Q點(x=x1)時,分子勢能為零,動能也為零,D正確;乙分子在Q點(x=x1)時受斥力不為零,C錯.
答案 BD
5.分子動理論較好地解釋了物質的宏觀熱學性質.據此可判斷下列說法中錯誤的是 ( ).
A.顯微鏡下觀察到墨水中的小炭粒在不停的做無規(guī)則運動,這反映了液體分子運動的無規(guī)則性
B.分子間的相互作用力隨著分子間距離的增大,一定先減小后增大
C.分子勢能隨著分子間距離的增大,可能先減小后增大
D.在真空、高溫條件下,可以利用分子擴散向半導體材料摻入其他元素
解析 選項A中小炭粒做布朗運動反映了液體分子的無規(guī)則熱運動,故A是正確的.B選項中分子間的相互作用力在間距rr0的范圍內,隨分子間距的增大而減小,故B是錯誤的.C選項中分子勢能在rr0時,分子勢能隨r的增大而增大,故C選項是正確的.D選項中真空環(huán)境是為防止其他雜質的介入,而高溫條件下,分子熱運動劇烈.有利于摻入元素分子的擴散,故D選項是正確的.故錯誤選項為B.
答案 B
6.關于內能,下列說法正確的是 ( ).
A.物體的運動速度越大,具有的內能越多
B.靜止的物體沒有動能,因而也沒有內能
C.溫度高的物體具有內能,溫度低的物體沒有內能
D.靜止的冰塊雖不具有動能,但具有內能
解析 內能是物體所有分子做無規(guī)則熱運動的動能和分子勢能的總和,是不同于機械能的另一種形式的能;不論物體的溫度高低,組成物體的分子都在不停息地做無規(guī)則熱運動,因此一切物體都具有內能,故A、B、C錯誤.
答案 D
7.下列有關分子勢能的說法,正確的是 ( ).
A.分子間的距離增大,分子勢能也增大
B.分子間的距離減小,分子勢能增大
C.當分子間的距離r=r0時,分子勢能為零
D.當分子間的距離r=r0時,分子勢能最小
解析 分子勢能的變化與分子力做功密切相關,分子力做正功分子勢能減小,分子力做負功分子勢能增大.若r>r0,分子間表現為引力,增大r,引力做負功;若r<r0,分子間表現為斥力,增大r,斥力做正功.只知道增大或減小r,而不知道r是大于r0還是小于r0就不能判定是做正功還是負功,即不能確定勢能是增大還是減少.由此可見,當r=r0時,分子勢能最小,但其值只有在確定零點后才能確定.
答案 D
8.下列關于內能和機械能的說法中,正確的是 ( ).
A.機械能很大的物體,其內能一定很大
B.物體的機械能損失時,內能卻可能增加
C.物體的內能損失時,機械能必然會減少
D.物體的內能為零時,機械能可以不為零
解析 內能和機械能是兩種不同形式的能.對同一物體(不考慮形變時)機械能由其整體的宏觀速度和相對地面的高度決定;內能則與其內部分子的無規(guī)則運動及其聚集狀態(tài)有關,它跟物體整體的宏觀速度(不計摩擦發(fā)熱時)和高度一般無直接聯(lián)系.把物體緩緩地舉得很高,若它處于溫度很低的環(huán)境中,物體的機械能很大,但內能卻不一定大,A錯.物體在空中因空氣阻力勻速下落時,機械能有損失,但因與空氣摩擦使物體溫度升高,內能會增加,B正確.使物體保持靜止,降低溫度,當忽略物體的體積變化時,物體的內能減少,機械能可以認為不變,C錯.由于物體分子永不停息地做無規(guī)則運動,物體的內能不可能為零,機械能可以為零,D錯.
答案 B
9.若某種實際氣體分子之間的作用力表現為引力,則一定質量的該氣體內能的大小與氣體體積和溫度的關系是 ( ).
A.如果保持其體積不變,溫度升高,內能增大
B.如果保持其體積不變,溫度升高,內能減少
C.如果保持其溫度不變,體積增大,內能增大
D.如何保持其溫度不變,體積增大,內能減少
解析 氣體分子之間的作用力表現為分子引力,距離增大,分子引力做負功,分子勢能增大.
答案 AC
10.下列說法中正確的是 ( ).
A.物體自由下落時速度增大,所以物體內能也增大
B.物體的機械能為零時內能也為零
C.物體的體積減小溫度不變時,物體內能一定減小
D.氣體體積增大時氣體分子勢能一定增大
解析 物體的機械能和內能是兩個完全不同的概念.物體的動能由物體的宏觀速率決定,而物體內分子的動能由分子熱運動的速率決定.分子動能不可能為零(溫度不可能達到絕對零度),而物體的動能可能為零.所以A、B不正確.物體體積減小時,分子間距離減小,但分子勢能不一定減小,例如將處于原長的彈簧壓縮,分子勢能將增大,所以C也不正確.由于氣體分子間距離一定大于r0,體積增大時分子間距離增大,分子力做負功,分子勢能增大,所以D正確.
答案 D
二、非選擇題(本題共2小題,每小題15分,共30分.計算題要求有必要的文字敘述,列出必要的方程和演算步驟.)
11.在標準狀況下,有體積為V的水和體積為V的可認為是理想氣體的水蒸氣,已知水的密度為ρ,阿伏伽德羅常數為NA,水的摩爾質量為MA,在標準狀況下水蒸氣的摩爾體積為VA,求:
(1)說明標準狀況下水分子與水蒸氣分子的平均動能的大小關系;
(2)它們中各有多少水分子;
(3)它們中相鄰兩個水分子之間的平均距離.
解析 (1)標準狀況下,它們的溫度均為0 ℃,所以水分子與水蒸氣分子的平均動能相等.
(2)體積為V的水,質量為M=ρV ①
分子個數為N=NA ②
聯(lián)立①、②得N=NA ③
對體積為V的水蒸氣,分子個數為N′=NA ④
(3)設相鄰的兩個水分子之間的平均距離為d,將水分子視為球形,每個水分子的體積為
V0==πd3 ⑤
解③、⑤得:d= ⑥
設水蒸氣中相鄰的兩個水分子之間距離為d′,將水分子占的空間視為正方體,則其體積為
V′==d′3 ⑦
聯(lián)立④、⑦得d′= . ⑧
答案 (1)相等 (2) NA (3)
12.(1)已知某氣體的摩爾體積為VA,摩爾質量為MA,阿伏伽德羅常數NA,由以上數據能否估算出每個分子的質量、每個分子的體積、分子之間的平均距離?
(2)當物體體積增大時,分子勢能一定增大嗎?
(3)在同一個坐標系中畫出分子力F和分子勢能Ep隨分子間距離的變化圖象,要求表現出Ep最小值的位置及Ep變化的大致趨勢.
解析 (1)可估算出每個氣體分子的質量m0=;由于氣體分子間距較大,由V0=求得的是一個分子占據的空間而不是一個氣體分子的體積,故不能估算每個分子的體積;由d= =可求出分子之間的平均距離.
(2)在r>r0范圍內,當r增大時,分子力做負功,分子勢能增大;在r
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