高考物理一轮复习【分层练习】 第21章 分子动理论
展开高考物理一轮复习策略
首先,要学会听课:
1、有准备的去听,也就是说听课前要先预习,找出不懂的知识、发现问题,带着知识点和问题去听课会有解惑的快乐,也更听得进去,容易掌握;
2、参与交流和互动,不要只是把自己摆在“听”的旁观者,而是“听”的参与者。
3、听要结合写和思考。
4、如果你因为种种原因,出现了那些似懂非懂、不懂的知识,课上或者课后一定要花时间去弄懂。
其次,要学会记忆:
1、要学会整合知识点。把需要学习的信息、掌握的知识分类,做成思维导图或知识点卡片,会让你的大脑、思维条理清醒,方便记忆、温习、掌握。
2、合理用脑。
3、借助高效工具。学习思维导图,思维导图是一种将放射性思考具体化的方法,也是高效整理,促进理解和记忆的方法。最后,要学会总结:
一是要总结考试成绩,通过总结学会正确地看待分数。
1.摸透主干知识 2.能力驾驭高考 3.科技领跑生活
第二十一章 分子动理论分层训练
课标解读
1.通过实验,估测油酸分子的大小。了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据。
2.通过实验,了解扩散现象。观察并能解释布朗运动。了解分子运动速率分布的统计规律,知道分子运动速率分布图像的物理意义。例如利用显微镜观察布朗运动。
基础过关练
考点一:分子动理论的基本内容
1.把墨汁用水稀释后取出一滴放在高倍显微镜下观察,可以看到悬浮在液体中的小炭粒在不同时刻的位置,每隔一定时间把炭粒的位置记录下来,最后按时间先后顺序把这些点进行连线,得到如图所示的图像,对于这一现象,下列说法正确的是( )
A.炭粒的无规则运动,说明碳分子运动也是无规则的
B.越小的炭粒,受到撞击的分子越少,作用力越小,碳粒的不平衡性表现得越不明显
C.观察炭粒运动时,可能有水分子扩散到载物片的玻璃中
D.将水的温度降至零摄氏度,炭粒会停止运动
【答案】C
【解析】A.图中的折线是每隔一定的时间炭粒的位置的连线,是由于水分子撞击做无规则运动而形成的,说明水分子的无规则运动,不能说明碳分子运动也是无规则的,A错误;B.炭粒越小,在某一瞬间跟它相撞的水分子数越少,撞击作用的不平衡性表现得越明显,B错误;C.扩散可发生在液体和固体之间,故观察炭粒运动时,可能有水分子扩散到载物片的玻璃中,C正确;D.将水的温度降低至零摄氏度,炭粒的运动会变慢,但不会停止,D错误;故选C。
2.新型冠状病毒在世界范围内的肆虐,给我们的生命财产造成了重大损失。为了减少病毒传播,人们使用乙醇喷雾消毒液和免洗洗手液,两者的主要成分都是酒精,则下列说法正确的是( )
A.使用免洗洗手液洗手后,手部很快就干爽了,是由于液体分子扩散到了空气中
B.在房间内喷洒乙醇消毒液后,会闻到淡淡的酒味,与分子运动无关
C.在房间内喷洒乙醇消毒液后,会闻到淡淡的酒味,这是酒精分子做布朗运动的结果
D.使用免洗洗手液洗手后,洗手液中的酒精由液体变为同温度的气体的过程中,分子间距不变
【答案】A
【解析】A.因为一切物质的分子都在不停地做无规则运动,所以使用免洗洗手液时,手部很快就干爽了,这是扩散现象,故A正确;BC.在房间内喷洒乙醇消毒液后,会闻到淡淡的酒味,这是由于酒精分子的扩散运动的结果,证明了酒精分子在不停地做无规则运动,故BC错误;D.洗手液中的酒精由液态变为同温度的气体的过程中,温度不变分子平均动能不变,但是分子之间的距离变大,故D错误。故选A。
3.分子间存在相互作用的引力和斥力,它们作用力的合力随分子间距离变化的图像如图(F大于零表示引力,F小于零表示斥力)。则下列说法正确的是( )
A.当分子间距离为时,分子势能最小
B.当分子间距离为时,分子势能最大
C.当分子间距离无限远时,分子势能最小
D.在区间,随r的增大分子势能减小
【答案】A
【解析】分子间距离从无限远处到分子间距离为时,分子间作用力表现为引力,做正功,分子势能逐渐减小;分子间距离为到无限靠近时,分子间作用力表现为斥力,做负功,分子势能逐渐增加;故当分子间距离为时,分子势能最小。故选A。
考点二:用油膜法估测油酸分子的大小
1. 在“油膜法测分子直径”的实验中,某同学操作如下:
①取 1.0 mL 油酸配成 250 mL 油酸酒精溶液;
②用滴管吸取1.0mL油酸酒精溶液逐滴滴入量筒,全部滴完共滴了 20 滴;
③在边长约 10 cm 的正方形浅盘内注入适量的水,将痱子粉均匀地撒在水面上,用滴管滴入一滴溶液;
④待油膜形状稳定后,将绘有方格的玻璃板放在浅盘上,绘出油酸膜的轮廓(如图所示),每个方格的边长为 1.0 cm。
(1)该实验中一滴油酸酒精溶液含________ml油酸;
(2)由上述数据估算得到油酸分子直径的数量级约为________m;
(3)若该同学在计算油酸膜面积时,对不完整的方格均不计数,由此估算得到的油酸分子直径数量级将________(选填“偏大”、“偏小”或“不变”);
(4)已知油酸分子的直径约为 8×10−10 m,该同学实验结果产生偏差的可能原因是:_________,理由是: _______。
【答案】(1)2×10−4
(2)10−8
(3) 不变
(4) 油酸膜可能没有充分展开,形成的并不是单分子油膜层 2×10−10 m3 的油酸若形成紧密排列的单分子膜时,膜面积约为 0.25 m2,远大于浅盘内的水面面积,说明实际上油膜不可能仅是一层油酸分子构成的
【解析】(1)[1]该实验中一滴油酸酒精溶液含纯油酸
(2)[2]油膜的面积约为
S=55×12×10-4m3 =5.5×10-3m3
则分子直径
则油酸分子直径的数量级约为10-8m;
(3)[3]若该同学在计算油酸膜面积时,对不完整的方格均不计数,则算得的油膜的面积偏小,则由此估算得到的油酸分子直径偏大,但是数量级不变;
(4)[4][5]已知油酸分子的直径约为 8×10−10 m,该同学实验结果产生偏差的可能原因是:油酸膜可能没有充分展开,形成的并不是单分子油膜层,理由是:2×10−10 m3的油酸若形成紧密排列的单分子膜时,膜面积约为 0.25 m2,远大于浅盘内的水面面积,说明实际上油膜不可能仅是一层油酸分子构成的。
2.某同学利用“油膜法估测分子大小”,请回答下列问题:
①选用的是油酸酒精溶液而不是纯油酸,其原因是_______
A.用油酸酒精溶液可以节省油酸 B.尽可能散开,形成单分子油膜 C.降低油酸的浓度
②某次实验时,取了1滴油酸酒精溶液,通过计算可知该溶液中含有的纯油酸体积为V,单分子油膜占有
了N个边长为L的小方格,则油酸分子直径为______________
③如果油酸分子直径的测量值偏大,则其原因可能为_____________
A.油酸酒精溶液中油酸没有完全散开
B.计算油膜面积时,将不足一个的全部计算在内
C.计算1滴油酸酒精溶液的体积时,将溶液的滴数N误计成了
【答案】① B ② ③AC
【解析】①[1]选用油酸酒精溶液而不是纯油酸,目的是让油酸尽可能散开,形成单分子油膜,AC错误,B正确。
②[2]单分子油膜的面积为
设油酸分子的直径为d,则
解得
③[3] A.根据计算油酸分子直径的公式
可知,当油酸酒精溶液中的油酸没有完全散开时,面积就小了,所以油酸分子直径的测量值就偏大,A正确;
B.计算油膜的面积时,将不足一格的全部计算在内,面积就大了,所以油酸分子直径的测量值偏小,B错误;C.计算一滴油酸酒精溶液的体积时,将溶液的滴数N误计成了,则计算出的一滴油酸酒精溶液的体积加大,所含的油酸的体积也变大,则计算出的油酸分子直径的测量值偏大,C正确。
故选AC。
3.“用油膜法估测分子的大小”的实验的方法及步骤如下:
①向体积V油=1mL的油酸中加酒精,直至总量达到V总=500mL
②用注射器吸取①中配制好的油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,当滴入n=100滴时,测得其体积恰好是V0=1mL
③先往边长为30~40cm的浅盘里倒入2cm深的水,然后将痱子粉均匀地撒在水面上
④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,形成______,稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板上描下油酸膜的形状。
⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,如图所示,数出轮廓范围内小方格的个数N,小方格的边长a=20mm。
根据以上信息,回答下列问题:
(1)步骤④中应填写:___________;
(2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V'=____mL;油酸薄膜的面积S约为____m2;
(3)油酸分子的直径d的计算公式为:____________算得直径约为____________m(结果均保留两位有效数字)。
【答案】(1)单分子油膜
(2)2.0×10-5 4.6×10-2
(3) 4.3×10-10
【解析】(1)[1] 用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,形成单分子油膜;
(2)[2]1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为
[3]根据大于半个方格的算一个,小于半个方格的舍去,油膜形状占据的方格数大约为115个,故面积为
(3)[4]根据公式可得,油酸分子的直径d的计算公式为
[5]油酸分子的直径为
考点三:分子运动速率分布规律
1.氧气分子在不同温度下的速率分布规律如图所示,横坐标表示分子速率v,纵坐标表示单位速率区间内分子数占总分子数的百分比.曲线1、2对应的温度分别为、,则( )
A.温度高于温度 B.曲线1与横轴所围的面积较大
C.温度升高,每一个氧气分子的速率都增大 D.温度升高,氧气分子的平均动能增大
【答案】D
【解析】A.温度越高,分子热运动越激烈,速率大的分子所占的比例大,由图可知曲线2速率大的分子所占的比例比曲线1速率大的分子所占的比例大,故温度高于温度,A错误;B.由图可知,在两种不同情况下各速率区间的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系图线与横轴所围面积都应该等于1,故两条曲线与横轴所围的面积相等,B错误;CD.温度是分子平均动能的标准,是大量分子运动的统计规律,对个别分子没有意义,所以温度升高,氧气分子的平均动能越大,但不是每一个氧气分子的速率都增大,D正确,C错误;故选D。
2.一定质量理想气体的温度为某一确定值,则该气体( )
A.各速率区间的分子数占总分子数的比例稳定
B.各速率区间的分子数占总分子数的比例相等
C.所有分子的速率都相等
D.每个分子的速率不变化
【答案】A
【解析】A.温度确定的理想气体处于动态平衡,每个分子的速率都可能会发生变化,但大量分子的运动在宏观上的表现是占各速率区间的分子比例稳定,A正确;BC.气体处于热平衡时符合麦克斯韦分布,即
BC错误;D.对于单个分子来说,由于时刻会和别的分子发生碰撞,所以速率随时发生变化,D错误。故选A。
3.在一定温度下,当气体的体积增大时,气体的压强减小,这是( )
A.气体分子的密度变小,单位体积内分子的质量变小
B.气体分子密度变大,分子对器壁的吸引力变小
C.每个气体分子对器壁的平均撞击力变小
D.单位体积内的分子数减小,单位时间内对器壁碰撞的次数减小
【答案】D
【解析】一定量气体,在一定温度下,分子的平均动能不变,分子撞击器壁的平均作用力不变;气体的体积增大时,单位体积内的分子数减小,单位时间内对器壁的碰撞次数减少,单位时间内器壁单位面积上受到的压力变小,气体产生的压强减小。故选D。
考点四:分子动能和分子势能
1.下列说法正确的是( )
A.布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒分子的运动
B.在布朗运动中,固态或液态颗粒越大,布朗运动越剧烈
C.当分子力表现为引力时,分子势能总是随分子间距离的增大而增大
D.向气球内吹气,气球的体积变大,这是气体分子间有斥力的缘故
【答案】C
【解析】A.布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的无规则运动,故A错误;B.在布朗运动中,固态或液态颗粒越小,布朗运动越剧烈,故B错误;C.当分子力表现为引力时,分子势能总是随分子间距离的增大而增大,故C正确;D.向气球内吹气,气球的体积变大,这是气体压强作用的缘故,故D错误。故选C。
2
.梅花香自苦寒来,在冬天我们只能够闻到距离较近的花香,而盛夏我们却能够闻到距离较远的花香。下列说法正确的是( )
A.这种“闻到花香”的物理现象是一种扩散现象
B.布朗运动和扩散现象都是由物质分子的无规则运动产生的,且剧烈程度都与温度无关
C.两个花粉分子间距离小于(两分子间的作用力为0时的距离)时,分子间只有斥力没有引力
D.在两个花粉分子间距离从小于(两分子间的作用力为0时的距离)增大到的过程中,两个花粉分子的分子势能先增大后减小
【答案】A
【解析】A.“闻到花香”是一种扩散现象,故A正确;B.布朗运动和扩散现象都是由物质分子的无规则运动产生的,且剧烈程度都与温度有关,故B错误;C.两个分子间距离小于时,分子间斥力和引力都有,只是分子力表现为斥力,故C错误;D.当时,分子势能随着分子间距离的增大而减小;当时,分子势能随分子间距离增大而增大,故D错误;故选A。
3.分子间作用力F与分子间距离r的关系如图所示,当分子间的距离从开始增大时,下列说法正确的是( )
A.分子间的作用力表现为斥力 B.分子力先减小后增大
C.分子势能减小 D.分子势能增大
【答案】D
【解析】AB.当分子间的距离从开始增大时,分子间的作用力表现为引力,由图可知分子力先增大后减小,选项AB错误;CD.当分子间的距离从开始增大时,分子力做负功,则分子势能增大,选项C错误,D正确。故选D。
能力提升练
一、单选题
1.做凉菜滴加香油,很快在整个厨房都能闻到香油的香味,这与分子的热运动有关。关于热学中的分子运动,下列说法正确的是( )
A.厨房内弥漫着香油的香味,说明香油分子在做布朗运动
B.厨房内弥漫着香油的香味,这种现象主要是扩散现象
C.液态香油较难被压缩,是因为香油分子之间存在引力
D.香油分子的扩散快慢与温度无关
【答案】B
【解析】AB.布朗运动是悬浮于液体中的固体小颗粒的运动,厨房内弥漫着香油的香味,这种现象主要是扩散现象,故A错误B正确;C.液态香油较难被压缩,是因为香油分子之间存在斥力,故C错误;D.香油分子的扩散快慢与温度有关,温度越高扩散越快,故D错误。故选B。
2.为了减少“用油膜法估测分子的大小”的实验误差,下列方法可行的是( )
A.将油酸酒精溶液滴在水面上时,滴管距水面距离尽可能远些
B.先在浅盘内的水上撒一些痱子粉,再用滴管把油酸酒精溶液滴一滴在水面上
C.用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成规则形状
D.计算油膜面积时,舍去所有不满一格的方格
【答案】B
【解析】A.油酸酒精溶液滴在水面上时,应使滴管竖直、靠近水面,若离水面太高,可能无法形成油膜,故A错误;B.在浅盘内的水上撒一些痱子粉,再用滴管把油酸酒精溶液滴一滴在水面上,油酸推动痱子粉扩散,可以更清楚地看出轮廓,故B正确;C.牙签拨弄油膜可能会形成间隙,同时会带走部分油酸,且只要是单分子层油膜即可,对油膜形状没有要求,故C错误;D.计算时,不满半格的舍去,多于半格的算一格,故D错误。故选B。
3.分子动理论较好地解释了物质的宏观热学性质。根据分子动理论,判断下列说法中正确的是( )
A.显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动,这反映了炭粒分子运动的无规则性
B.磁铁可以吸引铁屑,这一事实说明分子间存在引力
C.压缩气体比压缩液体容易得多,这是因为气体分子间距离远大于液体分子间距离
D.将体积为V的油酸酒精溶液滴在平静的水面上,扩展成面积为S的单分子油膜,则该油酸分子直径为
【答案】C
【解析】A.显微镜下观察到墨水中的小炭粒不停地做无规则运动是布朗运动,这反映了水分子运动的无规则性,A错误;B.磁铁可以吸引铁屑,是由于磁场力的作用,不能说明分子间存在引力,B错误;
C.压缩气体比压缩液体容易得多,这是因为气体分子间距离远大于液体分子间距离,分子间作用力很微弱,C正确;D.体积为V的油酸酒精溶液中所含油酸的体积小于V,所以该油酸分子直径小于,D错误。故选C。
4.假定两个分子的距离为无穷远时它们的分子势能为0,两个分子间作用力的合力F、分子势能与分子间距离r的关系如图甲和乙所示,下列说法正确的是( )
A.在r由无限远到趋近于的过程中,F先做负功后做正功
B.在r由无限远到趋近于的过程中,F先做正功后做负功
C.在r由趋近于0的过程中,F做负功,先变小再变大
D.在r由趋近于0的过程中,F做负功,变大
【答案】D
【解析】AB.在r由无限远到趋近于的过程中,分子力表现为引力,引力一直做正功,故AB错误;CD.在r由趋近于0的过程中,分子力表现为斥力,斥力一直做负功,分子势能增大,故C错误D正确。
故选D。
5.分子动理论较好地解释了物质的宏观热力学性质。据此可判断下列说法中正确的是( )
A.布朗运动反映了固体分子的无规则运动
B.分子势能随着分子间距离的增大一定增大
C.在真空、高温条件下,可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素
D.单位时间内,气体分子对容器壁单位面积上的碰撞次数减少,气体的压强一定减小
【答案】C
【解析】A.布朗运动反映了液体或气体分子的无规则运动,故A错误;
B.当分子间距离始终小于平衡距离时,分子间作用力表现为斥力,当分子间距离增大时,分子力做正功,分子势能减小,故B错误;C.在真空、高温条件下,可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素,故C正确;D.气体对器壁的压强取决于单位时间内气体分子对容器壁单位面积上的碰撞次数和气体分子的平均动能,所以单位时间内气体分子对容器壁单位面积上的碰撞次数减少,气体的压强不一定减小,故D错误。故选C。
6.在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,下列说法正确的是( )
A.为便于形成单分子油膜,配成的油酸酒精溶液浓度要低一些
B.为使油酸和酒精充分混合,配成的溶液需静置较长时间
C.为清晰显示油膜的边界,滴入油酸酒精溶液后再撒上痱子粉
D.为减小实验误差,选用的玻璃板上正方形方格要大一些
【答案】A
【解析】A.为便于形成单分子油膜,配成的油酸酒精溶液浓度要低一些,A正确;B.为了减小误差,溶液应现配现用,故B错误;C.正确操作步骤应为在水面上先撒上痱子粉,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定,故C错误;D.为减小实验误差,选用的玻璃板上正方形方格要小一些,故D错误。故选A。
7.在“用单分子油膜估测分子的大小”的实验中,某小组测量出的油酸分子直径比教材上介绍的分子直径大几百倍,可能性最大的原因是 ( )
A.测量1滴油酸溶液体积时误将29滴当作30滴
B.水面上痱子粉撒得过多,导致油膜没有充分展开
C.计算油膜面积时,只数了完整方格的数目
D.误将1滴油酸酒精溶液的体积当作1滴油酸的体积
【答案】D
【解析】A.测量1滴油酸溶液体积时误将29滴当作30滴,会造成1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积计算结果偏小,根据可知所测油酸分子直径偏小,故A不符合题意;BC.水面上痱子粉撒得过多,导致油膜没有充分展开,或者计算油膜面积时,只数了完整方格的数目,这两种情况虽然均会导致所测面积偏小,但不会比正常值偏小几百倍,所以测出的油酸分子直径不会比正常值大几百倍,故BC不符合题意;D.当实验中配制的油酸酒精溶液的体积分数大约为几百分之一时,如果误将1滴油酸酒精溶液的体积当作1滴油酸的体积,则计算时代入的纯油酸的体积值比实际值要大几百倍,从而造成油酸分子直径测量值比实际值大几百倍,故D符合题意。故选D。
8.如图甲所示,测量分子速率分布的装置示意图。圆筒绕其中心匀速转动,侧面开有狭缝N,内侧贴有记录薄膜,M为正对狭缝的位置。从原子炉R中射出的银原子蒸气穿过屏上s缝后进入狭缝N
,在圆筒转动半个周期的时间内相继到达并沉积在薄膜上,展开的薄膜上银原子的分布最接近乙图中的( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】根据气体分子速率分布规律可知速率很大和速率很小的分子比例较小,而速率中等的分子比例较大。根据圆筒转动的情况可知,速率越大的银原子所到达的位置越靠近M,速率越小的银原子所到达的位置越靠近N,速率中等的银原子所到达的位置分布在Q点附近。所以M和N附近银原子分布较少,Q点附近银原子分布较多。故选C。
9.分子力随分子间距离的变化如图所示。将两分子从相距处释放,仅考虑这两个分子间的作用,下列说法正确的是( )
A.从到分子力的大小一直在减小
B.从到分子力的大小先减小后增大
C.从到分子势能先减小后增大
D.从到分子动能先增大后减小
【答案】D
【解析】A.由图可知,在时分子力为零,从到分子力的大小先增大后减小,A错误;
B.由图可知,在时分子力为零,故从到分子力的大小先增大后减小再增大,B错误;C.从到,分子间的作用力表现为引力,故随距离的减小,分子力一直做正功,动能增大,分子势能一直减小,C错误;D.从到,先分子引力在分子斥力,则分子力先做正功后做负功,故分子动能先增大后减小,D正确。故选D。
10.取一滴用水稀释的碳素墨汁,滴在载玻片上,盖上盖玻片,放在高倍显微镜下,观察到小炭粒做无规则的运动。下列说法正确的是( )
A.小炭粒的运动是扩散现象
B.水的温度为时,小炭粒静止不动
C.小炭粒越小,运动越明显
D.小炭粒与水分子之间的斥力推动着它做无规则的运动
【答案】C
【解析】A.小炭粒是有很多炭分子组成的固体微粒,它的运动是水分子的撞击引起的,故它的运动是布朗运动,不是扩散现象,故A错误;B.水的温度为时,水分子不会停止热运动,则小炭粒不会停止运动,故B错误;C.炭粒越小,表面积越小,同一时刻撞击炭粒的水分子越少,冲力越不平衡,炭粒运动越明显,故C正确;D.小炭粒做无规则的运动是水分子的撞击引起的,而不是分子力推动,故D错误;故选C。
二、多选题
11.如图所示的甲、乙两幅图像分别表示两分子间的作用力、分子势能与两分子间距离的关系。假定两个分子的距离为无穷远时它们的分子势能为0,下列说法正确的是( )
A.分子间距表示平衡位置,此位置分子间的引力、斥力都等于0
B.当分子间距时,分子力、分子势能都达到最小值
C.当分子间距无限大时,分子势能最小
D.当分子间距,随着r的增大,F先增大后减小,增大
E.当分子间距,随着r的减小,F增大,增大
【答案】BDE
【解析】A.分子间距表示平衡位置,此位置分子间的引力、斥力的合力等于0,但引力、斥力并不等于0,选项A错误;B.由图像可知,当分子间距时,分子力为0达到最小值、分子势能为负的最小值,选项B正确;C.当分子间距无限大时,分子势能为0,但不是最小值,当分子间距时,分子势能才是最小值,选项C错误;D.当分子间距,随着r的增大,F先增大后减小,一直增大,选项D正确;E.当分子间距,随着r的减小,F增大,增大,选项E正确。故选BDE。
12.下列说法错误的是( )
A.烟花三月,鲜花盛开,香气扑鼻,人能够闻到花香是因为鲜花释放的有香气的物质分子做布朗运动的结果
B.夏天车胎容易爆胎是因为随着温度升高,胎内气体分子间斥力增大的缘故
C.封装在气缸中的气体,气缸容积不变,气体温度升高,单位时间碰撞内壁单位面积的分子数增多
D.理想气体的压强与单位体积的分子数、温度以及气体的摩尔质量有关
E.1mol的理想氢气和1mol的理想氧气,气体温度相同时,氧气分子的平均速率较小
【答案】ABD
【解析】A.人能够闻到花香是因为鲜花释放的有香气的物质颗粒在空气中做布朗运动的结果,A错误;B.气体分子间几乎不存在相互作用力,夏天车胎容易爆胎是因为随着温度升高,胎内气体分子无规则运动加剧,气体压强变大的缘故,B错误;C.封装在气缸中的气体,气缸容积不变,单位体积内的分子数不变,气体温度升高,分子运动的剧烈程度增加,单位时间碰撞内壁单位面积的分子数增多,C正确;D.理想气体的压强与单位体积的分子数以及温度有关,D错误;E.1mol的理想氢气和1mol的理想氧气,气体温度相同时,分子的平均动能相同,但氧气分子质量较大,因此氧气分子的平均速率较小,E正确。
故错误的选ABD。
13.梅花香自苦寒来,在冬天我们只能够闻到距离较近的花香,而盛夏我们却能够闻到距离较远的花香。下列说法正确的是( )
A.这种“闻到花香”的物理现象是一种布朗运动
B.这种“闻到花香”的物理现象是一种扩散现象
C.布朗运动和扩散现象都是由物质分子的无规则运动产生的,且剧烈程度都与温度有关
D.两个花粉分子间距离小于r0(两分子间的作用力为0时的距离)时,分子间只有斥力没有引力
E.在两个花粉分子间距离从小于r0(两分子间的作用力为0时的距离)增大到2r0的过程中,两个花粉分子的分子势能先减小后增大
【答案】BCE
【解析】AB.布朗运动是悬浮于液体或气体中的固体小颗粒的运动,扩散现象是物质分子的无规则运动,花香是一种扩散现象,A错误,B正确;C.布朗运动和扩散现象都是由物质分子的无规则运动产生的,且剧烈程度都与温度有关,温度越高越激烈,C正确;D.两个花粉分子间距离小于r0时,分子之间既有斥力也有引力,斥力大于引力,表现为斥力,D错误;E.在两个花粉分子间距离从小于r0增大到等于r0的过程中,分子之间表现为斥力,斥力做正功,分子势能减小;当分子之间的距离等于r0时,分子力等于零,分子势能最小,不等于零;当两个花粉分子心间的距离从r0增大到2r0时,分子之间表现为引力,引力做负功,分子势能增大,所以两个花粉分子间距离从小于r0增大到2r0的过程中,两个花粉分子的分子势能先减小后增大,E正确。故选BCE。
14.关于内能,下列说法正确的是( )
A.一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关
B.质量和温度都相同的理想气体,内能一定相同
C.内能不同的物体,分子热运动的平均动能可能相同
D.物体内所有分子热运动动能的总和就是物体的内能
【答案】AC
【解析】A.一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关,A正确;B.温度相同,气体分子的平均动能相同,质量相同,分子数不一定相同,所以内能不一定相同,B错误;C.内能不同的物体,温度可能相同,分子热运动的平均动能可能相同,C正确;D.物体内所有分子热运动动能的总和加上所有分子的势能总和就是物体的内能,D错误。故选AC。
三、填空题
15.在2021年12月9日的天宫课堂中,航天员王亚平做了一个水球实验,如图。水球表面上水分子间的作用力表现为_______(选填“引力”或“斥力”),王亚平又将她和女儿用纸做的小花轻轻放在水球表面,纸花迅速绽放,水面对小花做了________(选填“正功”或“负功”)。已知水的摩尔质量为M0,水的密度为,阿伏伽德罗常数为NA。则水分子的直径为_______(用题中所给的物理量表示)。
【答案】 引力 正功
【解析】[1] 水球表面上水分子间的作用力表现为引力,原因是表面层水分子的平均距离比内部分子间的距离大;
[2]将纸做的小花轻轻放在水球表面,放纸花处水面的平衡被破坏,纸花在指向四周的分子力的作用下迅速绽放,纸花的花瓣移动的方向与分子力的方向整体,可知水面对小花做做正功;
[3]水的摩尔体积
假设水分子是一个挨着一个紧密排列的,则一个水分子的体积
将水分子视为球形,设水分子的直径为d,则
解得
16.如图所示为两个分子之间的分子势能Ep随分子间距离r的变化关系图线,两分子之间距离为r0时分子势能最小,此时两分子之间的作用力为__________(选填“引力”“斥力”或“零”);若两分子之间的距离由r0开始逐渐变大,则两分子间的作用力____________(选填“逐渐增大”“逐渐减小”“先增大后减小”或“先减小后增大”)。
【答案】 零 先增大后减小
【解析】[1]两分子间的距离从无穷远减小到的过程中,分子势能一直在减小,说明分子间的作用力表现为引力,两分子间的距离从再减小的过程中,分子势能增加,说明分子间的作用力表现为斥力,在分子间的距离为时,分子势能最小,分子间的作用力为零;
[2]两个分子之间的分子势能随分子间距离r的变化关系图线的倾斜程度大小表示分子间作用力的大小,所以两分子之间的距离由开始逐渐增大,分子间的作用力先增大后减小。
17.如图,导热气缸中封闭一定质量的理想气体,活塞可自由无摩擦沿气缸运动。已知海水的温度随水的深度增加而降低,2000米以下属于低温环境,温度几乎不变。2020年11月10日,我国“奋斗者号”载人潜水器下潜深度为10909米。若气缸在海水中随潜水器一起下潜,在气缸缓慢下潜过程中活塞对气体_________(填“做正功”、“做负功”或“不做功");气缸内单位时间内撞击容器壁分子次数_________(填“增加”、“不变”或“减小”)。
【答案】 做正功 增加
【解析】[1]气缸在海水中随潜水器一起下潜过程中,气体压强增大,气体体积减小,即活塞对气体做正功;
[2]因为外界温度降低,所以气体温度降低,内能减小,分子平均动能减小,又因为压强增大,所以气缸内单位时间内撞击容器壁分子次数增加。
18.两分子间的斥力和引力的合力与分子间距离的关系如图中曲线所示,曲线与轴交点的横坐标为。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,在阶段,做____________(填正功或负功)分子动能增加,势能减小,在时,分子势能最小,动能____________(填最大或最小)。
【答案】 正功 最大
【解析】[1][2]r0为分子间的平衡距离,大于平衡距离时分子间为引力,小于平衡距离时,分子间为斥力;在阶段,分子力表现为引力,相互靠近时F做正功,分子动能增加,势能减小,在时,分子势能最小,分子动能最大。
19.分子力F、分子势能与分子间距离r的关系图线如图中甲、乙两条曲线所示(取无穷远处分子势能),则其中为分子力F与分子间距离r的图像的是_________(填“甲图”或“乙图”)。将一个分子固定,另一分子从无穷远处向固定分子靠近直到不能再靠近的过程中,若分子仅受分子力作用,其速度将__________,加速度将___________。
【答案】 甲图 先增大后减小 先增大后减小再增大
【解析】[1]因为在平衡位置,分子间作用力为零,所以甲图为分子力F与分子间距离r的图像;
[2]由乙图可知,两个分子靠近到分子势能为零时分子的动能为零。因此两分子靠近的间距最小距离比小。由图像乙可知,在r减小过程中,分子势能先减小后增大,根据能量守恒,分子动能先增大后减小,所以速度将先增大后减小;
[3]因为靠近过程的最小距离比小,所由图甲可知,分子间作用力大小先增大后减小再增大,所以加速度将先增大后减小再增大。
20.在对于温度精度要求不高的工业测温中,经常使用压力表式温度计。该温度计是利用一定容积的容器内,气体压强随温度变化的性质制作的。当待测物体温度升高时,压力表式温度计中的气体分子的平均动能___________(选填“增大”、“减小”或“不变”),单位时间内气体分子对容器壁单位面积的碰撞次数___________(选填“增加”“减少”或“不变”)。
【答案】 增大 增加
【解析】
[1]根据温度是分子平均动能的标志,所以当待测物体温度升高时,压力表式温度计中的气体分子的平均动能增大。
[2]根据理想气体的状态方程可知,在一定容积的容器内,体积不变,温度升高,则气体的压强增大,根据气体分子压强的微观解释可知单位时间内气体分子对容器壁单位面积的碰撞次数增加。
21.一汽车在温度为27℃的环境中刚启动时,检测到四个轮胎的胎压如图(a)所示,若行驶一段时间后的胎压如图(b)所示,则此时右前轮内气体的温度为___________℃。气体对轮胎内壁有压力,从分子动理论观点看,这是由于轮胎中___________而产生的。
【答案】 51.6 气体分子持续撞击轮胎内壁
【解析】[1]汽车刚启动时右前轮内气体的温度
压强
行驶一段时间后的压强
可认为轮胎的体积不变,气体发生等容变化
代入数据解得
[2] 气体对轮胎内壁有压力,从分子动理论观点看,这是由于轮胎中气体分子持续撞击轮胎内壁而产生的。
22.宇航员王亚萍太空授课呈现了标准水球,这是由于水的表面张力引起的。如图所示,A位置固定一个水分子甲,若水分子乙放在C位置,其所受分子力为零,则将水分子乙放在如图______(选填“AC之间”或“BC
之间”),其分子力与水球表面层分子有相同的作用效果。若空间两个分子间距从无限远逐渐变小,直到小于,则分子势能变化的趋势是______(选填“一直减小”“一直增大”“先减小再增大”或“先增大再减小”)。
【答案】 BC之间 先减小再增大
【解析】[1]分子间作用力表现为较近时为斥力,较远时为引力,因此水分子放在BC之间;
[2]从无限远逐渐变小时,先为引力做正功,后为斥力做负功,因此分子势能先减小后增大。
23.随着国家繁荣富强,汽车已经进入了千家万户。夏天,经过太阳暴晒后的车窗关闭的汽车,车厢内温度会迅速升高,气体内能________(选填“减小”、“不变”、“增大”),气体________(选填“每个”、“大部分”、“极少数”)分子运动速率增大,车厢内气体分子单位时间内与单位面积厢壁撞击的次数________(选填“增多”、“不变”、“减少”),气体压强增大。人们可以通过打开副驾驶位置车窗,然后多次关和开主驾驶车门来给车厢降温。
【答案】 增大 大部分 增多
【解析】[1]对于车窗内封闭的气体,车厢内温度升高,分子平均动能增大,气体内能增大。
[2]一定质量的气体温度升高,气体分子的平均动能增大,气体分子的运动速率增大,但不是每个分子的运动速率都增大,是大部分气体分子的运动速率增大。
[3]车厢内大部分分子的运动速率增大,则车厢内气体分子单位时间内与单位面积厢壁撞击的次数增多。
24.唐代诗人齐己在诗句中写道“霏微晓露成珠颗,宛转田田未有风。”露珠呈球形是由于表面张力的原因,在露珠表面的两分子间的作用力表现为________(选填“引力”或“斥力”);如果两水分子之间的距离为时,两分子间的作用力为零,欲形成如图所示的露珠,则表面层分子间的距离应________(选填“大于”“等于”或“小于”);在两分子间的距离从大于开始逐渐减小,直到小于的过程中,两分子之间的势能________(选填“逐渐增大”“逐渐减小”“先减小后增大”或“先增大后减小”)。
【答案】 引力 大于 先减小后增大
【解析】[1]在露珠表面层中,水分子间距较大,两水分子之间的相互作用总体上表现为引力;
[2]当分子间距离为时,分子间作用力为零,分子间距离
,分子间作用力表现为引力,因此欲形成如图所示的露珠,则分子间的距离应大于;
[3]两个分子间距从大于开始逐渐减小,直到小于,分子力先做正功,后做负功,故分子势能先减小后增大。
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