学年人教版物理选修33 单元素养作业 第七章 分子动理论.docx
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学年人教版物理选修33单元素养作业第七章分子动理论
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单元素养评价
（一）（第七章）
（90分钟 100分）
一、选择题（本大题共10小题,每小题4分,共40分）
1.2020年3月3日,国家卫健委、国家中医药管理局印发《关于印发新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第七版）的通知》,指出新型冠状病毒的传播途径:
经呼吸道飞沫和密切接触传播是主要的传播途径,在相对封闭的环境中长时间暴露于高浓度气溶胶情况下存在经气溶胶传播的可能。
气溶胶粒子是悬浮在大气中的微小颗粒,如云、雾、细菌、尘埃、烟尘等。
气溶胶中的粒子具有很多动力学性质,比如布朗运动等。
关于封闭环境中的气溶胶粒子,下列说法正确的是（ ）
A.在空气中会缓慢下沉到地面
B.在空气中会缓慢上升到空中
C.在空气中做无规则运动
D.受到的空气分子作用力的合力始终等于其所受到的重力
【解析】选C。
封闭环境中的气溶胶粒子的运动属于布朗运动,所以在空气中做无规则运动,A、B错误,C正确;做布朗运动的粒子受力不平衡,所以才能做无规则运动,D错误。
2.（多选）下列是小明吃砂锅粥时碰到的现象,属于扩散现象的是（ ）
A.米粒在水中上下翻滚
B.粥滚时,香味四处飘逸
C.盐块放入水中,水变味道
D.砂锅上方热气腾腾
【解析】选B、C。
米粒在水中翻滚是米粒的运动,不是分子运动,不属于扩散现象,A错误;香味四处飘逸,是分子扩散到空气中的结果,是扩散现象,B正确;盐块放入水中,水变味道是盐分子运动到水中,是扩散现象,C正确;砂锅上方热气腾腾是对流现象,而不是扩散现象,D错误。
故选B、C。
3.（多选）（2020·南阳高二检测）下列说法正确的是（ ）
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,这反映了液体分子运动的无规则性
B.分子间的相互作用力随着分子间距离的增大,一定先减小后增大
C.分子势能随着分子间距离的增大,可能先减小后增大
D.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
E.当温度升高时,物体内每一个分子热运动的速率一定都增大
【解析】选A、C、D。
根据布朗运动的定义,显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动,不是分子运动,是小炭粒的无规则运动,但却反映了小炭粒周围的液体分子运动的无规则性,A正确;分子间的相互作用力随着分子间距离的增大,可能先增大后减小,也可能一直减小,B错误;由于分子间的距离不确定,故分子势能随着分子间距离的增大,可能先减小后增大,也可能一直增大,C正确;由扩散现象可知,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正确;当温度升高时,物体内分子的平均速率增大,并非物体内每一个分子热运动的速率一定都增大,E错误。
故选A、C、D。
4.（多选）如图所示,甲分子固定在坐标原点O,两分子间的分子势能Ep与两分子间距离的变化关系如图中曲线所示。
图中分子势能的最小值为0。
若两分子所具有的总能量为E,则下列说法中正确的是（ ）
A.乙分子在P点时,加速度最大
B.乙分子在P点,其动能为E
C.乙分子在P点时,处于平衡状态
D.乙分子从较远处向着P点而来的过程中,分子力先逐渐增大后减小
【解析】选B、C、D。
乙分子在P点时,分子力为零,故加速度为零,最小,故A错误;两分子所具有的总能量为E,乙分子在P点时,分子势能为零,故分子动能为E,故B正确;乙分子在P点时,分子力为零,处于平衡状态,故C正确;当两个分子间距等于平衡间距时,分子力为零;当分子间距大于平衡间距的10倍以上时,分子力很小,几乎为零,故乙分子从较远处向着P点而来的过程中,分子力先增大后减小,故D正确。
5.（多选）若已知阿伏加德罗常数、物质的摩尔质量、摩尔体积,则可以估算出（ ）
A.固体物质分子的大小和质量
B.液体物质分子的大小和质量
C.气体分子的大小和质量
D.气体分子的质量和分子间的平均距离
【解析】选A、B、D。
固体分子间隙很小,可以忽略不计,故固体物质分子的大小等于摩尔体积与阿伏加德罗常数的比值,固体物质分子的质量等于摩尔质量与阿伏加德罗常数的比值,A正确;液体分子间隙很小,可以忽略不计,故液体物质分子的大小等于摩尔体积与阿伏加德罗常数的比值,液体物质分子的质量等于摩尔质量与阿伏加德罗常数的比值,B正确;气体分子间隙很大,摩尔体积等于每个分子占据的体积与阿伏加德罗常数的乘积,故无法估算分子的大小,C错误;气体物质分子的质量等于摩尔质量与阿伏加德罗常数的比值,气体分子占据空间的大小等于摩尔体积与阿伏加德罗常数的比值,故可以进一步计算分子的平均间距,D正确。
故选A、B、D。
6.下列说法中正确的是（ ）
A.物体温度降低,其分子热运动的平均动能增大
B.物体温度升高,其分子热运动的平均动能增大
C.物体温度降低,其内能一定增大
D.物体温度不变,其内能一定不变
【解析】选B。
温度是分子平均动能的标志,所以物体温度升高,其分子的平均动能增大;而物体的内能是物体中所有分子的分子动能和分子势能的总和,所以只根据温度变化情况无法确定其内能的变化情况,故B正确,A、C、D均错误。
7.下列说法中正确的是（ ）
A.因为空气分子间存在斥力,所以用打气筒给自行车打气时,要用力才能压缩空气
B.用手捏面包,面包体积会缩小,这是分子间有间隙的缘故
C.打开酒瓶后可闻到酒的气味,说明分子在做无规则的运动
D.热力学温度升高1K大于摄氏温度升高1℃
【解析】选C。
空气中分子距离较大,分子力近似为零,用打气筒给自行车打气时,要用力才能压缩空气,那是气体压强作用的结果,A错误;面包之间的空隙,属于物体之间的空隙,不是分子间的间隙,B错误;正是由于分子在做无规则运动,我们才能闻到酒的气味,C正确;热力学温度和摄氏温度只是零点选取不同,每度的大小是相同的,D错误。
故选C。
8.从微观的角度来看,一杯水是由大量水分子组成的,下列说法中正确的是（ ）
A.当这杯水静止时,水分子也处于静止状态
B.水的温度越高,水分子的平均动能越大
C.每个水分子都在运动,且速度大小相等
D.这些水分子的动能总和就是这杯水的动能
【解析】选B。
分子永不停息地做无规则运动,故这杯水静止时,水分子也不可能都处于静止状态,A错误;给水加热时,水吸收热量,温度升高,则内能增加,水分子的热运动变激烈,水分子的平均动能变大,B正确;分子的运动是无规则的,速度大小不一定都相等,C错误;动能是运动的物体所具有的能,与分子热运动无关,所以水分子的动能与这杯水的动能无关,D错误。
故选B。
9.（多选）对于分子动理论和物体内能的理解,下列说法正确的是（ ）
A.温度高的物体内能不一定大,但分子平均动能一定大
B.扩散现象说明分子在永不停息地做无规则运动
C.温度越高,布朗运动越显著
D.当分子间的距离增大时,分子间作用力就一直减小
E.当分子间作用力表现为引力时,分子势能随分子间距离的减小而增大
【解析】选A、B、C。
温度高的物体分子平均动能一定大,内能不一定大,A正确;扩散现象说明分子在永不停息地做无规则运动,B正确;温度越高,布朗运动越显著,C正确;当分子间的距离增大时,分子间作用力可能先增大后减小,D错误;当分子间作用力表现为斥力时,分子势能随分子间距离的减小而增大,E错误。
【加固训练】
（多选）下列说法正确的是（ ）
A.布朗运动就是液体分子的运动
B.两分子之间同时存在着引力和斥力,引力和斥力都随分子间的距离增大而减小,但斥力比引力减小得更快
C.热力学温标的最低温度为0K,它没有负值,它的单位是物理学的基本单位之一
D.气体的温度越高,每个气体分子的动能越大
【解析】选B、C。
布朗运动是固体微粒的运动,是液体分子无规则热运动的反映,故A错误;两分子之间同时存在着引力和斥力,引力和斥力都随分子间的距离增大而减小,但斥力比引力减小得更快,故B正确;热力学温标的最低温度为0K,它没有负值,它的单位是物理学的基本单位之一,故C正确;气体的温度越高,气体分子的平均动能越大,平均速率越高,满足气体分子的速率分布率,但并非每个气体分子的动能都增大,故D错误。
10.（多选）关于分子动理论的规律,下列说法正确的是（ ）
A.扩散现象说明物质分子在做永不停息的无规则运动
B.压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力,是由于气体分子间存在斥力
C.两个分子距离减小时,分子间引力和斥力都在增大
D.如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡,用来表征它们所具有的“共同热学性质”的物理量叫作内能
E.两个分子间的距离为r0（平衡位置）时,分子势能最小
【解析】选A、C、E。
扩散现象与布朗运动是分子无规则运动的宏观表现,故A正确;气体压缩可以忽略分子间作用力,压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力是由于气体压强,故B错误;两个分子距离减小时,分子间引力和斥力都增大,故C正确;热平衡表明没有热量交换,而没有热量交换意味着两者的温度是一样的,故D错误;当r>r0时,分子势能随分子间的距离增大而增大。
当r当r=r0时,分子势能最小,故E正确。
二、实验题（本大题共2小题,共15分）
11.（5分）为了减小“用油膜法估测分子的大小”的误差,下列方法可行的是 。
A.用注射器向量筒里滴100滴油酸酒精溶液,并读出量筒里这些溶液的体积V1,则每滴油酸酒精溶液的体积V2=
B.用浅盘水平放置,在浅盘里倒入一些水,使水面离盘口距离小一些
C.先在浅盘水中撒些痱子粉,再用注射器把油酸酒精溶液滴4滴在水面上
D.用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成矩形
【解析】如果100滴油酸酒精溶液的体积不是整体积数,那么估读的体积误差就大了,故选项A错。
选项B的分析是正确的。
多滴几滴确实对测量形成油膜的油酸体积会更精确些,但多滴以后会使油膜面积增大,可能使油膜这个不规则形状的一部分与浅盘的壁相接触,故选项C错。
实验中并不需要油膜是矩形,故选项D错。
答案:
B
12.（10分）某实验小组用油膜法估测油酸分子的大小,实验用油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中含有纯油酸1mL,1mL上述溶液有50滴,实验中用滴管吸取该油酸酒精溶液向浮有痱子粉的水面中央滴入一滴油酸酒精溶液。
（1）该实验中的理想化假设是（ ）
A.将油膜看作单分子层油膜
B.不考虑油分子间的间隙
C.不考虑油分子间的相互作用力
D.将油分子看成球形
（2）实验描出油酸薄膜轮廓如图,已知每一个小正方形的边长为2cm,则该油酸薄膜的面积为 m2（结果保留一位有效数字）。
（3）经计算,油酸分子的直径为 m（结果保留一位有效数字）。
（4）实验时观察到,油膜的面积会先扩张后又收缩了一些,原因是 。
【解析】
（1）在“用油膜法估测分子的大小”的实验中,我们的实验依据是:
①油膜是呈单分子层分布的;②把油酸分子看成球形;③不考虑分子之间的空隙,故A、B、D正确。
（2）由于每格边长为2cm,则每一格就是4cm2,估算油膜面积以超过半格以一格计算,小于半格就舍去的原则,估算出75格,则油酸薄膜面积为:
75×4cm2=
300cm2=3×10-2m2。
（3）1滴油酸酒精溶液中含油酸的体积:
V=
×
mL=2×10-5mL,由于油膜是单分子紧密排列的,因此分子直径为:
d=
=
m≈7×10-10m。
（4）实验时观察到,油膜的面积会先扩张后又收缩了一些,原因是油酸酒精溶液中的酒精溶于水中。
答案:
（1）A、B、D
（2）3×10-2 （3）7×10-10
（4）油酸酒精溶液中的酒精溶于水中
【总结提升】油膜法估测分子直径的实验原理
油酸是一种脂肪酸,它的分子的一部分和水分子的亲和力很强。
当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时,酒精溶于水或挥发,在水面上形成一层油酸薄膜,薄膜可认为是单分子油膜,如图所示。
将水面上形成的油膜形状画到坐标纸上,可以计算出油膜的面积,根据纯油酸的体积V和油膜的面积S,可以计算出油膜的厚度d=
即油酸分子的直径。
三、计算题（本大题共4小题,共45分。
要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位）
13.（10分）已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R,空气平均摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为NA,地面大气压强为p0,重力加速度大小为g。
由此可估算得,地球大气层空气分子总数为多少?
空气分子之间的平均距离为多少?
【解析】地面大气压强是由大气层对地球表面压力产生的。
根据p=
F=p0S=4πR2p0。
（2分）
这个压力等于大气层空气的总重力,即
4πR2p0=mg,
可求出m=
。
（2分）
根据n=
以及N=nNA,可计算出大气层空气分子总数N=
。
（2分）
由于大气层厚度h远小于地球半径R,地球大气层总体积可近似表示为V=4πR2h,（2分）
则每个分子所占空间V0=
=
如图所示,空气分子之间的平均距离
l=
。
（2分）
答案:
14.（10分）电压力锅是传统高压锅和电饭锅的升级换代产品,它结合了压力锅和电饭锅的优点,实现了全密封烹调,达到了省时省电的目的。
（1）如果某电压力锅的锅内气体的体积为V,气体的摩尔体积为VA,阿伏加德罗常数为NA,则锅内气体分子的个数有多少?
（2）如果压力锅正常工作时锅内的温度能保持在117℃,此时室温为27℃,试用热力学温度表示锅内温度和室温,并计算锅内食物升高了多少K?
【解析】
（1）分子个数N=nNA=
NA（4分）
（2）根据热力学温度和摄氏温度的关系,
锅内温度T1=t1+273K=390K（2分）
室温T2=t2+273K=300K（2分）
升高的温度ΔT=T1-T2=90K（2分）
答案:
（1）
NA
（2）390K 300K 90K
15.（12分）空调在制冷过程中,室内空气中的水蒸气接触蒸发器（铜管）液化成水,经排水管排走,空气中水分越来越少,人会感觉干燥。
某空调工作一段时间后,排出液化水的体积V=1.0×103cm3。
已知水的密度ρ=1.0×103kg/m3、摩尔质量M=1.8×10-2kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.0×1023mol-1。
试求:
（结果均保留一位有效数字）
（1）该液化水中含有水分子的总数N。
（2）一个水分子的直径d。
【解析】
（1）水的摩尔体积为
V0=
=
m3/mol=1.8×10-5m3/mol（3分）
水分子数:
N=
=
个
≈3×1025个。
（3分）
（2）建立水分子的球体模型有
=
πd3,（2分）
可得水分子直径:
d=
=
m≈4×10-10m。
（4分）
答案:
（1）3×1025个
（2）4×10-10m
【总结提升】估算类问题的处理方法
（1）突出主要因素,忽略次要因素,建立物理模型。
（2）挖掘隐含条件。
估算问题文字简洁,如果显性条件少,则必须认真审题,仔细推敲,找出隐含条件。
（3）适当选取数据,合理近似计算。
物理学中的估算类问题准确度要求不是很高,计算时可选取NA=6×1023mol-1。
16.（13分）在标准状况下有体积为V的水和体积为V的水蒸气,已知水的密度为ρ,阿伏加德罗常数为NA,水的摩尔质量为MA,在标准状况下水蒸气的摩尔体积为VA,求:
（1）标准状况下水分子与水蒸气分子的平均动能的大小关系;
（2）它们中各有多少水分子;
（3）它们中相邻两个水分子之间的平均距离。
【解析】
（1）标准状况下,它们的温度均为0℃,由于温度是分子平均动能的标志,所以水分子与水蒸气分子的平均动能相等。
（3分）
（2）体积为V的水质量为M=ρV,
分子个数为N=
NA=
NA;（2分）
体积为V的水蒸气,分子个数为N'=
NA。
（2分）
（3）设水中相邻的两个水分子之间的平均距离为d,将水分子视为球形,每个分子的体积为V0=
=
πd3,（2分）
解得d=
;（1分）
设水蒸气中相邻的两个水分子之间距离为d',将水分子占的空间视为正方体,则其体积为V'0=
=d'3,（2分）
解得d'=
。
（1分）
答案:
（1）相等
（2）
NA
NA
（3）
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