第1章 分子动理论 水平测评-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册作业与测评word（人教版2019）

第一章　水平测评 本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间75分钟。 第Ⅰ卷(选择题，共50分) 一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题，只有一个选项符合题意；第8～10题，有多个选项符合题意，全部选对的得5分，选对而不全的得3分，错选或不选的得0分) 1．如图，横坐标v表示分子速率，纵坐标f(v)表示各等间隔速率区间的分子数占总分子数的百分比。图中曲线能正确表示某一温度下气体分子运动速率分布规律的是(　　) A．曲线① B．曲线② C．曲线③ D．曲线④ 答案　D 解析　由气体分子的速率总体呈现出“中间多、两头少”的分布特征可知，曲线①、③不符合分布规律，A、C错误；当v很大时，f(v)应趋于零，曲线②不符合分布规律，B错误；曲线④可以正确表示某一温度下气体分子运动速率分布规律，D正确。 2．关于布朗运动，下列说法中正确的是(　　) A．布朗运动是微观粒子的运动，牛顿运动定律不再适用 B．布朗运动是液体分子无规则运动的反映 C．强烈的阳光射入较暗的房间内，在光束中可以看到有悬浮在空气中的微尘不停地做无规则运动，这也是一种布朗运动 D．因为布朗运动的剧烈程度跟温度有关，所以布朗运动也叫作热运动 答案　B 解析　布朗运动是悬浮在液体中的微粒即宏观粒子的运动，其运动同样遵循牛顿运动定律，A错误；布朗运动虽然是微粒的运动，但却反映了液体分子的无规则运动，B正确；布朗运动无法用肉眼直接看到，空气中的微尘的运动是受小范围气旋的影响，不是布朗运动，C错误；热运动指分子的无规则运动，布朗运动不能称为热运动，故D错误。 3．某公司在组织团建活动时，为了增加现场氛围，在会场悬挂了很多的彩色气球，假设其中一只红色气球内气体在标准状况下体积为672 mL，已知气体在标准状态下的摩尔体积为V0＝22.4 L/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1，则气球内气体分子数为(　　) A．1.8×1021个 B．1.8×1022个 C．1.8×1023个 D．1.8×1024个 答案　B 解析　由题意可知气球内气体的物质的量为n＝＝ mol＝3×10－2 mol，则可知气球中气体分子的个数为N＝nNA＝3×10－2×6.0×1023个＝1.8×1022个，故选B。 4．对于地面所受到的大气压强，甲说：“这个压强就是地面上每平方米面积的上方整个大气柱对地面的压力，它等于地面上方的这一大气柱的重力”。乙说：“这个压强是由地面附近那些做无规则运动的空气分子对每平方米地面的碰撞造成的”。下列判断正确的是(　　) A．甲说的对 B．乙说的对 C．甲、乙说的都对 D．甲、乙说的都不对 答案　C 解析　地面上方整个大气柱可当作一个有质量的物体，大气柱对地面的压力等于大气柱的重力，甲从宏观角度分析大气压强，说法正确；大气柱对地面的压强，通过无规则运动的空气分子对地面的撞击产生，乙从微观角度分析大气压强，说法也正确。故C正确。 5．比较45 ℃的热水和100 ℃的水蒸气，下列说法正确的是(　　) A．热水分子的平均动能比水蒸气的大 B．热水的内能比相同质量的水蒸气的小 C．热水分子的速率都比水蒸气的小 D．热水分子的热运动比水蒸气的剧烈 答案　B 解析　温度是分子热运动平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大，故热水分子的平均动能比水蒸气的小，A错误；相同质量45 ℃的热水与100 ℃的水蒸气相比，分子总动能小，而相邻两分子间的势能也小(在热水中分子间距约为r0，在水蒸气中分子间距远大于r0)，则分子总势能也较小，故热水的内能比相同质量的水蒸气的小，B正确；温度越高，分子热运动的平均速率越大，则45 ℃的热水中分子的平均速率比100 ℃的水蒸气中分子的平均速率小，由于分子运动是无规则的，故并不是每个分子的速率都小，C错误；温度越高，分子热运动越剧烈，故D错误。 6．下面是某地区1～7月份气温与气压的对照表： 月份 平均最高气温/℃ 平均大气压/×105 Pa 1 1.4 1.021 2 3.9 1.019 3 10.7 1.014 4 19.6 1.008 5 26.7 1.003 6 30.2 0.998 7 30.8 0.996 由对照表可知，7月份与1月份相比较(　　) A．空气分子无规则热运动减弱 B．炒菜的香味散发得更慢 C．单位时间内空气分子对地面的撞击次数增加了 D．单位时间内空气分子对地面的撞击次数减少了 答案　D 解析　由题表数据可知，7月份比1月份气温高，则空气分子无规则热运动加剧，扩散加快，炒菜的香味散发得更快，A、B错误；7月份比1月份气温高，则7月份空气分子热运动的平均速率比1月份的大，7月份单个空气分子对地面的平均撞击力比1月份的大，而由题表数据知7月份的大气压强比1月份的小，则7月份与1月份相比，单位时间内空气分子对地面的撞击次数减少了，C错误，D正确。 7.如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子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。现把乙分子从A处由静止释放，选项中四个图分别表示乙分子的速度、加速度、势能、动能与两分子间距离的关系，其中大致正确的是(　　) 答案　B 解析　由A到C，分子力表现为引力，一直做正功，乙分子的速度一直增大，A错误；乙分子的加速度与甲分子对乙分子的作用力成正比，方向相同，B正确；两分子间作用力为零处，即F­x图线与x轴交点处乙分子的势能最小，则C点处分子的势能不是最小，C错误；乙分子的动能不可能为负值，且在A点Ek＝0，D错误。 8．在观察布朗运动的实验过程中，每隔5 s记录下颗粒的位置，最后将这些位置用直线依次连接，如图所示，则下列说法正确的是(　　) A．由图可以看出布朗运动是无规则的 B．图中是颗粒无规则运动的轨迹 C．若对比不同温度下的位置连线，可以看出温度高时布朗运动显著 D．若对比不同颗粒大小时的位置连线，可以看出颗粒小时布朗运动显著 答案　ACD 解析　由题意知，每隔5 s记录下颗粒的位置，最后将这些位置用直线依次连接，但因为颗粒的运动是无规则的，所以记录下的并不是颗粒的实际运动轨迹，A正确，B错误；温度越高，颗粒越小，布朗运动越显著，C、D正确。 9．阿伏加德罗常数为NA(mol－1)，铝的摩尔质量为M(kg/mol)，铝的密度为ρ(kg/m3)，则下列说法正确的是(　　) A．1 kg铝所含原子数为ρNA B．1 m3铝所含原子数为 C．1个铝原子的质量为(kg) D．1个铝原子所占的体积为(m3) 答案　BCD 解析　根据题意，一个铝原子的质量m＝(kg)，C正确；铝的摩尔体积为V＝(m3/mol)，所以1个铝原子占有的体积为V0＝(m3)＝(m3)，D正确；因为1个铝原子占有的体积是(m3)，所以1 m3铝所含原子数为N＝＝，B正确；因为1个铝原子的质量m＝(kg)，所以1 kg铝所含原子数为N′＝＝，A错误。 10．X、Y两容器中装有相同质量的氦气，已知X容器中氦气的温度高于Y容器中氦气的温度，但压强却低于Y容器中氦气的压强。由此可知(　　) A．X中氦气分子的平均动能一定大于Y中氦气分子的平均动能 B．X中每个氦气分子的动能一定都大于Y中每个氦气分子的动能 C．X中动能大的氦气分子数一定多于Y中动能大的氦气分子数 D．X中氦气分子的热运动一定比Y中氦气分子的热运动剧烈 答案　ACD 解析　分子的平均动能取决于温度，温度越高，分子的平均动能越大，但不一定每个分子的动能都大，A正确，B错误；根据Ek＝mv2，气体分子的动能也应遵从“中间多、两头少”的统计规律，且温度较高时动能大的分子所占比例一定多于温度较低时动能大的分子所占比例，再结合两容器中氦气质量相等，即氦气分子数相等，可知C正确；温度越高，分子的无规则热运动越剧烈，D正确。 第Ⅱ卷(非选择题，共50分) 二、填空与实验题(本题共2小题，共15分) 11．(7分)(1)两个同种分子组成的系统的分子势能Ep与分子间距r的关系如图所示。曲线斜率表示__________________； (2)假设这两个质量相同的分子只在分子力作用下绕两者连线的中点做匀速圆周运动，当两者相距为r1时，分子的加速度最大，此时两者之间的分子势能为Ep1，系统的动能与分子势能之和为E，求出此时两分子之间的分子作用力大小F分子＝________； (3)若(2)中一个分子在上图中O点，则另一个分子在________点(选填“A”“B”“C”或“D”)。 答案　(1)分子力的大小和方向 (2)　(3)C 解析　(1)由功能关系知，F分子·Δr＝－ΔEp，则F分子＝－，可知曲线的斜率表示分子力的大小和方向。 (2)由向心力公式可得F分子＝＝，系统的动能与分子势能之和为E＝Ep1＋2×mv2，联立可得此时两分子之间的作用力大小F分子＝。 (3)由(2)可知，两分子加速度最大，则它们间的分子力最大，且表现为引力，而Ep­r曲线的斜率表示分子力的大小和方向，r1处斜率为正(对应F分子指向O点，为引力)，且最大，则另一个分子在C点。 12．(8分)在粗测油酸分子大小的实验中，具体操作如下： ①取油酸0.2 mL注入250 mL容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到200 mL的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液； ②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒内液体达到1.0 mL为止，恰好共滴了100滴； ③在边长约40 cm的正方形浅水盘内注入约2 cm深的水，将爽身粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有爽身粉，可以清楚地看出油膜轮廓； ④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油酸膜的形状； ⑤如图所示，将画有油酸膜形状的玻璃板放在边长为1.0 cm的方格纸上。 (1)根据实验操作中的数据可知一滴油酸酒精溶液中所含的纯油酸体积为________ m3，油膜面积为________ m2，求得的油膜分子直径为________ m(此空结果取一位有效数字)。 (2)某同学将实验中得到的油酸分子直径和大多数同学的比较，发现数据都偏大，对于出现这种结果的原因分析可能正确的是________。 A．错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算 B．计算油酸膜面积时，错将不完整的方格作为完整方格处理 C．画油膜轮廓时，没等轮廓稳定下来就立刻画好 D．水面上爽身粉撒得较多，油酸膜没有充分展开 答案　(1)1×10－11　1.15×10－2　9×10－10 (2)ACD 解析　(1)根据题中已知条件可得，油酸酒精溶液中纯油酸的体积浓度为η＝，一滴油酸酒精溶液的体积为V0＝ mL，由此可得一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积为V＝V0η＝×10－6× m3＝1×10－11 m3。在计算油膜面积时，不足半格的舍去，大于半格的记为一格，通过数所形成油膜的轮廓内的格数，大约有115格，因此可得油膜的面积为S＝115×1×10－4 m2＝1.15×10－2 m2。根据以上数据可得油酸分子的直径为d＝＝ m＝9×10－10 m。 (2)错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算，则油酸体积偏大，因此计算得到的油酸分子的直径偏大，故A正确；计算油酸膜面积时，错将不完整的方格作为完整方格处理，则会导致油膜面积偏大，因此最终得到的油酸分子的直径将偏小，故B错误；油膜在水面上先扩大再缩小，最后稳定，如果没等轮廓稳定下来就立刻画好，可能会使得油膜的面积偏小，因此计算得到的油酸分子的直径偏大，故C正确；水面上爽身粉撒得较多，油酸膜没有充分展开，则会导致油膜面积偏小，从而使计算得到的油酸分子直径偏大，故D正确。 三、计算与解答题(本题共3小题，共35分。解答中应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不给分) 13．(10分)“可燃冰”是天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质，因其外观像冰，遇火即燃，因此被称为“可燃冰”，已知1 m3可燃冰可释放标准状况下的天然气164 m3。标准状况下1 mol气体的体积为22.4 L，标准状况下天然气的密度为0.67 kg/m3。阿伏加德罗常数取NA＝6.02×1023 mol－1。求： (1)1 cm3可燃冰所含甲烷分子数为多少？ (2)每个甲烷分子的质量为多少？(结果均保留两位有效数字) 答案　(1)4.4×1021个　(2)2.5×10－26 kg 解析　(1)1 cm3可燃冰可释放的天然气在标准状况下的体积为 V＝×164 m3＝164 cm3 标准状况气体的摩尔体积为 Vmol＝22.4 L/mol 则1 cm3可燃冰可释放的天然气的物质的量为n＝ 则1 cm3可燃冰所含甲烷分子数为N＝nNA 联立并代入数据解得N＝4.4×1021个。 (2)天然气的摩尔质量为Mmol＝ρVmol 每个甲烷分子的质量为m0＝ 联立并代入数据解得m0＝2.5×10－26 kg。 14．(12分)轿车中的安全气囊能有效保障驾乘人员的安全。轿车在发生一定强度的碰撞时，安全气囊会弹出，有氮气充入气囊。若充入氮气后安全气囊的容积V＝56 L，气囊中氮气的密度ρ＝1.25 kg/m3，已知氮气的摩尔质量M＝28 g/mol，阿伏加德罗常数NA＝6×1023 mol－1。请估算：(结果保留一位有效数字) (1)一个氮气分子的质量m； (2)气囊中氮气分子的总个数N； (3)气囊中氮气分子间的平均距离r。 答案　(1)5×10－26 kg　(2)2×1024个 (3)3×10－9 m 解析　(1)一个氮气分子的质量m＝ 解得m＝5×10－26 kg。 (2)设气囊中氮气的物质的量为n，则有n＝ N＝nNA 解得N＝2×1024个。 (3)气体分子间距较大，可以认为每个分子占据一个边长为r的立方体，则有r3＝ 解得r＝3×10－9 m。 15．(13分)如图1所示，A、B为某种物质的两个分子，以A为原点，沿两分子连线建立r轴。如果选取两个分子相距无穷远时的势能为零，则作出的两个分子之间的势能Ep与它们之间距离r的Ep­r关系图线如图2所示。假设分子A固定不动，分子B只在A、B间分子力的作用下运动(在r轴上)。当两分子间距离为r0时，B分子的动能为Ek0(Ek0<Ep0)。 (1)求A、B分子间的最大势能Epm； (2)利用图2，结合画图说明分子B在r轴上的运动范围； (3)若某固体由大量这种分子组成，当温度升高时，物体体积膨胀。试结合图2所示的Ep­r关系图线，分析说明这种物体受热后体积膨胀的原因。 答案　(1)Ek0－Ep0　(2)见解析　(3)见解析 解析　(1)当B分子速度为零时，两分子间的势能最大，根据能量守恒定律有Epm＝Ek0－Ep0。 (2)由Ep­r图像可知，当两分子间势能为Epm时，B分子对应r1和r2两个位置坐标，则B分子的活动范围为Δr＝r2－r1，如图所示。 (3)当物体温度升高时，分子在r0时的平均动能增大，Epm增大，分子的活动范围Δr将增大，由Ep­r图像可以看出，曲线两边不对称，当r<r0时曲线较陡，当r>r0时曲线较缓，导致分子的活动范围主要向r>r0方向偏移，从宏观来看物体的体积膨胀。 10 学科网（北京）股份有限公司 $$