第1章 分子动理论 水平测评+知识网络构建-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册创新导学案课件PPT（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题只有一项符合题目要求，第8～10题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1．已知标准状况下，1 mol氢气的体积为22.4 L，氢气分子直径的数量级为(　　) A．10－7 m B．10－10 m C．10－11 m D．10－8 m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2．如图所示，二氧化氮气体的密度大于空气的密度，当抽掉玻璃板一段时间后，两个瓶子内颜色逐渐变得均匀。针对上述现象，下列说法正确的是(　　) A．此现象能说明分子间存在相互作用的引力 B．此现象与“扫地时灰尘飞扬”的成因相同 C．颜色变得相同后，瓶中气体分子停止运动 D．颜色变得相同后，上方瓶中气体密度比空气大 解析　此现象属于扩散现象，是分子无规则运动的结果，不能说明分子间存在相互作用的引力，故A错误；“扫地时灰尘飞扬”属于机械运动，与扩散现象的成因不同，故B错误；分子运动永不停息，故C错误；二氧化氮气体的密度大于空气的密度，颜色变得相同后，上方瓶中因有二氧化氮气体，所以密度比空气大，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3．一定质量的某种理想气体，在0 ℃和100 ℃ 温度下气体分子的运动速率分布曲线如图所示(ΔN为 对应速率区间的分子数，N为分子总数)。结合图像， 下列说法正确的是(　　) A．0 ℃温度下的图像与横轴围成的面积更大 B．100 ℃温度下，低速率分子占比更小，气体分子的总动能更大 C．相同体积下，0 ℃的气体对应的气体压强更大 D．相同体积下，100 ℃的气体在单位时间内与容器壁单位面积碰撞的分子数更少 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析　任何温度下的图像与横轴围成的面积都相等，都为100%，A错误；100 ℃温度下，低速率分子占比更小，分子平均动能更大，则气体分子的总动能更大，B正确；相同体积下，0 ℃的气体分子平均速率更小，则对应的气体压强更小，C错误；相同体积下，100 ℃的气体分子平均速率更大，则在单位时间内与容器壁单位面积碰撞的分子数更多，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 4．分子动理论较好地解释了物质的宏观热学性质。据此可判断下列说法中错误的是(　　) A．水凝结成冰后，水分子的热运动不会停止 B．温度相同的1 kg氮气和氢气分子总动能相同 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 解析　由热运动和扩散现象的特点易知A、D正确；氮气和氢气的摩尔质量不同，则1 kg氮气和氢气的分子数不同，而两者温度相同，则分子平均动能相同，故分子总动能不同，B错误；当r由小于r0处增大时，分子间作用力先表现为斥力后表现为引力，先做正功后做负功，分子势能先减小后增大，C正确。本题选择说法错误的，故选B。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 5．分子动理论较好地解释了物质的宏观热学性质，据此可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．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．氧气的温度升高，则某一个氧气分子的速率一定增大 D．1 g液氮沸腾变为氮气，内能增大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析　布朗运动是液体分子无规则运动的反映，A错误；分子之间的距离大于r0时，分子间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；气体分子速率分布遵循统计规律，氧气的温度升高，则氧气分子的平均速率增大，但某个氧气分子的速率可能减小，C错误；液氮沸腾变为氮气，温度不变，分子平均动能不变，而分子总数不变，则分子总动能不变，相邻分子平均间距从平衡间距r0增大到10r0，分子间作用力做负功，分子间的势能总和增大，则其内能增大，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 6．如图，将甲分子固定于坐标原点O处，乙 分子放置于r轴上距离O点很远的r4处，r1、r2、r3为 r轴上的三个特殊位置，甲、乙两分子间的作用力F 和分子势能Ep随两分子间距离r的变化关系分别如图 中两条曲线所示，现把乙分子从r4处由静止释放，下 列说法正确的是(　　) A．乙分子从r4到r2的过程中，分子势能Ep先减小后增大 B．当分子间距离r<r2时，甲、乙分子间作用力F表现为引力 C．乙分子从r4到r1的过程中，加速度a先减小后增大 D．虚线为Ep­r图线，实线为F­r图线 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析　当分子间作用力为零时，分子势能最小，则由图像可知，虚线为Ep­r图线，实线为F­r图线，故D正确；由虚线Ep­r图线可知，乙分子从r4到r2的过程中，分子势能Ep减小，故A错误；由A项分析可知，r2处为平衡位置，则当分子间距离r<r2时，甲、乙分子间作用力F表现为斥力，故B错误；由实线F­r图线可知，乙分子从r4到r1的过程中，分子间作用力F先增大，后减小，再增大，故加速度a先增大，后减小，再增大，故C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 7．某同学记录2021年11月19日教室内温度如下： 教室内气压可认为不变，则当天16：00与10：00相比，下列说法正确的是(　　) A．教室内空气密度增加 B．教室内空气分子平均动能增加 C．墙壁单位面积受到的气体压力增大 D．单位时间碰撞墙壁单位面积的气体分子数增加 时刻 8：00 10：00 12：00 14：00 16：00 温度 7 ℃ 11 ℃ 12 ℃ 17 ℃ 16 ℃ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析　当天16：00与10：00相比，温度升高，温度是分子平均动能的标志，则教室内分子平均动能增加，故B正确；因为教室内气压不变，则墙壁单位面积受到的气体压力不变，故C错误；又因为温度升高，空气分子的平均速率增大，单个空气分子对墙壁的平均作用力增大，则单位时间碰撞墙壁单位面积的气体分子数减小，教室内空气分子数密度减小，空气密度减小，故A、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 8．下面关于分子力的说法中正确的有(　　) A．铁丝很难被拉长，这一事实说明铁丝分子间存在引力 B．水很难被压缩，这一事实说明水分子间存在斥力 C．将打气管的出口端封住，向下压活塞，当空气被压缩到一定程度后很难再压缩，这一事实说明这时空气分子间作用力表现为斥力 D．水和酒精混合后的总体积小于二者原来的体积之和，这一事实说明分子间存在引力 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析　根据分子动理论可知，A、B正确。空气压缩到一定程度很难再压缩不是因为分子间斥力的作用，而是由于空气压缩到一定程度时，气体分子频繁撞击活塞产生的压强变得过大，压力较大，此时气体分子间距离大于平衡距离，分子间作用力表现为引力，C错误。水和酒精的总体积小于二者原来的体积之和，说明分子间有空隙，不是因为分子力的作用，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 10．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点时，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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析　Ep­r图像的斜率的绝对值表示分子力大小，乙分子在P点时，分子力为零，处于平衡状态，故加速度为零，加速度最小，A错误，C正确；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，B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(也可由Ep­r图像的斜率判断)，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 第Ⅱ卷(非选择题，共50分) 二、填空和实验题(本题共2小题，共14分) 11．(4分)图甲和乙是某同学从资料中查到 的两张记录水中炭粒运动位置连线的图片，记录 炭粒位置的时间间隔均为30 s，两方格纸每格表 示的长度相同。比较两张图片可知：若水温相 同，_______(选填“甲”或“乙”)中炭粒的颗粒较大；若炭粒大小相同，________(选填“甲”或“乙”)中水分子的热运动较剧烈。 甲 乙 解析　由题图可看出，图乙中炭粒的无规则运动更明显，表明图甲中炭粒更大或水分子的热运动不如图乙中剧烈。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 12．(10分)“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验步骤如下： A．将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓范围 内的方格数(正方形小方格的边长为2 cm)，求油膜面积S(如图所示)； B．将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油膜的形状稳定后， 将玻璃板放在盘上，用彩笔将薄膜的形状画在玻璃板上； C．向浅盘中装入约2 cm深的水，并撒上爽身粉或细石膏粉； D．用所学公式求出油膜厚度，即油酸分子的直径； E．在1 mL纯油酸中加入酒精，至油酸酒精溶液总体积为1000 mL； F．用滴管将配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，测得60滴溶液体积为1 mL。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (1)上述实验步骤的合理顺序是：EF________； (2)根据上述数据，每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________ mL；(保留两位有效数字) (3)根据上述数据及图中的面积，估测出油酸分子的直径是___________ m；(保留两位有效数字) CBAD 1.7×10－5 7.1×10－10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (4)关于本实验下列说法正确的有________； A．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 B．若油酸没有充分散开，油酸分子直径的计算结果将偏小 C．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，油酸分子直径的计算结果将偏大 D．在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时，滴数少记了几滴，油酸分子直径的计算结果将偏小 (5)该实验体现了理想化模型的思想，实验中我们的理想假设有________。 A．把油酸分子视为球形 B．油酸在水面上充分散开形成单分子油膜 C．油酸分子是紧挨着的没有空隙 D．油酸不溶于水 AC ABC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 三、论述、计算题(本题共3小题，共36分。解答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能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位) 13．(10分)科学家可以运用无规则运动的规律来研究生物蛋白分子。资料显示，某种蛋白的摩尔质量为60 kg/mol，其分子可视为半径为3.0×10－9 m的球，已知阿伏加德罗常数为6.0×1023 mol－1，请估算该蛋白的密度。(结果保留一位有效数字) 答案　9×102 kg/m3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 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，叠氮化钠(亦称“三氮化钠”，化学式NaN3)受撞击完全分解产生钠和氮气而充入气囊。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　 (3)3×10－9 m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 15．(14分)晶须是由高纯度单晶生长而成的微纳米级的短纤维，是一种发展中的高强度材料，具有电、光、磁、介电、导电、超导电性质。它是一些非常细、非常完整的丝状(截面为圆形)晶体。现有一根铁晶，直径D＝1.60 μm，用F＝0.0264 N的力能将它拉断，将铁原子当作球形处理。(铁的密度ρ＝7.92 g·cm－3，铁的摩尔质量为55.58×10－3 kg/mol，NA＝6.02×1023 mol－1) (1)求铁晶中铁原子的直径； (2)请估算拉断过程中最大的铁原子力f。 答案　(1)2.82×10－10 m　(2)8.25×10－10 N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R 解析　除有机大分子外，分子直径的数量级为10－10 m，B正确。由于气体分子间的距离远大于分子直径，用d＝eq \r(3,\f(V,NA))求出的是分子间的距离，而非分子的直径，故分子的直径不能用上式代入数据求解。 9．利用油膜法可粗略地测定分子的大小和阿伏加德罗常数。若已知n滴油的总体积为V，一滴油形成的单分子油膜面积为S，这种油的摩尔质量为M，密度为ρ，则每个油分子的直径D和阿伏加德罗常数NA分别为(　　) A．D＝eq \f(V,S) B．D＝eq \f(V,nS) C．NA＝eq \f(6n3MS3,ρV3) D．NA＝eq \f(6n3MS3,πρV3) 解析　根据题意，每一滴油的体积为eq \f(V,n)，油膜厚度即油分子直径为D＝eq \f(V,nS)，A错误，B正确；将油分子看作球形，每一个油分子的体积V0＝eq \f(πD3,6)＝eq \f(πV3,6n3S3)，一个油分子的质量为m0＝ρV0＝eq \f(\a\vs4\al(ρπV3),6n3S3)，阿伏加德罗常数为NA＝eq \f(M,m0)＝eq \f(6n3MS3,πρV3)，故C错误，D正确。 解析　(1)根据实验过程，可知题中实验步骤的合理顺序是：EFCBAD。 (2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V＝eq \f(1,60)×eq \f(1,1000) mL＝1.7×10－5 mL。 (3)正方形小方格边长为2 cm，则每一格面积是4 cm2，估算油膜面积时多于半格以一格计算，小于半格舍去，则油膜轮廓内有60格，油膜面积为S＝60×4 cm2＝2.4×10－2 m2，油酸分子直径为d＝eq \f(V,S)＝eq \f(1.7×10－5×10－6,2.4×10－2) m＝7.1×10－10 m。 (4)计算时利用的是纯油酸的体积，酒精的作用是更易于油酸平铺成单层薄膜，自身溶于水或挥发掉，使测量结果更精确，所以选用油酸酒精溶液而不是纯油酸，故A正确；计算油酸分子直径的公式是d＝eq \f(V,S)，V是纯油酸的体积，S是油膜的面积，若油酸没有充分散开，则测量的油膜面积S偏小，导致计算结果偏大，故B错误；计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，S将偏小，故得到的分子直径将偏大，故C正确；向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时，滴数少记了几滴，会导致油酸体积测量值偏大，由d＝eq \f(V,S)可知，油酸分子直径的计算结果将偏大，故D错误。 (5)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，实验中理想假设有：①让油膜尽可能散开，形成单分子层；②把油酸分子看成球形；③不考虑分子之间空隙。油酸本身不溶于水，不是理想假设。故选A、B、C。 解析　已知该蛋白的摩尔质量M＝60 kg/mol，设其摩尔体积为V，则其密度为ρ＝eq \f(M,V) 已知其分子半径为R＝3.0×10－9 m， 设其分子体积为V0，则有V＝V0NA V0＝eq \f(4,3)πR3 联立解得ρ＝9×102 kg/m3。 解析　(1)一个氮气分子的质量m＝eq \f(M,NA) 解得m＝5×10－26 kg。 (2)设气囊内氮气的物质的量为n，则有 n＝eq \f(\a\vs4\al(ρV),M) 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＝eq \f(V,N) 解得r＝3×10－9 m。 解析　(1)因为铁的摩尔质量 M＝55.58×10－3 kg/mol 所以铁原子的体积 V0＝eq \f(M,ρNA)＝eq \f(55.58×10－3,7.92×103×6.02×1023) m3 ＝1.17×10－29 m3 铁原子直径d＝eq \r(3,\f(6V0,π))＝2.82×10－10 m。 (2)因原子力的作用范围在10－10 m数量级，阻止拉断的原子力主要来自于断开截面上的所有原子对。当铁晶上的拉力分摊到一对铁原子上的力超过拉伸过程中的原子间最大原子力时，铁晶就被拉断。 单个原子球的截面积 S＝eq \f(πd2,4)＝6.24×10－20 m2 铁晶断面面积S′＝eq \f(πD2,4)＝2.01×10－12 m2 断面上排列的铁原子数N＝eq \f(S′,S)＝3.2×107 所以拉断过程中最大铁原子力 f＝eq \f(F,N)＝eq \f(0.0264,3.2×107) N＝8.25×10－10 N。 $$ 第一章　知识网络构建 6.02×1023 扩散 布朗 无规则 剧烈 斥 0 平衡位置 引 2 中间多 两头少 大 平均速率 数密度 温度 体积 温度 相对位置 所有 动能 势能 物质的量 温度 体积 3 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R eq \f(V,S) $$