2020高考物理單元卷 分子動理論與統(tǒng)計觀點

第五模塊 第11章 第1單元 一、選擇題 1．(2020年北京卷)做布朗運動實驗，得到某個觀測記錄如圖5.圖中記錄的是 圖5 (　　) A．分子無規(guī)則運動的情況 B．某個微粒做布朗運動的軌跡 C．某個微粒做布朗運動的速度—時間圖線 D．按等時間間隔依次記錄的某個運動微粒位置的連線 解析：微粒在周圍液體分子無規(guī)則碰撞作用下，做布朗運動，軌跡是無規(guī)則的，實際操作中不易描繪出微粒的實際軌跡；而按等時間間隔依次記錄的某個運動微粒位置的連線的無規(guī)則，也能充分反映微粒布朗運動的無規(guī)則，本實驗記錄描繪的正是某一粒子位置的連線，故選D. 答案：D 圖6 2．如圖6所示，甲分子固定在坐標(biāo)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(guān)系如圖6中曲線所示．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(dāng)兩分子由無窮遠處相互靠近的過程中，分子力先表現(xiàn)為引力，后表現(xiàn)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(guān)系可知，分子勢能先減小后增大．結(jié)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 3．氣體分子運動具有下列特點 (　　) A．氣體分子間的碰撞頻繁 B．同種氣體中所有的分子運動速率基本相等 C．氣體分子向各個方向運動的可能性是相同的 D．氣體分子的運動速率分布具有“中間多，兩頭少”的特點 解析：由分子動理論，氣體分子間距較大，分子做無規(guī)則運動時，碰撞頻繁，但其分子的速率大小不一，其速率分布具有“中間多，兩頭少”的特點；由于其在做無規(guī)則運動，向各個方向運動的可能性是相同的． 答案：ACD 4．分子動理論較好地解釋了物質(zhì)的宏觀熱力學(xué)性質(zhì)．據(jù)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(dǎo)體材料中摻入其它元素 解析：分子間作用力隨距離的變化而變化，若r<r0時，隨分子間距離r的增大，分子力減小；若r>r0時，隨分子間距離r的增大，分子力可能先增大后減小，故B項說法是錯誤的． 答案：B 5．下列關(guān)于分子力和分子勢能的說法中，正確的是 (　　) A．當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的增大而增大 B．當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的增大而減小 C．當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的減小而增大 D．當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的減小而減小 解析：當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時，即r>r0時，分子間距離繼續(xù)增大，由圖7甲知，分子力表現(xiàn)為引力，總的分子力先增大后減小，表現(xiàn)為斥力時，亦可根據(jù)此圖分析．分析分子勢能隨分子間距離的變化如圖7乙所示． 圖7 當(dāng)分子間距為r0時為平衡位置，當(dāng)r>r0時分子間表現(xiàn)為引力，總的分子力隨r的增大而先增大后減小，而分子力做負功，分子勢能增大，故A、B錯． 當(dāng)r<r0時分子間表現(xiàn)為斥力，且隨著r的減小而增大，當(dāng)r減小時分子力做負功，分子勢能增大，故選項C正確，D錯． 答案：C 圖8 6．如圖8所示，甲分子固定在坐標(biāo)原點O，乙分子位于x軸上，甲分子對乙分子的作用力與兩分子間距離的關(guān)系如圖中曲線所示．F>0為斥力，F(xiàn)<0為引力．A、B、C、D為x軸上四個特定的位置，現(xiàn)把乙分子從A處由靜止釋放，選項中四個圖分別表示乙分子的速度、加速度、勢能、動能與兩分子間距離的關(guān)系，其中大致正確的是 (　　) 解析：乙分子的運動方向始終不變，A錯誤；加速度與力的大小成正比，方向與力相同，故B正確；乙分子從A處由靜止釋放，分子勢能不可能增大到正值，故C錯誤；分子動能不可能為負值，故D錯誤． 答案：B 7．若以μ表示水的摩爾質(zhì)量，v表示在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣的摩爾體積，ρ為在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣的密度，NA為阿伏加德羅常數(shù)，m、Δ分別表示每個水分子的質(zhì)量和體積，下面四個關(guān)系式，其中正確的是 (　　) ①NA＝?、讦眩健、踡＝?、堞ぃ? A．①和②　　　　　　　B．①和③ C．③和④ D．①和④ 解析：NA＝＝，NA＝，所以m＝，B選項正確． 答案：B 8．下列說法正確的是 (　　) A．如果取水平地面為零勢能的參考面，則靜止在水平地面上的物體的機械能和內(nèi)能都為零 B．如果取水平地面為零勢能的參考面，則靜止在水平地面上的物體的機械能為零，內(nèi)能不為零 C．一個裝有氣體的絕熱密封容器做勻速運動，如果使容器突然停止運動，則氣體的溫度要升高 D．一個裝有氣體的絕熱密封容器做勻速運動，如果使容器突然停止運動，則氣體的溫度保持不變 解析：取水平地面為零勢能面，靜止在水平面上的物體動能和重力勢能都為零，故機械能為零；而物體的內(nèi)能與零勢能面的選取無關(guān)，內(nèi)能不為零．絕熱容器突然停止勻速運動，分子與器壁碰撞，機械能將轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，氣體分子的動能增加，分子勢能不變，故選項B、C正確． 答案：BC 二、填空題 9．如圖9所示為測定氣體分子速率的實驗裝置，整個裝置放在真空中，其中O是產(chǎn)生金屬蒸氣的氣源，W1、W2為相距為L的兩同軸圓盤，S1、S2為W1、W2圓盤上的狹縫，兩縫夾角為α，P是接受分子的顯示屏．金屬在蒸氣源中被加熱后，從狹縫S逸出經(jīng)S′后形成一窄束分子流．當(dāng)圓盤W1、W2靜止時，由于其上的狹縫S1與S2有一夾角α，所以穿過S1的分子流不能穿過S2；但是，當(dāng)W1、W2繞公共軸以角速度ω轉(zhuǎn)動時，通過狹縫S1的部分分子通過S2射到屏上，可以確定這部分分子的速度為________．(分子通過L的時間小于圓盤的轉(zhuǎn)動周期) 圖9 解析：由題意知：分子通過S1運動L距離達到W2，如果此時S2正好轉(zhuǎn)到此位置，分子可以射到屏上，分子運動L距離的時間與圓盤轉(zhuǎn)過α角的時間相等，即t＝，v＝，所以v＝. 答案： 三、計算題 圖10 10．實際應(yīng)用中，常用到一種雙金屬溫度計，如圖10乙所示．已知其中雙金屬片被加熱時，其彎曲程度會增大，則： (1)說明該溫度計的測溫原理． (2)結(jié)合圖甲判斷雙金屬溫度計的內(nèi)、外層分別為何種金屬． (3)這種溫度計與水銀溫度計相比，有什么優(yōu)點和缺點？ 解析：(1)雙金屬溫度計是利用熱膨脹系數(shù)不同的銅、鐵兩種金屬制成的雙金屬片，是運用其彎曲程度隨溫度變化的原理來工作的． (2)題圖甲中，加熱時，雙金屬片彎曲程度增大，即進一步向上彎曲，說明雙金屬片下層熱膨脹系數(shù)較大，即銅的熱膨脹系數(shù)較大．圖乙中，溫度計示數(shù)是順時針方向增大，說明當(dāng)溫度升高時溫度計指針順時針方向轉(zhuǎn)動，則其雙金屬片的彎曲程度在增大，故可以推知雙金屬溫度計的內(nèi)層一定是鐵，外層一定是銅． (3)優(yōu)點是：無危害、讀數(shù)清晰、堅固耐用等． 缺點是：不能測量0℃以下的溫度等． 答案：(1)雙金屬片的彎曲程度隨溫度變化 (2)內(nèi)層是鐵外層是銅 (3)優(yōu)點是：無危害、讀數(shù)清晰、堅固耐用等． 缺點是：不能測量0℃以下的溫度等． 11．銅的摩爾質(zhì)量為6.35×10－2 kg、密度為8.9×103 kg/m3，阿伏加德羅常數(shù)為6.0×1023 mol－1.求： (1)銅原子的質(zhì)量和體積． (2)1 m3銅所含原子的數(shù)目． (3)估算銅原子的直徑． 解析：(1)1 mol銅含有銅原子數(shù)目等于阿伏加德羅常數(shù)，故銅原子的質(zhì)量 m＝＝ kg＝1.05×10－25 kg① 銅原子的體積 V0＝＝ ＝ m3＝1.19×10－29 m3② (2)1 m3銅的物質(zhì)的量為 n′＝＝ mol＝1.4×105 mol③ 1 m3銅所含原子數(shù)目 n＝n′×NA＝1.4×105×6.0×1023個＝8.4×1028個④ (3)把銅原子看成球體，設(shè)銅原子的直徑為D，則 V0＝π()3＝πD3＝⑤ D＝＝ m ＝2.8×10－10 m⑥ 答案：(1)1.05×10－25 kg　1.19×10－29 m3 (2)8.4×1028個　(3)2.8×10－10 m 12．新華社北京2020年11月12日電：在中國探月工程一期即“嫦娥一號”圓滿成功的同時，中國探月工程二期也已啟動．其中，嫦娥二號衛(wèi)星將于2020年底前完成發(fā)射．已知大氣壓強是由于大氣的重力而產(chǎn)生的，某學(xué)校興趣小組的同學(xué)，通過查資料知道：月球半徑R＝1.7×106 m，月球表面重力加速度g＝1.6 m/s2.為開發(fā)月球的需要，設(shè)想在月球表面覆蓋一層厚度為h的大氣，使月球表面附近的大氣壓達到p0＝1.0×105 Pa，已知大氣層厚度h＝1.3×103 m比月球半徑小得多，假設(shè)月球表面初始沒有空氣．試估算 (1)應(yīng)在月球表面添加的大氣層的總質(zhì)量m； (2)月球大氣層的分子數(shù)為多少； (3)分子間的距離為多少？(空氣的平均摩爾質(zhì)量M＝2.9×10－2 kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.0×1023 mol－1) 解析：(1)月球的表面積S＝4πR2 月球大氣的重力與大氣壓力大小相等mg＝p0S 所以大氣的總質(zhì)量m＝ 代入數(shù)據(jù)可得 m＝×1.0×105 kg≈2.27×1018 kg. (2)月球大氣層的分子數(shù)為N＝NA＝×6.0×1023個≈4.7×1043個． (3)可以認為每一個氣體分子占據(jù)空間為一個立方體，小立方體緊密排列，其邊長即為分子間的距離．設(shè)分子間距離為a，大氣層中氣體的體積為V，則有 V＝4πR2h，a＝ a＝＝ ≈1.0×10－9 m. 答案：(1)2.27×1018 kg　(2)4.7×1043個　(3)1.0×10－9 m