浙江专版2023_2024学年新教材高中物理第1章分子动理论过关检测新人教版选择性必修第三册

第一章过关检测

(时间:90分钟　满分:100分)

一、选择题Ⅰ(本题共8小题,每小题4分,共32分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,不选、多选、错选均不得分)

1.下列关于热运动的说法正确的是(　　)

A.水流速度越大,水分子的热运动越剧烈

B.水结成冰后,水分子的热运动停止

C.水的温度越高,水分子的热运动越剧烈

D.水的温度升高,每一个水分子的运动速率都会增大

答案:C

解析:水流速度是机械运动速度,不能反映热运动情况,选项A错误;分子在永不停息地做无规则运动,选项B错误;水的温度升高,水分子的平均速率增大,并非每一个水分子的运动速率都增大,选项D错误,C正确。

2.质量相同、温度相同的氢气和氧气,计算时忽略气体分子间的分子势能,它们的(　　)

A.分子数相同

B.内能相同

C.分子的平均速率相同

D.分子的平均动能相同

答案:D

解析:氧气和氢气的摩尔质量不同,质量相等的氧气和氢气的物质的量不同,所以分子数也不相同,故选项A错误。温度是分子平均动能的标志,温度相同时,氧气和氢气的分子平均动能相同,质量相同的氧气和氢气,氧气的分子数比氢气分子数少,分子平均动能相同,分子势能均为零,所以氧气的内能要比氢气的内能小,故选项B错误。温度相同时,氧气和氢气的分子平均动能相同,但由于氧气分子的质量比氢气分子的质量大,所以它们的平均速率并不相等,故选项C错误,D正确。

3.雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述,是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。雾霾中,各种悬浮颗粒物形状不规则,但可视为密度相同、直径不同的球体,并用PM10、PM2.5分别表示直径小于或等于10 μm、2.5 μm的颗粒物。某科研机构对某地区的检测结果表明,在静稳的雾霾天气中,近地面高度百米的范围内,PM10的浓度随高度的增加略有减小,大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小,且两种浓度分布基本不随时间变化。据此材料,以下叙述正确的是(　　)

A.PM10表示直径小于或等于1.0×10-6 m的悬浮颗粒物

B.PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其受到的重力

C.PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动

D.PM2.5的浓度随高度的增加逐渐增大

答案:C

解析:PM10表示直径小于或等于1.0×10-5m的悬浮颗粒物,选项A错误;颗粒物悬浮时,受到的空气分子作用力的合力与其重力相等,选项B错误;PM10和大悬浮颗粒物都在天空中做无规则运动,即它们在做布朗运动,选项C正确;由题意可知,PM2.5浓度随高度的增加逐渐减小,选项D错误。

4.已知地球的半径为6.4×103 km,水的摩尔质量为1.8×10-2 kg/mol,阿伏加德罗常数为6.02×1023mol-1,设想将1 g水均匀地分布在地球表面,估算1 m2的地球表面上分布的水分子数目约为(　　)

A.7×107 B.3×108

C.3×1011 D.7×1010

答案:A

解析:1g水所含分子数为n=NA,1m2地球表面上分布的水分子数为n'==7×107,故选项A正确。

5.下列说法正确的是(　　)

A.分子间的平均距离增大时,其分子势能一定增大

B.分子间的平均距离增大时,其分子势能一定减小

C.物体的体积增大时,其分子势能一定增大

D.0 ℃的水变成0 ℃的冰时,体积增大,分子势能减小

答案:D

解析:若分子间的平均距离在大于r0(r0约为10-10m)的范围内增大,由于分子间的作用力表现为引力,分子间平均距离增大时,分子力对分子做负功,分子势能将增大;若分子间的平均距离在小于r0的范围内增大,由于分子间的作用力表现为斥力,分子间平均距离增大时,分子力对分子做正功,分子势能将减小,选项A、B错误。由于物体的体积随分子间的平均距离的增大而增大,所以其分子势能随分子距离的变化,与分子势能随物体的体积的变化规律相同,选项C错误。水在0~4℃的范围内温度升高时,表现出反常膨胀的特性,温度升高,体积反而减小,0℃的冰体积最大,0℃的水变成0℃的冰时,由于要放热,而且温度不变,所以水的分子势能减小,选项D正确。

6.下列同学的观点,你认为正确的是(　　)

A.摔碎的陶瓷片不能拼在一起,是由于分子间的斥力大于引力

B.两分子间的距离增大,分子势能可能先增大后减小

C.-5 ℃时水已经结为冰,部分水分子已经停止了热运动

D.任何物体都具有内能,一般说来物体的温度和体积变化时它的内能会随之改变

答案:D

解析:摔碎的陶瓷片不能拼在一起,是因为分子间距离太大,不能到达分子间作用力的作用范围,故选项A说法不符合题意。两分子间的距离增大,分子势能可能先减小后增大,不可能先增大后减小,故选项B说法不符合题意。-5℃时水已经结冰,水分子仍在做无规则的热运动,故选项C说法不符合题意。任何物体都具有内能,一般来说物体的温度变化时分子动能变化,体积变化时分子势能发生变化,内能是分子动能和分子势能之和,物体的内能会随之改变,故选项D说法符合题意。

7.如图所示,纵坐标表示两个分子间引力、斥力的大小,横坐标表示两个分子的距离,图中实线a、虚线b分别表示两个分子间斥力、引力的大小随分子间距离变化的规律,c为两曲线的交点。则下列说法正确的是(　　)

A.a为斥力曲线,b为引力曲线,c点横坐标的数量级为10-10 m

B.a为引力曲线,b为斥力曲线,c点横坐标的数量级为10-10 m

C.若两个分子间距离大于c点的横坐标,则分子间作用力表现为斥力

D.两个分子间距离越大,分子势能一定越大

答案:A

解析:在F-r图像中,随着距离的增大斥力比引力变化得快,所以b为引力曲线,a为斥力曲线,c点横坐标的数量级为10-10m,选项A正确,B错误;若两个分子间距离大于c点的横坐标,则分子间作用力表现为引力,选项C错误;当分子间的距离小于c点的横坐标时,当距离增大时,分子力做正功,分子势能减小,选项D错误。

8.钻石是首饰和高强度钻头、刻刀等工具中的主要材料,设钻石的密度为ρ(单位为kg/m3),摩尔质量为M(单位为g/mol),阿伏加德罗常数为NA,已知1克拉等于0.2 g,则(　　)

A.a克拉钻石所含有的分子数为

B.a克拉钻石所含有的分子数为

C.每个钻石分子直径的表达式为(单位为m)

D.每个钻石分子直径的表达式为(单位为m)

答案:C

解析:a克拉钻石的物质的量为n=,所含的分子数为N=nNA=,故选项A、B错误;钻石的摩尔体积为V=

每个钻石分子体积为V0=

该钻石分子直径为d,则V0=

由上述公式可求得d=(单位为m),故选项C正确,D错误。

二、选择题Ⅱ(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)

9.关于布朗运动、分子动能、内能和温度,下列叙述正确的是(　　)

A.布朗运动是固体小颗粒的运动,是液体分子的热运动的反映

B.分子间的距离增大时,分子间的引力增大而斥力减小

C.物体的温度升高时,其中的每个分子的动能都将增大

D.温度低的物体内能不一定小

答案:AD

解析:布朗运动不是液体分子的运动,而是悬浮在液体中的小颗粒的运动,它反映了液体分子的运动,故选项A正确;分子间的距离增大时,分子间的引力与斥力都减小,故选项B错误;由于分子运动的无规则性,温度升高时,不是每个分子的动能都增加,故选项C错误;物体的内能取决于温度、体积及物体的质量,所以温度低的物体内能不一定小,故选项D正确。

10.某气体的摩尔质量为M,分子质量为m。若1 mol该气体的体积为Vmol,密度为ρ,则该气体单位体积分子数为(阿伏加德罗常数为NA)(　　)

A. B.

C. D.

答案:ABC

解析:根据题意,气体单位体积分子数是指单位体积气体分子的数量,选项A中NA是指每摩尔该气体含有的气体分子数量,Vmol是指每摩尔该气体的体积,两者相除刚好得到单位体积该气体含有的分子数量,选项A正确;选项B中,摩尔质量M与分子质量m相除刚好得到每摩尔该气体含有的气体分子数,即为NA,此时就与选项A相同了,故选项B正确;选项C中,气体摩尔质量与其密度相除刚好得到气体的摩尔体积Vmol,所以选项C正确,D错误。

11.氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是(　　)

A.图中两条曲线下面积相等

B.图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形

C.图中实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形

D.图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目

答案:ABC

解析: 由题图可知,在0℃和100℃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,故选项A符合题意。温度是分子平均动能的标志,温度越高,分子的平均动能越大,虚线为氧气分子在0℃时的情形,分子平均动能较小,故选项B符合题意。实线对应的最大比例的速率区间内分子动能大,说明实验对应的温度高,为100℃时的情形,故选项C符合题意。图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子占据的比例,但无法确定分子具体数目,故选项D不合题意。

12.图中甲、乙两图分别表示两个分子之间分子间作用力和分子势能随分子间距离变化的图像。由图像判断下列说法正确的是(　　)

A.当分子间距离为r0时,分子间作用力和分子势能均最小且为零

B.当分子间距离r>r0时,分子间作用力随分子间距离的增大而增大

C.当分子间距离r>r0时,分子势能随分子间距离的增大而增大

D.当分子间距离r<r0时,若分子间距离逐渐减小,分子间作用力和分子势能都逐渐增大

答案:CD

解析:由题图可知,当分子间距离为r0时,分子间作用力和分子势能均最小,但分子势能不一定为零,要看参考平面的选取,故选项A错误;由题图可知,当分子间距离r>r0时,分子间作用力表现为引力,随分子间距离的增大先增大后减小,故选项B错误;由题图可知,当分子间距离为r0时,分子势能最小,分子势能随分子间距离的增大而增加,故选项C正确;由题图可知,当分子间距离为r0时,分子间作用力和分子势能均最小,分子间距离逐渐减小,分子间作用力和分子势能都逐渐增加,故选项D正确。

三、非选择题(本题共4小题,共52分)

13.(8分)在用油膜法估测油酸分子的大小实验中,有下列实验步骤。

①往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水,待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上。

②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴1滴在水面上,待油膜形状稳定。

③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上,计算出油膜的面积,根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小。

④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下量筒内每增加一定体积时的滴数,由此计算出1滴油酸酒精溶液的体积。

⑤将玻璃板放在浅盘上,然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。

完成下列填空。

(1)上述步骤中,正确的顺序是　　　　　　。(填写步骤前面的数字) 

(2)将1 cm3的油酸溶于酒精,制成300 cm3的油酸酒精溶液;测得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴。现取1滴该油酸酒精溶液滴在水面上,测得所形成的油膜的面积是0.13 m2。

由此估算出油酸分子的直径为　　　　 m。(结果保留1位有效数字) 

答案:(1)④①②⑤③　(2)5×10-10

解析:(1)实验时先配溶液,然后再将痱子粉撒入水中,将液滴滴入水中,描绘轮廓,计算面积,因此正确的操作顺序是④①②⑤③。

(2)根据题意可得d=m=5×10-10m。

14.(12分)在用油膜法估测分子的大小的实验中,所用油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL,用注射器测得1 mL上述溶液为75滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里,待水面稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔在玻璃板上描出油膜的轮廓,再把玻璃板放在坐标纸上,其形状和尺寸如图所示,坐标中正方形方格的边长为1 cm。

(1)把1滴油酸酒精溶液滴在水面上,在水面上形成油酸薄膜,认为薄膜是由　　　　油酸分子组成的,并把油酸分子简化成　　　　,油膜的　　　　被认为是油酸分子的直径。 

(2)油酸薄膜的面积是　　　　 cm2。 

(3)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是　　　 mL。 

(4)按以上实验数据估测出油酸分子直径约为　　　 m。(保留1位有效数字) 

答案:(1)单层的　球形　厚度

(2)116

(3)8×10-6

(4)7×10-10

解析:(1)酒精溶于水,油酸在水面上形成一单分子薄膜,所以认为油酸薄膜是由单层的油酸分子组成的,并且把油酸分子简化成球形,便于计算,油膜的厚度就可以被认为是油酸分子的直径。

(2)根据数方格数的原则“多于半个的算一个,不足半个的舍去”可数出共有116个方格,故油膜的面积S=116×1cm2=116cm2。

(3)1滴油酸酒精溶液的体积V'=mL,1滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积V=V'=8×10-6mL。

(4)油酸分子的直径d=m=7×10-10m。

15.(14分)空调在制冷过程中,室内水蒸气接触蒸发器(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=1.0×103 cm3。已知水的密度ρ=1.0×103 kg/m3、摩尔质量M=1.8×10-2 kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.0×1023 mol-1。求:(结果均保留1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。

答案:(1)3×1025　(2)4×10-10 m

解析:(1)液化水的质量m=ρV=1.0×103×1.0×103×10-6kg=1.0kg

水分子数

N=NA==3×1025。

(2)建立水分子的球体模型有

πd3

V0=m3/mol=1.8×10-5m3/mol

可得水分子直径

d=m=4×10-10m。

16.(18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=0.026 4 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/cm3,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间作用力F'。

答案:(1)2.82×10-10 m　(2)8.25×10-10 N

解析:(1)因为铁的摩尔质量M=55.58×10-3kg/mol

所以铁原子的体积V0==m3=1.17×10-29m3

铁原子直径d==2.82×10-10m。

(2)因原子力的作用范围在10-10m数量级,阻止拉断的原子力主要来自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==6.24×10-20m2

铁晶断面面积S'==2.01×10-12m2

断面上排列的铁原子数N==3.2×107

所以拉断过程中最大铁原子间作用力

F'=N=8.25×10-10N。