1.3分子运动速率分布规律
共25题,满分100分
题号 一 二 三 四 总分
得分
注意事项:
1.答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息
2.请注意保持试卷的整洁
一、单选题(共20分)
1.(本题2分)如图为气体速率分布图,纵坐标表示该速率的分子占总分子数的百分比,图线下的面积为,图线下的面积为,下列说法正确的是( )
A. B. C. D.
2.(本题2分)一定质量的某气体在不同的温度下分子速率的麦克斯韦分布图如图中的1、2、3所示,图中横轴表示分子运动的速率v,纵轴表示该速率下的分子数与总分子数n的比值,记为,其中取最大值时的速率称为最概然速率,下列说法不正确的是( )
A.3条图线与横轴围成的面积相同
B.3条图线温度不同,且
C.图线3对应的分子平均动能最大
D.最概然速率是气体中任何分子最有可能具有的速率
3.(本题2分)下列说法正确的是( )
A.图(甲)为水中小炭粒沿折线运动,说明水分子在短时间内的运动是规则的
B.由图(乙)可知,温度升高后,所有分子速率都会增大
C.图(丙)中曲线①表示分子力随分子间距离的变化规律
D.图(丙)中r0处分子斥力为零
4.(本题2分)某地区1~6月份平均气温与平均大气压的对照表如下表所示,6月份与1月份相比较,下列说法正确的是( )
月份/月 1 2 3 4 5 6
平均气温/℃ 1.8 4.5 12.8 21.4 28.7 31.4
平均大气压/(×106Pa) 1.031 1.025 1.018 1.012 1.007 0.9764
A.空气中每个气体分子做无规则热运动速度加快了
B.空气中气体分子的平均动能增加了
C.单位时间内空气分子对地面单位面积的撞击次数增加了
D.速率大的空气分子所占比例较少
5.(本题2分)有关分子动理论,下列说法正确的是( )
A.温度相同的氢气和氧气内能一定相等
B.空气中PM2.5的无规则运动为分子的无规则运动
C.当分子力表现为引力时,分子势能随分子间距的增大而增大
D.密闭容器内的气体温度降低时,单位时间内容器壁的单位面积上受到气体分子撞击的次数增加
6.(本题2分)以下几种说法,正确的是( )
A.因为空气分子间存在斥力,所以用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.打开酒瓶后可嗅到酒的气味,说明分子在做无规则的运动
D.把碳素墨水滴入清水中,观察到的布朗运动,是碳分子无规则运动的反映
7.(本题2分)右图是一个测量分子速率分布的装置。圆筒绕其中心匀速转动,侧面开有狭缝N,内侧贴有记录薄膜,M为正对狭缝的位置。从原子炉R中射出的某指定温度的银原子蒸气穿过屏上s缝后进入狭缝N,在圆筒转动半个周期的时间内相继到达并沉积在薄膜上。一段时间后,展开的薄膜上银原子的分布最接近下图中的( )
A. B.
C. D.
8.(本题2分)如图所示为气体分子的速率分布图线。纵坐标表示速率分子占总体的百分比,图线1下方的面积为S1,图线2下方的面积为S2。则温度T和面积S的大小关系为( )
A.T1 > T2 B.T1 < T2
C.S1 > S2 D.S1 < S2
9.(本题2分)下列说法中正确的是( )
A.物体的温度升高时,其内部每个分子热运动的动能一定增大
B.气体压强的产生是大量气体分子对器壁持续频繁的碰撞引起的
C.物体的机械能增大,其内部每个分子的动能一定增大
D.分子间距离减小,分子间的引力和斥力一定减小
10.(本题2分)下列说法正确的是( )
A.气体的温度升高时,分子的热运动变得剧烈分子撞击器壁的作用力增大,气体的压强一定增大
B.气体的体积变小时,单位体积的分子数增多单位时间内打到器壁单位面积上的分子数增多,气体的压强一定增大
C.等温压缩过程中,气体压强增大是因为单个气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大
D.等压膨胀过程中,在相同时间内,气体分子对容器壁单位面积的冲量大小相等
二、多选题(共15分)
11.(本题3分)关于分子动理论,下列说法正确的是( )
A.若已知气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数,可求出一个气体分子的体积
B.气体温度升高时,速率较大的分子占总分子数的比例升高
C.布朗运动不是分子运动,但它能间接反映液体分子在做无规则的运动
D.分子间的引力总是随分子间距增大而增大
12.(本题3分)关于热现象和热学规律,下列说法中正确的是( )
A.只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数,就可以算出气体分子的体积
B.悬浮在液体中的固体微粒越小,布朗运动就越明显
C.密封在体积不变的容器中的气体,温度升高,气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大
D.用打气筒的活塞压缩气体很费力,说明分子间有斥力
E.物体的温度越高,分子热运动越剧烈,分子的平均动能就越大
13.(本题3分)氧气分子在0°C和100°C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 °C时的情形
D.与0°C时相比,100°C时氧气分子速率出现在0~400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大
14.(本题3分)关于气体的压强,下列说法正确的是( )
A.气体分子频繁地碰撞器壁是产生压力形成压强的重要因素
B.大量气体分子对器壁的碰撞满足统计规律,机会均等,故器壁各部分压强相等
C.温度升高,分子对器壁碰撞频繁,压强增大
D.温度一定时,体积变小,单位体积内分子数增多,对器壁碰撞更加频繁,压强增大
15.(本题3分)下列说法正确的是( )
A.布朗运动就是固体颗粒中的分子的无规则运动
B.用气筒给自行车胎打气,越打越费力,说明压缩后的气体分子间有斥力
C.物体的温度升高,分子平均动能一定增大
D.温度是描述热运动的物理量,一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同
三、填空题(共15分)
16.(本题3分)某学生在水瓶中装入半瓶热水盖紧瓶盖,一段时间后,该同学发现瓶盖变紧。其本质原因是单位时间内瓶盖受到瓶内气体分子的撞击次数 (选填“增加”、“减少”或“不变”),瓶内气体分子平均动能 (选填“增大”、“减小”或“不变”)。
17.(本题3分)中午时车胎内气体(视为理想气体)的温度高于清晨时的温度,若不考虑车胎体积的变化,则与清晨相比,中午时车胎内气体分子的平均动能 ,车胎内气体分子在单位时间内对车胎内壁单位面积的碰撞次数 。(均选填“增大”、“减小”或“不变”)
18.(本题3分)氧气分子在不同温度下单位速率区间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,则曲线2对应氧气分子平均动能 (选填“大于”或“小于”)曲线1对应氧气分子平均动能,两条曲线与横轴围成的面积 。(选填“相等”或“不相等”)
19.(本题3分)一定质量的理想气体,当体积保持不变时,其压强随温度升高而增大,用分子动理论来解释,当气体的温度升高时,其分子的热运动加剧,因此(1) ;(2) ,从而导致气体的压强增大。
20.(本题3分)密闭在钢瓶中的理想气体,温度升高时压强增大,从分子动理论的角度分析,这是由于分子热运动的 增大了,该气体在温度为T1、T2时的分子速率分布图象如图所示,则T1 T2(填“大于”或“小于”)
四、解答题(共50分)
21.(本题10分)在日常生活中,很多现象都遵循统计规律。根据本年级所有同学的身高数据,分别作出本班男生(或女生)和全年级男生(或女生)身高的分布曲线,观察并比较两个曲线的形状;了解人数占比最多的身高区间。
22.(本题10分)电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置,不同的电源非静电力做功的本领有所不同,物理学中用电动势来描述电源的这种特性。
(1)如图甲所示,固定于水平面的U形金属框架处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B,金属框两平行导轨间距为l。金属棒MN在外力的作用下,沿框架以速度v向右做匀速直线运动,运动过程中金属棒始终垂直于两平行导轨并接触良好。已知电子的电荷量大小为e,金属棒MN电阻为R,其他电阻均忽略不计。
a.在金属棒产生电动势的过程中,请说明是什么力充当非静电力,并根据电动势的定义求金属棒MN切割磁感线产生的感应电动势;
b.经典物理学认为,金属的电阻源于定向运动的自由电子和金属离子(即金属原子失去电子后的剩余部分)的碰撞。在此基础上,求出金属棒MN中金属离子对一个自由电子沿导线长度方向的平均作用力f的表达式。
(2)科学家发现导体两端的温度差也能产生电动势,这种电动势称为温差电动势,我们用图乙所示的简化模型来分析,一段长度为L的直导线AB沿Ox轴放置,A端位于坐标原点处。与恒温热源接触后,A端温度恒为,B端温度恒为()。假定导线上相同位置处的温度相同,不同位置处的温度沿x方向均匀变化,导线形状随温度的变化忽略不计。
a.若温差电动势的大小与导线两端的温度差成正比,比例系数为,求导线AB两端的电动势;
b.从微观上来看,可认为:温度越高,金属离子(即原子失去自由电子后的剩余部分)热运动的平均动能越大,与之相比,自由电子热运动平均动能随温度的变化可以忽略不计。如图乙所示,取导线中长为的一个薄层,自由电子受到左侧金属离子的碰撞比右侧的强,薄层两端就形成了压强差,自由电子会发生定向运动。已知薄层两端的压强差与其两端的温度差成正比,且比例系数为nk,n为单位体积内的自由电子数(假设导线中各处n都相同),k为常数。导线AB的横截面积为S,电子电荷量大小为e,忽略自由电子与金属离子之间及自由电子彼此间的库仑作用。请利用自由电子的受力特点,结合电动势的定义式,推导得出温差电动势的表达式。
23.(本题10分)如图所示,内壁光滑的圆柱形汽缸竖直放置,汽缸上、下两部分的横截面积分别为2S和S。在汽缸内有A、B两活塞封闭着一定质量的理想气体,两活塞用一根细轻杆连接,已知活塞A的质量是m,活塞B的质量是0.5m。当外界大气压强为p0时,两活塞静止于如图所示位置。求这时汽缸内气体的压强。
24.(本题10分)储气筒内压缩气体的温度是27℃,压强为40atm.从筒中放出一半质量的气体,并使筒内剩余气体温度降到12℃,这时剩余气体压强等于多少?
25.(本题10分)如图甲所示,密闭容器内封闭一定质量的气体,气体的压强是由气体分子间的斥力产生的吗?
(
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学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
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第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
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参考答案:
1.B
【详解】AB.由图可知,T2中速率大分子占据的比例较大,则说明T2对应的平均动能较大,故T2对应的温度较高,,故A错误,B正确。
CD.曲线下的面积表示分子速率从0-∞所有区间内分子数的比率之和,均为1,相等,即,故CD错误;
故选B。
2.B
【详解】A.因为该图线与横轴围成的面积表示分子总数,又因为该气体质量一定,所以分子总数一定,故3条图线与横轴围成的面积相同,故A正确;
BC.因为温度越高,速率大的分子占得比例越多,所以3条图线温度关系为
T1且温度越高,对应的分子平均动能越大,故图线3对应的分子平均动能最大,故B错误,C正确;
D.由题意知,f(v)取最大值时的速率称为最概然速率,即此时分子对应的速率所占比例最大,故最概然速率是气体中任何分子最有可能具有的速率,故D正确。
本题选不正确的,故选B。
3.C
【详解】A.图(甲)是每隔一定时间把水中炭粒的位置记录下来,然后用线段把这些位置按时间顺序依次连接起来,而炭粒本身并不是沿折线运动,该图说明炭粒的运动(布朗运动)是不规则的,从而反映了水分子运动的不规则性,故A错误;
B.由图(乙)可知,温度升高后,速率大的分子比例增大,但不是所有分子速率都会增大,故B错误;
C.图(丙)中曲线①在平衡距离r0处取值为零,所以表示分子力随分子间距离的变化规律,故C正确;
D.图(丙)中r0处,分子引力和斥力的合力为零,但引力和斥力均不为零,故D错误。
故选C。
4.B
【详解】AB.温度升高,分子无规则热运动加强,6月份与1月份相比较,平均气温升高了,气体分子的平均动能增加,分子平均速率增大,但是个别分子的速率变化无法确定,故A错误,B正确;
C.温度升高,分子的平均动能变大,但是压强减小,所以气体分子的密集程度减小,则单位时间内空气分子对地面单位面积的撞击次数减少,故C错误;
D.温度升高,分子的平均动能变大,分子的平均速率增大,速率大的分子所占比例较多,故D错误。
故选B。
5.C
【详解】A.温度是分子平均动能的标志,温度相同的氢气与氧气,分子平均动能相等,内能还与物质的质量,体积等有关,因此无法判断。故A错误;
B.空气中PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物,其运动是来自空气分子的各个方向的撞击不平衡所引起的,属于布朗运动。故B错误;
C.由分子力与分子间距离的关系可知,当分子力表现为引力时,随着分子间距的增大,分子力做负功,因此分子势能增大。故C正确;
D.一定质量的理想气体随着温度降低,分子平均动能减小,单位时间内容器壁单位面积上受到气体分子撞击的次数减少。故D错误。
故选C。
6.C
【详解】A.用气筒给自行车打气时,要用力才能压缩空气,这是打气筒内气体的压力的作用,不是分子斥力,选项A错误;
B.面包内的间隔比分子间隔大的很多,故用手捏面包,面包体积会缩小,不能说明分子间有间隙,选项B错误;
C.打开酒瓶后可嗅到酒的气味,说明分子在做无规则的运动,选项C正确;
D.把碳素墨水滴入清水中,观察到的布朗运动,这是水分子无规则运动的反映,选项D错误;
故选C.
7.A
【详解】根据气体分子速率分布规律可知速率很大和速率很小的分子比例较小,而速率中等的分子比例较大。根据圆筒转动的情况可知,速率越大的银原子所到达的位置越靠近M,速率越小的银原子所到达的位置越靠近N,速率中等的银原子所到达的位置分布在Q点附近。所以M和N附近银原子分布较少,Q点附近银原子分布较多。
故选A。
8.B
【详解】AB.气体的温度越高,速率较大的分子所占的比例越大,所以,故A错误、B正确;
CD.曲线下的面积表示分子速率从区间内分子数比率之和,所以两条曲线与横坐标围成的面积相等,故CD错误。
故选B。
9.B
【详解】物体的温度升高时,其内部分子的平均动能变大,并非每个分子热运动的动能都增大,选项A错误;气体压强的产生是大量气体分子对器壁持续频繁的碰撞引起的,选项B正确;宏观物体的机械能与微观分子的动能无关,选项C错误;分子间距离减小,分子间的引力和斥力都增大,选项D错误;故选B.
10.D
【详解】A.气体的温度升高时,分子的热运动变得剧烈分子撞击器壁的作用力增大,气体的压强不一定增大,因为气体做等压变化,温度升高,气体的体积增大,压强可以不变,所以A错误;
B.气体的体积变小时,单位体积的分子数增多单位时间内打到器壁单位面积上的分子数增多,气体的压强也不一定增大,因为气体做等压变化,温度降低,气体的体积减小,压强可以不变,所以B错误;
C.等温压缩过程中,气体压强增大不是因为单个气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大,而是单位时间内打到器壁单位面积上的分子数增多,所以C错误;
D.等压膨胀过程中,在相同时间内,气体分子对容器壁单位面积的冲量大小相等,所以D正确;
故选D。
11.BC
【详解】A.由气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数,可以算出气体分子所占的体积,但是得不到气体分子的体积,故A错误;
B.根据速率分布规律图,气体温度升高时,速率较大的分子占总分子数的比例升高,故B正确;
C.布朗运动是指悬浮在液体中微粒的无规则运动,不是液体分子的无规则运动,形成的原因是液体分子对悬浮微粒的无规则撞击,间接反映液体分子在做无规则的运动,故C正确;
D.分子间同时存在相互作用的引力和斥力,引力和斥力均随着分子间距离的增大而减小,故D错误。
故选BC。
12.BCE
【详解】A.由于气体分子距离较大,知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数,只能计算每个气体分子运动占据的空间体积,不可以算出气体分子的体积,选项A错误;
B.微粒越小,分子撞击后越容易改变运动状态,则布朗运动越明显,选项B正确;
C.容积一定,当温度升高时,气体分子运动越激烈,在单位时间内对单位面积的容器壁的撞击次数越多,气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大,选项C正确;
D.用打气筒的活塞压缩气体很费力,是因为气筒内压强很大造成的,不能说明分子间有斥力,选项D错误;
E.温度是分子平均动能的标志,温度越高分子平均动能越大,选项E正确;
故选BCE。
【点睛】本题考查了分子动理论的内容和物体的内能、气体的压强。
13.ABC
【详解】A.由题图可知,在0°C和100°C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,即相等,A正确;
BC.由图可知,具有最大比例的速率区间,100°C时对应的速率大,故说明实线为100°C的分布图像,故对应的平均动能较大,虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形,BC正确;
D.由图可知,0~400m/s段内,100°C对应的占据的比例均小于与0°C时所占据的比值,因此100°C时氧气分子速率出现在0~400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较小,D错误。
故选ABC。
14.ABD
【详解】A.气体分子频繁地碰撞器壁是产生压力形成压强的重要因素,A正确;
B.大量气体分子对器壁的碰撞满足统计规律,机会均等,故器壁各部分压强相等,B正确;
C.气体的体积一定时,温度升高,分子的平均动能增大,分子对器壁的撞击力增大,压强增大, C错误;
D.温度一定时,体积变小,单位体积内分子数增多,对器壁碰撞更加频繁,压强增大,D正确。
故选ABD。
15.CD
【详解】A.布朗运动就是固体颗粒中的无规则运动,固体颗粒不是分子,布朗运动反映了液体分子的无规则运动,故A错误;
B.用气筒给自行车胎打气,越打越费力,是因为车胎内的压强增大,而不是说明压缩后的气体分子间有斥力,故B错误;
C.温度是分子间平均动能的标志,则物体的温度升高,分子平均动能一定增大,故C正确;
D.温度是描述热运动的物理量,根据热力学第零定律可知,一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同,故D正确;
故选CD。
16. 减少 减小
【详解】[1][2]随着温度降低,内部气体的压强变小,瓶盖变紧。由于温度降低,则分子平均动能减小;由于平均动能减小,分子平均速率减小,则在其他条件不变的情况下,单位时间内瓶盖受到瓶内气体分子的撞击次数减少。
17. 增大 增大
【详解】[1]当车胎内气体的温度升高时,车胎内气体分子的平均动能增大。
[2]在分子数和体积不变的情况下,由于气体分了的平均速率变大,气体分子在单位时间内对车胎内壁单位面积的碰撞次数增大。
18. 大于 相等
【详解】[1]由图可知,具有最大比例的速率区间,曲线1对应的速率小,故说明曲线2为高温的分布图像,故对应的平均动能较大。
[2]在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,即相等。
19. 分子碰撞器壁的平均作用力增大 单位时间内对器壁单位面积上的碰撞次数增多
【详解】(1)(2)[1][2]根据题意可知,温度升高,说明分子热运动的平均动能增加,故气体分子碰撞器壁的平均冲击力增加,因为体积不变,所以单位时间内对器壁单位面积上的碰撞次数增多。
20. 平均动能 小于
【详解】[1][2]温度是分子平均动能的标志,温度升高时分子的平均动能变大,由分子速率分布图像可知,2状态的分子平均速率大于1状态的分子的平均速率,分子的平均动能大,温度高。
21.图见解析,在两个曲线图中,中等身高的比例多一些
【详解】图为本班男生和全年级男生身高的分布曲线,本班平均身高稍矮,在两个曲线图中,中等身高的比例多一些。
22.(1)a.洛仑兹力,,b.;(2)a.,b.
【详解】(1)a.金属棒MN向右切割磁感线时,棒中的电子受到沿棒向下的洛仑兹力,大小为
是这个力充当了非静电力。非静电力搬运电子所做的功为
根据电动势定义得
b.假设电子以速度v相对金属棒做匀速直线运动。因为金属棒MN的运动,电子受到沿棒方向的洛伦兹力的作用。沿导线方向,电子只受到金属离子的平均作用力f和洛伦兹力F作用,二力平衡则
(2)a.根据题意,有
b.方法一:根据题意,薄层两端的压强差为
薄层两端的温度差
薄层内电子受的合力为
则
薄层内共有电子个数
一个电子受力
非静电力做功
电动势的定义式为,则电动势为
方法二:根据题意,薄层两端的压强差为
薄层两端的温度差为
薄层内电子受的合力为
则
对于薄层内的自由电子来说,其电荷量
非静电力做功
电动势的定义,则电动势为
23.
【详解】取两活塞整体为研究对象,初始气体压强为p1,有
解得
故汽缸内气体的压强为。
24.
【详解】筒中放出一半气体,即剩下一半气体,体积也为原来的一半,在扩散充满储气筒.
根据气体状态方程
其中
得
25.不是,是分子撞击器壁而产生的
【详解】略
答案第1页,共2页
答案第1页,共2页