高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第一章 分子动理论综合与测试学案设计

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第一章 分子动理论综合与测试学案设计，共11页。学案主要包含了单项选择题，多项选择题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

一、单项选择题(本题8小题，每小题3分，共24分)
1．(2020·洛阳市第一高级中学高二月考)在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用，下列说法符合历史事实的是( )
A．德布罗意大胆的把光的波粒二象性推广到了实物粒子，提出实物粒子也具有波动性的假设
B．贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，发现了原子中存在原子核
C．卢瑟福通过α粒子散射实验，证实了在原子核内存在质子
D．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的偏转实验，发现了阴极射线就是高速氦核流
答案 A
解析 德布罗意大胆的把光的波粒二象性推广到了实物粒子，提出实物粒子也具有波动性的假设，选项A正确；贝克勒尔首先发现天然放射性现象，但没有发现原子中存在原子核，选项B错误；卢瑟福通过α粒子散射实验的研究得到了原子的核式结构理论，选项C错误；汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线就是高速电子流，选项D错误．
2．(2020·都昌县狮山中学高二月考)关于晶体和非晶体及分子势能，以下说法错误的是( )
A．气体对外做功，其内能可能增加
B．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体
C．分子势能可能随分子间距离的增加而增加
D．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体
答案 B
解析 内能改变有两种方式，做功和热传递，由于未说明传热情况，故内能可能增加，A选项正确；烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明云母片导热各向异性，所以云母片是晶体，而非蜂蜡，B选项错误；当r＞r0时，间距增大，分子力做负功，分子势能增大，C选项正确；晶体和非晶体可以相互转变，比如天然的水晶是晶体，而熔融后的玻璃是非晶体，D选项正确，本题选错误的，故选B.
3．(2020·北京高二月考)下列说法中正确的是( )
图1
A．图1甲中，两个分子从很远处逐渐靠近，直到不能再靠近为止的过程中，分子间相互作用的合力先变小后变大
B．乙图中，在测量分子直径时，可把油膜厚度视为分子直径
C．丙图中，猛推木质推杆，密闭的气体温度升高，压强变大，气体对外界做功
D．丁图中，电冰箱的工作过程表明，热量可以自发的从低温物体向高温物体传递
答案 B
解析 题图甲中两个分子从很远处逐渐靠近的过程中，分子引力和斥力都增大，但引力大于斥力，分子力表现为引力并且分子力先增大后减小，当减小到零后，随两分子靠近，分子力表现为斥力，并且逐渐增大，故A错误；题图乙中是单分子油膜，因此油膜厚度就可以视为分子直径，故B正确；丙图中，猛推木质推杆，由于速度快，热传递没来得及进行，只有外界对气体做功，内能增大，压强变大，温度升高，故C错误；根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体转移到高温物体，故D错误．
4．(2020·上海市高三二模)很多家庭的玻璃窗都是双层的，两层玻璃间会残留一些密闭的稀薄气体．当阳光照射玻璃时，其间的密闭气体( )
A．分子平均距离增大 B．每个分子速率均增大
C．密度增大 D．分子平均动能增大
答案 D
解析 因为是密闭气体，则气体的体积不变，分子平均距离不变，选项A错误；光照使得密闭气体温度升高，分子平均动能变大，但并非每个分子速率均增大，选项B错误，D正确；因气体质量和体积都不变，则气体的密度不变，选项C错误．
5.(2020·五华县水寨中学高二开学考试)自热米饭盒内有一个发热包，遇水发生化学反应而产生大量热能，不需要明火，温度可超过100 ℃，盖上盒盖便能在10～15分钟内迅速加热食品．如图2，自热米饭的盖子上有一个透气孔，如果透气孔堵塞，容易造成小型爆炸．有关自热米饭盒爆炸的说法，正确的是( )
图2
A．自热米饭盒爆炸，是盒内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果
B．在自热米饭盒爆炸的瞬间，盒内气体内能增加
C．在自热米饭盒爆炸的瞬间，盒内气体温度降低
D．自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，标志着每一个气体分子速率都增大了
答案 C
解析 自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，由分子动理论知，体积不变，气体分子间分子力(引力)可忽略不计，分子间相互作用力不变，选项A错误；根据热力学第一定律，爆炸前气体温度升高，内能应增大，突然爆炸的瞬间气体对外界做功，其内能应减少，温度也会有所下降，选项B错误，C正确；自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，分子平均动能增加，但并不是每一个气体分子速率都增大，故D选项错误．
6．(2020·安徽高二月考)核电池是利用放射性同位素衰变放出载能粒子(如α粒子、β粒子和γ射线)并将其能量转换为电能的装置．某型号核电池的放射源是钚－238，其衰变方程为：eq \\al(238, 94)Pu→X＋eq \\al(4,2)He＋γ，则下列说法正确的是( )
A．eq \\al(4,2)He粒子和γ粒子均属于实物粒子
B．钚－238的半衰期与原子所处环境的压强、温度有关
C．X的中子数为142
D．eq \\al(4,2)He粒子的穿透能力比γ粒子强
答案 C
解析 γ粒子是电磁波，不是实物粒子，A项错误；元素的半衰期与原子所处环境的压强、温度无关，B项错误；根据质量数、电荷数守恒可知，X的质子数为92，核子数为234，可知中子数为142，C项正确；eq \\al(4,2)He粒子的穿透能力比γ粒子弱，D项错误．
7．(2020·松滋市第一中学高二期中)原子弹、氢弹都被称为核武器，都可以瞬间产生巨大的能量，在结构上它们又有很大的区别，它们所涉及的基本核反应方程为(1)eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(90,38)Sr＋eq \\al(136, 54)Xe＋keq \\al(1,0)n，(2)eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋deq \\al(1,0)n，关于这两个方程的下列说法正确的是( )
A．方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝2
B．方程(2)是原子弹涉及的核反应方程
C．方程(1)属于α衰变
D．方程(2)属于轻核聚变
答案 D
8.已知金属锌发生光电效应时产生的光电子的最大初动能Ek跟入射光的频率ν的关系图象如图3中的直线1所示．某种单色光照射到金属锌的表面时，产生的光电子的最大初动能为E1.若该单色光照射到另一金属表面时产生的光电子的最大初动能为E2，E2图3
A．a B．b
C．c D．上述三条图线都不正确
答案 A
解析 根据光电效应方程知，Ek－ν为一次函数，斜率是普朗克常量h，h是确定的值，虽然两金属的逸出功不同，但两个Ek－ν图象的斜率相同，两个直线平行，同时再利用Ek＝hν－W0，结合题意E2二、多项选择题(本题4小题，每小题4分，共16分)
9．(2020·南宁三中高二期中)基于图4中四幅图的叙述正确的是( )
图4
A．由图甲可知，黑体温度升高时，各种波长的电磁波辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
B．由图乙可知，a光光子的频率高于b光光子的频率
C．由图丙可知，该种元素的原子核每经过7.6天就有eq \f(1,4)发生衰变
D．由图丁可知，中等大小的核的比结合能大，这些核最稳定
答案 AD
解析 由题图甲可知，黑体温度升高时，各种波长的电磁波辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故A正确．由题图乙可知，a光光子的频率低于b光光子的频率，故B错误．由题图丙可知，大量该种元素的原子核每经过7.6天就有eq \f(3,4)发生衰变，故C错误．由题图丁可知，中等大小的核的比结合能大，这些核最稳定，故D正确．
10．如图5所示是氢原子光谱的两条谱线，图中给出了谱线对应的波长及氢原子的能级图，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，则( )

图5
A．Hα谱线对应光子的能量小于Hβ谱线对应光子的能量
B．若两种谱线对应的光子都能使某种金属发生光电效应，则Hα谱线对应光子照射到该金属表面时，形成的光电流较小
C．Hα谱线对应光子的能量为1.89 eV
D．Hα谱线对应的光子是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级发出的
答案 AC
解析 Hα谱线的波长大于Hβ谱线的波长，故Hα谱线的频率较小，Hα谱线对应光子的能量小于Hβ谱线对应光子的能量，选项A正确；在光的频率一定时，光电流与光的强度有关，在光强一定时，光电流与光的频率无关，选项B错误；Hα谱线对应光子的能量为E＝heq \f(c,λ)≈3.03×10－19 J≈1.89 eV，选项C正确；E4－E3＝0.66 eV，选项D错误．
11.(2020·湖北高二期中)封闭在汽缸内一定质量的理想气体由状态A变到状态D，其体积V与热力学温度T关系如图6所示，其中O、A、D三点在同一直线上．在状态变化的过程中，说法正确的是( )
图6
A．从A变化到B气体的压强增大
B．从B变化到C的过程中气体体积增大，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数减少
C．从A经B到C的任何一个过程，气体分子的平均动能都会增大
D．从A到C的过程中气体的密度不断减小
答案 AB
解析 从A变化到B过程，气体的体积不变，温度升高，根据理想气体状态方程可得eq \f(pV,T)＝C，气体的压强增大，故A正确；从B变化到C的过程中，气体的温度不变，体积增大，气体密度减小，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数减少，故B正确；从B变到C的过程中，气体的温度不变，气体分子的平均动能不变，故C错误；从A到B的过程，气体的体积不变，气体的密度不变，故D错误．
12.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片(如图7所示)，已知两个相切圆半径分别为r1、r2，下列说法正确的是( )
图7
A．原子核可能发生的是α衰变，也可能发生的是β衰变
B．径迹2可能是衰变后新核的径迹
C．若衰变方程是eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He，则r1∶r2＝1∶45
D．若是α衰变，则1和2的径迹均是顺时针方向
答案 CD
解析 原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子动量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定则知：若生成的两粒子电性相反则在磁场中的轨迹为内切圆，若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆，所以题图所示为电性相同的粒子，可能发生的是α衰变，不是β衰变，故A错误；核反应过程系统动量守恒，原子核原来静止，初动量为零，由动量守恒定律可知，原子核衰变后生成的两核动量p大小相等、方向相反，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：qvB＝meq \f(v2,r)，解得：r＝eq \f(mv,qB)＝eq \f(p,Bq)，由于p、B都相同，则粒子电荷量q越大，其轨道半径r越小，由于新核的电荷量大于α粒子的电荷量，则新核的轨道半径小于α粒子的轨道半径，则半径为r1的圆为新核的运动轨迹，半径为r2的圆为α粒子的运动轨迹，若衰变方程是eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He，则r1∶r2＝2∶90＝1∶45，故B错误，C正确．若是α衰变，生成的两粒子电性相同，由左手定则可知，两粒子都沿顺时针方向做圆周运动，故D正确．
三、实验题(本题2小题，共12分)
13．(6分)(2020·江苏高二期中)在做“用油膜法估测分子大小”的实验时，油酸酒精溶液的浓度为每2 000 mL溶液中有纯油酸1 mL.用注射器测得1 mL上述溶液有200滴，把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有爽身粉的浅盘里，待水面稳定后，测得油酸膜的近似轮廓如图8所示，图中正方形小方格的边长为1 cm，则每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________ mL，油酸膜的面积是________ cm2.据上述数据，估测出油酸分子的直径是________ m.
图8
答案 2.5×10－6(2分) 41(2分) 6.1×10－10(2分)
解析 1滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积：V＝eq \f(1,200)×eq \f(1,2 000) mL＝2.5×10－6 mL；由于每格边长为1 cm，则每一格就是1 cm2，估算油膜面积时，超过半格按一格计算，小于半格的舍去，估算出41格，则油酸薄膜面积为：S＝41 cm2，因此分子直径为d＝eq \f(V,S)＝eq \f(2.5×10－6×10－6,41×10－4) m≈6.1×10－10 m.
14．(6分)现利用“探究气体压强与体积的关系”的实验来测量大气压强p.注射器针筒已被固定在竖直方向上，针筒上所标刻度是注射器的容积，最大刻度Vm＝10 mL.注射器活塞已装上钩码框架，如图9所示．此外，还有一架托盘天平、若干钩码、一把米尺、一个针孔橡皮帽和少许润滑油．
图9
(1)下面是实验步骤，试填写所缺的②和⑤.
①用刻度尺测出注射器针筒上全部刻度的长度L.
②________________________________________________________________________.
③把适量的润滑油抹在注射器的活塞上，将活塞插入针筒中，上下拉动活塞，使活塞与针筒的间隙内均匀地涂上润滑油．
④将活塞拉到适当的位置．
⑤________________________________________________________________________.
⑥在钩码框架两侧挂上钩码，记下挂上的钩码的总质量m1，在到达平衡后，记下注射器中空气柱的体积V1.在这个过程中不要用手接触注射器以保证空气柱温度不变．
⑦增加钩码的个数，使钩码的总质量增大为m2，达到平衡后，记下空气柱的体积V2.
(2)计算大气压强p的公式是p＝________________________________________________.
(用已给的和测得的物理量表示，重力加速度为g)
答案 (1)②称出活塞和钩码框架的总质量M(2分)
⑤将注射器针筒上的小孔用橡皮帽堵住(2分)
(2)eq \f(Lg,Vm)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(m2V2－m1V1,V1－V2)－M))(2分)
解析 (1)实验步骤②和⑤是：②称出活塞和钩码框架的总质量M.⑤将注射器针筒上的小孔用橡皮帽堵住．
(2)活塞的横截面积为S＝eq \f(Vm,L)
由平衡条件及题意知p1＝p＋eq \f(M＋m1,S)g
p2＝p＋eq \f(M＋m2,S)g
由玻意耳定律得p1V1＝p2V2
联立解得大气压强p＝eq \f(Lg,Vm)(eq \f(m2V2－m1V1,V1－V2)－M)．
四、计算题(本题4小题，共48分)
15．(8分)若eq \\al(235, 92)U俘获一个中子裂变成eq \\al(90,38)Sr及eq \\al(136, 54)Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.043 9 u、89.907 7 u和135.907 2 u，中子质量为1.008 7 u．(1 u＝1.660 6×10－27 kg,1 u相当于931.5 MeV的能量)
(1)写出铀核裂变的核反应方程；
(2)求一个eq \\al(235, 92)U俘获一个中子发生上述裂变所释放的能量．(结果保留两位有效数字)
答案 (1)eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(90,38)Sr＋eq \\al(136, 54)Xe＋10eq \\al(1,0)n
(2)1.4×102 MeV
解析 (1)根据核反应的质量数守恒与电荷数守恒，则有：eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(90,38)Sr＋eq \\al(136, 54)Xe＋10eq \\al(1,0)n(4分)
(2)一个铀核裂变的质量亏损为
Δm＝(235.043 9＋1.008 7)u－(89.907 7＋135.907 2＋10×1.008 7)u＝0.150 7 u；(2分)
释放的能量为
ΔE＝Δm×931.5 MeV≈1.4×102 MeV(2分)
16．(11分)(2020·东海县第二中学高二学业考试)空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器(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/ml，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 ml－1.试求：(结果均保留一位有效数字)
(1)该液化水的质量；
(2)该液化水中含有水分子的总数N；
(3)一个水分子的直径d.
答案 (1)1 kg (2)3×1025个 (3)4×10－10 m
解析 (1)根据m＝ρV(2分)
代入数据可得该液化水的质量m＝1 kg(1分)
(2)水的摩尔体积为
V0＝eq \f(M,ρ)＝eq \f(1.8×10－2,1.0×103) m3/ml＝1.8×10－5 m3/ml，(2分)
水分子数：N＝eq \f(VNA,V0)＝eq \f(1.0×103×10－6×6.0×1023,1.8×10－5)
≈3×1025(个)．(2分)
(3)建立水分子的球模型有eq \f(V0,NA)＝eq \f(1,6)πd3，(2分)
可得水分子直径：d＝eq \r(3,\f(6V0,πNA))＝eq \r(3,\f(6×1.8×10－5,3.14×6.0×1023)) m≈4×10－10 m．(2分)
17．(13分)(2020·山西高二期末)在全国千万“云监工”的注视下，2020年2月2日，武汉火神山医院交付使用，建设工期仅为十天十夜．在“云监工”视线之外，先进的设计理念和科技元素充当着幕后英雄，火神山医院病房全部为负压病房，所谓负压病房是通过特殊的通风抽气设备，使病房内的气压低于病房外的气压，保证污染空气不向外扩散．若已知某间负压隔离病房的空间体积V＝60 m3，启用前环境温度t1＝－3 ℃，外界大气压强为p0＝1.01×105 Pa，启用后，某时刻监测到负压病房的温度t2＝27 ℃、负压为－15 Pa(指与外界大气压p0的差值)．
(1)试估算启用后负压隔离病房内减少的气体质量与启用前房间内气体总质量的比值；
(2)判断在负压隔离病房启用过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因．
答案 (1)eq \f(1,10) (2)见解析
解析 (1)根据题意有T1＝270 K
T2＝300 K
p2＝1.01×105 Pa－15 Pa(2分)
设减少的气体体积为ΔV，以启用后负压病房内剩余的气体为研究对象，由理想气体状态方程得eq \f(p0V－ΔV,T1)＝eq \f(p2V,T2)(2分)
解得ΔV≈6 m3
则eq \f(Δm,m)＝eq \f(ρΔV,ρV)＝eq \f(1,10)(2分)
(2)因为抽气过程中剩余的气体温度升高，故内能增加ΔU＞0(2分)
而剩余气体的体积膨胀，对外做功W＜0(1分)
由热力学第一定律得：ΔU＝W＋Q(2分)
可知，Q＞0，气体从外界吸收热量．(2分)
18．(16分)(2020·山东卷)中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上，进而治疗某些疾病．常见拔罐有两种，如图10所示，左侧为火罐，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门．使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上．抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强．某次使用火罐时，罐内气体初始压强与外部大气压相同，温度为450 K，最终降到300 K，因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的eq \f(20,21).若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的eq \f(20,21)，罐内气压与火罐降温后的内部气压相同．罐内气体均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化．求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值．
图10
答案 eq \f(1,3)
解析 设火罐内气体初始状态参量分别为p1、T1、V1，温度降低后状态参量分别为p2、T2、V2，罐的容积为V0，由题意知
p1＝p0、T1＝450 K、V1＝V0、T2＝300 K、V2＝eq \f(20V0,21)①(1分)
由理想气体状态方程得eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2)(2分)
则有eq \f(p0V0,T1)＝eq \f(p2·\f(20,21)V0,T2)②
代入数据得p2＝0.7p0③(2分)
对于抽气拔罐，设初态气体状态参量分别为p3、V3，末态气体状态参量分别为p4、V4，罐的容积为V0′，
由题意知p3＝p0、V3＝V0′、p4＝p2④(1分)
由玻意耳定律得p3V3＝p4V4
则有p0V0′＝p2V4⑤(2分)
联立③⑤式，代入数据得
V4＝eq \f(10,7)V0′⑥(2分)
设抽出的气体的体积为ΔV，由题意知
ΔV＝V4－eq \f(20,21)V0′⑦(2分)
故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为
eq \f(Δm,m)＝eq \f(ΔV,V4)⑧(2分)
联立⑥⑦⑧式，代入数据得
eq \f(Δm,m)＝eq \f(1,3).⑨(2分)