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分子熱運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)練習(xí)題集錦分子熱運(yùn)動(dòng)是熱學(xué)的基石,其核心概念的建立離不開(kāi)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的細(xì)致觀察與深入分析。為幫助同學(xué)們更好地理解和掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)的原理、方法及結(jié)論,本文精心選編了一系列練習(xí)題,涵蓋經(jīng)典實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象辨析、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路、結(jié)論推導(dǎo)及誤差分析等多個(gè)層面,旨在提升同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)與解題能力。一、擴(kuò)散現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)專題擴(kuò)散現(xiàn)象是分子永不停息做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的直接證據(jù)之一,其顯著特點(diǎn)是不同物質(zhì)能夠彼此進(jìn)入對(duì)方,且擴(kuò)散的快慢與溫度等因素密切相關(guān)。例題1:基礎(chǔ)現(xiàn)象辨析在盛有清水的燒杯中滴入一滴紅墨水,觀察到整杯水逐漸變紅。下列關(guān)于此現(xiàn)象的說(shuō)法,正確的是()A.紅墨水分子本身發(fā)生了化學(xué)變化,導(dǎo)致水變紅B.紅墨水分子在水中靜止不動(dòng),是水分子的運(yùn)動(dòng)將其推向各處C.這是紅墨水分子和水分子不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的結(jié)果D.只有紅墨水分子在運(yùn)動(dòng),水分子沒(méi)有運(yùn)動(dòng)參考答案與解析:C。解析:紅墨水在清水中的擴(kuò)散,是紅墨水分子和水分子都在不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),彼此進(jìn)入對(duì)方的結(jié)果,并非化學(xué)變化(A錯(cuò))。分子的運(yùn)動(dòng)是永不停息的,不存在靜止不動(dòng)的分子(B、D錯(cuò))。溫度越高,這種無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈,擴(kuò)散現(xiàn)象也越明顯。例題2:實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)論分析某同學(xué)為探究溫度對(duì)擴(kuò)散快慢的影響,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn):取兩個(gè)相同的燒杯,分別裝入等體積的熱水和冷水,用滴管同時(shí)在兩個(gè)燒杯中滴入一滴質(zhì)量相等的藍(lán)墨水,觀察并記錄兩杯水中墨水?dāng)U散均勻所需的時(shí)間。(1)該實(shí)驗(yàn)的自變量是________,因變量是________。(2)實(shí)驗(yàn)中“裝入等體積的熱水和冷水”以及“滴入一滴質(zhì)量相等的藍(lán)墨水”,這些操作的目的是為了________。(3)預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:________燒杯中的墨水?dāng)U散均勻所需時(shí)間更短。(4)由此實(shí)驗(yàn)可得出的結(jié)論是:________。參考答案與解析:(1)溫度;墨水?dāng)U散均勻所需的時(shí)間(或擴(kuò)散快慢)。(2)控制無(wú)關(guān)變量,確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果是由溫度這一單一因素引起的。(3)熱水。(4)在其他條件相同時(shí),溫度越高,分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈,擴(kuò)散越快。解析:該實(shí)驗(yàn)通過(guò)控制變量法,探究溫度對(duì)擴(kuò)散速率的影響。熱水溫度高,分子運(yùn)動(dòng)更劇烈,因此藍(lán)墨水在熱水中的擴(kuò)散會(huì)更快,達(dá)到均勻所需時(shí)間更短。二、布朗運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)專題布朗運(yùn)動(dòng)是指懸浮在液體或氣體中的固體小微粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),它間接反映了液體或氣體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。理解布朗運(yùn)動(dòng)的成因、特點(diǎn)及其影響因素是掌握分子熱運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵。例題3:現(xiàn)象本質(zhì)理解關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法正確的是()A.布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)B.布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中的固體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)C.懸浮的顆粒越小,布朗運(yùn)動(dòng)越明顯D.溫度越低,布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈參考答案與解析:C。解析:布朗運(yùn)動(dòng)的主體是“懸浮在液體或氣體中的固體小微?!保欠肿颖旧恚ˋ、B錯(cuò))。這些小微粒由于受到周圍分子撞擊的不平衡力而做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。顆粒越小,某一瞬間受到的撞擊力越不平衡,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越容易改變,布朗運(yùn)動(dòng)也就越明顯(C對(duì))。溫度越高,液體分子運(yùn)動(dòng)越劇烈,對(duì)顆粒的撞擊力越大,布朗運(yùn)動(dòng)也越劇烈(D錯(cuò))。例題4:實(shí)驗(yàn)觀察與推理在觀察布朗運(yùn)動(dòng)時(shí),通常會(huì)在顯微鏡下看到懸浮的小顆粒在不停地做無(wú)規(guī)則的折線運(yùn)動(dòng)。(1)為什么觀察到的顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡是折線,而不是平滑的曲線?(2)若改用更大的顆粒進(jìn)行實(shí)驗(yàn),觀察到的布朗運(yùn)動(dòng)會(huì)有什么變化?請(qǐng)解釋原因。參考答案與解析:(1)因?yàn)轱@微鏡下觀察到的是每隔一定時(shí)間(如30秒)顆粒的位置,然后將這些位置依次連接起來(lái)形成的折線。實(shí)際上,顆粒在每?jī)蓚€(gè)記錄位置之間的運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的,但由于分子撞擊的隨機(jī)性,其運(yùn)動(dòng)方向時(shí)刻在改變,我們無(wú)法記錄其每一瞬間的位置,故呈現(xiàn)為折線。(2)布朗運(yùn)動(dòng)會(huì)變得不明顯,甚至觀察不到。原因是顆粒越大,其質(zhì)量越大,慣性越大,同時(shí)在某一瞬間受到來(lái)自各個(gè)方向的液體分子的撞擊力越趨于平衡,因此很難改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài),運(yùn)動(dòng)變得緩慢且無(wú)規(guī)則性減弱。三、分子間作用力與熱運(yùn)動(dòng)綜合實(shí)驗(yàn)專題分子間同時(shí)存在引力和斥力,分子的熱運(yùn)動(dòng)與分子間的相互作用力共同決定了物質(zhì)的狀態(tài)和某些特性。以下練習(xí)將綜合考察相關(guān)知識(shí)。例題5:綜合分析題如圖所示(示意圖,實(shí)際答題無(wú)需繪圖),將兩個(gè)表面光滑的鉛塊相互緊壓后,它們會(huì)黏在一起,甚至能在下面掛一個(gè)重物而不分開(kāi)。(1)這一現(xiàn)象主要說(shuō)明了分子之間存在________。(2)若將黏在一起的鉛塊置于高溫環(huán)境中,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,它們的結(jié)合可能會(huì)變得不牢固,甚至分開(kāi)。請(qǐng)結(jié)合分子熱運(yùn)動(dòng)和分子間作用力的知識(shí)解釋這一現(xiàn)象。參考答案與解析:(1)引力。(2)在高溫環(huán)境中,鉛分子的熱運(yùn)動(dòng)變得非常劇烈。分子的平均動(dòng)能增大,分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的幅度增加,導(dǎo)致分子間的距離容易變大。當(dāng)分子間距離增大到一定程度時(shí),分子間的引力顯著減小,不足以克服因劇烈熱運(yùn)動(dòng)而使分子分離的趨勢(shì),因此鉛塊的結(jié)合會(huì)變得不牢固,甚至分開(kāi)。解析:鉛塊緊壓后黏合,直接體現(xiàn)了分子間引力的存在。而溫度升高,分子熱運(yùn)動(dòng)加劇,可能導(dǎo)致分子間距增大,從而使原本起主要作用的引力減弱。結(jié)語(yǔ)分子熱運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)是理解微觀世界規(guī)律的窗口。通過(guò)對(duì)擴(kuò)散、布朗運(yùn)動(dòng)等經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的深入剖析和練習(xí),我們不僅能掌握實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象本身,更能深刻理解其
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