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专题二十二 《分子动理论》信息优化卷（能力B）
----备战2024 年高考物理一轮复习单元信息优化AB 卷
(解析版)
（考试时间：90 分钟 试卷满分：100 分）
注意事项：
1．本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分。
2．测试范围：人教版（2019） 选择性必修第三册 第一章《分子动理论》
第Ⅰ卷（选择题）
一、选择题：本题共12 小题，每小题4 分，共48 分。在每小题给出的四个选项中，第1~8 题只有一项符
合题目要求，第9~12 题有多项符合题目要求。全部选对的得4 分，选对但不全的得2 分，有选错或不
答的得0 分。
1．铂是贵金属之一，较软，有良好的延展性、导热性和导电性。已知铂的摩尔质量为
，密
度为
，阿伏加德罗常数为
，把铂原子看成球体，球体的体积公式
其
中r 为球的半径，则铂原子的直径是（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【详解】1mol 铂原子的体积
每个铂原子的体积
，
解得铂原子的直径
故选A。
2．如图所示，二氧化氮气体的密度大于空气的密度，当抽掉玻璃板一段时间后，两个瓶子内颜色逐渐变
得均匀。针对上述现象，下列说法正确的是（ ）
A．此现象能说明分子间存在相互作用的引力
B．此现象与“扫地时灰尘飞扬”的成因相同
C．颜色变得相同后，瓶中气体分子停止运动
D．颜色变得相同后，上方瓶中气体密度比空气大
1
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【答案】D
【详解】A．此现象属于扩散现象，是分子无规则运动的结果，不能说明分子间存在相互作用的引力，故
选项A 错误；
B．扫地时灰尘飞扬，该现象属于机械运动，不是扩散现象，所以成因不同，故选项B 错误；
C．分子运动永不停息，故选项C 错误；
D．二氧化氮气体的密度大于空气的密度，颜色变得相同后，上方瓶中因有二氧化氮气体，所以密度比空
气大，故选项D 正确。
故选D。
3．关于实验“用油膜法估测油酸分子的大小”，下列说法正确的是（ ）
A．水面痱子粉撒得越多，形成的油膜轮廓越清晰，实验误差越小
B．配制的油酸酒精溶液中有大量的酒精，会使实验结果偏小
C．在数一定量油酸溶液的滴数时，如果少数滴数，会使实验结果偏小
D．计算油膜面积时将所有不完整的方格当做完整方格计入，会使实验结果偏小
【答案】D
【详解】A．水面痱子粉撒得过多，形成的油膜将不能完全散开形成单分子层，从而使油膜面积偏小，根
据油酸分子直径的计算公式
，可知，油酸分子直径的测量值将偏大，故A 错误；
B．首先，配制油酸酒精溶液本身就需要大量的酒精，其次，配置好的酒精油酸溶液滴入水面，酒精油酸
溶液中的酒精将溶于水，而只有油酸浮于水面形成油膜，因此可知，配制的油酸酒精溶液中有大量的酒精
并不会影响实验结果，故B 错误；
C．在数一定量油酸溶液的滴数时，如果少数滴数，将会使每一滴油酸溶液的体积偏大，从而使一滴油酸
溶液中所含油酸的体积偏大，最终将导致所测油酸分子直径偏大，故C 错误；
D．计算油膜面积时将所有不完整的方格当做完整方格计入，将会使油膜面积偏大，从而导致所测油酸分
子直径偏小，故D 正确。
故选D。
4．1934 年我国物理学家葛正权定量验证了麦克斯韦的气体分子速率分布规律.如图所示为氧气分子在不同
温度下的分子速率分布规律图像，图中实线1、2 对应的温度分别为
、
、则下列说法正确的是
（ ）
2
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A．温度
大于温度
B．
、
温度下，某一速率区间的分子数占比可能相同
C．将
、
温度下的氧气混合后，对应的分子速率分布规律曲线下方的面积为曲线1 和曲线2 下方的
面积之和
D．将
、
温度下的氧气混合后，对应的分子速率分布规律曲线可能是图中的虚线
【答案】B
【详解】A．温度越高，分子热运动越激烈，速率大的分子所占的比例大，由图可知曲线2 速率大的分子
所占的比例比曲线1 速率大的分子所占的比例大，故温度
高于温度
，A 错误；
B．
、
温度下，实线1、2 相较于一点，即该速率区间的分子数占相同，B 正确；
C．由图可知，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，故将
、
温度下的氧气混合后，对应的分子速率分布规律曲线下方的面积仍
为1，C 错误；
D．将
、
温度下的氧气混合后，温度不会比
的温度更低，故对应的分子速率分布规律曲线不可能是
图中的虚线，D 错误。
故选B。
5．雾霾天气是一种大气污染状态，雾霾是对大气中如灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子悬浮颗
粒物含量超标的笼统表述，尤其是PM2.5（空气动力学当量直径小于等于2.5 微米的颗粒物）被认为是造
成雾霾天气的“元凶”。随着空气质量的恶化，阴霾天气现象出现增多，危害加重。中国不少地区把阴霾
天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警预报，统称为“雾霾天气”。霾粒子的分布比较均匀，而且灰霾
粒子的尺度比较小，从0.001 微米到10 微米，平均直径大约在1~2 微米左右，肉眼看不到空中飘浮的颗粒
物。从物理学的角度认识雾霾，下列说法正确的是（ ）
A．雾霾天气中霾粒子的运动是布朗运动
B．霾粒子的运动是分子的运动
C．霾粒子的扩散形成霾
3
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D．霾粒子的运动与温度无关
【答案】A
【详解】AB．雾霾天气中霾固体颗粒悬浮在空气中做无规则运动，是布朗运动，不是分子运动，选项A 正
确，B 错误；
C．扩散现象是分子的无规则运动引起的，则霾粒子不是扩散形成霾，选项C 错误；
D．布朗运动的激烈程度与温度有关，则霾粒子的运动与温度有关，选项D 错误。
故选A。
6．分子间由于相对仅置而具有的能量叫分子势能，分子力做功会改变分子势能的大小，取分子间距为无
穷远时的分子势能为零．如图为分子势能
随着分子间距离r 变化的图像，现假设将分子A 固定在O 点，
分子B 从某一点静止释放且只受到分子A 的作用力。以下判断正确的是（ ）
A．从
处释放的分子B，在第一次向右运动过程中，在
位置速度达到最大
B．从
处释放的分子B，将在
和
右侧某个位置之间往复运动
C．从
处释放的分子B，在第一次向左运动过程中，在
位置速度达到最大
D．从
处释放的分子B，将在
和
左侧某个位置之间往复运动
【答案】C
【详解】AB．由势能曲线可知，当分子间距离为
时受力平衡，所以从
处释放的分子B，先受排斥力加
速运动到
，速度达到最大，然后继续向右一直减速运动至无穷远处，故AB 错误；
CD．从
处释放的分子B，先受到吸引力加速运动到
，速度达到最大，然后向左减速运动至
和
之间
某处，再向右运动到
，以此往复运动下去，故C 正确，D 错误。
故选C。
7．如图是德国物理学家史特恩设计的最早测定气体分子速率的示意图．M、N 是两个共轴圆筒的横截面，
外筒N 的半径为R，内筒的半径比R 小得多，可忽略不计．筒的两端封闭，两筒之间抽成真空，两筒以相
同角速度ω 绕其中心轴线匀速转动．M 筒开有与转轴平行的狭缝S，且不断沿半径方向向外射出速率分别
为v1 和v2 的分子，分子到达N 筒后被吸附，如果R、v1、v2 保持不变，ω 取某合适值，则以下结论中正
确的是（ ）
4
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A．当
时（n 为正整数），分子落在不同的狭条上
B．当
时（n 为正整数），分子落在同一个狭条上
C．只要时间足够长，N 筒上到处都落有分子
D．分子不可能落在N 筒上某两处且与S 平行的狭条上
【答案】A
【详解】微粒从M 到N 运动时间
，对应N 筒转过角度
，即如果以v1射出时，转过角
度：
，如果以v2射出时，转过角度：
，只要θ1、θ2不是相差2π 的整数倍，即
当
时（n 为正整数），分子落在不同的两处与S 平行的狭条上，故A 正确，D 错误；若相差
2π 的整数倍，则落在一处，即当
时（n 为正整数），分子落在同一个狭条上．故B 错误；
若微粒运动时间为N 筒转动周期的整数倍，微粒只能到达N 筒上固定的位置，因此，故C 错误．故选A
点睛：解答此题一定明确微粒运动的时间与N 筒转动的时间相等，在此基础上分别以v1、v2射出时来讨论
微粒落到N 筒上的可能位置．
8．将两个质量均为m 的完全相同的分子A、B，从x 轴上的坐标原点和r1处由静止释放，如图甲所示。图
乙为这两个分子的分子势能随分子间距变化的图像，当分子间距分别为r1、r2和r0时，两分子之间的势能
为
、0 和
，取间距无穷远时势能为零，整个运动除分子间的作用力外不考虑其他外力，下列说法正
确的是（ ）
A．当分子B 到达坐标r0时，两分子之间的分子力为零
5
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B．分子B 的最大动能为
C．两分子从静止释放到相距无穷远的过程中，它们之间的分子势能先减小后增大再减小
D．当两分子间距无穷远时，分子B 的速度为
【答案】D
【详解】A．两个完全相同的分子由静止释放后，A 分子向左运动，B 分子向右运动，运动性质完全相同，
当它们之间距离为
时，分子势能最小，分子间作用力为零，此时B 向右移动
，则A 向左移动
，则
有
此时B 分子的坐标应为
故A 错误；
B．两分子之间势能为
时动能最大，减少的势能为
根据能量守恒，减小的势能转化为两分子的动能，故分子B 的最大动能为
故B 错误；
C．分子势能是标量，且正负可以表示大小，故它们之间的分子势能是先减小后增大，故C 错误；
D．当分子间距无穷远时，减少的势能全部转化为两分子的动能，则
解得
故D 正确。
故选D。
9．图a 为测量分子速率分布的装置示意图．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 中射出的银原子蒸汽穿过屏上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．展开的薄膜如图b 所示，NP，PQ 间距相等．则 （ ）
A．到达M 附近的银原子速率较大
B．到达Q 附近的银原子速率较大
C．位于PQ 区间的分子百分率大于位于NP 区间的分子百分率
D．位于PQ 区间的分子百分率小于位于NP 区间的分子百分率
【答案】AC
6
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【分析】试题分析：到达M 附近的银原子走过的路程最远，所以速率较大A 正确，B 错误.由图可知，位于
PQ 区间的分子百分率大于位于NP 区间的分子百分率，选项C 正确D 错误．
故选AC．
10．一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Δn 与总分子数n 的比值，记为f（v），其中f（v）取最大
值时的速率称为最概然速率，下列说法正确的是（ ）
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T1>T2>T3
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
【答案】ACD
【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<T2<T3
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。
故选ACD。
11．如图所示，F 表示两分子间的作用力，
表示分子间的势能，图中两条图像分别表示分子间作用力和
分子势能随分子间距离变化的规律，图中
是分子势能为0 时对应的距离，
是分子间作用力为0 时对应
的距离，
是分子间作用力随分子间距离变化的图像最低点对应的距离，
是分子间作用力及分子势能均
可视为0 的足够远的某一距离。下列说法正确的是（ ）
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A．
对应着分子势能的最小值
B．从
到
，
先增大后减小
C．从
到
，F 一直减小
D．从
到
，F 先增大后减小，
不断增大
【答案】AD
【详解】ABCD．根据图像可知，分子间距离小于
时，
表现为斥力，距离越小，
越大；分子间距离大
于
时，
表现为引力，随着距离增大，
先增大后减小；分子间距离从0 开始增大的过程，
为斥力时
做正功，
为引力时做负功，故分子间距离等于
时，
最小，从
到
，
先减小后增大，从
到
，
F 先减小后增大，从
到
，
先增大后减小，
不断增大，AD 正确，BC 错误；
故选AD。
12．如图是氧气分子在不同温度（0
和100
）下的速率分布规律图，横坐标表示速率，纵坐标表示某
一速率内的分子数占总分子数的百分比，由图可知（ ）
A．同一温度下，氧气分子呈现出“中间多，两头少”的分布规律
B．随着温度的升高，每一个氧气分子的速率都增大
C．随着温度的升高，氧气分子中速率小的分子所占的比例增大
D．温度越高，氧气分子热运动的平均速率越大
【答案】AD
【详解】A．同一温度下，中等速率的氧气分子数所占的比例大，即呈现出“中间多，两头少”的分布规
8
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律，A 正确；
BD．温度升高使得氧气分子的平均速率增大，不一定每一个氧气分子的速率都增大，B 错误D 正确；
C．温度越高，一定速率范围内的氧气分子所占的比例有高有低，C 错误.
故选AD。
第Ⅱ卷（非选择题）
三、实验题
13．（10 分）（1）如图1 反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的4 个步骤，将它们按操作先后顺序
排列应是 （用符号表示）；
（2）在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将油酸溶于酒精，其浓度为每1000mL 溶液中有0.6mL
油酸。用注射器测得1 mL 上述溶液有75 滴，把1 滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，画出油膜
的形状。如图2 所示，坐标纸中正方形方格的边长为1cm，试求：
①油酸膜的面积是 cm2：
②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是 ，
③按以上实验数据估测出油酸分子的直径是 m。（结果保留两位有效数字）
（3）若阿伏加德罗常数为NA，油酸的摩尔质量为M。油酸的密度为
。则下列说法正确的是 。
A．1kg 油酸所含有分子数为
B．
油酸所含分子数为
C．1 个油酸分子的质量为
D．油酸分子的直径约为
【答案】 bcad
B
【详解】（1）用“用油膜法估测分子的大小”的实验步骤为：配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶
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液中纯油酸的体积→准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径。因此操作先
后顺序排列应是bcad。
（2）①图中油膜中大约有
个小方格，则油酸膜的面积为
②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为
③油酸分子的直径为
（3）A．1kg 油酸所含有分子数为
故A 错误；
B．
油酸所含分子数为
故B 正确；
C．1 个油酸分子的质量为
故C 错误；
D．设油酸分子的直径为
，则有
解得
故D 错误。选B。
四、解答题
14．（10 分）拒绝烟草，洁身自好，是一个中学生时刻要提醒自己的行为准则。燃烧一支烟产生的烟气中
含一氧化碳和二氧化碳，假设最终进入空气中的一氧化碳约为84 毫克。一个人在一个空间约为
的房
间内，吸了一支烟，烟气在房间中均匀分布，试估算：（一氧化碳的相对原子质量为
，阿伏加德
罗常数
，人正常呼吸一次吸入气体的体积约为
）
（1）房间空气中一氧化碳分子的平均距离（结果可用根号表示）；
（2）一个不吸烟者进入此房间，呼吸一次吸入的一氧化碳分子数（结果保留两位有效数字）。
【答案】（1）2.6×10-7m；（2）
【详解】（1）吸一支烟进入空气中的一氧化碳的物质的量
一氧化碳分子个数N=nNA=1.8×1021个
每个一氧化碳分子所占空间的体积
分子间的平均距离
（2）不吸烟者进入此房间呼吸一次吸入的一氧化碳分子数为
10
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15.（10 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
，用
的力能将它拉断，将铁原子当作球形处理。（铁的密度
，铁的摩尔质量为
，
）
(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力
。
【答案】(1)
；(2)
【详解】(1)因为铁的摩尔质量
所以铁原子的体积
铁原子直径
(2)因原子力的作用范围在
数量级，阻止拉断的原子力主要来自于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
铁晶断面面积
断面上排列的铁原子数
所以拉断过程中最大铁原子力
16．（12 分）由于地球引力的作用，大气被“吸”向地球，因而产生了压力，测得地面表面大气压强为
，空气分子之间的平均距离为d，空气的平均摩尔质量为M。已知地球大气层的厚度远远小于地球的半
径R，阿伏加德罗常数为NA，重力加速度大小为g。求：
（1）空气分子的平均密度ρ；
（2）空气分子的总数n；
（3）大气层的厚度h。
【答案】（1）
；（2）
；（3）
【详解】（1）每个分子占据一个边长为d 的小立方体，各小立方体紧密排列，设空气的摩尔体积为V，则
有
11
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解得
（2）设大气层中气体的质量为m，地球的表面积为S，由大气压强产生的原因可知
解得
（3）由于地球大气层的厚度远远小于地球的半径，所以有
解得
17．（12 分）研究分子势能是微观领域中研究物体内能的重要部分，已知某物体中两个分子之间的势能Ep
与两者之间距离r 的关系曲线如图所示。
（1）定性说明
曲线斜率的大小及正负的物理意义；
（2）某双原子分子系统中两原子在其平衡位置附近振动时，可做如下近似：如图乙所示，原子A 固定不
动，原子B 做简谐运动，其振动的范围为
，其中b 远小于
，在
点附近，
随r 变化
的规律可近似写作
，式中
和k 均为常量。
①请结合简谐运动的知识：回复力与位移满足
的关系，在图丙中画出原子B 在上述区间振动过程
中受力随距离r 变化的图线（规定向右为正方向）；
②求B 原子在振动过程中的最大动能。
【答案】（1）见解析；（2）①
，②
【详解】（1）当
时两分子间相互作用力0，曲线斜率绝对值的大小表示分子间作用力的大小，曲线斜
率为正时，分子力表现为引力，曲线斜率为负时，分子力表现为斥力。
12
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（2）①双原子分子系统中两原子在其平衡位置附近振动时，振动满足简谐振动，分子力与分子间距的变
化满足
（
）
当分子到达
时，此时分子间的回复力达到最大，且方向向左；当分子到达
时，此时分子间的回
复力同样达到最大，但方向向右，而取向右为正方向，则可得到如下图所示的两原子分子间的作用力随位
置变化的关系图像
②由题意可知，B 原子处于
处时，其动能最大，设为
，而当
时系统的势能有最小值，为
B 原子处于
处时，系统的动能为0，势能最大，最大势能为
根据能量守恒定律得
解得
13
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