類比是研究問題的常用方法。
(1)如圖1甲所示,把一個有小孔的小球連接在彈簧一端,彈簧的另一端固定,小球套在光滑的桿上,能夠自由滑動。以彈簧處于原長時小球所處位置為坐標原點O,水平向右為正方向建立x軸。把小球向右拉動一段距離a,然后由靜止釋放,小球振動起來。彈簧的質量和空氣阻力忽略不計。請在圖1乙中畫出彈簧的彈力F隨x變化的圖像。
?
(2)雙原子分子中兩原子A和B在其平衡位置附近振動,以A為坐標原點O,沿著A和B的連線建立r軸,如圖2甲所示。如果選定原子距離無窮遠處勢能為零,則A和B之間的勢能EP隨距離r變化的規律如圖2乙所示。
a.若B只在r=r0點附近小范圍內振動,EP隨r變化的規律可近似寫作EP=EP0+k2(r-r0)2,式中EP0和k均為常量。假設A固定不動,B振動的范圍為r0-a≤r≤r0+a,其中a遠小于r0。請在圖3中畫出B在上述振動范圍內受分子力F隨距離r變化的圖線,并求出振動過程中這個雙原子系統的動能的最大值Ekm。
b.若某固體由大量這種分子組成,請結合圖2乙分析說明,當溫度升高時,物體體積膨脹的現象。
k
2
(
r
-
r
0
)
2
【答案】(1)彈簧的彈力F隨x變化的圖像如答圖1所示:見解析;
(2)a.原子B振動過程中受力隨距離變化的圖線如答圖2所示:見解析;
振動過程中這個雙原子系統的動能的最大值Ekm為
b.溫度升高時,分子的平均動能增大,分子的活動范圍Δx將增大。當r=r1、r=r2時分子動能為0,分子勢能相等為Epm,如答圖3所示:見解析,其中r0-r1<r2-r0,Δx增大主要向r>r0方向偏移,從宏觀上表現為體積增大。
(2)a.原子B振動過程中受力隨距離變化的圖線如答圖2所示:見解析;
振動過程中這個雙原子系統的動能的最大值Ekm為
1
2
k
a
2
b.溫度升高時,分子的平均動能增大,分子的活動范圍Δx將增大。當r=r1、r=r2時分子動能為0,分子勢能相等為Epm,如答圖3所示:見解析,其中r0-r1<r2-r0,Δx增大主要向r>r0方向偏移,從宏觀上表現為體積增大。
【解答】
【點評】
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發布:2024/6/21 8:0:10組卷:162引用:1難度:0.4
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