类比是研究问题的常用方法。
(1)如图1甲所示,把一个有小孔的小球连接在弹簧一端,弹簧的另一端固定,小球套在光滑的杆上,能够自由滑动。以弹簧处于原长时小球所处位置为坐标原点O,水平向右为正方向建立x轴。把小球向右拉动一段距离a,然后由静止释放,小球振动起来。弹簧的质量和空气阻力忽略不计。请在图1乙中画出弹簧的弹力F随x变化的图像。
(2)双原子分子中两原子A和B在其平衡位置附近振动,以A为坐标原点O,沿着A和B的连线建立r轴,如图2甲所示。如果选定原子距离无穷远处势能为零,则A和B之间的势能EP随距离r变化的规律如图2乙所示。
a.若B只在r=r0点附近小范围内振动,EP随r变化的规律可近似写作EP=EP0+k2(r-r0)2,式中EP0和k均为常量。假设A固定不动,B振动的范围为r0-a≤r≤r0+a,其中a远小于r0。请在图3中画出B在上述振动范围内受分子力F随距离r变化的图线,并求出振动过程中这个双原子系统的动能的最大值Ekm。
b.若某固体由大量这种分子组成,请结合图2乙分析说明,当温度升高时,物体体积膨胀的现象。
k
2
(
r
-
r
0
)
2
【答案】(1)弹簧的弹力F随x变化的图像如答图1所示:见解析;
(2)a.原子B振动过程中受力随距离变化的图线如答图2所示:见解析;
振动过程中这个双原子系统的动能的最大值Ekm为
b.温度升高时,分子的平均动能增大,分子的活动范围Δx将增大。当r=r1、r=r2时分子动能为0,分子势能相等为Epm,如答图3所示:见解析,其中r0-r1<r2-r0,Δx增大主要向r>r0方向偏移,从宏观上表现为体积增大。
(2)a.原子B振动过程中受力随距离变化的图线如答图2所示:见解析;
振动过程中这个双原子系统的动能的最大值Ekm为
1
2
k
a
2
b.温度升高时,分子的平均动能增大,分子的活动范围Δx将增大。当r=r1、r=r2时分子动能为0,分子势能相等为Epm,如答图3所示:见解析,其中r0-r1<r2-r0,Δx增大主要向r>r0方向偏移,从宏观上表现为体积增大。
【解答】
【点评】
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发布:2024/6/21 8:0:10组卷:138引用:1难度:0.4
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