大学物理_第三版_(下)答案_赵近芳

时间:2025-07-11

大学物理_第三版_(下)答案_赵近芳

习题六

6-1 气体在平衡态时有何特征?气体的平衡态与力学中的平衡态有何不同?

答:气体在平衡态时,系统与外界在宏观上无能量和物质的交换;系统的宏观性质不随时间变化.

力学平衡态与热力学平衡态不同.当系统处于热平衡态时,组成系统的大量粒子仍在不停地、无规则地运动着,大量粒子运动的平均效果不变,这是一种动态平衡.而个别粒子所受合外力可以不为零.而力学平衡态时,物体保持静止或匀速直线运动,所受合外力为零. 6-2 气体动理论的研究对象是什么?理想气体的宏观模型和微观模型各如何? 答:气体动理论的研究对象是大量微观粒子组成的系统.是从物质的微观结构和分子运动论出发,运用力学规律,通过统计平均的办法,求出热运动的宏观结果,再由实验确认的方法.

从宏观看,在温度不太低,压强不大时,实际气体都可近似地当作理想气体来处理,压强越低,温度越高,这种近似的准确度越高.理想气体的微观模型是把分子看成弹性的自由运动的质点.

6-3 何谓微观量?何谓宏观量?它们之间有什么联系?

答:用来描述个别微观粒子特征的物理量称为微观量.如微观粒子(原子、分子等)的大小、质量、速度、能量等.描述大量微观粒子(分子或原子)的集体的物理量叫宏观量,如实验中观测得到的气体体积、压强、温度、热容量等都是宏观量.

气体宏观量是微观量统计平均的结果.

NVN

ii

i

21 10 4 20 6 30 8 40 2 50

21 4 6 8 2

890 21.7 m s 1 41

方均根速率

2

NVN

ii

2

i

21 102 4 202 6 103 8 402 2 502

21 4 6 8 2

25.6 m s 1

6-5 速率分布函数f(v)的物理意义是什么?试说明下列各量的物理意义(n为分子数密度,N为系统总分子数).

(1)f(v)dv (2)nf(v)dv (3)Nf(v)dv

(4)

v

f(v)dv (5) f(v)dv (6) Nf(v)dv

v1

v2

解:f(v):表示一定质量的气体,在温度为T的平衡态时,分布在速率v附近单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比.

(1) f(v)dv:表示分布在速率v附近,速率区间dv内的分子数占总分子数的百分比.

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(2) nf(v)dv:表示分布在速率v附近、速率区间dv内的分子数密度. (3) Nf(v)dv:表示分布在速率v附近、速率区间dv内的分子数.

v

(5) (6)

(4)

0

f(v)dv:表示分布在v1~v2区间内的分子数占总分子数的百分比.

0v2v1

f(v)dv:表示分布在0~ 的速率区间内所有分子,其与总分子数的比值是1.

Nf(v)dv:表示分布在v1~v2区间内的分子数.

6-6 最概然速率的物理意义是什么?方均根速率、最概然速率和平均速率,它们各有何用处? 答:气体分子速率分布曲线有个极大值,与这个极大值对应的速率叫做气体分子的最概然速率.物理意义是:对所有的相等速率区间而言,在含有vP的那个速率区间内的分子数占总分子数的百分比最大.

分布函数的特征用最概然速率vP表示;讨论分子的平均平动动能用方均根速率,讨论平均自由程用平均速率.

6-7 容器中盛有温度为T的理想气体,试问该气体分子的平均速度是多少?为什么?

答:该气体分子的平均速度为0.在平衡态,由于分子不停地与其他分子及容器壁发生碰撞、其速度也不断地发生变化,分子具有各种可能的速度,而每个分子向各个方向运动的概率是相等的,沿各个方向运动的分子数也相同.从统计看气体分子的平均速度是0.

6-8 在同一温度下,不同气体分子的平均平动动能相等,就氢分子和氧分子比较,氧分子的质量比氢分子大,所以氢分子的速率一定比氧分子大,对吗? 答:不对,平均平动动能相等是统计平均的结果.分子速率由于不停地发生碰撞而发生变化,分子具有各种可能的速率,因此,一些氢分子的速率比氧分子速率大,也有一些氢分子的速率比氧分子速率小.

6-9 如果盛有气体的容器相对某坐标系运动,容器内的分子速度相对这坐标系也增大了, 温度也因此而升高吗?

答:宏观量温度是一个统计概念,是大量分子无规则热运动的集体表现,是分子平均平动动能的量度,分子热运动是相对质心参照系的,平动动能是系统的内动能.温度与系统的整体运动无关.只有当系统的整体运动的动能转变成无规则热运动时,系统温度才会变化. 6-10 题6-10图(a)是氢和氧在同一温度下的两条麦克斯韦速率分布曲线,哪一条代表氢?题6-10图(b)是某种气体在不同温度下的两条麦克斯韦速率分布曲线,哪一条的温度较高? 答:图(a)中(1)表示氧,(2)表示氢;图(b)中(2)温度高.

题6-10图

6-11 温度概念的适用条件是什么?温度微观本质是什么?

答:温度是大量分子无规则热运动的集体表现,是一个统计概念,对个别分子无意义.温度微观本质是分子平均平动动能的量度. 6-12 下列系统各有多少个自由度: (1)在一平面上滑动的粒子;

(2)可以在一平面上滑动并可围绕垂直于平面的轴转动的硬币; (3)一弯成三角形的金属棒在空间自由运动. 解:(1) 2,(2)3,(3)6

6-13 试说明下列各量的物理意义 …… 此处隐藏:9764字,全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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