大学物理学(第三版)赵近芳 第6章答案

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1、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

2、,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.6-

3、4计算下列一组粒子平均速率和方均根速率?21468210.020.030.040.050.0解:平均速率方均根速率6-5速率分布函数的物理意义是什么?试说明下列各量的物理意义(为分子数密度,9为系统总分子数).(1)(2)(3)(4)(5)(6)解::表示一定质量的气体,在温度为的平衡态时,分布在速率附近单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比.():表示分布在速率附近,速率区间内的分子数占总分子数的百分比.():表示分布在速率附近、速率区间内的分子数密度.():表示分布在速率附近、速率区间内的分子数.():表示分布在区间内的分子数占总分子数的

4、百分比.():表示分布在的速率区间内所有分子,其与总分子数的比值是.():表示分布在区间内的分子数. 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

5、速度为.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.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

6、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?9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()表示氧,()表示氢;图(b)中()温度高.题6

7、-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:(),(),()6-13试说明下列各量的物理意义.(1)(2)(3)(4)(5)(6)解:()在平衡态下,分子热运动能量平均地分配在分子每一个自由度上的能量均为T.()在平衡态下,分子平均平动动能均为.()在

8、平衡态下,自由度为的分子平均总能量均为.()由质量为,摩尔质量为,自由度为的分子组成的系统的内能为.(5)摩尔自由度为的分子组成的系统内能为.(6)摩

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