大物第三章课后习题答案资料讲解

大物第三章课后习题答案 精品资料

仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢2 简答题 3.1 什么叫”热学”，其理论基础是什么？ 答：热学就是以热现象为研究对象的理论。 其理论基础是宏观理论—热力学；微观理论—统计物理学。 3.2 “平衡态”和”热平衡”有什么区别和联系？怎样根据热平衡引进温度概念？ 答：在不受外界影响的条件下，一个热力学系统的宏观性质不随时间改变的状态叫系统的平衡态。如果系统A和系统B直接接触，最后共同达到平衡状态，就说它们处于热平衡。平衡态是指一个系统而言，而热平衡是指两个或多个系统而言的。 处于热平衡时，系统必有某种共同的宏观性质，这一共同的宏观性质就是系统的温度。即说处于热平衡的系统具有相同的温度。 3.3 测量体温时，水银体温计在腋下的停留时间要有5分钟，为什么？ 答：测量体温时，水银体温计在掖下要停留5分钟，是因为温度计与待测系统接触，要经过一定的时间达到热平衡，达到热平衡后，温度计的温度就是待测系统的温度。 3.4 英国化学家道耳顿的“原子论”的基本观点是什么？ 答：1800年前后，英国化学家道耳顿指出：化合物是由分子组成，分子由原子组成，原子 不能用任何化学手段加以分割。 精品资料 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢3 3.5 地面大气中，13cm中大概会有多少个空气分子？它们平均速率大概是多少？ 答：地面大气中，13cm中就有1910个气体分子，它们的平均速率约为

400500/ms。 3.6 在室温下，气体分子平均速率既然可达几百米每秒，为什么打开一酒精瓶塞后，离它几米远的我们不能立刻闻到酒精的气味？ 答：由于在1秒之内一个分子和其他分子的碰撞次数数量级就达9101010

次（几十亿次）。所以我们不能立刻闻到酒精的气味。 3.7 什么是热力学系统的宏观量和微观量？ 答：宏观量是整体上对系统状态加以描述，例如热力学系统的温度情况、质量分布状况、体积、内能、化学成分等；微观量是指通过对组成系统的微观粒子运动状态的说明而对系统状态加以描述，如系统内粒子的速度、位置、动量、能量等。 3.8 伽尔顿板实验中，怎样理解偶然事件与统计规律之间的关系？其分布函数的意义又何在？ 答：在伽尔顿实验中，如果投入一个小球，小球与铁钉多次碰撞后会落入某一窄槽中，同样重复几次实验后发现，小球最后落入哪个窄槽完全是偶然的，是一个偶然事件。取少量小球一起从入口投入，经与其他小球、铁钉碰撞后落入各个窄槽，形成小球按窄槽的分布。同样重复几次实验发现少量小球按窄槽的分布精品资料 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢4 也是完全不定的，也带着明显的偶然性。如果把大量的小球从入口倒入，实验可看出，各窄槽内的小球数目不等，靠近入口的窄槽内的小球数多，占总数的百分比较大，而远处窄槽内的小球占小球总数的百分比较小。同样重复几次实验，可以看到各次小球按窄槽的分布情况几乎相同，说明大量小球在伽尔顿板中按窄槽的分布遵从确定的规律，是大量偶然事件的整体所遵从的一个统计规律。 分布函数表示小球落入x处附近单位区间的概率，是小球落在x处的概率密度。 3.9 在推导理想气体压强公式中，气体分子的2xv=2yv=2zv是由什么假设得

到的? 对非平衡态它是否成立？ 答：平衡态气体，分子沿各个方向运动的概率是相等的。得到的2xv=2yv=

2zv

。对于非平衡态它不成立。

3.10 为什么对几个或十几个气体分子根本不能谈及压强概念？温度也失去了意义？ 答：压强是气体中大量分子撞击器壁的集体效果。温度的高低表示物体内部分子、无规运动的激烈程度。这两个物理量都是宏观量，因此对几个或几十个气体分子而言毫无意义。 3.11 试从分子动理论的观点解释：为什么当气体的温度升高时，只要适当地增大容器的容积就可以使气体的压强保持不变？ 精品资料

仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢5 答：压强公式是23tpn，而32tkT。当温度升高时，分子的平均平动

动能增大，但增大容器的容积就会使得单位体积内的分子数减小。所以当气体的温度升高时，只要适当地增大容器的容积就可以使气体的压强保持不变。 3.12 在铁路上行驶的火车，在海面上航行的航只，在空中飞行的飞机各有几个能量自由度？ 答：在铁路上行驶的火车，有一个平动能量自由度。在海面上航行的航只，有两个平动自由度，一个转动自由度，共三个自由度。在空中飞行的飞机有三个平动自由度，三个转动自由度，共六个自由度。 3.13 在一密闭容器中，储有A、B、C三种理想气体，处于平衡状态A种气体的分子数密度为n1，它产生的压强为p1，B种气体的分子数密度为2n1，C

种气体的分子数密度为3 n1，则混合气体的压强p为 （ D ）

(A) 3 p1； (B) 4 p1； (C) 5 p1； (D) 6 p1。 3.14 温度、压强相同的氦气和氧气，它们分子的平均动能k和平均平动动能t

的关系为（ C ）

(A) k和t都相等； (B) k相等，而t不相等； (C) t相等，而k不相等； (D) k和t都不相等。

3.15 试指出下列各式所表示的物理意义： （1）kT21； （2）RTi2； （3）RTi2（为摩尔数）； （4）kT

2

3

答：（1）kT21：在温度为T时，物质分子每个自由度的平均动能。 精品资料 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢6 （2）RT

i

2：在温度为T时，1mol理想气体的内能。

（3）RT

i



2（为摩尔数）：在温度为T时， mol理想气体的内能。

（4）kT

2

3：在温度为T时，一个物质分子的平均平动动能。

3.16 一容器内装有N1个单原子理想气体分子和N2个刚性双原子理想气体分子，当该系统处在温度为T的平衡态时，其内能为（ C ）

(A) (N1+N2) (23kT+25kT)； (B) 21(N1+N2) (23kT+25kT)；

(C) N123kT+N225kT； (D) N125kT+ N223kT。 3.17 设有一恒温的容器，其内储有某种理想气体。若容器发生缓慢漏气，则气体的压强是否变化？容器内气体分子的平均平动动能是否变化？气体的内能是否变化？ 答：若容器发生缓慢漏气，则单位体积内的分子数减少，即n减少。气体的压强PnkT，故气体的压强减少。气体分子的平均平动动能为kT23，只与温度有关，故气体分子的平均平动动能不变。气体的内能为RTi2，漏气时摩尔数减少故内能减少。 3.18 说平衡态气体的分子速率正好是某一确定的速率是没有意义的，为什么？ 答：平衡态气体的分子速率，不管是平均速率还是方均根速率都是统计平均值。对于一个分子而言，不遵循大量分子无规运动的统计规律，故说平衡态气体的分子速率正好是某一确定的速率是没有意义的。 图3-25 问题3.19用图

v

)(vf O (m/s) 1000 精品资料 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢7 3.19 图3-25所示的是氢气和氦气在同一温度下的麦克斯韦速率分布曲线。那一条对应的是氢气？由图，氢气分子的最可几速率是多少？ 答：图中低的那条分布曲线对应的是氢气的速率分布曲线。由图知氦气分子

的最可几速率为1000，即,1.731000pmolHe

RTvM。氢气分子的最可几速率

为：2,1.731414pmolH

RTvM。

3.20 已知()fv为麦克斯韦速率分布函数，N为总分子数，pv为分子的最概然速率。说出0()vfvdv、()pvvfvdv、()pvNfvdv各式的物理意义。 答： 0()vfvdv表示速率在0范围内所有分子的平均速率。 ()pvvfvdv表示速率在

pv

范围内所有分子的平均速率。

()pvNfvdv表示速率在

pv

范围内的分子数。

3.21 如果用分子总数N、气体分子速率v和它们的速率分布函数()fv表示，则速率分布在12vv

区间内的分子的平均速率是什么？

答： 速率分布在12vv区间内的分子的平均速率为 2()1vvvfvdv。

3.22 当体积不变而温度降低时，一定量理想气体的分子平均碰撞频率Z和平均自由程怎样变化？ 答：分子平均碰撞频率22Zdvn，当体积不变而温度降低时，平均速

率v将减少，故分子平均碰撞频率将减少。平均自由程