物理学家简介：葛正权
物理高考复习新情境新题型
物理高考复习新情境新题型1．如图是一种光电计数装置的原理图，被计数的制品放在传送带上，光源安装在传送带的一侧，光电计数装置安装在传送带的另一侧，每当传送带上有一个制品通过时，光线被挡住，电磁铁放开衔铁，计数齿轮转过一齿，计数器自动地把制品数目记下来。
（1） 试说明这种计数装置的工作原理。
（2）光电计数装置，实际上是一个用光控制的继电器，叫做光控继电器。
光控继电器在自动控制中的应用很多，例如可用来控制航标信号灯，使信号灯自动地“夜亮昼熄”。
请你利用学过的知识，自行设计一个航标信号灯的简单电路。
2．我国物理学家葛正权1934年测定铋蒸汽分子的速率，其实验装置主要部分如图5—28所示．Q 是蒸汽源，正是可绕中心轴(垂直于图平面)转动的空心圆筒，S 1、S 2、S 3是平行的窄缝．整个装置放在真空中，若正不转动，分子落在P 处，当圆筒以角速度ω转动，分子落在P '处，量得转过的P P '弧长等于s ，E 的直径为D ，则这部分分子速度v=_________。
（分子从Q 飞行到P '所需时间比圆筒转动的周期小）3．1611年，开普勒做比较入射角与折射角的实验，他设计的装置如图所示，日光LMN 斜射到器壁DBC 上，BC 边缘的影子投影到底座，形成阴影边缘HK ．另一部分从DB 射进玻璃立方体ADBEF 内，阴影的边缘形成于IG ．根据学过的折射定律和几何知识，用图中的字母表示玻璃的折射率n=__________。
4．家庭电路的线路均有一定的电阻，所以当家中大功率的家电（如空调、电热器等）启动时，其余电灯都会突然变暗，通过下面的实验可以估测线路的电阻。
如右图所示，r 表示线路上的总电阻，L 为一个功率为P 1的普通灯泡，为交流电压表，R 是一个功率为P 2的大功率电热器（P 2P 1）。
实验时断开K ，测得电压为U 1，合上K 测得电压为U 2，如何估算线路上的电阻？写出估算的计算式。
麦克斯韦气体速率分布律
麦克斯韦气体速率分布律Maxwell Velocity Distribution大家知道，由气体的温度公式可以得出气体分子的方均根速率。
例如在时，氦气。
氧气。
但我们要注意的是，方均根速率仅是运动速率的一种统计平均值，并非气体分子都以方均根速率运动。
事实上，处于平衡状态下的任何一种气体，各个分子均以不同的速率、沿各个方向运动着。
有的速率大于方均根速率，有的速率小于方均根速率，它们的速率可以取零到无穷大之间的任意值。
而且由于气体分子间的相互碰撞，每个分子的速度也在不断地改变，所以在某一时刻，对某个分子来说，其速度的大小和方向完全是偶然的。
然而就大量分子整体而言，在平衡状态下，分子的速率分布遵守一个完全确定的统计性分布规律又是必然的。
下面我们介绍麦克斯韦应用统计理论和方法导出的分子速率分布规律。
气体分子按速率分布的统计规律，最早是由麦克斯韦于1859年在概率论的基础上导出的，1877年玻耳兹曼由经典统计力学中也导出该规律。
由于技术条件的限制，测定气体分子速率分布的实验，直到本世纪二十年代才实现。
1920年斯特恩（O.Stern首先测出银蒸汽分子的速率分布；1934年我国物理学家葛正权测出铋蒸汽分子的速率分布；1955年密勒（Mlier和库士（Kusch测出钍蒸汽分子的速率分布。
斯特恩实验是历史上最早验证麦克斯韦速率分布律的实验。
限于数学上的原因和本课程的要求，我们不推导这个定律，只介绍它的一些基本内容。
*麦克斯韦（J. C. Maxwell，1831—1879）英国物理学家，经典电磁理论的奠基人，气体动理论的创始人之一。
他提出了有旋电场和位移电流概念，建立了经典电磁理论，这个理论包括电磁现象的所有基本定律，并预言了以光速传播的电磁波的存在。
1873年，他的《电磁学通论》问世，这本书凝聚着杜费、富烂克林、库仑、奥斯特、安培、法拉第……的心血，这是一本划时代巨著，它与牛顿时代的《自然哲学的数学原理》并驾齐驱，它是人类探索电磁规律的一个里程碑。
4-4 麦克斯韦气体分子速率分布定律
1）
v
vp
Nf
(v)dv
2）
vp
1 2
mv 2
Nf
(v)dv
4 – 4 麦克斯韦气体分子速率分布率
第四章气体动理论
例 如图示两条 f (v) ~ v 曲线分别表示氢气和
氧气在同一温度下的麦克斯韦速率分布曲线， 从图
上数据求出氢气和氧气的最概然速率 .
f (v)
vp
2kT m
m(H2 ) m(O2 )
射线中速率v在: v v 区间的分子。
当圆盘以不同的角速度转动时，从屏上可以测量出每次
所沉积的金属层的厚度，各次沉积的厚度对应于不同速
率区间内的分子数。比较这些厚度的比率，就可以知道
在分子射线中，不同速率区间内的分子数与总分子数之
比。
下面看气体分子的速率分布:
4 – 4 麦克斯韦气体分子速率分布率
0N
dN N
0
f
(v)dv
1
4 – 4 麦克斯韦气体分子速率分布率
第四章气体动理论
三 三种统计速率
f (v)
v 1）最概然速率 p fmax
df (v) 0 dv vvp
o
vp
v
根据分布函数求得
M mNA , R NA k
vp
2kT 1.41 kT
m
m
vp 1.41
RT M
物理意义
气体在一定温度下分布在最概然
速率 v p 附近单位速率间隔内的相对
分子数最多 .
4 – 4 麦克斯韦气体分子速率分布率
第四章气体动理论
2）平均速率 v
v v1dN1 v2dN2 vidNi vndNn
热学-统计物理3 第3章 气体分子热运动速率和能量的统计分布律
v v pv v 2
讨论
麦克斯韦速率分布中最概然速率 vp 的概念
下面哪种表述正确？
（A） vp 是气体分子中大部分分子所具有的速率. （B） vp 是速率最大的速度值. （C） vp 是麦克斯韦速率分布函数的最大值.
（D） 速率大小与最概然速率相近的气体分子的比 率最大.
例1 计算在 27 C 时，氢气和氧气分子的方均
M
3.方均根速率 v2
v2
N
0
v2dN N
0
v2Nf N
(v)dv
o
v
v2 v2 f (v)dv 4 ( m )3 2 e mv2 2kT v4dv
0
2 kT
0
v4ev2 dv 3
0
8 5
v2 3kT m
v2 3kT 3RT
2kT
v
麦克斯韦速率分布函数的物理意义： f (v) dNv
Nd v
既反映理想气体在热动平衡条件下，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，又表示任意
一分子的速率出现在 v附近单位速率区间内的概率。
如果以速率为横坐标轴，速率分布函数为纵坐标轴，画 出的一条表示f(v) —v之间关系的曲线，称为气体分子的麦 克斯韦速率分布曲线。 ，它形象地描绘出气体分子按速率 分布的情况。
大量分子的速率的算术平均值叫做分子的平均速率.
v
vNf (v)dv
0
vf (v)dv
v 4 (
m
)3 e2 mv2 2kT v2dv
N
0
0
新人教版高中物理必修二第六章《圆周运动》测试卷(包含答案解析)(5)
一、选择题1．热衷于悬浮装置设计的国外创意设计公司Flyte，又设计了一款悬浮钟。
这款悬浮时钟外观也十分现代简约，仅有一块圆形木板和悬浮的金属小球，指示时间时仅由小球显示时钟位置。
将悬浮钟挂在竖直墙面上，并启动秒针模式后，小球将以60秒为周期在悬浮钟表面做匀速圆周运动。
不计空气阻力的情况下，下列说法正确的是（）A．小球运动到最高点时，处于失重状态B．小球运动到最低点时，处于平衡状态C．悬浮钟对小球的作用力大于小球对悬浮钟的作用力D．小球受到的重力和悬浮钟对小球的作用力是一对平衡力2．如图所示，一圆筒绕其中心轴匀速转动，圆筒内壁上紧靠着一个物体与圆筒一起运动，相对筒无滑动，物体所受向心力是（）A．物体的重力B．筒壁对物体的弹力C．筒壁对物体的静摩擦力D．物体所受重力与弹力的合力3．我国将在2022年举办冬季奥运会，届时将成为第一个实现奥运“全满贯”国家。
图示为某种滑雪赛道的一部分，运动员（可视为质点）由坡道进入竖直面内的圆弧形滑道。
若运动员从图中a点滑行到最低点b的过程中，由于摩擦力的存在，运动员的速率保持不变，对于这个过程，下列说法正确的是（）A．运动员受到的摩擦力大小不变B．运动员所受合外力始终等于零C．运动员先处于失重状态后处于超重状态D．运动员进入圆弧形滑道后处于超重状态4．和谐号动车以80m/s的速率转过一段弯道，某乘客发现放在桌面上的指南针在10s内匀速转过了约10︒。
在此10s时间内，则火车（）A．角速度约为1rad/s B．运动路程为800mC．加速度为零D．转弯半径约为80m5．一水平放置的圆盘绕竖直轴转动，如图甲所示。
在圆盘上沿半径开有一条均匀的狭缝。
将激光器与传感器上下对准，使二者间连线与转轴平行，分别置于圆盘的上下两侧，且沿圆盘半径方向匀速移动，传感器接收到一个激光信号，并将其输入计算机，经处理后画出光信号强度I随时间t变化的图像，如图乙所示，图中∆t1＝1.0⨯10-3s，∆t2＝0.8⨯10-3s。
第3章 气体分子热运动速率和能量的统计分布
v vxi vy j vzk
速度空间体积元
速率分布是速度矢量大小被限制在一定区间
满足此条件的速度矢量其端点位于半径为 v，厚度为dv的球壳内
球壳体积为
17
用球壳体积
代替
并注意 v2 vx2 v2y vz2 得麦克斯韦速率分布
dN 4π(
n n 1 n
•分子数∆n 越大，涨落的百分数就越小，涨落现象越不显著。
• 麦克斯韦速率分布律只对大量分子组成的体系才成立。 9
三、用麦克斯韦速率分布函数求平均值
平均速率（算术平均值）
离散型
v v1N1 v2N2 viNi vnNn i viNi
N
N
连续型
N
v 0 vdN 0 vNf (v)dv
•当R 以一定的角速度转动，铋分子由S3到达G需用一段时间。 • 这段时间内R己转过一角度，铋分子不再沉积在板上P处。 • 不同速率的分子将沉积在不同的地方．速率大的分子由S3到G所需
的时间短，沉积在距P较近的地方，速率小的分子沉积在距P较远 的地方。
34
•设速率为 v的分子沉积在P’处以s 表示弧PP’的长度。 表示R的
N1, N2,…, Ni, …
小球在槽内的分配情况，称为一种分布。
总数足够大，槽内的小球的数目与小球总数之比
..........
.. . .
.......
. . .
. . .
. . .
. . .
. . .
. . .
. . .
. . .
. . .
. .
. . .
.
. . .
.
. . .
高二物理竞赛麦克斯韦速率分布律的实验验证PPT(课件)
P = P0 e -Mgh /RT
1°C），等温线接近双曲线，实际根气体据的行压为与强理想变气体化的行测为接高近。度，实际温度也随高度变化，测大气温
度有一定的范围，是近似测量。
例如在登山运动和航空驾驶中，通过测出不同高度处压强 的变化，根据(3)式可以计算出测点的高度。
理想气体等温线的p－V 图是一条双曲线。真实气体(例如 CO2 气体)的等温线是什么样呢?
1、 麦克斯韦速率分布律的实验验证
随着真空技术的发展，二十世纪二十年代后，陆续有许多 实验成功地验证了麦克斯韦速率分布律。
称为玻耳兹曼因子（式中 E 为粒子总能量），是决定粒子数分布的要素。
随★着重真力空场技中术的的气发体展分，子二按十高世度纪分二布1十9年2代0后年，陆法续有国许多的实验物成功理地验学证了家麦克施斯韦特速率恩分布(律O。．Stern，1888──1969)最
★ 玻耳兹曼分布率
以理想气体在重力场中分子按状态区间的分布为例。分子
处在重力场中受重力作用，分子的空间分布是“下密上
疏”，请看示意图。设气体分子在 x ~ x + dx， y ~ y + dy，
z ~ z + dvzx和~ vx dvx vy ~，vy dvy vz ，~ vz dvz 的总能为：
区间
E
Ek
Ep
1 2mv2Fra bibliotekEp1 2
m(vx2
v
2 y
vz2 )
Ep
玻耳兹曼分布律给出在状态区间 dvxdvydvzdxdydz 内的分子数为：
dN Ce(Ek Ep )/kTdvxdvydvydxdydz (1)
重力场中分子的分布
式中C为与速度和位置均无关的比例常数，其值为
上海市敬业中学2023-2024学年高一下学期期末考试物理试题
上海市敬业中学2023-2024学年高一下学期期末考试物理试题一、单选题1．下列关系式中正确的是（ ）A ．重力对某物体做功：2J 5J ->-B ．物体的重力势能：2J 5J ->-C ．物体动能的变化量：2J 5J ->-D ．物体的加速度：222m /s 5m /s ->- 2．如图所示，一物体从地面上方某点A 先后沿路径Ⅰ、Ⅰ运动到地面上的B 点，重力做功分别为1W 、2W ，重力势能变化量分别为1p E ∆、2p E ∆。
则它们的大小关系正确的是（ ）A ．21p p E E ∆=∆B ．12W W >C ．12W W ≠D ．21p pE E ∆≠∆ 3．部队为了训练士兵的体能，会进行一种拖轮胎跑的训练。
如图所示，某次训练中，士兵在腰间系绳拖动轮胎在水平地面前进，已知连接轮胎的拖绳与地面夹角为37°，绳子拉力大小为100N ，若士兵拖着轮胎以6m/s 的速度匀速直线前进3s ，（sin37°=0.6，cos37°=0.8，g 取10m/s 2）则（ ）A ．3s 内，轮胎克服地面摩擦力做功为－1440JB ．3s 内，绳子拉力对轮胎做功为1440JC ．3s 内，轮胎所受合力做功为1800JD ．3s 末，绳子拉力功率为600W二、填空题4．从地面竖直向上抛出一质量为0.5kg 的小球，运动过程中小球受大小恒定的阻力作用。
小球上升过程中，其动能E k 随距离地面高度h 的变化关系如图所示。
小球上升3米的过程中机械能减少了 J ，运动过程中所受阻力的大小为 N 。
（g 取10m/s 2）三、单选题5．如图所示，有一皮带传动装置，A 、B 、C 三点到各自转轴的距离分别为A R 、B R 、C R ，已知2A B C R R R ==，若在传动过程中，皮带不打滑．则（ ）A ．B 点与C 点的线速度大小之比为21∶B ．B 点与C 点的角速度大小之比为12∶C ．B 点与C 点的向心加速度大小之比为41∶D ．B 点与C 点的周期之比为12∶6．美国物理学家蔡特曼（Zarman ）和我国物理学家葛正权于1930~1934年对施特恩测定分子速率的实验作了改进，设计了如图所示的装置。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。