新编基础物理学上册7-8单元课后答案.doc

1、第七章7-1 氧气瓶的容积为 32,L瓶内充满氧气时的压强为 130atm。若每小时用的氧气在 1atm 下体积为 400L。设使用过程温度保持不变，当瓶内压强降到 10atm 时，使用了几个小时?分析 氧气的使用过程中，氧气瓶的容积不变，压强减小。因此可由气体状态方程得到使用前后的氧气质量。进而将总的消耗量和每小时的消耗量比较求解。解 已知 12330,1,;PatmtPatm ,3221LV40。质量分别为 ， ， ,由题意可得:1VRTM 12P 23m 3所以一瓶氧气能用小时数为:1212330129.6.4PVn小 时7-2 一氦氖气体激光管，工作时管内温度为 27 C。压强为 2.

2、4mmHg，氦气与氖气得压强比是 7:1.求管内氦气和氖气的分数密度.分析 先求得氦气和氖气各自得压强，再根据公式 PnkT求解氦气和氖气的分数密度。解:依题意, n氦 氖 ， 52.410376Pa氦 氖 ； :7:1P氦 氖所以 52.103,.76Pa氦 氖 ,根据 kT所以 52323.1.06.718n m氦氦9.60mk氖氖7-3 氢分子的质量为 241克。如果每秒有 230个氢分子沿着与墙面的法线成 45角的方向以 510厘米/秒的速率撞击在面积为 .c的墙面上,如果撞击是完全弹性的,求这些氢分子作用在墙面上的压强.分析 压强即作用在单位面积上的平均作用力，而平均作用力由动量定理

3、求得。解:单位时间内作用在墙面上的平均作用力为: 2cos45FmvN2752343.10102cos45FmvNp PaS7-4 一个能量为 120e的宇宙射线粒子 ,射入一氖气管中,氖管中含有氦气 0.10mol,如果宇宙射线粒子的能量全部被氖气分子所吸收而变为热运动能量,问氖气的温度升高了多少?分析 对确定的理想气体，其分子能量是温度的单值函数，因此能量的变化对应着温度的变化。由能量守恒求解氖气的温度变化。解: 依题意可得:2312190.16 k T0.677.0.85.TK7-5 容器内贮有 1 摩尔某种气体。今自外界输入 2.0焦耳热量,测得气体温度升高10K.求该气体分子的自由度

4、。分析 理想气体分子能量只与自由度和温度有关。解： ,2AiENkT22.9156038AEik7-6 2.0g 的氢气装在容积为 20L 的容器内,当容器内压强为 300mmHg 时,氢分子的平均平动动能是多少?分析 根据已知条件由物态方程可求得温度，进而用公式 2ktT求平均平动动能。解： RTMmPV 代入数值: 08.27603K.923211.89.2kt J7-7 温度为 7C时,1mol 氢气分子具有多少平动动能?多少转动动能 ?分析 气体的能量为单个分子能量的总合。解： 2323336.01.810.74102ktANT J 9r7-8 有 31 m刚性双原子分子理想气体，其内

5、能为 26.5 J。(1) 试求气体的压强；(2) 设分子总数为 25.410 个，求分子的平均平动动能及气体的温度 分析 将能量公式 iENkT结合物态方程 NPkTV求解气体的压强。由能量公式2iEkT求解气体的温度。再由气体的能量为单个分子能量的总合求解单个分子的平均平动动能。解：(1) 设分子数为 。iNkPkTV据 及 521.30Epai得(2) 325ktTEN由得 21/7.0kt J 又 T2得 365EKNk7-9 容器内有 .mg氧气，已知其气体分子的平动动能总和是 54.10kEJ，求：(1) 气体分子的平均平动动能； (2) 气体温度 分析 气体的能量为单个分子能量的

6、总合。由理想气体的质量和摩尔质量求出总分子数目。则分子的平均平动动能。进而利用公式 32ktT求气体温度。根据 1 摩尔理想气体的质量和分子数目可求得总分子数目。解：(1) AmNM AmNM JEKkt 2107.8(2) Tkt432 7-10 2L 容器中有某种双原子刚性气体,在常温下,其压强为 51.0pa,求该气体的内能.分析 内能公式与物态方程结合可将内能公式表述为压强与体积的函数。解：据 RTMmPV， 5351.027502iEpVJ7-11 一容器内贮有氧气,测得其压强为 1atm,温度为 300K.求：（1）单位体积内的氧分子数；(2)氧的密度；（3）氧分子的质量；（4）氧

7、分子的平均平动动能。分析 应用公式 PnkT即可求解氧分子数密度。应用物态方程求出质量密度。结合氧分子数密度和质量密度求出氧分子的质量。最后利用公式直接求解氧分子的平均平动动能。解：(1) 5253231.0.4108m(2) .MgLRT (3) 23253.410mn(4) 13.806.kt J 7-12 温度为 273K，求(1)氧分子的平均平动动能和平均转动动能(2) 3410kg氧气的内能.分析 分子的能量只与自由度与温度有关，分析分子的平动自由度和转动自由度即可求解平均平动动能和平均转动动能。而内能只需根据内能公式求解。解：氧分子为双原子分子。其平均自由度 t=3,转动自由度 r

8、=2.当视为刚性分子时,振动自由度 s=0.所以:(1) 氧分子的平均平动动能和转动动能分别为: 232131.8075.602ktTJr(2) 当 34mkg时,其内能为:3 21058.1273.0912trERTJM7-13 在相同温度下,2 摩尔氢气和 1 摩尔氦气分别放在两个容积相同的容器中。试求两气体(1)分子平均平动动能之比;(2)分子平均总动能之比;(3)内能之比;(4)方均根速率之比;(5)压强之比(6)密度之比.分析 此题是平均平动动能公式、分子平均总动能公式、内能公式、方均根速率公式、理想气体物态方程等的应用。解： 因为氢气的自由度 i=5;氦气的自由度 i=3(1) 3

9、1:2kt kttT氢 氦： (2) 5:32kkiETE氢 氦：(3) RiMmE， 3:0： 氦氢 E (4) MRV3 ， 2:2氦氢 ： V (5) NPnkTV ， :2:1P氢 氦 (6) PT， 1:： 氦氢 7-14 已知 ()fv是气体速率分布函数。 N为总分子数，,n 为单位体积内的分子数,。试说明以下各式的物理意义。 2 211(1)(2)(3)(4)vvfdfdfdfd2 21 1(5)(6)vffv分析 根据速率分布函数 dNf中的各个物理量的概念（有的问题需结合积分上下限）比较容易理解各种公式的含义。解：（1） dvNf)(表示分布在（ dv）范围内的分子数（2）

10、表示（ ）范围内的分子数占总分之数的百分比（3） dvNf21)(表示速率在（ 12v:）之间的分子数（4）21()fv表示速率在 12之间的分子平均速率。（5）21()fd表示 12v之间的分子速率平方的平均值。(6) 21()vf表示速率在（ 12:）区间内的分子数占总分之数的百分比.7-15 N 个粒子的系统,其速度分布函数Cdvf)( 0(,vc为 常 数 ）(1)根据归一化条件用定出常数 C; (2) 求粒子的平均速率和方均根速率.分析 将分布函数定义，用归一化条件用定出常数 C。根据定义计算平均速率和方均根速率。解：(1) 根据归一化条件 000 01()1vfvddv， ，(2)

11、 00()2vfC0222000 13()vvfddv7-16 有 N 个假想的气体分子,其速率分布如题图716 所示(当 0时,分之数为零 ).试求: （1）纵坐标的物理意义,并由 N 和 v求 a。(1) 速率在 01.5到 2.之间的分之数.(2) 分子的平均速率.分析 根据速率分布函数的定义 ()dNfv，可得出其纵坐标的物理意义，再由归一化条件可确定其常数 a 的值，从而得到具体的分布函数；根据速率分布函数的意义和平均速率的概念，求分子数和平均速率。()Nfa 0v02v题图 716解 (1) 由 ()dNfv得 ()dfv 所以 Nf(v)的物理意义为在某速率附近单位速率间隔中的分

12、子.由图可知在不同的速率区间的 Nf(v)为0()afv 0vN2 ()fv 0v根据归一化条件 000 022()1, 1,3aNfddvaNv(1) 由于 v所以速率在 0.5v到 .之间的分之数为:0002.()151.2Nfa(2) 据平均速率的计算公式002200 1() 69vvavfddvNN717 已知某气体在温度 73TK,压强 2.Ptm时，密度,124.1Lg求(1)此气体分子的方均根速率;(2)此气体的摩尔质量并确定它是什么气体.分析 首先根据物态方程确定气体的摩尔质量，代入方均根速率公式即可。解：(1) ,mRTPRTMVP122 095.43smv(2) 212.8

13、,MkgolNCOp或7-18 一氧气瓶的容积为 V，充了气未使用时压强为 1P，温度为 1T；使用后瓶内氧气的质量减少为原来的一半，其压强降为 2P，试求此时瓶内氧气的温度 2及使用前后分子热运动平均速率之比 21/v分析 比较使用前后气体物态方程可求解温度；利用平均速率的公式比较使用前后分子热运动平均速率变化。解： 1122,mmPVRTPVRTM221 221Tv 7-19 设容器内盛有质量为 1m和质量为 2的两种不同单原子分子理想气体，并处于平衡态，其内能均为 E则此两种气体分子的平均速率之比为多少？分析 在一容器内温度相同，都为单原子分子则自由度都为 3，根据内能公式和平均速率的公

14、式即可求解。解： 2,2iRTEMiRTv8，所以： 121:mv7-20 若氖气分子的有效直径为 10.4,问在温度 600K,压强为 1mmHg 时,氖分子 1秒钟内的平均碰撞次数为多少?分析 根据碰撞频率公式 vndZ2可知，需先求得平均速率和分子数密度，而这两个量都可由公式直接得到。解： 氖气的摩尔质量为 301Mkg,则平均速率 137926.8160. smRTv由 23231., .60.0PPnk 代入碰撞频率公式 vndZ 得：162210 08.796.4.2 sZ7-21 电子管的真空度在 C时为 51.0mHg,求管内单位体积的分子数及分子的平均自由程.设分子的有效直径

15、 3d。分析 应用物态方程的变形公式 PnkT可得到分子数密度，代入平均自由程公式即可。解：5217323., .0180PnkT 21d17.8.m此结果无意义,因为它已超过真空管的长度限度。 实际平均自由程是真空管的长度。7-22 如果气体分子的平均直径为 103.m,温度为 273K.气体分子的平均自由程m20.,问气体在这种情况下的压强是多少?分析 应用物态方程的变形公式 PnkT与平均自由程公式结合即可得到压强与自由程的关系。解： 根据平均自由程 21;d 2pkTkdp把 代 入 可 得所以 3 222 10.874.7104.kTP Pad 第八章8-1 如果理想气体在某过程中依

16、照 V= pa的规律变化,试求：(1)气体从 V1膨胀到 V2对外所作的功;(2)在此过程中气体温度是升高还是降低?分析 利用气体做功公式即可得到结果，根据做正功还是负功可推得温度的变化。解：(a) 2122121 VadVpWvv (b) 降低8-2 在等压过程中，0.28 千克氮气从温度为 293K 膨胀到 373K，问对外作功和吸热多少?内能改变多少?分析 热力学第一定律应用。等压过程功和热量都可根据公式直接得到，其中热量公式中的热容量可根据氮气为刚性双原子分子知其自由度为 7 从而求得，而内能则由热力学第一定律得到。解：等压过程: 2121()()mWPVRTM380.3796.50J

17、TCMmQp 4122据 JE406.,8-3 1 摩尔的单原子理想气体，温度从 300K 加热到 350K。其过程分别为(1)容积保持不变；(2)压强保持不变。在这两种过程中求：(1)各吸取了多少热量；(2)气体内能增加了多少；(3)对外界作了多少功分析 热力学第一定律应用。 一定量的理想气体，无论什么变化过程只要初末态温度确定，其内能的变化是相同的。吸收的热量则要根据不同的过程求解。解： 已知气体为 1 摩尔单原子理想气体 31,2VmCRM(1) 容积不变。 JTCQV 5.6053.8212 根据 EWE,0,。气体内能增量 E.3。对外界做功 0W.(2) 压强不变。 21().()

18、18.7,pJ25.63， JJ5.46375.88-4 一气体系统如题图 8-4 所示,由状态 a 沿 acb 过程到达 b 状态,有 336 焦耳热量传入系统,而系统作功 126 焦耳,试求: (1) 若系统经由 adb 过程到 b 作功 42 焦耳,则有多少热量传入系统?(2) 若已知 JEad1,则过程 ad 及 db 中,系统各吸收多少热量?(3)若系统由 b 状态经曲线 bea 过程返回状态 a,外界对系统作功 84 焦耳,则系统与外界交换多少热量?是吸热还是放热?分析 热力学第一定律应用。根据对于初末态相同而过程不同的系统变化，内能变化是相同的特点，确定出内能的变化。结合各过程的

19、特点（如等体过程不做功）和热力学第一定律即可求得。解：已知 acb 过程中系统吸热 36QJ,系统对外作功 126WJ,根据热力学第一定律求出 b 态和 a 态的内能差： E210(1) 42WJ, 故 Wadb5(2) 经 ad 过程,系统作功与 adb 过程做功相同,即 W=42J,故JEQadad 210468,经 db 过程,系统不作功,吸收的热量即内能的增量 JEadabdbd 42168所以 JWE42(3) bea8, 0beaJ,故 .94JWEQbeabea系统放热.8-5 如题图 8-5 所示。某种单原子理想气体压强随体积按线性变化，若已知在 A,B 两状态的压强和体积,求

20、: (1)从状态 A 到状态 B 的过程中,气体做功多少?(2)内能增加多少?(3)传递的热量是多少?分析 利用气体做功的几何意义求解，即气体的功可由曲线下的面积求得。而内能变化则与过程无关，只需知道始末状态即可。解：(1) 气体作功的大小为斜线 AB 下的面积ABAB PVPVW21ABV21(2) 气体内能的增量为: TCMmE 据 RTVPAA mBB 代入 AE23(3)气体传递的热量 ABABA VPVPWQ18-6 一气缸内贮有 10 摩尔的单原子理想气体,在压缩过程中,外力作功 200 焦耳,气体温度升高一度,试计算: (1) 气体内能的增量;(2)气体所吸收的热量;(3)气体在

21、此过程中的摩尔热容量是多少?分析 利用内能变化公式和热力学第一定律，求解压缩过程中的热量。再根据摩尔热容量定义即可得到此过程中的摩尔热容量。解：据 JTCMmEV 65.1243.82102 又据热力学第一定律: 073QEW1 摩尔物质温度升高(或降低)1 度所吸收的热量叫摩尔热容量,所以175.3.0JolK8-7 一定量的理想气体，从 A 态出发，经题图 87 所示的过程，经 C 再经 D 到达 B 态，试求在这过程中，该气体吸收的热量分析 比较图中状态的特点可知 A、B 两点的内能相同，通过做功的几何意义求出气体做功，再利用热力学第一定律应用求解。解：由图可得： A 态： 5810PV ； B 态： 5810BPV BPV，