【題目】科學(xué)精神的核心是對未知的好奇與探究。小君同學(xué)想尋找教科書中“溫度是分子平均動能的標(biāo)志”這一結(jié)論的依據(jù)。她以氦氣為研究對象進(jìn)行了一番探究。經(jīng)查閱資料得知:第一,理想氣體的模型為氣體分子可視為質(zhì)點,分子問除了相互碰撞外,分子間無相互作用力;第二,一定質(zhì)量的理想氣體,其壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系式為p=nkT,式中n為單位體積內(nèi)氣體的分子數(shù),k為常數(shù)。

她猜想氦氣分子的平均動能可能跟其壓強(qiáng)有關(guān)。她嘗試從理論上推導(dǎo)氦氣的壓強(qiáng),于是建立如下模型:如圖所示,正方體容器靜止在水平面上,其內(nèi)密封著理想氣體—氦氣,假設(shè)每個氦氣分子的質(zhì)量為m,氦氣分子與器壁各面碰撞的機(jī)會均等;與器壁碰撞前后瞬間,分子的速度方向都與器壁垂直,且速率不變。請根據(jù)上述信息幫助小君完成下列問題:

(1)設(shè)單位體積內(nèi)氦氣的分子數(shù)為n,且其熱運(yùn)動的平均速率為v。

①求一個氦氣分子與器壁碰撞一次受到的沖量大小I;

②求該正方體容器內(nèi)氦氣的壓強(qiáng)p;

③請以本題中的氦氣為例推導(dǎo)說明:溫度是分子平均動能(即)的標(biāo)志。

(2)小君還想繼續(xù)探究機(jī)械能的變化對氦氣溫度的影響,于是進(jìn)行了大膽設(shè)想:如果該正方體容器以水平速度u勻速運(yùn)動,某時刻突然停下來,若氦氣與外界不發(fā)生熱傳遞,請你推斷該容器中氦氣的溫度將怎樣變化?并求出其溫度變化量。

【答案】(1);②;③見解析;(2)

【解析】

(1)

①根據(jù)動量定理可得,碰撞一次受到的沖量大小

②設(shè)立方體一個側(cè)面的面積為S,在時間內(nèi),體積為

內(nèi)的分子有(假設(shè)向各個方向的分子數(shù)相等)與該側(cè)面相撞,因此與該面碰撞的分子數(shù)

這些分子受到的總沖量

根據(jù)動量定理

代入數(shù)據(jù),整理得

根據(jù)牛頓第三定律,該側(cè)壁受到的平均壓力

壓強(qiáng)大小

③由于

p=nkT

將①②聯(lián)立可得

由于分子的平均動能與熱力學(xué)溫度T成正比,與其它因素?zé)o關(guān),故溫度是分子平均動能的標(biāo)志。

(2)設(shè)立方體內(nèi)有N個氦氣分子,當(dāng)氦氣隨容器勻速運(yùn)動時,整個氣體機(jī)械運(yùn)動的動能為

設(shè)此時的溫度為T1,氣體分子的總內(nèi)能為

突然停止后,設(shè)此時的溫度為T2,則總內(nèi)能為

根據(jù)能量守恒,這此分子機(jī)械運(yùn)動的動能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

則升高的溫度

代入數(shù)據(jù),整理得

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,位于同一絕緣水平面內(nèi)的兩根固定金屬導(dǎo)軌MN、M′N′,電阻不計,兩導(dǎo)軌之間存在豎直向下的勻強(qiáng)磁場,F(xiàn)將兩根粗細(xì)均勻、電阻分布均勻的相同銅棒abcd放在兩導(dǎo)軌上,若兩棒從圖示位置以相同的速度沿MN方向做勻速直線運(yùn)動,運(yùn)動過程中始終與兩導(dǎo)軌接觸良好,且始終與導(dǎo)軌MN垂直,不計一切摩擦,則下列說法正確的是

A. 回路中有順時針方向的感應(yīng)電流

B. 回路中的感應(yīng)電流不斷減小

C. 回路中的熱功率不斷增大

D. 兩棒所受安培力的合力不斷減小

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】用雙縫干涉測量光的波長實驗中:

(1)以下哪些操作能夠增大屏上相鄰兩條亮紋之間的距離?____

A.將綠色濾光片換為紅色濾光片 B.增大雙縫之間的距離

C.增大單縫與雙縫之間的距離 D.增大雙縫與屏之間的距離

(2)轉(zhuǎn)動測量頭的手輪,使分劃板中心刻線對準(zhǔn)第1條亮紋中心,對應(yīng)的讀數(shù)是x1=2.190mm,繼續(xù)轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板中心刻線對準(zhǔn)第5條亮紋中心,對應(yīng)的讀數(shù)是x2=7.870mm。則相鄰兩條亮紋之間的距離是_____mm。

(3)已知雙縫間距d=0.2mm,雙縫到屏的距離L=lm。則所測光的波長λ=_____nm

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】我國是世界上開發(fā)利用地下水資源最早的國家之一,浙江余姚河姆渡古文化遺址水井,其年代距今約5700年。壓水井可以將地下水引到地面上,如圖所示,活塞和閥門都只能單向打開,提壓把手可使活塞上下移動,使得空氣只能往上走而不往下走;钊弦苿訒r,閥門開啟,可將直管中的空氣抽到閥門上面;活塞向下移動時,閥門關(guān)閉,空氣從活塞處溢出,如此循環(huán),地下水就在大氣壓的作用下通過直管被抽上來了。閥門下方的直管末端在地下水位線之下,地下水位線距離閥門的高度h = 8m,直管截面積S = 0.002m2,現(xiàn)通過提壓把手,使直管中水位緩慢上升4m。已知水的密度ρ=1.0×103kg/m3,外界大氣壓強(qiáng)p0 = 1.0×105Pa,重力加速度g = 10m/s,直管中的氣體可視為理想氣體:

(1)若該裝置的機(jī)械效率η = 0.4,求人對把手做的功;

(2)求直管中剩余空氣質(zhì)量m與直管中原空氣質(zhì)量m0之比。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】隨著機(jī)動車數(shù)量的增加,交通安全問題日益凸顯,分析交通違法事例,將警示我們遵守交通法規(guī),珍惜生命。某型號貨車滿載時符合安全要求的制動加速度大小為5m/s2 ,嚴(yán)重超載時的制動加速度為2.5m/s2。假設(shè)汽車制動過程中做勻變速直線運(yùn)動,某路段限速72 km/h。通過計算求解:

1)貨車在該路段滿載和超載時兩種情況的制動距離。

2)若駕駛員的反應(yīng)時間為1 s,則該型號貨車滿載時以72 km/h速度正常行駛時與前車的距離至少應(yīng)為多遠(yuǎn)?

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,絕緣、光滑的水平面處于水平向右的勻強(qiáng)電場中,帶負(fù)電物體從A處由靜止開始向左運(yùn)動,與豎直檔板P發(fā)生碰撞并反彈,第1次反彈后向右運(yùn)動最遠(yuǎn)能到達(dá)的位置記為Q(圖中未標(biāo)出Q點)。若物體反彈時動能不變,電性不變但帶電量變?yōu)樵瓉淼?/span>k倍(k1),則( 。

A.Q點與A重合

B.A點電勢小于Q點電勢

C.物體在Q點電勢能等于出發(fā)電勢能

D.物體在Q點電勢能大于出發(fā)時電勢能

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示為糧袋的傳送裝置,已知A、B間長度為L,傳送帶與水平方向的夾角為θ,工作時運(yùn)行速度為v,糧袋與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為μ,正常工作時工人在A點將糧袋放到運(yùn)行中的傳送帶上,關(guān)于糧袋從AB的運(yùn)動,以下說法正確的是(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)( 。

A.糧袋到達(dá)B點的速度與v相比較,可能大,也可能相等或小

B.糧袋開始運(yùn)動的加速度為gsinθ μcosθ),若L足夠大,則糧袋最后將以速度v做勻速運(yùn)動

C.μ ≥ tanθ,則糧袋從AB一定一直做加速運(yùn)動

D.不論μ大小如何,糧袋從AB一直做勻加速運(yùn)動,且agsinθ

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖,嫦娥三號衛(wèi)星在登月軟著陸過程中,先在離月球表面100m高處靜止懸停,然后勻加速下降12s,再勻減速運(yùn)動下降4s至離月球表面4m高處,速度減小為零.已知月球表面重力加速度是地球表面重力加速度的六分之一,嫦娥三號衛(wèi)星的總質(zhì)量為1590kg,噴出燃料質(zhì)量不計.求上述過程中:

1)衛(wèi)星運(yùn)動達(dá)到的最大速度;

2)衛(wèi)星勻減速運(yùn)動時的加速度大小;

3)衛(wèi)星勻減速運(yùn)動時發(fā)動機(jī)的推力大小.

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】氧氣分子在0 ℃100 ℃溫度下單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖中兩條曲線所示.下列說法正確的是________。

A.圖中兩條曲線下面積相等

B.圖中虛線對應(yīng)于氧氣分子平均動能較小的情形

C.圖中實線對應(yīng)于氧氣分子在100 ℃時的情形

D.圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目

E.0 ℃時相比,100 ℃時氧氣分子速率出現(xiàn)在0400 m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較大

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