大学物理(第五版)习题解答12-15_wan改正.pdf

第四篇 气体动理论 热力学基础 求解气体动理论和热力学问题的基本思路和方法 热运动包含气体动理论和热力学基础两部分．气体动理论从物质的微观 结构出发，运用统计方法研究气体的热现象，通过寻求宏观量与微观量之间 的关系，阐明气体的一些宏观性质和规律．而热力学基础是从宏观角度通过 实验现象研究热运动规律．在求解这两章习题时要注意它们处理问题方法的 差异．气体动理论主要研究对象是理想气体，求解这部分习题主要围绕以下 三个方面：(1) 理想气体物态方程和能量均分定理的应用；(2) 麦克斯韦速 率分布率的应用；(3)有关分子碰撞平均自由程和平均碰撞频率．热力学基 础方面的习题则是围绕第一定律对理想气体的四个特殊过程(三个等值过程 和一个绝热过程)和循环过程的应用，以及计算热力学过程的熵变，并用熵 增定理判别过程的方向． 1 ．近似计算的应用 一般气体在温度不太低、压强不太大时，可近似当作理想气体，故理想 气体也是一个理想模型．气体动理论是以理想气体为模型建立起来的，因此， 气体动理论所述的定律、定理和公式只能在一定条件下使用．我们在求解气 体动理论中有关问题时必须明确这一点．然而，这种从理想模型得出的结果 在理论和实践上是有意义的．例如理想气体的内能公式以及由此得出的理想   气体的摩尔定容热容C iR / 2 和摩尔定压热容C i 2 R / 2 都是 V,m P,m 近似公式，它们与在通常温度下的实验值相差不大，因此，除了在低温情况 下以外，它们还都是可以使用的．在实际工作时如果要求精度较高，摩尔定 容热容和摩尔定压热容应采用实验值．本书习题中有少数题给出了在某种条 件下CV,m 和CP,m 的实验值就是这个道理．如习题中不给出实验值，可以采 用近似的理论公式计算． 2 ．热力学第一定律解题过程及注意事项 V 2 热力学第一定律 Q W ΔE ，其中功W  ρdV ，内能增量 V 1 m i ΔE R ΔT ．本章习题主要是第一定律对理想气体的四个特殊过程 M 2 (等体、等压、等温、绝热) 以及由它们组成的循环过程的应用．解题的主要 过程：(1) 明确研究对象是什么气体(单原子还是双原子) ，气体的质量或物 质的量是多少？ ( ２) 弄清系统经历的是些什么过程，并掌握这些过程的特 征．( ３) 画出各过程相应的p －V 图．应当知道准确作出热力学过程的p － V 图，可以给出一个比较清晰的物理图像．( ４) 根据各过程的方程和状态 方程确定各状态的参量，由各过程的特点和热力学第一定律就可计算出理想 气体在各过程中的功、内能增量和吸放热了．在计算中要注意Q 和W 的正、 负取法． 3 ．关于内能的计算 理想气体的内能是温度的单值函数，是状态量，与过程无关，而功和热量 是过程量，在两个确定的初、末状态之间经历不同的过程，功和热量一般是 不一样的，但内能的变化是相同的，且均等于ΔE m C T T ．因 V,m 2 1