题目
一立方体形状容器中封闭有某种理想气体(分子个数为6),中间有一隔板。开始时,分子全部被隔在一侧。现将隔板去掉,理想气体会向另一侧扩散。两侧各有3个分子的这种宏观态所包含的微观态数目为()A. 20B. 30C. 10D. 40
一立方体形状容器中封闭有某种理想气体(分子个数为6),中间有一隔板。开始时,分子全部被隔在一侧。现将隔板去掉,理想气体会向另一侧扩散。两侧各有3个分子的这种宏观态所包含的微观态数目为()
A. 20
B. 30
C. 10
D. 40
题目解答
答案
A. 20
解析
本题考查理想气体的微观态与宏观态的关系,核心在于计算特定宏观态对应的微观态数目。关键点如下:
- 分子可区分性:理想气体分子是可区分的个体,不同排列对应不同微观态。
- 组合数计算:将6个分子分为左右各3个的情况数,需用组合数公式$C(6,3)$计算。
- 排除干扰:无需考虑分子运动细节,只需关注最终分布的组合方式。
关键步骤分析
- 确定问题本质:计算6个分子中选择3个放在左侧(右侧自然为3个)的组合方式数。
- 应用组合公式:
$C(6,3) = \frac{6!}{3! \cdot (6-3)!} = 20$ - 验证逻辑:总微观态数为$2^6=64$,而符合条件的微观态数为$C(6,3)=20$,占比合理。
易错点提醒
- 若误认为分子不可区分,可能错误使用排列数,但本题分子是可区分的,组合数正确。
- 注意题目未涉及分子顺序权重,直接计算组合即可。