题目
5 一定量的理想气体贮于某一容器中,温度为 T,气体分子的质量为 m.根据理想气体的分子模型和统计假设,分子速度在 x方向的分量平方的平均值A. overline(v_x^2)=sqrt((3kT)/(m))B. overline(v_x^2)=(1)/(3)sqrt((3kT)/(m))C. overline(v_x^2)=(kT)/(m)D. overline(v_x^2)=(3kT)/(m)
5 一定量的理想气体贮于某一容器中,温度为 $T$,气体分子的质量为 $m$.根据理想气体的分子模型和统计假设,分子速度在 $x$方向的分量平方的平均值
A. $\overline{v_x^2}=\sqrt{\frac{3kT}{m}}$
B. $\overline{v_x^2}=\frac{1}{3}\sqrt{\frac{3kT}{m}}$
C. $\overline{v_x^2}=\frac{kT}{m}$
D. $\overline{v_x^2}=\frac{3kT}{m}$
题目解答
答案
C. $\overline{v_x^2}=\frac{kT}{m}$
解析
本题考查理想气体分子模型中分子速度分量平方的平均值。核心思路是利用能量均分定理,将分子的平均动能按三个空间方向均分,从而推导出速度分量的平方平均值。
关键点:
- 理想气体分子的平均动能为 $\frac{3}{2}kT$,其中 $\frac{1}{2}kT$ 分配到每个自由度(x、y、z方向)。
- 速度分量平方的平均值与动能关系为 $\frac{1}{2}m\overline{v_x^2} = \frac{1}{2}kT$,由此可直接求解 $\overline{v_x^2}$。
根据能量均分定理,理想气体分子的平均动能为:
$\frac{1}{2}m\overline{v_x^2} + \frac{1}{2}m\overline{v_y^2} + \frac{1}{2}m\overline{v_z^2} = \frac{3}{2}kT$
由于分子运动在各方向对称,有:
$\overline{v_x^2} = \overline{v_y^2} = \overline{v_z^2}$
将上述关系代入总动能方程,得:
$3 \cdot \frac{1}{2}m\overline{v_x^2} = \frac{3}{2}kT$
化简后:
$\overline{v_x^2} = \frac{kT}{m}$