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
步骤 1:理解理想气体分子模型
理想气体分子模型假设分子在空间中随机运动,且分子之间的相互作用可以忽略。分子的速度在各个方向上是独立的,且服从麦克斯韦-玻尔兹曼分布。
步骤 2:计算分子速度平方的平均值
根据理想气体的统计假设,分子速度在各个方向上的分量平方的平均值是相等的。设分子速度在 $x$ 方向的分量平方的平均值为 $\overline{v_x^2}$,则有:
$$\overline{v_x^2} = \overline{v_y^2} = \overline{v_z^2}$$
分子速度的平方的平均值为:
$$\overline{v^2} = \overline{v_x^2} + \overline{v_y^2} + \overline{v_z^2} = 3\overline{v_x^2}$$
根据理想气体的内能公式,分子的平均动能为:
$$\frac{1}{2}m\overline{v^2} = \frac{3}{2}kT$$
其中,$k$ 是玻尔兹曼常数,$T$ 是温度。因此,分子速度平方的平均值为:
$$\overline{v^2} = \frac{3kT}{m}$$
步骤 3:计算分子速度在 $x$ 方向的分量平方的平均值
根据步骤 2 的结果,分子速度在 $x$ 方向的分量平方的平均值为:
$$\overline{v_x^2} = \frac{1}{3}\overline{v^2} = \frac{1}{3} \cdot \frac{3kT}{m} = \frac{kT}{m}$$
理想气体分子模型假设分子在空间中随机运动,且分子之间的相互作用可以忽略。分子的速度在各个方向上是独立的,且服从麦克斯韦-玻尔兹曼分布。
步骤 2:计算分子速度平方的平均值
根据理想气体的统计假设,分子速度在各个方向上的分量平方的平均值是相等的。设分子速度在 $x$ 方向的分量平方的平均值为 $\overline{v_x^2}$,则有:
$$\overline{v_x^2} = \overline{v_y^2} = \overline{v_z^2}$$
分子速度的平方的平均值为:
$$\overline{v^2} = \overline{v_x^2} + \overline{v_y^2} + \overline{v_z^2} = 3\overline{v_x^2}$$
根据理想气体的内能公式,分子的平均动能为:
$$\frac{1}{2}m\overline{v^2} = \frac{3}{2}kT$$
其中,$k$ 是玻尔兹曼常数,$T$ 是温度。因此,分子速度平方的平均值为:
$$\overline{v^2} = \frac{3kT}{m}$$
步骤 3:计算分子速度在 $x$ 方向的分量平方的平均值
根据步骤 2 的结果,分子速度在 $x$ 方向的分量平方的平均值为:
$$\overline{v_x^2} = \frac{1}{3}\overline{v^2} = \frac{1}{3} \cdot \frac{3kT}{m} = \frac{kT}{m}$$