题目
理想气体的压强与温度的关系可以通过分子运动的统计解释来描述。以下关于理想气体压强的说法正确的是:A. 压强与分子速率的平方平均值成正比B. 压强与温度成反比C. 压强与分子质量成反比D. 压强与分子数量无关
理想气体的压强与温度的关系可以通过分子运动的统计解释来描述。以下关于理想气体压强的说法正确的是:
A. 压强与分子速率的平方平均值成正比
B. 压强与温度成反比
C. 压强与分子质量成反比
D. 压强与分子数量无关
题目解答
答案
A. 压强与分子速率的平方平均值成正比
解析
本题考查理想气体压强的相关知识以及对理想气体压强与分子运动各物理量关系的理解。解题的关键在于明确理想气体压强的微观表达式,并据此分析压强与分子速率、温度、分子质量和分子数量之间的关系。
1. 明确理想气体压强的微观表达式
理想气体压强的微观表达式为$p = \frac{2}{3}n\overline{\epsilon_{k}}$,其中$p$表示压强,$n$是分子数密度(单位体积内的分子数),$\overline{\epsilon_{k}}$是分子的平均动能。
2. 分析分子平均动能与分子速率的关系
分子的平均动能$\overline{\epsilon_{k}}=\frac{1}{2}m\overline{v^{2}}$,其中$m$是分子质量,$\overline{v^{2}}$是分子速率的平方平均值。
3. 将分子平均动能表达式代入压强表达式
把$\overline{\epsilon_{k}}=\frac{1}{2}m\overline{v^{2}}$代入$p = \frac{2}{3}n\overline{\epsilon_{k}}$中,可得$p=\frac{2}{3}n\times\frac{1}{2}m\overline{v^{2}}=\frac{1}{3}nm\overline{v^{2}}$。
4. 逐一分析各选项
- 选项A:由$p=\frac{1}{3}nm\overline{v^{2}}$可知,当分子数密度$n$和分子质量$m$一定时,压强$p$与分子速率的平方平均值$\overline{v^{2}}$成正比,所以选项A正确。
- 选项B:根据理想气体状态方程$pV = NkT$($N$是分子总数,$k$是玻尔兹曼常量),变形可得$p=\frac{Nk}{V}T$,因为$\frac{Nk}{V}$为定值,所以压强$p$与温度$T$成正比,而不是成反比,选项B错误。
- 选项C:由$p=\frac{1}{3}nm\overline{v^{2}}$可知,当分子数密度$n$和分子速率的平方平均值$\overline{v^{2}}$一定时,压强$p$与分子质量$m$成正比,而不是成反比,选项C错误。
- 选项D:分子数密度$n=\frac{N}{V}$($N$是分子总数,$V$是气体体积),代入$p=\frac{1}{3}nm\overline{v^{2}}$可得$p=\frac{1}{3}\frac{N}{V}m\overline{v^{2}}$,当体积$V$、分子质量$m$和分子速率的平方平均值$\overline{v^{2}}$一定时,压强$p$与分子总数$N$成正比,所以压强与分子数量有关,选项D错误。