题目
如果盛有气体的容器相对某坐标系作匀速运动,容器内的分子速度相对这坐标系也增大了,温度也因此升高吗?
如果盛有气体的容器相对某坐标系作匀速运动,容器内的分子速度相对这坐标系也增大了,温度也因此升高吗?
题目解答
答案
不会升高。因为与分子热运动相关的参考系是质心参考系,而温度只与分子热运动有关。盛有气体的容器相对某坐标系作匀速运动时,只是使大量分子热运动附加了随质心的定向运动,此随质心的定向运动没有加剧分子的热运动,即没有转化为分子的无规则的热运动,所以温度不会升高。
解析
关键知识点:温度是分子热运动平均动能的标志,而分子热运动的参考系是质心参考系(即容器静止时的参考系)。
核心思路:容器匀速运动时,分子获得的只是整体的定向运动,未改变分子热运动的无规则性,因此温度不变。
破题关键:区分分子的总动能(包含定向运动和热运动)与热运动动能(决定温度)。温度仅与热运动动能相关,而匀速运动未改变热运动的动能分布。
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温度的本质
温度反映的是分子热运动的平均动能,与分子相对于质心参考系的无规则运动有关。- 若容器静止,分子速度完全由热运动决定,温度由热运动动能确定。
- 若容器匀速运动,分子速度包含热运动和随容器的定向运动,但热运动的动能未改变。
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匀速运动的影响
- 从外部坐标系看,分子速度整体增加(附加了容器的速度)。
- 但从质心参考系(容器内部)看,分子热运动的动能分布与静止时相同。
- 定向运动的动能属于宏观动能,不参与温度的计算。
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结论
温度仅依赖于分子热运动的动能,而匀速运动未改变热运动的动能,因此温度不变。