题目
11、在常压下.把一定量的理想气体温度升高 50℃.需要 160J 的热量。在体积不变的情况下.把此气体的温度降低 100℃.将放出 240J 的热量.则此气体分子的自由度是 。(3分)
11、在常压下.把一定量的理想气体温度升高 50℃.需要 160J 的热量。在体积不变的情况下.把此气体的温度降低 100℃.将放出 240J 的热量.则此气体分子的自由度是 。(3分)
题目解答
答案
答案:6
解析
考查要点:本题主要考查理想气体的比热容与分子自由度的关系,以及能量均分定理的应用。
解题核心思路:
- 区分定压过程与定容过程的热量公式:
- 定压过程:$Q_p = nC_p \Delta T$
- 定容过程:$Q_v = nC_v \Delta T$
- 利用比热容关系:$C_p = C_v + R$,结合题目中给出的热量与温度变化,建立方程联立求解。
- 通过能量均分定理,将$C_v$与分子自由度$i$关联,最终求出自由度。
破题关键点:
- 正确写出两种过程的热量表达式,并注意温度变化的绝对值。
- 通过联立方程消去未知量$n$(物质的量),直接求解自由度$i$。
步骤1:写出定压与定容过程的热量公式
根据题意:
-
定压过程(温度升高50℃):
$Q_p = nC_p \cdot 50 = 160 \, \text{J}$
得:
$nC_p = \frac{160}{50} = 3.2 \, \text{J/K}$ -
定容过程(温度降低100℃):
$Q_v = nC_v \cdot 100 = 240 \, \text{J}$
得:
$nC_v = \frac{240}{100} = 2.4 \, \text{J/K}$
步骤2:联立比热容关系式
根据理想气体比热容关系:
$C_p = C_v + R$
代入$nC_p$和$nC_v$的表达式:
$3.2 = 2.4 + nR$
解得:
$nR = 0.8 \, \text{J/K}$
步骤3:利用能量均分定理求自由度
由能量均分定理,定容比热容为:
$C_v = \frac{i}{2} R$
代入$nC_v = 2.4$:
$n \cdot \frac{i}{2} R = 2.4$
将$nR = 0.8$代入:
$\frac{i}{2} \cdot 0.8 = 2.4$
解得:
$i = \frac{2.4 \times 2}{0.8} = 6$