题目
9.设体积为V0的容器内盛有质量为m和m2的两种不同的单原子分子气体,此混合气-|||-体处于平衡状态时内能相等,均为E,求这两种分子平均速率v1和v2的比值以及混合气体-|||-的压强。

题目解答
答案

解析
步骤 1:计算单原子分子气体的内能
单原子分子气体的内能公式为 $E = \dfrac{3}{2}NkT$,其中 $N$ 是分子数,$k$ 是玻尔兹曼常数,$T$ 是温度。由于两种气体的内能相等,均为 $E$,所以有 $E_1 = E_2 = E$。
步骤 2:计算两种气体的分子数
由于内能相等,可以得到 $E_1 = \dfrac{3}{2}N_1kT$ 和 $E_2 = \dfrac{3}{2}N_2kT$。由于 $E_1 = E_2$,所以 $N_1kT = N_2kT$,即 $N_1 = N_2$。由于 $N = \dfrac{m}{M}$,其中 $m$ 是质量,$M$ 是摩尔质量,所以 $N_1 = \dfrac{m_1}{M_1}$,$N_2 = \dfrac{m_2}{M_2}$。因此,$\dfrac{m_1}{M_1} = \dfrac{m_2}{M_2}$。
步骤 3:计算两种气体的平均速率比值
单原子分子气体的平均速率公式为 $\overline{v} = \sqrt{\dfrac{8kT}{\pi M}}$。因此,$\overline{v_1} = \sqrt{\dfrac{8kT}{\pi M_1}}$,$\overline{v_2} = \sqrt{\dfrac{8kT}{\pi M_2}}$。所以,$\dfrac{\overline{v_1}}{\overline{v_2}} = \sqrt{\dfrac{M_2}{M_1}}$。
步骤 4:计算混合气体的压强
混合气体的压强公式为 $P = \dfrac{NkT}{V}$。由于 $N_1 = N_2$,所以 $P = \dfrac{N_1kT}{V} + \dfrac{N_2kT}{V} = \dfrac{2N_1kT}{V} = \dfrac{2E}{3V}$。
单原子分子气体的内能公式为 $E = \dfrac{3}{2}NkT$,其中 $N$ 是分子数,$k$ 是玻尔兹曼常数,$T$ 是温度。由于两种气体的内能相等,均为 $E$,所以有 $E_1 = E_2 = E$。
步骤 2:计算两种气体的分子数
由于内能相等,可以得到 $E_1 = \dfrac{3}{2}N_1kT$ 和 $E_2 = \dfrac{3}{2}N_2kT$。由于 $E_1 = E_2$,所以 $N_1kT = N_2kT$,即 $N_1 = N_2$。由于 $N = \dfrac{m}{M}$,其中 $m$ 是质量,$M$ 是摩尔质量,所以 $N_1 = \dfrac{m_1}{M_1}$,$N_2 = \dfrac{m_2}{M_2}$。因此,$\dfrac{m_1}{M_1} = \dfrac{m_2}{M_2}$。
步骤 3:计算两种气体的平均速率比值
单原子分子气体的平均速率公式为 $\overline{v} = \sqrt{\dfrac{8kT}{\pi M}}$。因此,$\overline{v_1} = \sqrt{\dfrac{8kT}{\pi M_1}}$,$\overline{v_2} = \sqrt{\dfrac{8kT}{\pi M_2}}$。所以,$\dfrac{\overline{v_1}}{\overline{v_2}} = \sqrt{\dfrac{M_2}{M_1}}$。
步骤 4:计算混合气体的压强
混合气体的压强公式为 $P = \dfrac{NkT}{V}$。由于 $N_1 = N_2$,所以 $P = \dfrac{N_1kT}{V} + \dfrac{N_2kT}{V} = \dfrac{2N_1kT}{V} = \dfrac{2E}{3V}$。