题目
两瓶不同种类的理想气体,它们的温度和压强都相同,但体积不同,则单位体积内的气体分子数n,单位体积内的气体分子的总平均动能(EK/V),单位体积内的气体质量ρ分别有如下的关系()。A. n不同,(EK/V)不同,ρ不同B. n不同,(EK,/V)不同,ρ相同C. n相同,(EK/V)相同,ρ不同D. n相同,(EK/V)相同,ρ相同
两瓶不同种类的理想气体,它们的温度和压强都相同,但体积不同,则单位体积内的气体分子数n,单位体积内的气体分子的总平均动能(EK/V),单位体积内的气体质量ρ分别有如下的关系()。
A. n不同,(EK/V)不同,ρ不同
B. n不同,(EK,/V)不同,ρ相同
C. n相同,(EK/V)相同,ρ不同
D. n相同,(EK/V)相同,ρ相同
题目解答
答案
C. n相同,(EK/V)相同,ρ不同
解析
考查要点:本题主要考查理想气体状态方程、气体动理论的基本规律,以及对单位体积内分子数、单位体积内分子总动能、单位体积质量的理解。
解题核心思路:
- 理想气体状态方程:通过压强、温度、体积的关系推导单位体积内的分子数。
- 气体分子平均动能:利用温度与分子平均动能的关系,结合数密度确定单位体积内的总动能。
- 气体质量与分子质量的关系:明确分子质量因气体种类不同而变化,从而判断单位体积质量的差异。
破题关键点:
- 温度相同 → 分子平均动能相同。
- 压强相同 → 数密度相同(由理想气体定律推导)。
- 气体种类不同 → 分子质量不同,导致单位体积质量不同。
1. 单位体积内的分子数n
根据理想气体状态方程的微观形式:
$P = n k T$
其中,$n$为单位体积内的分子数,$k$为玻尔兹曼常数,$T$为温度。
题目中温度$T$和压强$P$相同,因此单位体积内的分子数$n$相同。
2. 单位体积内的分子总平均动能$\frac{E_K}{V}$
每个分子的平均动能为$\frac{3}{2}kT$,总动能为分子数$N$乘以单个分子的动能:
$E_K = N \cdot \frac{3}{2}kT$
单位体积内的总动能为:
$\frac{E_K}{V} = \frac{N}{V} \cdot \frac{3}{2}kT = n \cdot \frac{3}{2}kT$
由于$n$和$T$均相同,$\frac{E_K}{V}$相同。
3. 单位体积内的气体质量$\rho$
单位体积内的气体质量为:
$\rho = n \cdot m$
其中$m$为单个分子的质量。
不同种类的气体分子质量$m$不同,虽然$n$相同,但$\rho$不同。