题目
有N个粒子,其速率分布函数为:f(v)=avv0,0⩽v⩽v0,f(v)=a,v0⩽v⩽2v0,f(v)=0,v>2v0.(1)作速率分布曲线并求常数a.(2)分别求速率大于v0和小于v0的粒子数.(3)求粒子的平均速率.
有N个粒子,其速率分布函数为:
f(v)=avv0,0⩽v⩽v0,
f(v)=a,v0⩽v⩽2v0,
f(v)=0,v>2v0.
(1)
作速率分布曲线并求常数a.
(2)
分别求速率大于v0和小于v0的粒子数.
(3)
求粒子的平均速率.
题目解答
答案
- (1)
23v0
- (2)
大于v0的分子数是:23N;
小于v0的分子数是:13N.
- (3)
11v09
解析
步骤 1:作速率分布曲线
根据给定的速率分布函数,我们可以画出速率分布曲线。在0到v0区间内,速率分布函数是线性的,从0增加到av0。在v0到2v0区间内,速率分布函数是常数a。在v>2v0区间内,速率分布函数为0。
步骤 2:求常数a
为了求出常数a,我们需要利用速率分布函数的归一化条件,即所有速率区间内的粒子数总和等于N。因此,我们有:
∫0v0avv0dv+∫v02v0adv=N
计算积分,得到:
a(v02/2v0)+(a*v0)=N
a*v0/2+a*v0=N
a*v0(1/2+1)=N
a*v0*3/2=N
a=2N/(3v0)
步骤 3:求速率大于v0和小于v0的粒子数
速率大于v0的粒子数为:
∫v02v0adv=2v0a=2v0*2N/(3v0)=4N/3
速率小于v0的粒子数为:
∫0v0avv0dv=v0a/2=v0*2N/(3v0)/2=N/3
步骤 4:求粒子的平均速率
粒子的平均速率可以通过计算速率分布函数的加权平均值来得到。因此,我们有:
=∫0v0v*avv0dv+∫v02v0vadv/∫0v0avv0dv+∫v02v0adv
计算积分,得到:
=v02/3+3v0/2/1=11v0/9
根据给定的速率分布函数,我们可以画出速率分布曲线。在0到v0区间内,速率分布函数是线性的,从0增加到av0。在v0到2v0区间内,速率分布函数是常数a。在v>2v0区间内,速率分布函数为0。
步骤 2:求常数a
为了求出常数a,我们需要利用速率分布函数的归一化条件,即所有速率区间内的粒子数总和等于N。因此,我们有:
∫0v0avv0dv+∫v02v0adv=N
计算积分,得到:
a(v02/2v0)+(a*v0)=N
a*v0/2+a*v0=N
a*v0(1/2+1)=N
a*v0*3/2=N
a=2N/(3v0)
步骤 3:求速率大于v0和小于v0的粒子数
速率大于v0的粒子数为:
∫v02v0adv=2v0a=2v0*2N/(3v0)=4N/3
速率小于v0的粒子数为:
∫0v0avv0dv=v0a/2=v0*2N/(3v0)/2=N/3
步骤 4:求粒子的平均速率
粒子的平均速率可以通过计算速率分布函数的加权平均值来得到。因此,我们有:
计算积分,得到: