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理论物理基础作业答案2009理论物理基础作业答案一理论力学部分1.2.8 尖劈A 的质量为m 1，劈角为α，一面靠在光滑竖直墙上，另一面与质量为m 2的光滑棱柱接触。
B 可沿光滑水平面滑动，见下图所示。
利用拉格朗日方程求A 和B 的加速度a A 和a B 。
解：如右图所示建立坐标系，系统的自由度为1，选为y动能22212121x m y m T += 势能V =-m 1gy (由于B 的重力势能不变，故不考虑) 约束条件αtan =dydxαtan y x= 拉格朗日函数g m y m y m gy m x m y m L 12222112221tan 21212121++=++=α 根据拉格朗日方程0=??-???? ????y L yL dt d ? ()g m y m m 1221tan =+ α 故α2211tan m m g m ya A +== ααα2211t a n t a nt a n m m g m y x a B +=== 1.2.11 一质量为m 的光滑小楔子，沿质量为M ，且与水平面成α角的斜面滑动。
求斜面可沿水平面做无摩擦滑动时的拉格朗日方程。
解：如右图所示，系统只做平面运动，故其坐标数n =4而约束条件为()=-=0tan 2211y x x y α(将小楔子视为质点) 因而约束数k =2，故系统自由度s =n -k =2，将广义坐标选为x 1，x 2。
动能()()()()()21222221222222121222121tan tan 21tan 12121tan 212121x x m x m M xm x M x x x m x M y x m T αααα-+++=+-+=++=势能()αtan 211x x mg mgy V -== 故拉格朗日函数为：()()()ααααtan tan tan 21tan 12121212222212x x mg x xm x m M x m V T L ---+++=-= mMαx 1y 1x 2ABαx将上式代入拉格朗日方程0=??-???? ????ii x L x L dt d (i =1,2) 可得()()=--+=+-+0tan tan tan 0tan tan tan 112222212ααααααm g x m x m M m g x m x m 解上面的方程可得加速度??+=+-=αααααα2221sin cos sin sin cos sin m M m g xm M Mg x1.6.3 光滑水平面上有一弹簧，一端固定于o 点，另一端连着一质量为m 的滑块。
理论物理基础试题及答案一、单项选择题（每题3分，共30分）1. 根据相对论，时间膨胀效应表明，相对于静止观察者，运动中的观察者经历的时间会变慢。
以下哪个选项正确描述了这一效应？A. 时间膨胀效应仅在接近光速时显著B. 时间膨胀效应在任何速度下都存在，但仅在接近光速时变得显著C. 时间膨胀效应仅在超过光速时显著D. 时间膨胀效应在任何速度下都不存在答案：B2. 量子力学中的波函数坍缩是指什么？A. 测量前粒子的状态是确定的B. 测量后粒子的状态是确定的C. 测量前粒子的状态是不确定的，测量后变为确定D. 测量前后粒子的状态都是确定的答案：C3. 以下哪个选项正确描述了海森堡不确定性原理？A. 粒子的位置和动量可以同时被精确测量B. 粒子的位置和动量不能同时被精确测量C. 粒子的能量和时间可以同时被精确测量D. 粒子的能量和时间不能同时被精确测量答案：B4. 根据热力学第二定律，以下哪个选项是正确的？A. 熵总是减少的B. 熵总是增加的C. 熵可以减少也可以增加D. 熵在孤立系统中总是增加的答案：D5. 以下哪个选项正确描述了黑洞的事件视界？A. 黑洞内部的区域，任何事物都不能逃逸B. 黑洞外部的区域，任何事物都不能逃逸C. 黑洞的边界，光线可以逃逸D. 黑洞的边界，光线不能逃逸答案：D6. 弦理论中的基本对象是什么？A. 点粒子B. 一维的弦C. 二维的膜D. 三维的块答案：B7. 以下哪个选项正确描述了宇宙大爆炸理论？A. 宇宙从一个奇点开始，然后不断扩张B. 宇宙从一个奇点开始，然后不断收缩C. 宇宙从一个大爆炸开始，然后不断扩张D. 宇宙从一个大爆炸开始，然后不断收缩答案：C8. 以下哪个选项正确描述了量子纠缠？A. 两个粒子之间的经典相互作用B. 两个粒子之间的量子相互作用，即使它们相隔很远C. 两个粒子之间的量子相互作用，但仅在它们相邻时D. 两个粒子之间的经典相互作用，即使它们相隔很远答案：B9. 根据广义相对论，引力是由什么引起的？A. 物质和能量的分布B. 空间和时间的曲率C. 物质和能量的曲率D. 空间和时间的分布答案：B10. 以下哪个选项正确描述了暗物质？A. 一种不发光、不发热的物质，但可以通过引力效应被探测到B. 一种发光、发热的物质，但可以通过引力效应被探测到C. 一种不发光、不发热的物质，且无法通过任何方式被探测到D. 一种发光、发热的物质，且无法通过任何方式被探测到答案：A二、多项选择题（每题4分，共20分）11. 以下哪些选项是量子力学的基本原理？A. 波粒二象性B. 测不准原理C. 相对性原理D. 叠加原理答案：ABD12. 以下哪些选项是广义相对论的预言？A. 光线在引力场中的弯曲B. 时间膨胀C. 宇宙背景辐射D. 黑洞的存在答案：ABD13. 以下哪些选项是热力学第一定律的内容？A. 能量守恒B. 熵增原理C. 能量可以转化为热D. 热可以转化为能量答案：ACD14. 以下哪些选项是弦理论的特点？A. 基本对象是一维的弦B. 需要额外的空间维度C. 描述了所有基本粒子和力D. 可以解释暗物质和暗能量答案：ABC15. 以下哪些选项是宇宙学的主要问题？A. 宇宙的起源B. 宇宙的结构和演化C. 宇宙的最终命运D. 宇宙中的物质和能量分布答案：ABCD三、简答题（每题10分，共40分）16. 简述相对论中的时间膨胀效应及其物理意义。
第七章 热力学基础7-1 假设火箭中的气体为单原子理想气体，温度为2000 K ，当气体离开喷口时，温度为1000 K ，（1）设气体原子质量为4个原子质量单位，求气体分子原来的方均根速率2v ．已知一个原子质量单位=1.6605×10-27 kg ；（2）假设气体离开喷口时的流速（即分子定向运动速度）大小相等，均沿同一方向，求这速度的大小，已知气体总的能量不变．分析 气体动理论的能量公式表明，气体的温度是气体分子平均平动动能的量度．当气体的内能转化为定向运动的动能时，即表现为平均平动动能的减少，也就是温度的降低．解 （1）由气体动理论的能量公式kT m 23212=v ，得m/s 3530.7m/s 106605.1420001038.13327232=⨯⨯⨯⨯⨯==--m kTv （2）气体总的能量不变，气体内能的减少应等于定向运动动能的增量，就气体分子而言，即分子的平均平动动能的减少应等于定向运动动能的增量．若分子定向运动速度为d v ，则有212d 232321kT kT m -=v m/s 2496.6m/s 106605.14)10002000(1038.13)(3272321d =⨯⨯-⨯⨯⨯=-=--m T T k v7-2 单原子理想气体从状态a 经过程abcd 到状态d ，如图7-2所示．已知Pa 10013.15⨯==d a p p ，Pa 10026.25⨯==c b p p ，L 1=a V ，L 5.1=b V ，L 3=c V ，（1）试计算气体在abcd 过程中作的功，内能的变化和吸收的热量；（2）如果气体从状态d 保持压强不变到a 状态，如图中虚线所示，问以上三项计算变成多少？（3）若过程沿曲线从a 到c 状态，已知该过程吸热257 cal ，求该过程中气体所作的功．分析 理想气体从体积1V 膨胀到体积2V 的过程中所作的功为⎰21d )(V V V V p ，其量值为V p -图上过程曲线下的面积．如果过程曲线下是规则的几何图形，通常可以直接计算面积获得该过程中气体所作的功．解 （1）气体在abcd 过程中作的功应等于过程曲线下的面积，得Pa531.8 Pa 10)5.13(10013121103100131 353514=⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=+=--..S S W adcbda abcd 内能改变为J455.9J )101104(10013.123)(23)(23)(335m V,=⨯-⨯⨯⨯⨯=-=-=-=---a d a a d a d a d V V p T T R M m T T C M m E E应用热力学第一定律，系统吸热为J 987.7J 455.9J 8.531=+=-+=a d abcd E E W Q（2）气体在等压过程da 中作的功为J -303.9J 10)41(10013.1)(35=⨯-⨯⨯=-=-d a a da V V p W0 1 1.5 3 4 V /L图7-2内能改变为 J 455.9-=-a d E E系统吸热为 J 9.875J 455.9-J 9.303-=-=-+=d a da E E W Q（3）若沿过程曲线从a 到c 状态，内能改变为J8.759J 1010013.1)1132(23)(23)(23)(35m V,=⨯⨯⨯⨯-⨯⨯=-=-=-=--a a c c a c a c a c V p V p T T R M m T T C M m E E应用热力学第一定律，系统所作的功为J 5.314J 759.8-J 18.4257=⨯=-+=a c ac ac E E Q W7-3 2 mol 的氮气从标准状态加热到373 K ，如果加热时（1）体积不变；（2）压强不变，问在这两种情况下气体吸热分别是多少？哪个过程吸热较多？为什么？分析 根据热力学第一定律，系统从外界吸收的热量，一部分用于增加系统的内能，另一部分用于对外作功．理想气体的内能是温度的单值函数，在常温和常压下氮气可视为理想气体，无论经过什么样的准静态过程从标准状态加热到373 K ，其内能的变化都相同．在等体过程中气体对外不作功，系统从外界吸收的热量，全部用于系统的内能的增加，而在等压过程中，除增加内能外，还要用于系统对外作功，因此吸热量要多些．解 （1）氮气可视为双原子理想气体，5=i ．在等体过程中，系统吸热为J 4155J )273373(31.8252)(212V =-⨯⨯⨯=-=T T R i M m Q（2）在等压过程中，系统吸热为J 5817J )273373(31.8272)(2212p =-⨯⨯⨯=-+=T T R i M m Q7-4 10 g 氧在p = 3×105 Pa 时温度为t = C 10︒，等压地膨胀到10 L ，求（1）气体在此过程中吸收的热量；（2）内能的变化；（3）系统所作的功．分析 气体在等压过程中吸收的热量为)(2212p T T R i M m Q -+=，其中1T 已知，2T 可以通过气体状态方程由已知的该状态的压强和体积求出．用同样的方法可以计算内能的变化．再应用热力学第一定律计算出系统所作的功．解 （1）气体在等压过程中吸收的热量为J8792J )28331.832101010103(27 )(22)(22351212p =⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=-+=-+=-RT MmpV i T T R i M m Q（2）内能的变化为J5663J )28331.832101010103(25 )(2)(235121212=⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=-=-=--RT MmpV i T T R i M m E E（3）应用热力学第一定律，系统所作的功为J 2265J 5663-J 792812==-+=E E Q W7-5 双原子理想气体在等压膨胀过程中吸收了500 cal 的热量，试求在这个过程中气体所作的功．解 双原子理想气体在等压膨胀过程中吸热为)(22)(221212p V V p i T T R i M m Q -+=-+=所作的功为J 597J 18.450025222)(p 12p =⨯⨯+=+=-=Q i V V p W 7-6一定质量的氧气在状态A 时V 1 = 3 L ，p 1 = 8.2×105 Pa ，在状态B 时V 2 = 4.5 L ，p 2 = 6×105 Pa ，分别计算在如图7-6所示的两个过程中气体吸收的热量，完成的功和内能的改变：（1）经ACB 过程；（2）经ADB 过程．分析 在热力学中，应该学会充分利用V p -图分析和解题．从图7-6所示的V p -图可以看出，AC 和DB 过程为等体过程，AD 和CB 过程为等压过程．理想气体的内能是温度的单值函数，在常温和常压下氧气可视为理想气体，只要始末状态相同，无论经过什么样的准静态过程，其内能的变化都相同．但是气体吸收的热量和完成的功则与过程有关，在等压过程中吸收的热量为)(2212p T T R i M m Q -+=，在等体过程中吸收的热量为)(212V T T R iM m Q -=，其中温度值可以利用状态方程代换为已知的压强和体积参量．解 （1）经ACB 过程，即经等体和等压过程，气体吸热为J1500 J103106J 103102.825J 105.4106225 222 )(22)(2353535121122p V =⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯+=--+=-++-=+=---V p V p iV p i V p V p i V p V p i Q Q Q C C B B A A C C ACB 所作的功为J 900J 10)35.4(106)(35122=⨯-⨯⨯=-==-V V p W W CB ACB应用热力学第一定律，系统内能改变为J 600J 900-J 1500==-=-ACB ACB A B W Q E E（2）经ADB 过程，所作的功为J 1230J 10)35.4(102.8)(35121=⨯-⨯⨯=-==-V V p W W AD ADB系统内能改变为 J 600=-A B E Ep pO V 1 V 2 V图7-6应用热力学第一定律，气体吸热为J 1830J 600J 123012=+=-+=E E W Q ADB ADB7-7 1 g 氮气在密封的容器中，容器上端为一活塞，如图7-7所示．求（1）把氮气的温度升高10°C 所需要的热量；（2）温度升高10°C 时，活塞升高了多少？已知活塞质量为1 kg ，横截面积为10 cm 2，外部压强为Pa 10013.15⨯．分析 可以上下自由运动的活塞加在气体上的压强为大气压与气体上表面单位面积上承受的活塞重力之和．利用理想气体状态方程，气体对外所作的功，也可以用温度的变化表示，即T R MmV p ∆=∆． 解 （1）因外部压强和活塞质量不变，系统经历等压过程，压强为Pa 101.111Pa 10108.91Pa 10013.1545⨯=⨯⨯+⨯=-p J 4.10J 1031.822528122p =⨯⨯+⨯=∆+=T R i M m Q（2）系统作功为T R Mmh pS V p W ∆=∆=∆=p 则 m 102.67m 101010111.11031.82812-45⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=∆=∆-pS T R m m h 7-8 10 g 某种理想气体，等温地从V 1膨胀到V 2 = 2 V 1，作功575 J ，求在相同温度下该气体的2v ．分析 气体动理论的能量公式表明，气体的温度是气体分子平均平动动能的量度，而且定义了方均根速率2v ．只要温度不变，无论经历什么样的过程，方均根速率都不变．本题中，可以通过等温过程中系统所作的功的表达式确定该过程中系统的温度．图7-7解 等温过程中系统所作的功为12T ln V V RT M mW =m/s 499m/s 2ln 10105753ln33312T2=⨯⨯⨯===-V V m W MRTv 7-9 2 m 3的气体等温地膨胀，压强从Pa 10065.551⨯=p 变到Pa 10052.451⨯=p ，求完成的功．解 等温过程中系统所作的功为J 102.26J 10052.410065.5ln210065.5 ln ln 5555121112T ⨯=⨯⨯⨯⨯⨯===p p V p p p RT M mW7-10 在圆筒中的活塞下密闭空间中有空气，如图7-10所示．如果空气柱最初的高度h 0 = 15 cm ，圆筒内外的压强最初均为Pa 10013.150⨯=p ，问如要将活塞提高h = 10 cm ，需作多少功？已知活塞面积S = 10 cm 2，活塞质量可以忽略不计，筒内温度保持不变．分析 因筒内温度保持不变，这是一个等温过程．由于过程必须是准静态过程，则在过程进行中的任一时刻，系统都处于平衡状态．过程进行中，活塞受到向上的拉力F ，筒外空气向下的压力S p 0，筒内气柱向上的压力pS ，在这些力的作用下处于平衡状态．由力的平衡条件，可以确定活塞向上位移外力所作的元功，并联系气体等温过程方程求解．解 取圆筒底面为原点，竖直向上为x 轴正向，如图7-10所示．设活塞位于x 处时，筒内压强为p ，筒内外的压强差为p p -0，在准静态过程中提高活塞O图7-10所需的向上外力为S p p F )(0-=，此时活塞向上位移x d 外力所作的元功为x S p p x F W d )(d d 0-==因等温过程有00V p pV =，Sx V =，则要将活塞提高h ，需作的功为J2.37J )15.015.010.0ln15.010.0(10101.013 )ln (d )1(d )(3500000000=+-⨯⨯⨯=+-=-=-=-++⎰⎰h h h h h S p x x h S p x S p p W h h h h h h7-11 今有温度为27°C ，压强为Pa 10013.15⨯，质量为2.8g 的氮气，首先在等压的情况下加热，使体积增加一倍，其次在体积不变的情况下加热，使压强增加一倍，最后等温膨胀使压力降回到Pa 10013.15⨯，（1）作出过程的p —V 图；（2）求在三个过程中气体吸收的热量，所作的功和内能的改变．分析 本题中涉及到三个等值过程，利用已导出的各等值过程中系统作功、吸热和内能变化表达式和热力学第一定律求解．解 （1）过程的p —V 图如图7-11所示． （2）1～2，等压过程J249J 30031.8288.2 )(111121p =⨯⨯===-=RT MmV p V V p WJ872J 2492252222 )(22)(22p 112112p =⨯+=+=+=-+=-+=W i pV i V V p i T T R i M m QJ 623J 249J 872p p =-=-=∆W Q E2～3，等体过程， 0V =WpppO V 1 V 2 V 4 V图7-11J 1245J 24952)(2)(2p 112121323V =⨯====-=-==∆iW V p i V p iV p p iT T R i M m Q E3～4，等温过程， 0=∆EJ690J 2ln 24942ln 4 2ln 42ln 2lnp 11131333T T =⨯⨯======W V p V p p p V p W Q7-12 双原子气体V 1 = 0.5 L ，Pa 10065.541⨯=p ，先绝热压缩到一定的体积V 2和一定的压强p 2，然后等容地冷却到原来的温度，且压强降到Pa 10013.150⨯=p ．（1）作出过程的p -V 图；（2）求V 2 = ？p 2 = ？分析 对于双原子理想气体，热容比4.1=γ．不论经历什么过程，只要初终态气体的温度相同，就可以应用理想气体状态方程，建立类似于等温过程中初态和终态压强和体积之间的关系．解 （1）过程的p —V 图如图7-12所示．（2）因初态和终态温度相同，应用理想气体状态方程，有1120V p V p =L 0.25L 10013.15.010065.5540112=⨯⨯⨯==p V p V 由绝热过程方程γγ1122V p V p =，得Pa 101.337Pa 25.05.010065.554.142112⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=γVV p p 7-13 推证质量为m ，摩尔质量为M 的理想气体，由初状态（p 1、V 1、T 1）pp p pO V 2 V 1 V图7-12绝热膨胀到p 2、V 2时气体所作的功为⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=--=-1211221111)(11γγγV V RT M m V p V p W 分析证 对于绝热过程，有⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=--=-=-=∆-=-121121121112211221122112111111 11)(11)(2)(2γγγγγγV VRT M m V V V V RT M mV p V p V p V p V p V p V p iT T R i M m E W7-14 32 g 氧气处于标准状态，后分别经下二过程被压缩至5.6×10-3 m 3，（1）等温压缩；（2）绝热压缩，试在同一个p -V 图上作出两过程曲线，并分别计算两过程最终的温度以及所需要的外功．分析 32 g 氧气恰好为1 mol ，标准状态下体积和温度都有确定值． 解 两过程的p —V 图如图7-14所示． （1）32 g 氧气为 1 mol ，体积为331m 104.22-⨯=V ，温度为K 2731=T ，且等温压缩过程K 27312==T T ，所作的功为J -3146J 4.226.5ln104.2210013.1 ln351211T =⨯⨯⨯⨯==-V V V p W（2）绝热压缩过程γγ1122V p V p =，得K 475K )106.5()104.22(31.810013.14.034.1351211222=⨯⨯⨯⨯===---γγV V R p R V p Tpp 1O V 2 V 1 V图7-14利用上题结果，绝热压缩过程所作的功为J -4204J 6.54.2214.0104.2210013.1 114.03512111=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯⨯⨯=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=--γγVV V p W7-15 体积为V 1 = 1 L 的双原子理想气体，压强p 1 =Pa 10013.15⨯，使之在下述条件下膨胀到V 2 = 2 L ，（1）等温膨胀；（2）绝热膨胀，试在同一p -V 图中作出两过程曲线，并分别计算两种情况下气体吸收的热量，所作的功及内能的变化．分析 等温过程中气体内能不变，所吸收的热量等于对外所作的功；绝热过程中气体吸热为零，对外所作的功等于内能的减少．解 两过程的p —V 图如图7-15所示．（1）等温膨胀 0=∆EJ 2.70J 2ln 1010013.1 ln351211T T =⨯⨯⨯===-V V V p W Q（2）绝热膨胀 0=QJ61.3J )5.01(4.01010013.1 114.03512111=-⨯⨯⨯=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=--γγV V V p W J 3.61-=-=∆W E7-16 0.1 mol 单原子理想气体，由状态A 经直线AB 所表示的过程到状态B ，如图7-16所示，已知V A = 1 L ，V B = 3 L ，p A =Pa 10039.35⨯，p B =Pa 10013.15⨯。
理论物理基础教程答案【篇一：物理学教程(第二版)上册课后答案7】7 －1 处于平衡状态的一瓶氦气和一瓶氮气的分子数密度相同，分子的平均平动动能也相同，则它们( )(a) 温度，压强均不相同 (b) 温度相同，但氦气压强大于氮气的压强(c) 温度，压强都相同(d) 温度相同，但氦气压强小于氮气的压强分析与解理想气体分子的平均平动动能k?3kt/2，仅与温度有关．因此当氦气和氮气的平均平动动能相同时，温度也相同．又由物态方程p?nkt，当两者分子数密度n 相同时，它们压强也相同．故选(c)．7－2 三个容器a、b、c 中装有同种理想气体，其分子数密度n相同，方均根速率之比?:??:??21/2a21/2b21/2c?1:2:4，则其压强之比pa:pb:pc为( )(a) 1∶2∶4 (b) 1∶4∶8 (c) 1∶4∶16 (d) 4∶2∶1 分析与解分子的方均根速率为2?3rt/m，因此对同种理想气体有同时，得p1:p2:p3?t1:t2:t3?1:4:16.故选(c)．7－3 在一个体积不变的容器中，储有一定量的某种理想气体，温度为t0时，气体分子的平均速率为0，分子平均碰撞次数为0，平均自由程为0，当气体温度升高为4t0时，气体分子的平均速率、平均碰撞频率和平均自由程分别为( ) (a) ?40,?40,?40 (b) ?20,?20,?0 (c)?20,?20,?40 (d)?40,?20,?0碰撞频率变为20；而平均自由程?1，n不变，则?也不变．因此正确答案为(b)． 27－4 图示两条曲线分别表示在相同温度下氧气和氢气分子的速率分布曲线.如果(vp)o2和(vp)h2分别表示氧气和氢气的最概然速率，则( )(a) 图中a表示氧气分子的速率分布曲线且(vp)o(vp)h(vp)o(vp)h(vp)o(vp)h(vp)o(vp)h2?4 ?1 41 42(b) 图中a表示氧气分子的速率分布曲线且22(c) 图中b表示氧气分子的速率分布曲线且2?2(d) 图中b表示氧气分子的速率分布曲线且2?42分析与解由vp?2rt可知，在相同温度下，由于不同气体的摩尔质量不同，它们的m 最概然速率vp也就不同.因mh2?mo，故氧气比氢气的vp要小，由此可判定图中曲线a2应是对应于氧气分子的速率分布曲线.又因(b)．mhmo2?2(vp)o1?，所以16(vp)h22mhmo2?21.故选4题 7-4 图7－5 有一个体积为1.0?105m3的空气泡由水面下50.0m深的湖底处(温度为4.0oc)升到湖面上来．若湖面的温度为17.0oc，求气泡到达湖面的体积．(取大气压强为p0?1.013?105pa)分析将气泡看成是一定量的理想气体，它位于湖底和上升至湖面代表两个不同的平衡状态．利用理想气体物态方程即可求解本题．位于湖底时，气泡内的压强可用公式解设气泡在湖底和湖面的状态参量分别为(p1，v1，t1 )和(p2 ,v2，t2 )．由分析知湖底处压p1v1p2v2?t1t2可得空气泡到达湖面的体积为v2?p1t2v1?p0??gh?t2v1??6.11?10?5m3 p2t1p0t17－6 一容器内储有氧气，其压强为1.01?105pa，温度为27 ℃，求：(1)气体分子的数密度；(2) 氧气的密度；(3) 分子的平均平动动能；(4) 分子间的平均距离．(设分子间均匀等距排列)分析在题中压强和温度的条件下，氧气可视为理想气体．因此，可由理想气体的物态方程、密度的定义以及分子的平均平动动能与温度的关系等求解．又因可将分子看成是均匀等距排列的，故每个分子占有的体积为v0?3，由数密度的含意可知v0?1/n，即可求出．解 (1) 单位体积分子数n?(2) 氧气的密度p?2.44?1025m3 kt??m/v?(3) 氧气分子的平均平动动能pm?1.30kg?m-3 rtk?3kt/2?6.21?10?21j(4) 氧气分子的平均距离?/n?3.45?10?9m通过对本题的求解，我们可以对通常状态下理想气体的分子数密度、平均平动动能、分子间平均距离等物理量的数量级有所了解．分析理想气体的温度是由分子的平均平动动能决定的，即k?3kt/2．因此，根据题中m?给出的条件，通过物态方程pv ＝rt，求出容器内氢气的温度即可得k．m解由分析知氢气的温度t?mpv，则氢气分子的平均平动动能为 mr323pvmk?3.89?10?22j2m?rk?kt?分析将组成恒星的大量质子视为理想气体，质子可作为质点，其自由度i＝3，因此，质子的平均动能就等于平均平动动能.此外，由平均平动动能与温度的关系m/2?3kt/2，可得方均根速率2.解 (1) 由分析可得质子的平均动能为2k?2/2?3kt/2?2.07?10?15j(2) 质子的方均根速率为2?63kt?1.58?106m?s-1 m3kt?9.5?106m?s?1 me平均动能k?3kt/2?4.1?10?17j222mirt，对刚性双原子分子而言，i＝5.由上述内能m2公式和理想气体物态方程pv ＝?rt可解出气体的压强.(2)求得压强后，再依据题给数据可求得分子数密度，则由公式p＝nkt可求气体温度.气体分子的平均平动动能可由k?3kt/2求出.i解 (1) 由e??rt和pv＝?rt可得气体压强2p?2e?1.35?105pa iv(2) 分子数密度n ＝n/v，则该气体的温度t?p/?nk??pv/?nk??3.62?102k气体分子的平均平动动能为k?3kt/2?7.49?10?21j7－11 当温度为0?c时，可将气体分子视为刚性分子，求在此温度下：（1）氧分子的平?3均动能和平均转动动能；（2）4.0?10能.kg氧气的内能；（3）4.0?10?3kg氦气的内分析（1）由题意，氧分子为刚性双原子分子，则其共有5个自由度，其中包括3个平动自由3度和2个转动自由度.根据能量均分定理，平均平动动能kt?kt，平均转动动能2kr?kt?kt.（2）对一定量理想气体，其内能为e?22m?irt，它是温度的单值函m2数.其中i为分子自由度，这里氧气i=5、氦气i=3.而m?为气体质量，m为气体摩尔质量，其中氧气m的内能.解根据分析当气体温度为t=273 k时，可得（1）氧分子的平均平动动能为?32?10?3kg?mol?1；氦气m?4.0?10?3kg?mol?1.代入数据即可求解它们kt?kt?5.7?10?21j氧分子的平均转动动能为32kr?kt?3.8?10?21j（2）氧气的内能为22【篇二：物理实验习题答案(第二版教材)(1)】什么是基本单位和导出单位? 2。
什么是基本量与导出量?（教材p10）物理学中独立定义的单位叫做基本单位，所对应的物理量叫做基本量。
由基本单位导出的单位叫做导出单位，对应的物理量叫做导出量。
2. 哪些物理量为基本物理量，它们的基本单位、符号、定义是什么？（教材p10）在国际单位制中，长度、质量、时间、电流强度、热力学温度、物质的量和发光强度等七个物理量为基本物理量，它们的单位分别为“米”、“千克”、“秒”、“安培”、“开尔文”、“摩尔”和“坎德拉”，它们的单位符号分别为“m”、“kg”、“s”、“a”、“k”、“mol”和“cd”，它们的单位定位分别详见教材p10表1-1 。
3. 物理实验中有哪些常用的长度测量器具？（教材p11）物理实验中，测量长度的常用工具有：钢直尺、钢卷尺、游标卡尺、千分尺、千分表、测微目镜、读数显微镜、电涡流传感器、电容传感器、电感传感器、光栅传感器、激光干涉仪等。
4. 物理实验中有哪些常用的质量测量工具？（教材p11）物理实验中，质量测量最常用的仪器有电子秤、弹簧秤、物理天平、分析天平等。
5. 物理实验中常用的时间测量工具有哪些？（教材p12）物理实验中常用的时间测量仪器有：秒表（停表），指针式机械表、数字显示式电子表、数字毫秒计等。
6. 物理实验中常用的温度测量工具有哪些？（教材p12）物理实验中常用的温度测量仪器有水银温度计、热电偶和光测温度计等。
7. 物理实验中有哪些常用的电流测量仪表？（教材p12）物理实验中电流测量常用仪器有安培表、检流计、表头、灵敏电流计、万用电表、钳表等。
9．（1）力学、热学实验操作过程中应注意什么？（2）力学实验的基本功有哪些？（1）略（教材p13）。
（2）仪器的零位校准，水平和铅直调整等调节是力学实验的基本功，务必熟练掌握。
10．（1）电磁学实验操作过程中应注意什么？（2）电磁学实验的基本功是什么？（1）略（教材p13）。
（2）回路法接线是电磁学实验的基本功，务必熟练掌握。
11．（1）光学实验操作过程中应注意什么？（2）光学实验的基本功有哪些？（1）略（教材p14）。
（2）“等高共轴”的调节、成像清晰位置的判断、消视差的调节是光学实验的基本功，务必熟练掌握。
12．常用的物理实验测量方法有哪几种？（教材p14-17）常用的物理实验测量方法有比较法、转换法、放大法、模拟法、补偿法、干涉法和衍射法等。
13．物理实验中应掌握哪些基本调节技术？（教材p18-20）物理实验中应掌握的基本调节技术有：仪器初态与安全位置的调节、回路接线法、跃接法、零位（零点）调整、水平、铅直调整、等高共轴调整、调焦、消视差调整、逐次逼近调整、空程误差消除的调节、先定性后定量原则等。
14．计算机和计算器在物理实验中有哪些基本应用？（教材p20-21）计算器的基本应用：测量数据的统计处理；图形的简单处理等。
计算机的基本应用：实验数据处理、模拟与仿真实验、实时测量、利用物理实验课程网站进行物理实验的辅助教学和教学管理等。
15. 指出几种利用机械放大作用来提高测量仪器分辨率的测量工具。
(教材p15)游标卡尺、螺旋测微器、迈克尔逊干涉仪等。
16. 指出一种能进行微小变化量的放大的方法；指出两种能进行视角放大的仪器。
(教材p15)光杠杆放大法（测金属丝的微波伸长量）；放大镜、显微镜、望远镜等。
17. 为什么说采用视角放大法不会增加误差？(教材p15)在视角放大中，被观察的物理量只是在观察场中放大视角，实际尺寸并没有发生变化，所以不会增加误差。
18. 补偿法（或称均衡法）的优点是什么？举出几种补偿法（或称均衡法）应用的实际例子。
(教材p16)优点：可以免去一些附加的系统误差，当系统具有高精度的标准量具和平衡指示器时，可获得较高的分辨率、灵敏度及测量的精确度。
例子：等臂天平称重、惠更斯电桥测电阻、电位差计测电压以及各种平衡电桥的测量等。
19. 举出物理模拟法与数学模拟法的实际例子。
(教材p17)物理模拟法例子：用光测弹性法模拟工件内部应力分布情况；用“风洞”中的飞机模型模拟实际飞机在大气中的飞行等。
