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文檔簡介

熱力學與統(tǒng)計理1.下列關于狀態(tài)函數(shù)的定義正確的是(A.系統(tǒng)的吉布斯函數(shù)是U

B.系統(tǒng)的自由能是:FC.系統(tǒng)的焓是:H

D.系統(tǒng)的熵函數(shù)是:

Q2.以T、p獨立變量,特征函數(shù)為(?????)。A.內能;B.焓;C.自由能;D.吉布斯函數(shù)。?????3.下列說法中正確的是(.不可能把熱量從高溫物體傳給低溫物體而不引起其他變化;.功不可能全部轉化為熱而不引起其他變化;.不可能制造一部機器,在循環(huán)過程中把一重物升高而同時使一熱庫冷卻;.可以從一熱源吸收熱量使它全部變成有用的功而不產生其他影響。4.要使一般氣體滿足經典極限條件,下面措施可行的是(A.減小氣體分子數(shù)密度;B.降低溫度;C.選用分子質量小的氣體分子;D.減小分子之間的距離。5.下列說法中正確的是(.由費米子組成的費米系統(tǒng),粒子分布不受泡利不相容原理約束;.由玻色子組成的玻色系統(tǒng),粒子分布遵從泡利不相容原理;.系統(tǒng)宏觀物理量是相應微觀量的統(tǒng)計平均值;.系統(tǒng)各個可能的微觀運動狀態(tài)出現(xiàn)的概率是不相等的。6.正則分布是具有確定的()的系統(tǒng)的分布函數(shù)。A.內能、體積、溫度;B.體積、粒子數(shù)、溫度;C.內能、體積、粒子數(shù);D.以上都不對。二、填空題(共20分,每空分)1.對于理想氣體,在溫度不變時,內能隨體積的變化關系2.在S、V變的情形下,穩(wěn)定平衡態(tài)的U。

T

。3.在可逆準靜態(tài)絕熱過程中,孤立系統(tǒng)的熵變ΔS=。4.

續(xù)

點是。5.在等溫等壓條件下,單相化學反i

i

A到化學平衡的條件為。i6.在滿足經典極限條件

玻色系統(tǒng)、費米系統(tǒng)以及玻耳茲曼系統(tǒng)的微觀狀態(tài)數(shù)滿足關系。7.

色-

現(xiàn)

是指

。8.在低溫下果計及電子和離子振動的話屬的定容熱容量可表為。9.按費米分布在能量

s

的量子態(tài)s上的平均粒子數(shù)為fs

。10劉維爾定理表明,如果隨著一個代表點沿正則方程所確定的軌道在相空間中運動,其鄰域的

是不隨時間改變的常數(shù)。三、簡答題(共20分,每小題4分)什么是熱力學系統(tǒng)的強度量?什么是廣延量?什么是特性函數(shù)?若吉布斯函數(shù)為特性函數(shù),其自然變量是什么?證明在F、不變的情形下平衡態(tài)的V最小。寫出玻耳茲曼關系,并說明熵的統(tǒng)計意義。請分別寫出正則分布配分函數(shù)的量子表達式和經典表達式?四(12分)設有1的理想氣體,其狀態(tài)參量()變化到(p,,T),假設此過1122程為一等溫膨脹過T求理想氣體內能的改外界對理想氣體所作的功1W,理想氣體從外界吸收的量Q,以及理想氣體的熵變ΔS。五分)定域系統(tǒng)含有N個近獨立粒子,每個粒子有兩個非簡并能

,假設1

2

。求在溫度為T的熱平衡狀態(tài)下系統(tǒng)的內能和熵。六分)目前由于分子束外延技術的發(fā)展,可以制成幾個原子層厚的薄膜材料,薄膜中的電子可視為在平面內做自由運動,電子面密度為。試求0K時二維電子氣的費米能量和內能。七分)試應用正則分布求單原子分子理想氣體的物態(tài)方程、內能和熵。(示:

dx

a

)熱力學統(tǒng)計物理參答案一、選題(共18分,每小題3分)1.A2.D3.C4.A5.C6.B二、填空題(共分,每空2分)1.0。2.最小。3.0。4.在臨界點μ及μ的一階偏導數(shù)連續(xù)5.

i

。ii6.

BE

FD

M.N!

。T時有宏觀量級的粒子在能C

凝聚。8.。9.V

e

1

。10.代表點密度。三、簡答題(共20分,每小題分)1.熱力學系統(tǒng)的強度量是指與系統(tǒng)的質量或物質的量無關的熱力學量(分熱力學系統(tǒng)的廣延量是指與系統(tǒng)的質量或物質的量成正比的熱力學量(分2如果適當選擇獨立變量,只要知道一個熱力學函數(shù),就可以通過求偏導數(shù)而求得均勻系統(tǒng)的全部熱力學函數(shù),從而把均勻系統(tǒng)的平衡性質完全確定。這個熱力學函數(shù)即稱為特性函數(shù)分)吉布斯函數(shù)的自然變量是:溫度T體積。(2分)3.假設系統(tǒng)發(fā)生一虛變動,在虛變動中,。在F,T不變的情形下,,因此必

V(2分)。如果系統(tǒng)達到了V極小的狀態(tài),它的體積不可能再減少統(tǒng)就不可能自發(fā)發(fā)生任何宏觀的變化而處在穩(wěn)定的平衡狀態(tài)此在F,不變的情形下,穩(wěn)定平衡態(tài)的V小分)4.(2分是系統(tǒng)混亂程度的量度,某個宏觀狀態(tài)對應的微觀狀態(tài)數(shù)愈多,它的混亂程度就愈大,熵也愈大(2分5.量子表達式

Zl

l

(2分)Sl經典表達式Z

1N!h

Nr

ep)d

(2分)四(12分)解:等溫膨脹過程,由于溫度不變,理想氣體內能僅是溫度的函數(shù),所以0W

VlnV1

(3分)(3分)根據熱力學第一定律,RTln

21

(3分)等溫膨脹過程引起的系統(tǒng)的熵變:VRln1

(3分)五(10分)解:定域系統(tǒng)可以用玻爾茲曼分布處理。系統(tǒng)的配分函數(shù)為Z1l

l

)

]

(2分)l得系統(tǒng)的內能為U

Z1

N

1

NN(

(4分)(dd(dd(0)系統(tǒng)的熵為SNk(ln1

)Nk1

)

]

1

21

}{ln[1

(

)

]

kT

)

)

}

(4分)六(10分)解:在面積,

能量范圍內,二維自由電子的量子態(tài)數(shù)為D

h

(2分)0K下自由電子的分布為f

)

(2分)費米能量

(0)由下式確定:

0

f(

4h02即

(0)

h24A

(3分)0K下二維自由電子氣體的內能為U0

4mh0222

(3分)mm七分)解:由N單原子分子組成的理想氣體,其能量為

3i

2i

(1分)配分函數(shù)Z

1N!h

N

eidq3N1N

N2()N!

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