物理習(xí)題集萃3市公開課金獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

一、抱負(fù)氣體壓強(qiáng)(平衡態(tài)）大量分子碰撞單位面積器壁平均作用力壓強(qiáng)：器壁dt內(nèi)與dA相碰分子數(shù)dA：宏觀足夠小，微觀足夠大一個(gè)分子碰壁對(duì)dA沖量N

個(gè)同種分子,m,n=N/V考慮速度為

分子第1頁(yè)第1頁(yè)2.溫度是分子無(wú)規(guī)熱運(yùn)動(dòng)平均平動(dòng)動(dòng)能量度溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)猛烈程度量度1.溫度是描述宏觀熱力學(xué)系統(tǒng)熱平衡物理量3.溫度是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念，是大量分子集體行為二、溫度微觀意義抱負(fù)氣體分子平均平動(dòng)能與分子種類無(wú)關(guān)4.氣體分子熱運(yùn)動(dòng)方均根速率第2頁(yè)第2頁(yè)一、自由度擬定物體位置所需獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)目1)平動(dòng)自由度

t動(dòng)能為三個(gè)獨(dú)立速度分量平方項(xiàng)之和2)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度r轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能為三個(gè)獨(dú)立角速度分量平方項(xiàng)之和剛體自由運(yùn)動(dòng)

(平動(dòng))加(轉(zhuǎn)動(dòng))動(dòng)能為六個(gè)獨(dú)立平方項(xiàng)之和15.6能量按自由度均分原理抱負(fù)氣體內(nèi)能第3頁(yè)第3頁(yè)3)振動(dòng)自由度兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間相對(duì)位置改變能量為二個(gè)平方項(xiàng)之和若s個(gè)振動(dòng)自由度，能量為2s個(gè)平方項(xiàng)之和二、分子自由度單原子分子(He、Ne、Ar等)能量表示式中有三個(gè)獨(dú)立平方項(xiàng)雙原子分子(O2、H2、CO等)剛性能量表示式中有五個(gè)獨(dú)立平方項(xiàng)非剛性能量表示式中有七個(gè)獨(dú)立平方項(xiàng)多原子分子剛性非剛性第4頁(yè)第4頁(yè)單原子分子三、能量均分定理等概率動(dòng)能表示式中，每一個(gè)平方項(xiàng)平均值都是一個(gè)分子總平均熱運(yùn)動(dòng)能量單原子分子雙原子分子剛性非剛性多原子分子剛性非剛性在溫度為T平衡態(tài)下，系統(tǒng)中分子能量表示式中每一個(gè)獨(dú)立平方項(xiàng)都含有相同平均熱運(yùn)動(dòng)能量，其大小等于第5頁(yè)第5頁(yè)四、抱負(fù)氣體內(nèi)能內(nèi)能：系統(tǒng)內(nèi)所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能、分子內(nèi)勢(shì)能與分子間互相作用勢(shì)能總和。對(duì)于抱負(fù)氣體，內(nèi)能只含有一個(gè)分子1mol抱負(fù)氣體內(nèi)能只是溫度函數(shù)一定量某種抱負(fù)氣體內(nèi)能完全取決于熱力學(xué)溫度T和分子自由度數(shù)。H2氣體對(duì)數(shù)坐標(biāo)0定容摩爾熱容量與試驗(yàn)不符第6頁(yè)第6頁(yè)例:有N個(gè)假想氣體分子，其速率分布如圖，v

>

2v0

分子數(shù)為零。求:(1)

b大?。?2)

速率在

v0-2v0之間分子數(shù);(3)

分子平均速率。解:第7頁(yè)第7頁(yè)二、等值過(guò)程特點(diǎn)狀態(tài)方程系統(tǒng)吸熱對(duì)外做功內(nèi)能改變等溫dT=0pV=C0等容dV=00等壓dp=0絕熱0熱容量0第8頁(yè)第8頁(yè)4.卡諾定理：(1).工作在兩個(gè)恒溫?zé)嵩粗g卡諾熱機(jī)效率最高。(2).工作在兩個(gè)恒溫?zé)嵩粗g所有卡諾熱機(jī)效率相等，只與溫度相關(guān)，與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)。三、熱機(jī)1.卡諾熱機(jī)：2.熱機(jī)效率：3.致冷系數(shù)：第9頁(yè)第9頁(yè)第十五章氣體動(dòng)理論一、麥克斯韋分子速率分布1.最概然速率：2.平均速率：3.方均根速率：二、分子碰撞統(tǒng)計(jì)規(guī)律1.平均碰撞頻率：2.平均自由程：第10頁(yè)第10頁(yè)三、抱負(fù)氣體宏觀量與微觀量聯(lián)系：四、能量均分定理1.內(nèi)容：在溫度T平衡態(tài)下，粒子每一個(gè)也許自由度都有相同平均動(dòng)能kT/2。2.內(nèi)能：五、玻耳茲曼熵公式“自然界一切過(guò)程都是向著微觀狀態(tài)數(shù)大方向進(jìn)行”第11頁(yè)第11頁(yè)例

：如圖所表示，有一除底部外其余部分均為絕熱氣筒，被一固定且導(dǎo)熱板隔成A,B兩部分，兩部分分別盛有1mol抱負(fù)氣體氮和1mol抱負(fù)氣體氦，將334J熱量從底部供應(yīng)氣體，氣筒活塞上壓強(qiáng)始終保持等壓。試求過(guò)程中A部和B部各吸取熱量及溫度改變。（導(dǎo)熱板熱容量能夠忽略）AN2BHe解：由于隔板導(dǎo)熱，A,B兩部分氣體溫度增量也相等。整個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外界作功為：由B部氣體狀態(tài)方程可得：第12頁(yè)第12頁(yè)A部氣體經(jīng)歷是等體過(guò)程：B部氣體吸取熱量為：第13頁(yè)第13頁(yè)例：如圖所表示在剛性絕熱容器中有一可無(wú)摩擦移動(dòng)且不漏氣導(dǎo)熱隔板，將容器分A,B為兩部分，A,B各有1mol

He氣和O2

氣溫度分別為TA=300K,TB=600K,壓強(qiáng)pA=pB=1.013105Pa。試求：（1）整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)溫度T,壓強(qiáng)p.(2)He

氣和O2

氣各自熵改變。(設(shè)過(guò)程為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程)AHeB

O2隔板解：（1）將He氣和O2氣作為一個(gè)系統(tǒng)，則整個(gè)系統(tǒng)與外界沒有熱互換，且對(duì)外不作功。系統(tǒng)總內(nèi)能始終不變。第14頁(yè)第14頁(yè)設(shè)狀態(tài)A,B兩部分初態(tài)體積為VA,VB，末態(tài)體積為VA`，VB`。

第15頁(yè)第15頁(yè)（2）由抱負(fù)氣體克勞修斯熵變公式：He氣熵變：O2氣熵變：系統(tǒng)熵變：第16頁(yè)第16頁(yè)p0VV1V2p1p2ⅠⅡⅢ例：已知：常溫抱負(fù)氣體1molH2求：解：系統(tǒng)對(duì)外做功分析哪段吸熱只有Ⅰ—Ⅱ吸熱第17頁(yè)第17頁(yè)例.1mol雙原子分子抱負(fù)氣體作如圖可逆循環(huán)過(guò)程，其中1-2為直線，2-3為絕熱線，3-1為等溫線，已知T2=2T1,V3=8V1。求（1）各過(guò)程功，內(nèi)能增量和傳遞熱量；（2）此循環(huán)效率η。Vp0p1p2V1V2V3123解：（1）1→2過(guò)程有系統(tǒng)對(duì)外做功將（1），（2），（3）式代入：內(nèi)能增量氣體吸熱第18頁(yè)第18頁(yè)3→1等溫過(guò)程：外界對(duì)氣體做功：系統(tǒng)放熱內(nèi)能增量2→3絕熱過(guò)程：吸熱Q3=0,內(nèi)能增量系統(tǒng)對(duì)外做功（2）此循環(huán)效率第19頁(yè)第19頁(yè)例:有N個(gè)假想氣體分子，其速率分布如圖，v

>

2v0

分子數(shù)為零。求:(1)

b大??；(2)

速率在

v0-2v0之間分子數(shù);(3)

分子平均速率。解:第20頁(yè)第20頁(yè)例：在半徑為R球型容器里貯有分子有效直徑為d氣體，試求該容器中最多可容納多少個(gè)分子，才干使分子之間不至相碰，解：為使氣體分子之間不相碰，則必須使分子平均自由程不小于容器直徑，必須滿足：第21頁(yè)第21頁(yè)例：一容器內(nèi)某抱負(fù)氣體溫度為T=273k,壓強(qiáng)為p=1.013105Pa,

密度為=1.25g/m3,試求：（1）氣體分子運(yùn)動(dòng)方均根速率；（2）氣體分子摩爾質(zhì)量；（3）氣體分子平均平動(dòng)動(dòng)能和轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能；（4）單位體積內(nèi)氣體分子總平動(dòng)動(dòng)能；（5）設(shè)該氣體有0.3mol,氣體內(nèi)能?（氣體為雙原子分子）解：（1）（2）（3）（4）（5）第22頁(yè)第22頁(yè)1.斯特藩-玻耳茲曼定律1879年，斯特藩2.維恩位移定律1884年，玻耳茲曼19NobelPrize黑體輻射試驗(yàn)規(guī)律6000K3000K可見光區(qū)第23頁(yè)第23頁(yè)1.維恩公式1896年2.

瑞利-金斯公式19三、黑體輻射公式19NobelPrize，發(fā)覺氬試驗(yàn)曲線維恩公式瑞利—金斯公式“紫外劫難”第24頁(yè)第24頁(yè)3.普朗克黑體輻射公式1900.10.19普朗克公式普朗克常數(shù)四、普朗克能量子假說(shuō)1912月14日(1)黑體—帶電線性諧振子(2)能量不連續(xù)，(3)能量子與試驗(yàn)結(jié)果驚人地符合實(shí)用中常取試驗(yàn)曲線維恩公式瑞利—金斯公式普朗克公式量子論生日第25頁(yè)第25頁(yè)n較大n較小積分求極值求極值19NobelPrize普朗克黑體輻射公式能量不連續(xù)，只能取某一最小能量整數(shù)倍—能量是量子化第26頁(yè)第26頁(yè)§2

光電效應(yīng)愛因斯坦光量子論一、光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律VGOOOOOOBOOKA1.飽和電流2.截止電壓3.紅限頻率CsCaNa4.馳豫時(shí)間小于10-9s19勒納德19NobelPrize光強(qiáng)較強(qiáng)光強(qiáng)較弱飽和電流1887年，赫茲發(fā)覺第27頁(yè)第27頁(yè)二.典型物理學(xué)所碰到困難截止電壓紅限頻率馳豫時(shí)間小于10-9s三.愛因斯坦光量子論19，愛因斯坦提出了光子假說(shuō)(1)光是由光子構(gòu)成光子流逸出功：光電效應(yīng)方程圓滿解釋了光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律(2)光子能量最大初動(dòng)能：第28頁(yè)第28頁(yè)四、光波粒二象性

波動(dòng)性粒子性能量

，動(dòng)量P，數(shù)量N波長(zhǎng)，頻率，振幅A五、光電效應(yīng)應(yīng)用19，密立根用試驗(yàn)驗(yàn)證了光電效應(yīng)方程密立根，1923年NobelPrize

愛因斯坦，19NobelPrize放大器接控件機(jī)構(gòu)光光控繼電器示意圖第29頁(yè)第29頁(yè)三、康普頓理論解釋

物理圖像一個(gè)入射X光子一個(gè)靜止自由電子彈性碰撞能量動(dòng)量守恒X射線由

光子構(gòu)成康普頓散射是光子與原子外層電子碰撞結(jié)果光子在碰撞中損失部分能量使波長(zhǎng)變長(zhǎng)第30頁(yè)第30頁(yè)康普頓散射公式1927年NobelPrize電子康普頓波長(zhǎng)碰撞前動(dòng)量能量光子電子碰撞后光子電子?第31頁(yè)第31頁(yè)四、討論(1)散射波波長(zhǎng)隨散射角改變(2)只有X光才有明顯康普頓效應(yīng)

(3)散射光中，波長(zhǎng)不變成份出現(xiàn)原因光子與被原子核束縛得很緊內(nèi)層電子碰撞原子序數(shù)愈大物質(zhì)內(nèi)層電子數(shù)百分比越大(4)

在試驗(yàn)上證實(shí)了光粒子性(5)

證實(shí)微觀粒子互相作用中，能量動(dòng)量仍守恒波長(zhǎng)改變量與原波長(zhǎng)無(wú)關(guān)?第32頁(yè)第32頁(yè)解（1）

波長(zhǎng)X射線與靜止自由電子作彈性碰撞,在與入射角成角方向上觀測(cè),問（2）在碰撞中，光子能量損失了多少？（1）散射波長(zhǎng)改變量為多少？（3）反沖電子得到多少動(dòng)能？（2）光子損失能量（3）反沖電子動(dòng)能＝光子損失能量第33頁(yè)第33頁(yè)（A）兩種效應(yīng)中電子與光子兩者構(gòu)成系統(tǒng)都服從動(dòng)量守恒定律。（B）兩種效應(yīng)都相稱于電子和光子彈性碰撞過(guò)程。（C）兩種效應(yīng)都屬于電子吸取光子過(guò)程。（D）光電效應(yīng)是吸取光子過(guò)程，而康普頓效應(yīng)則相當(dāng)于光子和電子彈性碰撞。答案（D）

光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)都包括有電子與光子相互作用過(guò)程。對(duì)此，在下列幾種理解中，正確是第34頁(yè)第34頁(yè)康普頓效應(yīng)主要特點(diǎn)是（A）散射光波長(zhǎng)均比入射光波長(zhǎng)短，且隨散射角增大而減小，但與散射體性質(zhì)無(wú)關(guān)。（B）散射光波長(zhǎng)均與入射光波長(zhǎng)相同，與散射角，散射體性質(zhì)無(wú)關(guān)。（C）散射光中既有與入射光波長(zhǎng)相等，也有比入射光波長(zhǎng)長(zhǎng)和比入射光波長(zhǎng)短，這與散射體性質(zhì)相關(guān)。（D）散射光中有些波長(zhǎng)比入射光波長(zhǎng)長(zhǎng)，且隨散射角增大而增大，有些散射光波長(zhǎng)與入射光波長(zhǎng)相同，這些都與散射體性質(zhì)無(wú)關(guān)。答案（D）第35頁(yè)第35頁(yè)§4

玻爾氫原子理論一、氫原子光譜普通規(guī)律埃格斯特朗A。6563?4861?4341?4102?3646?紫外光區(qū)可見光區(qū)A.J.?ngstr?m1853年巴耳末公式里德伯里德伯常數(shù)HaHbHgHd第36頁(yè)第36頁(yè)m=1，n=2,3,4,……賴曼系（19）紫外區(qū)m=2，n=3,4,5,……巴爾末系（1885年）可見區(qū)m=3，n=4,5,6,……帕邢系（19）紅外區(qū)m=4，n=5,6,7,……布喇開系（1922年）紅外區(qū)m=5，n=6,7,8,……普芳德系（1924年）紅外區(qū)(1)光譜是線狀分立(2)可構(gòu)成譜線系(3)波數(shù)可表為二光譜項(xiàng)差19，里茲光譜項(xiàng)組合原則第37頁(yè)第37頁(yè)三、玻爾氫原子結(jié)構(gòu)理論N.玻爾(1)定態(tài)假設(shè)

原子系統(tǒng)只能處于一系列含有不連續(xù)能量穩(wěn)定狀態(tài)(定態(tài))。定態(tài)時(shí)核外電子在一定軌道上作圓周運(yùn)動(dòng)，不發(fā)射電磁波。(2)頻率條件

當(dāng)原子從一個(gè)能量為En定態(tài)躍遷到另一個(gè)能量為Em定態(tài)時(shí)，就要發(fā)射或吸取一個(gè)頻率為光子。(3)軌道量子化

電子在穩(wěn)定圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，其軌道角動(dòng)量必須等于h/2整數(shù)倍。第38頁(yè)第38頁(yè)四、對(duì)氫原子光譜解釋(1)軌道半徑玻爾半徑與n平方成正比精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)與n成反比第39頁(yè)第39頁(yè)(2)能量能量量子化—能級(jí)基態(tài)激發(fā)態(tài)

n時(shí),En,能級(jí)趨于連續(xù)E>0時(shí),原子處于電離狀態(tài)第40頁(yè)第40頁(yè)m=m=1m=2m=3m=4m=5賴曼系巴爾末系帕邢系