大物解答題及其答案.pdf

1 大物解答題及其答案 熱學部分 1 等 定 壓摩爾熱容和等 定 容摩爾熱容的物理含義是什么 它們分別取決于哪些因素 答 1mol物質在等壓過程中溫度升高1K時所吸收的熱量稱為等壓摩爾熱容 同理 1mol物質在等 容過程中溫度升高1K時所吸收的熱量稱為等容摩爾熱容 理想氣體的等壓摩爾熱容和等容摩爾熱容只 與氣體分子的自由度有關 2 理想氣體等壓過程的特征是什么 在此過程中熱量 作功和內能如何表示 答 理想氣體的等壓過程的特征是壓強為恒量 改變溫度 熱量 內能和功都在變化 且 熱量 內能增量 氣體對外作的功 3 理想氣體等容過程的特征是什么 在此過程中熱量 作功和內能如何表示 答 理想氣體等容過程的特征是 體積為恒量 改變溫度 對外作功為零 熱量等于內能的增量 熱量和內能增量 氣體對外作的功 2 大物解答題及其答案 4 理想氣體等溫過程的特征是什么 在此過程中熱量 作功和內能如何表示 答 理想氣體等溫過程的特征是溫度是恒量 改變壓強 內能變化為0 系統(tǒng)吸收的熱量等于對外做的 功 吸收熱量和對外作功 內能增量 5 簡述卡諾循環(huán)過程 提高熱機效率的途徑有哪些 答 卡諾循環(huán)是在兩個溫度恒定的熱源 一個高溫熱源 一個低溫熱源 之間工作的循環(huán)過程 它是 由兩個等溫和兩個絕熱的平衡過程組成 按照循環(huán)方向的不同 分為卡諾正循環(huán)和卡諾負循環(huán) 分別 對應熱機和制冷機 以卡諾正循環(huán)為例 第一過程是等溫膨脹 從高溫熱庫吸入熱量 第二過程是絕 熱膨脹 第三過程是等溫壓縮過程 系統(tǒng)向低溫熱庫放出熱量 第四過程是絕熱壓縮過程 提高熱機效率的方式主要有兩種 提高高溫熱庫溫度 降低低溫熱庫溫度 6 給出熱力學第二定律的兩種以上敘述方式 證明能否用一個等溫過程和一個絕熱過程構成一個循環(huán) 過程 答 開爾文表述 不可能制成一種循環(huán)動作的熱機 只從單一熱源吸收熱量 使之完全變?yōu)橛杏玫?功 而不引起其他變化 或者 第二類永動機是不可能實現的 克勞修斯描述 熱量不能自動的從低溫物體傳到高溫物體 由一個等溫過程和絕熱過程不能構成一個循環(huán)過程 理由如下 假設有一熱機等溫過程中吸收熱量并在絕熱膨脹過程中將吸收的熱量完全轉化為功 這顯然與熱力學 第二定律的開氏表述矛盾 同理 再假設有一制冷機 經歷一次絕熱壓縮后向低溫熱庫吸熱并在等溫 過程完全用于制冷 將這兩個過程做成一個復合熱機 一次循環(huán)后 外界沒有作功 二熱量卻自動的 從低溫熱源傳到高溫熱源 與熱力學第二定律的克氏表述矛盾 故一個等溫過程和絕熱過程不能構成 一個循環(huán)過程 7 一個容器氣體體系中 在熱平衡狀態(tài)下氣體的運動遵循什么規(guī)律 答 一 理想氣體處于平衡態(tài)時氣體分子出現在容器內任何空間位置的概率相同 二 分子向各個方向運動的概率相同 由此可以得出下面推論 1 氣體分子的速度和它的各個分量的平均值為0 3 大物解答題及其答案 2 分子沿各個方向運動的速度分量的各種平均值相同 8 簡述理想氣體的微觀模型 答 一 分子可以看作質點 二 分子之間無相互作用力 三 分子之間及分子與器壁之間發(fā)生的碰 撞是完全彈性的 不造成動能損失 9 從宏觀和微觀角度分析什么樣的氣體是理想氣體 答 宏觀描述 實際氣體在壓強趨于零的一種極限狀態(tài)的氣體 即在任何情況下嚴格遵守玻意耳定 律 蓋呂薩克定律和查理定律的氣體 教材P4 微觀描述 一 分子可以看作質點 二 分子之間無相互作用力 三 分子之間及分子與器壁之間發(fā) 生的碰撞是完全彈性的 不造成動能損失 10 實際應用當中什么樣的氣體可視為理想氣體 答 一般氣體在壓強不太大 溫度不太低的條件下可視為理想氣體 11 簡述熱力學第一定律 寫出各物理量的含義 敘述能量的傳遞與轉化規(guī)律 答 熱力學第一定律 熱能可以從一個物體傳遞給另一個物體 也可以與機械能或其他能量相互轉 換 在傳遞和轉換過程中 能量的總值不變 它的另一種表述方式為 不消耗能量就可以作功的 第 一類永動機 是不可能實現的 其數學表達形式為 其中Q是系統(tǒng)吸收的熱量 W 是系統(tǒng)對外做的功 是系統(tǒng)由 增加到 的增量 能量的傳遞與轉化規(guī)律 能量既不能憑 空產生 也不能消失 它只能從一個物體轉移到另一個物體 或從一種形式轉化為另一種形式 電學部分 1 簡述靜電場有哪些基本物理量 他們分別是如何定義的 單位是什么 答 靜電場的基本物理量 電場強度 電勢 電場強度的定義 實驗點電荷所受電場力F與實驗點電 荷電量 之比即 單位為 電勢的定義為 檢驗電荷由A點移動到B點所做的功與電荷 量 之比 即 單位為V 2 簡述靜電平衡條件 并用靜電平衡條件和電勢差的定義解釋處于靜電平衡狀態(tài)的導體是等勢體 導 體的表面是等勢面 答 條件 1 導體內任一點的電場處處為零 2 導體表面上任一點的電場強度處處垂直于表面 導體是等勢體 是因為導體內部電場強度處處為零 所以導體上任意點處的電勢差為零 所以導體內 部各點電勢相等 導體是等勢面 是因為導體表面任一點處的場強都垂直于表面 無切向分量 沿表 面的電勢差為零 電勢沒有變化 所以導體表面各點電勢相等 并與導體內電勢相等 故導體是等勢 體 4 大物解答題及其答案 3 分別寫出靜電場的高斯定理和安培環(huán)路定理的表達式 這兩個定理分別說明了靜電場的什么性質 答 靜電場的高斯定理 說明靜電場是有源場 靜電場的安培環(huán)路定理 說明靜電場是無旋場 4 電勢的物理意義是什么 通常情況下如何選擇電勢零點 為什么感生電場中不能引入電勢的概念 答 電勢是從能量角度上描述電場的物理量 電勢是一個相對的概念 零電勢一般取無限遠處或者大 地為零勢能點 電場分為 電荷產生的保守場 和 磁場變化產生的非保守場 正式名稱 渦旋電場 感生電場是指渦旋電場 兩點之間的電勢差 電壓 就是電動勢 與路徑有關 所以 感生電場研究 電勢沒意義 5 什么是電容器 寫出電容器儲存靜電能量的公式 為什么說電場是能量存在的一種形式 答 電容器 顧名思義 是 裝電的容器 是一種容納電荷的器件 電荷之間存在著電場力的相互作 用 因此 電場的建立過程 使物體帶電的過程 是外力克服電場力作功的過程 電容器儲存靜電能 公式 由能量守恒與轉化定律 外力克服電場力所作的功等于帶電系統(tǒng)的靜電能 隨時間變化的電場和磁場 形成電磁波 電磁波則可以脫離激發(fā)它的電荷和電流而獨立傳播并攜帶了能量 太陽光就是一種電磁 波 它給大地帶來了巨大的能量 這就是說 能量是定域于場的 靜電能是定域于靜電場的 所以說電場是能量存在的一種形式 6 電場是如何產生的 電場因產生的機理不同而具有哪些不同的性質 答 靜止電荷在其周圍空間產生的電場 稱為靜電場 隨時間變化的磁場在其周圍空間激發(fā)的電場稱 為有感應電場 渦旋電場 靜電場是有源無旋場 電荷是場源 感應電場是無源有旋場 7 靜電場的電場線如何描述靜電場 靜電場電場線有哪些特點 5 大物解答題及其答案 答 電場線是為了直觀形象地描述電場分布 在電場中引入的一些假想的曲線 曲線上每一點的切線 方向和該點電場強度的方向一致 曲線密集的地方場強強 稀疏的地方場強弱 特點 靜電場中電場線不是閉合曲線 在靜電場中 電場線起始于正電荷或無窮遠處 終止于負電荷 或無窮遠處 不形成閉合曲線 8 論述靜電場和渦旋電場的區(qū)別和聯(lián)系 答 靜電場和渦旋電場的相同點 1 兩者都具有電場的基本特性 即兩種電場都對處于其中的電荷有力的作用 它們都具有能量具有 物質性 2 靜電場和渦旋電場的電場強度定義相同 都可用E F q定義 3 靜電場和渦旋電場中都可以以電場線形象的表示 靜電場和渦旋電場的不同點 1 兩類電場產生的原因不同 靜電場是由靜止電荷產生的 渦旋電場是由變化磁場產生的 2 靜電場是保守場 類比重力場 靜電力對電荷的作用與電荷的運動路徑無關 只與初末位置有 關 其電場線是有始有終的 渦旋電場是非保守場 電場力對電荷的作用與電荷的運動路徑有關 其 電場線是閉合的 靜電場可以引入電勢的概念 而渦旋電場不行 3 靜電場的電場強度是由 場源電荷 的能量和空間位置決定 而渦旋電場是由磁場變化率和空間位 置決定 9 簡述電場強度和電勢的關系 請舉例說明 答 場強與電勢無直接關系 因為某點電勢的值是相對選取的零點電勢而言的 選取的零點電勢不 同 電勢的值也不同 而場強不變 零電勢可人為選取 而場強是否為零則由電場本身決定 10 簡述靜電屏蔽效應 并舉例說明其應用 答 處于靜電平衡狀態(tài)的導體 內部的場強處處為零 因此 可利用金屬外殼或金屬網封閉某一區(qū)域 不在受外界電場的影響 這一現象稱靜電屏蔽 電磁防輻射服就是利用這個原理 11 簡述尖端放電效應 并舉例說明其應用 答 尖端放電是在強電場作用下 物體尖銳部分發(fā)生的一種放電現象 一般的電子打火裝置 避雷 針 還有工業(yè)煙囪除塵的裝置都是運用了尖端放電的原理 12 有人認為 1 如果高斯面上 處處為零則高斯面內必無電荷 2 如果高斯面內無電荷 則高斯面 上 處處為零 你認為這些說法是否正確 為什么 答 兩種說法都是錯的 1 該高斯面內也可能有等量的正電荷和負電荷 總電荷為零 隨便舉個 例子 一個均勻分布正電荷球面的球心處放一個負電荷 正負電荷數量相等 在球面外任意做高斯 面 高斯面上E處處為零 2 如果有一對正負電荷分布在高斯面的無限接近邊緣的地方 這樣的情 況時高斯面內沒有靜電荷但是在接近電荷的高斯面區(qū)域E并不為零 根據高斯定理 高斯面上的電場 通量 外法線方向為正 等于高斯面內的電荷數 所以如果高斯面內無電荷 高斯面上的電場通量應 該等于0 但這并不等于 高斯面上電場強度處處為零 因為有的地方電場線可以流入高斯面 對積分 的貢獻為負 而有的地方可以流出高斯面 對積分的貢獻為正 如果正負剛好抵消 也就是電場 通量的代數和為0時 面上是有電場的 但面內沒有電荷 6 大物解答題及其答案 磁學部分 1 磁場是如何產生的 舉例說明 答 磁場是由運動電荷或變化電場產生的 運動的電荷在空間激發(fā)磁場 2 磁感應線是如何描述磁場的 磁感應線有什么性質 答 在磁場中畫出一系列有方向 的閉合曲線 且使曲線上每一點的切線方向表示該點的磁場方向 也就是在該點放上小磁針 靜止時N極的指向或N極的受力方向 性質 磁感線是不存在 不相交的 閉合曲線 磁感線某點的切線方向表示該點的磁場方向 磁感線的疏密表示磁場的強弱 勻強磁場的 磁感應強度的大小 方向都一樣 磁感線是一組相互平行 方向相同 疏密均勻的直線 磁感應線有 可以描述磁場的強弱和方向 3 描述奧斯特 畢奧和薩伐爾以及安培發(fā)現了那些與磁現象有關的實驗現象及實驗規(guī)律 答 奧斯特發(fā)現了載流導線對磁針的作用 畢奧和薩伐爾再對大量實驗分析后提出畢奧 薩伐爾定 律 安培發(fā)現兩載流導線的相互作用 提出物質磁性本質的分子電流假說 4 舉例說明如何用楞次定律判斷感應電流或感應電動勢的方向 答 楞次定律 閉合回路中的感應電流的方向 總是使得它所激發(fā)的磁場來阻止引起感應電流磁通量 的變化 例如 將一個條形磁鐵N極插入一個環(huán)形單匝導線時 導線會產生逆時針的電流 原因是逆 時針的電流可以阻礙垂直向下增加的磁場 5 分析正電荷q以不同傾角進入勻強磁場后運動有什么樣的規(guī)律 答 當傾角為零度時 電荷作直線運動 當電荷運動方向垂直與磁場方向時 做圓周運動 當傾角不 為以上兩種情況時 作螺線運動 6 舉例說明洛倫茲力的應用 有簡單的原理說明 可作圖 答 質譜儀以離子源 質量分析器和離子檢測器為核心 離子源是使試樣分子在高真空條件下離子化 的裝置 電離后的分子因接受了過多的能量會進一步碎裂成較小質量的多種碎片離子和中性粒子 它 們在加速電場作用下獲取具有相同能量的平均動能而進入質量分析器 質量分析器是將同時進入其中 的不同質量的離子 按質荷比離子依次進入離子檢測器 采集放大離子信號 經計算機處理 繪制成 質譜圖 如圖所示 7 大物解答題及其答案 7 解釋感生電動勢和動生電動勢 說明產生這兩種電動勢的非靜電力是什么 為什么 答 感生電動勢是磁場變化產生的電動勢 動生電動勢是導體切割磁感線產生的 前者的非靜電力是 感生電場力 后者是洛倫茲力 8 電動勢的物理意義是什么 感生電動勢和動生電動勢的根源是什么 答 電動勢物理意義 單位正電荷從負極通過電源內部移動 到正極的過程中 非靜電力所做的功 感生電動勢的根源是感生電場力 動生電動勢的根源是洛倫茲力 9 解釋傳導電流和位移電流 描述它們的異同點 答 位移電流是電位移矢量隨時間的變化率對曲面的積分 英國物理學家麥克斯韋首先提出這種變化 將產生磁場的假設并稱其為 位移電流 位移電流不是電荷作定向運動的電流 但它引起的變化電 場 也相當于一種電流 位移電流也可以描述成 電容器充電時 極板間變化的電場被視為等效電 流 傳導電流 在靜電感應過程中 金屬導體內的大量自由電子在外電場驅使下會發(fā)生定向運 動 形成宏觀電流 但這電流的持續(xù)時間是極短暫的 若將導體兩端接到電池的兩極上 就能在導體 內形成長時間持續(xù)的電流 這種存在于導體內的電流稱為傳導電流 相同點 都可以在空間激發(fā)磁 場 不同點 1 位移電流只表示電場的變化率 與傳導電流不同 它不產生熱效應 化學效應等 而傳 導電流又熱效應和化學效應 2 位移電流的本質是變化著的電場 而傳導電流則是自由電荷的定向運動 3 傳導電流在通過導體時 會產生焦耳熱 而位移電流則不會產生焦耳熱 4 位移電流也即變化著的電場可以存在于真空 導 體 電介質中 而傳導電流只能存在于導體中 10 描述如何利用法拉第電磁感應獲得直流電和交流電 答 直流電 讓一根