大物解答题及其答案.pdf

1 大物解答题及其答案 ? 热学部分： 1.等（定）压摩尔热容和等（定）容摩尔热容的物理含义是什么？它们分别取决于哪些因素？ 答：1mol物质在等压过程中温度升高1K时所吸收的热量称为等压摩尔热容，同理，1mol物质在等 容过程中温度升高1K时所吸收的热量称为等容摩尔热容。理想气体的等压摩尔热容和等容摩尔热容只 与气体分子的自由度有关。 2.理想气体等压过程的特征是什么？在此过程中热量、作功和内能如何表示？ 答：理想气体的等压过程的特征是压强为恒量，改变温度；热量、内能和功都在变化。 且 ? 热量： ? 内能增量： ? 气体对外作的功： ? 3.理想气体等容过程的特征是什么？在此过程中热量、作功和内能如何表示？ 答：理想气体等容过程的特征是，体积为恒量，改变温度；对外作功为零，热量等于内能的增量。 热量和内能增量： ? 气体对外作的功： 2 大物解答题及其答案 ? 4.理想气体等温过程的特征是什么？在此过程中热量、作功和内能如何表示？ 答：理想气体等温过程的特征是温度是恒量，改变压强；内能变化为0.系统吸收的热量等于对外做的 功。 吸收热量和对外作功： ? 内能增量： ? 5.简述卡诺循环过程；提高热机效率的途径有哪些？ 答：卡诺循环是在两个温度恒定的热源（一个高温热源，一个低温热源）之间工作的循环过程，它是 由两个等温和两个绝热的平衡过程组成。按照循环方向的不同，分为卡诺正循环和卡诺负循环，分别 对应热机和制冷机。以卡诺正循环为例，第一过程是等温膨胀，从高温热库吸入热量，第二过程是绝 热膨胀，第三过程是等温压缩过程，系统向低温热库放出热量，第四过程是绝热压缩过程。 提高热机效率的方式主要有两种，提高高温热库温度，降低低温热库温度。 6.给出热力学第二定律的两种以上叙述方式。证明能否用一个等温过程和一个绝热过程构成一个循环 过程。 答：开尔文表述：不可能制成一种循环动作的热机，只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的 功，而不引起其他变化。（或者，第二类永动机是不可能实现的。） 克劳修斯描述：热量不能自动的从低温物体传到高温物体。 由一个等温过程和绝热过程不能构成一个循环过程，理由如下： 假设有一热机等温过程中吸收热量并在绝热膨胀过程中将吸收的热量完全转化为功，这显然与热力学 第二定律的开氏表述矛盾，同理，再假设有一制冷机，经历一次绝热压缩后向低温热库吸热并在等温 过程完全用于制冷，将这两个过程做成一个复合热机，一次循环后，外界没有作功，二热量却自动的 从低温热源传到高温热源，与热力学第二定律的克氏表述矛盾。故一个等温过程和绝热过程不能构成 一个循环过程。 7.一个容器气体体系中，在热平衡状态下气体的运动遵循什么规律？ 答：一、理想气体处于平衡态时气体分子出现在容器内任何空间位置的概率相同； 二、分子向各个方向运动的概率相同。 由此可以得出下面推论： 1.气体分子的速度和它的各个分量的平均值为0； 3 大物解答题及其答案 2.分子沿各个方向运动的速度分量的各种平均值相同。 8.简述理想气体的微观模型。 答：一、分子可以看作质点；二、分子之间无相互作用力；三、分子之间及分子与器壁之间发生的碰 撞是完全弹性的，不造成动能损失。 9.从宏观和微观角度分析什么样的气体是理想气体。 答：宏观描述：实际气体在压强趋于零的一种极限状态的气体。即在任何情况下严格遵守玻意耳定 律、盖吕萨克定律和查理定律的气体。（教材P4） 微观描述：一、分子可以看作质点；二、分子之间无相互作用力；三、分子之间及分子与器壁之间发 生的碰撞是完全弹性的，不造成动能损失。 10.实际应用当中什么样的气体可视为理想气体？ 答：一般气体在压强不太大、温度不太低的条件下可视为理想气体。 11.简述热力学第一定律，写出各物理量的含义，叙述能量的传递与转化规律。 答：热力学第一定律：热能可以从一个物体传递给另一个物体，也可以与机械能或其他能量相互转 换，在传递和转换过程中，能量的总值不变。它的另一种表述方式为：不消耗能量就可以作功的“第 一类永动机“是不可能实现的。其数学表达形式为 ? 其中Q是系统吸收的热量，W 是系统对外做的功， ? 是系统由 ? 增加到 ? 的增量。能量的传递与转化规律：能量既不能凭 空产生，也不能消失，它只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化为另一种形式。 ? 电学部分： 1.简述静电场有哪些基本物理量？他们分别是如何定义的？单位是什么？ 答：静电场的基本物理量：电场强度、电势 。电场强度的定义：实验点电荷所受电场力F与实验点电 荷电量 ? 之比即 ? ，单位为 ? ；电势的定义为：检验电荷由A点移动到B点所做的功与电荷 量 ? 之比，即 ? ，单位为V 2.简述静电平衡条件，并用静电平衡条件和电势差的定义解释处于静电平衡状态的导体是等势体，导 体的表面是等势面。 答：条件：1.导体内任一点的电场处处为零；2.导体表面上任一点的电场强度处处垂直于表面。 导体是等势体，是因为导体内部电场强度处处为零，所以导体上任意点处的电势差为零，所以导体内 部各点电势相等；导体是等势面，是因为导体表面任一点处的场强都垂直于表面，无切向分量，沿表 面的电势差为零，电势没有变化，所以导体表面各点电势相等，并与导体内电势相等，故导体是等势 体。 4 大物解答题及其答案 3.分别写出静电场的高斯定理和安培环路定理的表达式，这两个定理分别说明了静电场的什么性质？ 答：静电场的高斯定理： ? 说明静电场是有源场 静电场的安培环路定理： ? 说明静电场是无旋场 4.电势的物理意义是什么？通常情况下如何选择电势零点？为什么感生电场中不能引入电势的概念？ 答：电势是从能量角度上描述电场的物理量。电势是一个相对的概念，零电势一般取无限远处或者大 地为零势能点。电场分为 电荷产生的保守场 和 磁场变化产生的非保守场（正式名称：涡旋电场）， 感生电场是指涡旋电场，两点之间的电势差（电压）就是电动势，与路径有关，所以，感生电场研究 电势没意义。 5.什么是电容器？写出电容器储存静电能量的公式，为什么说电场是能量存在的一种形式？ 答：电容器，顾名思义，是装电的容器，是一种容纳电荷的器件。电荷之间存在着电场力的相互作 用。因此，电场的建立过程（使物体带电的过程）是外力克服电场力作功的过程。电容器储存静电能 公式 ? 由能量守恒与转化定律：外力克服电场力所作的功等于带电系统的静电能。随时间变化的电场和磁场 形成电磁波，电磁波则可以脱离激发它的电荷和电流而独立传播并携带了能量。太阳光就是一种电磁 波，它给大地带来了巨大的能量。这就是说，能量是定域于场的，静电能是定域于静电场的。 所以说电场是能量存在的一种形式。 6.电场是如何产生的？电场因产生的机理不同而具有哪些不同的性质？ 答：静止电荷在其周围空间产生的电场，称为静电场；随时间变化的磁场在其周围空间激发的电场称 为有感应电场（涡旋电场）。静电场是有源无旋场，电荷是场源；感应电场是无源有旋场。 7.静电场的电场线如何描述静电场？静电场电场线有哪些特点？ 5 大物解答题及其答案 答：电场线是为了直观形象地描述电场分布，在电场中引入的一些假想的曲线。曲线上每一点的切线 方向和该点电场强度的方向一致；曲线密集的地方场强强，稀疏的地方场强弱。 特点：静电场中电场线不是闭合曲线，在静电场中，电场线起始于正电荷或无穷远处，终止于负电荷 或无穷远处，不形成闭合曲线 8.论述静电场和涡旋电场的区别和联系。 答：静电场和涡旋电场的相同点： 1.两者都具有电场的基本特性，即两种电场都对处于其中的电荷有力的作用，它们都具有能量具有 物质性。 2.静电场和涡旋电场的电场强度定义相同，都可用E=F/q定义。 3.静电场和涡旋电场中都可以以电场线形象的表示。 静电场和涡旋电场的不同点： 1.两类电场产生的原因不同，静电场是由静止电荷产生的，涡旋电场是由变化磁场产生的。 2.静电场是保守场（类比重力场），静电力对电荷的作用与电荷的运动路径无关，只与初末位置有 关，其电场线是有始有终的。涡旋电场是非保守场，电场力对电荷的作用与电荷的运动路径有关，其 电场线是闭合的，静电场可以引入电势的概念，而涡旋电场不行。 3.静电场的电场强度是由“场源电荷”的能量和空间位置决定，而涡旋电场是由磁场变化率和空间位 置决定。 9.简述电场强度和电势的关系，请举例说明。 答：场强与电势无直接关系。因为某点电势的值是相对选取的零点电势而言的，选取的零点电势不 同，电势的值也不同，而场强不变。零电势可人为选取，而场强是否为零则由电场本身决定。 10.简述静电屏蔽效应，并举例说明其应用。 答：处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零。因此，可利用金属外壳或金属网封闭某一区域 不在受外界电场的影响，这一现象称静电屏蔽。电磁防辐射服就是利用这个原理。 11.简述尖端放电效应，并举例说明其应用。 答：尖端放电是在强电场作用下，物体尖锐部分发生的一种放电现象。一般的电子打火装置，避雷 针，还有工业烟囱除尘的装置都是运用了尖端放电的原理。 12.有人认为：(1)如果高斯面上 ? 处处为零则高斯面内必无电荷；(2)如果高斯面内无电荷，则高斯面 上 ? 处处为零；你认为这些说法是否正确？为什么？ 答：两种说法都是错的，（1）该高斯面内也可能有等量的正电荷和负电荷，总电荷为零。 随便举个 例子：一个均匀分布正电荷球面的球心处放一个负电荷，正负电荷数量相等。在球面外任意做高斯 面，高斯面上E处处为零。（2）如果有一对正负电荷分布在高斯面的无限接近边缘的地方，这样的情 况时高斯面内没有静电荷但是在接近电荷的高斯面区域E并不为零。根据高斯定理，高斯面上的电场 通量（外法线方向为正）等于高斯面内的电荷数。所以如果高斯面内无电荷，高斯面上的电场通量应 该等于0，但这并不等于“高斯面上电场强度处处为零”。因为有的地方电场线可以流入高斯面（对积分 的贡献为负），而有的地方可以流出高斯面（对积分的贡献为正），如果正负刚好抵消，也就是电场 通量的代数和为0时，面上是有电场的，但面内没有电荷 6 大物解答题及其答案 ? 磁学部分： 1.磁场是如何产生的，举例说明。 答：磁场是由运动电荷或变化电场产生的。运动的电荷在空间激发磁场 2.磁感应线是如何描述磁场的，磁感应线有什么性质？ 答：在磁场中画出一系列有方向 的闭合曲线，且使曲线上每一点的切线方向表示该点的磁场方向。 也就是在该点放上小磁针，静止时N极的指向或N极的受力方向。性质：磁感线是不存在、不相交的 闭合曲线。磁感线某点的切线方向表示该点的磁场方向。磁感线的疏密表示磁场的强弱。匀强磁场的 磁感应强度的大小、方向都一样，磁感线是一组相互平行、方向相同、疏密均匀的直线。磁感应线有 可以描述磁场的强弱和方向。 3.描述奥斯特、毕奥和萨伐尔以及安培发现了那些与磁现象有关的实验现象及实验规律。 答：奥斯特发现了载流导线对磁针的作用，毕奥和萨伐尔再对大量实验分析后提出毕奥-萨伐尔定 律，安培发现两载流导线的相互作用，提出物质磁性本质的分子电流假说。 4.举例说明如何用楞次定律判断感应电流或感应电动势的方向。 答：楞次定律：闭合回路中的感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场来阻止引起感应电流磁通量 的变化。例如，将一个条形磁铁N极插入一个环形单匝导线时，导线会产生逆时针的电流，原因是逆 时针的电流可以阻碍垂直向下增加的磁场。 5.分析正电荷q以不同倾角进入匀强磁场后运动有什么样的规律？ 答：当倾角为零度时，电荷作直线运动；当电荷运动方向垂直与磁场方向时，做圆周运动；当倾角不 为以上两种情况时，作螺线运动。 6.举例说明洛伦兹力的应用（有简单的原理说明，可作图）。 答：质谱仪以离子源、质量分析器和离子检测器为核心。离子源是使试样分子在高真空条件下离子化 的装置。电离后的分子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子和中性粒子。它 们在加速电场作用下获取具有相同能量的平均动能而进入质量分析器。质量分析器是将同时进入其中 的不同质量的离子，按质荷比离子依次进入离子检测器，采集放大离子信号，经计算机处理，绘制成 质谱图。如图所示 7 大物解答题及其答案 ? 7.解释感生电动势和动生电动势？说明产生这两种电动势的非静电力是什么，为什么？ 答：感生电动势是磁场变化产生的电动势，动生电动势是导体切割磁感线产生的。前者的非静电力是 感生电场力，后者是洛伦兹力。 8.电动势的物理意义是什么？感生电动势和动生电动势的根源是什么？ 答：电动势物理意义：单位正电荷从负极通过电源内部移动 到正极的过程中，非静电力所做的功。 感生电动势的根源是感生电场力，动生电动势的根源是洛伦兹力。 9.解释传导电流和位移电流？描述它们的异同点。 答：位移电流是电位移矢量随时间的变化率对曲面的积分。英国物理学家麦克斯韦首先提出这种变化 将产生磁场的假设并称其为“位移电流”。位移电流不是电荷作定向运动的电流，但它引起的变化电 场，也相当于一种电流。 位移电流也可以描述成：电容器充电时，极板间变化的电场被视为等效电 流。 传导电流：在静电感应过程中，金属导体内的大量自由电子在外电场驱使下会发生定向运 动，形