基本信息
- 項目名稱：
- 方位角（α,β,γ）能確定剛性分子自由度嗎？
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 文章分別從圖解，數(shù)學計算及理論分析三個方面對剛性分子自由度的個數(shù)進行了研究，指出當前多數(shù)大學物理流行教材中用方位角解釋剛性分子自由度的失誤及不合理之處，并用球坐標系解釋了這一現(xiàn)象。球坐標系的應用是本文的創(chuàng)新點及重點，而且能夠使分析更為嚴謹，直觀，易懂。
- 詳細介紹：
- 多數(shù)大學物理流行教材中，在分析理想氣體剛性雙原子分子自由度時,通常采用三個方位角（α，β，γ）并借助公式cos2α+cos2β+cos2γ=1（其中"2"表示“平方”），來確定其中兩個獨立方位角，由此得出剛性分子轉動自由度為2的結論。但這一解釋是不準確的。該方程是關于（α，β，γ）的非線性方程，因此由其中任意兩個方位角不能唯一確定第三個方位角——由于平方項的存在，求解開方后會有雙解的情況出現(xiàn)。文章用圖解及示例形象而具體地說明了這個現(xiàn)象及其原因。 而后文章指出剛性雙原子分子的轉動自由度確實只有兩個,用球坐標系（r,θ,ψ）可以方便地說明這一問題。在球坐標系中，r是球面到原點的距離，與方向角無關，而θ,ψ能唯一確定連線的方向。因此，對于空間方位來說，球坐標系中θ,ψ是獨立的，由此可知剛性雙原子分子的轉動自由度為兩個。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 筆者在當前流行的許多大學物理課本中，發(fā)現(xiàn)了一個共同的問題：其在分析理想氣體剛性雙原子分子自由度時，所選角度及相應解釋存在一個誤區(qū)。文章旨在指出大學物理中普遍忽略的這一點瑕疵,而后從新的角度給出了較為準確的分析。
科學性、先進性及獨特之處
- 文章分別從圖解，數(shù)學計算及理論分析三個方面對剛性分子自由度的個數(shù)進行了研究，指出流行解釋中的失誤，并用球坐標系解釋這一現(xiàn)象，球坐標系的應用是本文的創(chuàng)新點及重點，而且能夠使分析更為嚴謹，易懂。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 文章可用于對大學課本相關章節(jié)的改進，用更為嚴謹，易懂的方式對剛性分子自由度進行分析，有利于讀者的理解，并提高了課本的準確性。
學術論文摘要
- 本文指出了大學物理中剛性雙原子分子的轉動自由度的個數(shù)不能用通常的方位角（α，β，γ）來確定，而用球坐標系可以準確地說明這一問題。
獲獎情況
- 本作品于2011年1月在河北省科學技術協(xié)會單位主管，河北省物理學會,中國教育學會物理教學專業(yè)委員會主辦的《物理通報》發(fā)表。
鑒定結果
- 作品于2011年1月在河北省科學技術協(xié)會單位主管，河北省物理學會,中國教育學會物理教學專業(yè)委員會主辦的《物理通報》發(fā)表。
參考文獻
- [1]羅益民 余燕主編，《大學物理》（第二版），北京郵電大學出版社，142-143頁，2004年1月 [2]吳百詩主編，《大學物理》（下冊），西安交通大學出版社，47－48頁，2004年8月 [3]《大學物理學·第二冊·熱學》張三慧 清華大學出版社，44—45頁 2000年1月 [4] 《物理學教程·上冊》嚴導淦主編 同濟大學出版社，256頁 2007年8月
同類課題研究水平概述
- 大學物理中在分析理想氣體剛性雙原子分子自由度時,通常采用三個方位角（α，β，γ）并借助公式cos2α+cos2β+cos2γ=1（其中"2"表示“平方”），來確定其中兩個獨立方位角，由此得出剛性分子轉動自由度為2的結論。 而這個解釋實際上是不準確的，經(jīng)分析，由于公式cos2α+cos2β+cos2γ=1（其中"2"表示“平方”）為非線性方程，確定任意兩個方位角后，第三個方位角并不一定是唯一的。文章從理論及實圖兩個方面分別對這個問題進行了分析。 本文為對當前物理學界一些不準確認識的糾正，國內(nèi)同水平文獻多為大學生及教師對基礎知識的理論分析研究。
