基本信息
- 项目名称：
- 方位角（α,β,γ）能确定刚性分子自由度吗？
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 文章分别从图解，数学计算及理论分析三个方面对刚性分子自由度的个数进行了研究，指出当前多数大学物理流行教材中用方位角解释刚性分子自由度的失误及不合理之处，并用球坐标系解释了这一现象。球坐标系的应用是本文的创新点及重点，而且能够使分析更为严谨，直观，易懂。
- 详细介绍：
- 多数大学物理流行教材中，在分析理想气体刚性双原子分子自由度时,通常采用三个方位角（α，β，γ）并借助公式cos2α+cos2β+cos2γ=1（其中"2"表示“平方”），来确定其中两个独立方位角，由此得出刚性分子转动自由度为2的结论。但这一解释是不准确的。该方程是关于（α，β，γ）的非线性方程，因此由其中任意两个方位角不能唯一确定第三个方位角——由于平方项的存在，求解开方后会有双解的情况出现。文章用图解及示例形象而具体地说明了这个现象及其原因。 而后文章指出刚性双原子分子的转动自由度确实只有两个,用球坐标系（r,θ,ψ）可以方便地说明这一问题。在球坐标系中，r是球面到原点的距离，与方向角无关，而θ,ψ能唯一确定连线的方向。因此，对于空间方位来说，球坐标系中θ,ψ是独立的，由此可知刚性双原子分子的转动自由度为两个。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 笔者在当前流行的许多大学物理课本中，发现了一个共同的问题：其在分析理想气体刚性双原子分子自由度时，所选角度及相应解释存在一个误区。文章旨在指出大学物理中普遍忽略的这一点瑕疵,而后从新的角度给出了较为准确的分析。
科学性、先进性及独特之处
- 文章分别从图解，数学计算及理论分析三个方面对刚性分子自由度的个数进行了研究，指出流行解释中的失误，并用球坐标系解释这一现象，球坐标系的应用是本文的创新点及重点，而且能够使分析更为严谨，易懂。
应用价值和现实意义
- 文章可用于对大学课本相关章节的改进，用更为严谨，易懂的方式对刚性分子自由度进行分析，有利于读者的理解，并提高了课本的准确性。
学术论文摘要
- 本文指出了大学物理中刚性双原子分子的转动自由度的个数不能用通常的方位角（α，β，γ）来确定，而用球坐标系可以准确地说明这一问题。
获奖情况
- 本作品于2011年1月在河北省科学技术协会单位主管，河北省物理学会,中国教育学会物理教学专业委员会主办的《物理通报》发表。
鉴定结果
- 作品于2011年1月在河北省科学技术协会单位主管，河北省物理学会,中国教育学会物理教学专业委员会主办的《物理通报》发表。
参考文献
- [1]罗益民 余燕主编，《大学物理》（第二版），北京邮电大学出版社，142-143页，2004年1月 [2]吴百诗主编，《大学物理》（下册），西安交通大学出版社，47－48页，2004年8月 [3]《大学物理学·第二册·热学》张三慧 清华大学出版社，44—45页 2000年1月 [4] 《物理学教程·上册》严导淦主编 同济大学出版社，256页 2007年8月
同类课题研究水平概述
- 大学物理中在分析理想气体刚性双原子分子自由度时,通常采用三个方位角（α，β，γ）并借助公式cos2α+cos2β+cos2γ=1（其中"2"表示“平方”），来确定其中两个独立方位角，由此得出刚性分子转动自由度为2的结论。 而这个解释实际上是不准确的，经分析，由于公式cos2α+cos2β+cos2γ=1（其中"2"表示“平方”）为非线性方程，确定任意两个方位角后，第三个方位角并不一定是唯一的。文章从理论及实图两个方面分别对这个问题进行了分析。 本文为对当前物理学界一些不准确认识的纠正，国内同水平文献多为大学生及教师对基础知识的理论分析研究。
