西南大学22春《工程力学》基础补考试题库答案参考44

西南大学22春工程力学基础补考试题库答案参考1. 有限物体的形心与重心相重合的条件是_。有限物体的形心与重心相重合的条件是_。均质材料2. 16圆管断面直径由d1突然扩大为d2，若将一次扩大改为两级扩大，则该扩大的局部水头损失 A减小；B不变；C增大。16圆管断面直径由d1突然扩大为d2，若将一次扩大改为两级扩大，则该扩大的局部水头损失A减小；B不变；C增大。A3. 为什么整体刚度矩阵中主对角线上的元素都是正的，而非对角线上的元素不一定总是正的?为什么整体刚度矩阵中主对角线上的元素都是正的，而非对角线上的元素不一定总是正的?K中主对角线上的元素kii即是位移法方程中的主系数，其力学意义为：在结构中某处沿i方向发生单位位移i=1时，在该处沿i方向相应施加的力。该力的方向与i方向永远一致，故恒为正值。非对角线上的元素(即副系数)kji(ij)是指当发生单位位移i=1时，沿j方向相应的约束力，此力与j的方向能相同也可能相反，故其值不一定为正。4. 圆轴横截面上的扭矩为T，按强度条件算得直径为d，若该截面上的扭矩变为05T，则按强度条件可算得相圆轴横截面上的扭矩为T，按强度条件算得直径为d，若该截面上的扭矩变为05T，则按强度条件可算得相应的直径为05d。( )此题为判断题(对，错)。正确答案：5. 位移法只能以拆成三种类型(两端固定，一端固定、另端铰支，一端固定、另端滑动)的杆系作基本结构。( )位移法只能以拆成三种类型(两端固定，一端固定、另端铰支，一端固定、另端滑动)的杆系作基本结构。()错误还可包含有弯矩静定的杆。6. 用磁标势m解决静磁场问题的前提是( ) A该区域没有自由电流分布 B该区域应是没有自由电流分布的单连通用磁标势m解决静磁场问题的前提是()A该区域没有自由电流分布B该区域应是没有自由电流分布的单连通区域C该区域每一点满足D该区域每一点满足B7. 计算拱的位移时，在什么情况下可以忽略剪切变形和轴向变形的影响?计算拱的位移时，在什么情况下可以忽略剪切变形和轴向变形的影响?计算拱的位移时，一般都忽略剪切变形的影响；只有在扁平拱，计算两铰拱的系数11和无铰拱的系数22时，才考虑轴向变形影响，一般只考虑弯曲变形影响；计算拱的自由项1P时，只考虑弯曲变形影响。8. t1=10，1=80%，qV1=150m3/min的湿空气流1进入绝热混合室与另一股t2=30，2=60%，qV2=100m3/min的湿空气流2混t1=10，1=80%，qV1=150m3/min的湿空气流1进入绝热混合室与另一股t2=30，2=60%，qV2=100m3/min的湿空气流2混合，总压力为0.1MPa。确定出口气流的温度t3、含湿量d3和相对湿度3。d3=0.009994kg/kg(干空气)，t3=17.68，3=77.39%9. 动力学普遍方程中应包括内力的虚功吗?动力学普遍方程中应包括内力的虚功吗?动力学普遍方程不应计入内力的虚功。10. 活塞式压气机活塞每往复一次生产0.5kg，压力为0.35MPa的压缩空气。空气进入压气机时的温度为17，压力为0.098M活塞式压气机活塞每往复一次生产0.5kg，压力为0.35MPa的压缩空气。空气进入压气机时的温度为17，压力为0.098MPa，若压缩过程为n=1.35的可逆多变过程，余隙容积比为0.05，试求压缩过程中气缸内空气的质量。压缩终了时余隙中空气的参数为p3=p2=0.35MPa，因排气过程状态参数不变，故 容积效率 = 据容积效率定义，而有效吸气容积内气体即是产出的压缩空气 = 所以 由题给，余隙容积比，故 V3=(V1-V3)=0.050.4607m3=0.0230m3 因此余隙容积中残存的空气量为 压缩过程中气缸内的空气总质量为 m+m3=0.5kg+0.0695kg=0.5695kg压气机每往复一次，生产压缩气体0.5kg，但由于存在余隙容积，需配备适合0.57 kg气体的气缸，如果压力比提高，或余容比增大，配备的气缸体积需更大，因此余隙容积的存在使生产量下降，所以有人称余隙容积为有害容积。 11. 试证明：在洛伦兹变换下， (1) dxdx是不变式； (2)是不变式。试证明：在洛伦兹变换下，(1) dxdx是不变式；(2)是不变式。由洛伦兹变换满足 x=avxv 而a满足aa= 由此得 dxdx=adxadx=aadxdx=dxdx=dxdx=dxdx(求和符号可任意改变角标) 即dxdx是不变式。 (2) 令f为任意可微函数 令xy=ax，代入上式，得 与(1)中方法相同，利用可得 即是洛伦兹不变算符。 12. 拉伸与扭转组合变形、弯曲与扭转组合变形，它们的强度条件相同。( )A.对B.错参考答案：A13. 在Q=0处，弯矩必取Mmax。( )在Q=0处，弯矩必取Mmax。()错误14. 对于一个静磁场B，矢势A有多种选择性是因为( ) A在定义A时同时确定了它的旋度和散度 B在定义A时只确定对于一个静磁场B，矢势A有多种选择性是因为()A在定义A时同时确定了它的旋度和散度B在定义A时只确定了其旋度而没有定义其散度CA的旋度的梯度始终为零DA的散度始终为零B15. 如果F1与F2在x轴上投影相等，这两个力一定相等。( )A.对B.错参考答案：B16. 任何两端弹性支座压杆的临界荷载都不会大于对应的(即杆长、材料、截面均相同)两端固定压杆的临界荷载。( )任何两端弹性支座压杆的临界荷载都不会大于对应的(即杆长、材料、截面均相同)两端固定压杆的临界荷载。()正确前者两端对压杆的约束比后者小。17. 恒定流是 A流动随时间按一定规律变化；B流场中任意空间点上的运动要素不随时间变化； C各过流断面的速度恒定流是A流动随时间按一定规律变化；B流场中任意空间点上的运动要素不随时间变化；C各过流断面的速度分布相同。B18. 有一横截面面积为A的圆截面杆件受轴向拉力作用，若将其改为截面积仍为A的空心圆截面杆件，其他条件不变，试判断以下结论的正确性：( )A.轴力增大，正应力增大，轴向变形增大B.轴力减小，正应力减小，轴向变形减小C.轴力增大，正应力增大，轴向变形减小D.轴力、正应力、轴向变形均不发生变化参考答案：D19. 15时空气和水的运动黏度为空气=14.5510-6m2s，水=1.14110-6m2s，这说明_。 A空气比水的黏性大；B15时空气和水的运动黏度为空气=14.5510-6m2s，水=1.14110-6m2s，这说明_。A空气比水的黏性大；B空气比水的黏性小；C空气与水的黏性接近；D不能直接比较。D20. 气缸中0.1kg的空气初参数是300K、100kPa，被等温压缩到 250kPa，求过程热量和功。气缸中0.1kg的空气初参数是300K、100kPa，被等温压缩到250kPa，求过程热量和功。Q=W=-7.89 kJ。21. 17 已知杆端力向量就可以通过单元刚度方程算出杆端位移向量。( )17 已知杆端力向量就可以通过单元刚度方程算出杆端位移向量。()错误只有杆端有支承的特殊单元(如连续梁单元)，才能由杆端力向量通过单元刚度方程求出杆端位移向量。自由单元，有刚体位移，单元刚度矩阵是奇异的，求不出来。22. 向容积为V=10m3的刚性绝热真空贮罐充入=0.7，温度为30，压力为0.1MPa的湿空气，到罐内压力达0.1MPa为止。求：向容积为V=10m3的刚性绝热真空贮罐充入=0.7，温度为30，压力为0.1MPa的湿空气，到罐内压力达0.1MPa为止。求：贮罐内空气的干球温度，含湿量和露点温度。已知：干空气Rg=0.287kJ/(kgK)，Cv=0.718kJ/(kgK)；水蒸气Rg=0.4615kJ/(kgK)，Cv=1.402kJ/(kgK)。由t1=30查饱和水和饱和水蒸气表或饱和空气表，得pa1=4241Pa。 Pv1=1Ps1=0.74241Pa=2968.7Pa Pa1=pb-pv1=0.1106Pa-2968.7Pa=97031.3Pa 因(证明见本章拓展题3)，故 wa1=1-wv1=1-0.0186=0.9814 cp，a=cV，a+Rg，a=0.718kJ/(kgK)+0.287kJ/(kgK)=1.005kJ/(kgK) cp，v=cV，v+Rg，v=1.402kJ/(kgK)+0.462kJ/(kgK)=1.864kJ/(kgK) cp=wacp，a+wvcp，v =0.98141.005kJ/(kgK)+0.01861.864kJ/(kgK) =1.021J/(kgK) Cv=wacv，a+wvCVv =0.98140.718kJ/(kgK)+0.01861.402kJ/(kgK) =0.731J/(kgK) 据向真空罐充气过程的能量方程h1=u2，所以 d2=d1=0.0190kg(水蒸气)/kg(干空气) 由于真空罐内压力等于充气压力，充气过程干空气和水蒸气质量不变，故 pv2=pv1=2968.7Pa查表，与之对应的饱和温度，即露点23.9。湿空气是干空气和水蒸气的混合物，在向真空罐充气过程中水蒸气和干空气的质量均不变，所以混合气体的质量成分不变，湿空气的含湿量不变。据干空气和水蒸气的质量分数求出混合气体的比定压热容和比定容热容再由充气能量方程可得干球温度。 23. 等直径送风管道输送亚音速气流，在管道某处装有一毕托管，测得静压为35828N/m2(表压)，总压和静压之差为40cmHg等直径送风管道输送亚音速气流，在管道某处装有一毕托管，测得静压为35828N/m2(表压)，总压和静压之差为40cmHg，气流温度为25。试按不可压缩流体和可压缩流体两种情况计算该点的流速。设大气压为1标准大气压。不可压缩流体时，v=229.4m/s或258m/s； 可压缩流体时，v=242m/s。 24. 单元杆端力向量按轴力、剪力、弯矩顺序排列，杆端位移向量按轴向线位移、垂直轴线的线位移、角位移的顺序排列，则单元杆端力向量按轴力、剪力、弯矩顺序排列，杆端位移向量按轴向线位移、垂直轴线的线位移、角位移的顺序排列，则局部坐标系的单元刚度矩阵中的元素k22等于：()AB4iCDC25. 地下开挖体得变形和破坏，除于岩体内得初始应力状态和洞形有关外，主要取决( )。A、围岩的岩性B、围地下开挖体得变形和破坏，除于岩体内得初始应力状态和洞形有关外，主要取决( )。A、围岩的岩性B、围岩的结构C、围岩的岩性及结构D、围岩的大小正确答案：C26. 氧气进行一可逆过程1-2，T-s图上为水平线，过程3-1焓的变化h与过程3-2的热力学变化u的关系是_。氧气进行一可逆过程1-2，T-s图上为水平线，过程3-1焓的变化h与过程3-2的热力学变化u的关系是_。h31=u3227. 在一半径为a的小圆电流圈中馈入电流I=I0cost，该电流圈的磁偶极矩大小是_。在一半径为a的小圆电流圈中馈入电流I=I0cost，该电流圈的磁偶极矩大小是_。28. 试用外界分析法的能量方程及熵方程来推导高乌-史多台拉(Gouy-Stodola)公式 I=T0SP试用外界分析法的能量方程及熵方程来推导高乌-史多台拉(Gouy-Stodola)公式I=T0SP根据损的定义，有 (a) 其中 =(E1-E2)+T0(S2-S1)+Efi-Efe+ (b) 根据孤立系统能量方程 Eisol=E+ETR+EWR+EMR+E0=0 其中 EWR=-WWR=Wu E0=Q0-p0V0=Q0+p0V EWR+E0=Wu+p0V+Q0=W+Q0 E=(E2-E1)，ETR=QTR 将上述结论代入孤立系统能量方程，可得出 -W=(E2-E1)+QTR+Efe-Efi+Q0(c) 将式(b)及(c)代入式(a)，可得出 =T0S+SMR+SWR+STR+S0=T0SPtot 29. 蒸汽动力装置中，直接向环境散失热量最多的设备是_，可用能损失最多的设备是_。蒸汽动力装置中，直接向环境散失热量最多的设备是_，可用能损失最多的设备是_。冷凝器$锅炉30. 长管作用水头H保持不变，出口由自由出流改为淹没出流后，管路流量 A减小；B不变；C增大；D不一定。长管作用水头H保持不变，出口由自由出流改为淹没出流后，管路流量A减小；B不变；C增大；D不一定。B31. 角频率为的光子(能量h，动量hk)撞在静止的电子上，试证明角频率为的光子(能量h，动量hk)撞在静止的电子上，试证明在初态电子静止的参考系观察，该系统的能量和动量为 W1=m0c2+h， p1=hk=h(/c)k0 m0为电子的静止质量，k0是入射光子运动方向的单位矢量若电子吸收了这光子，它将获得动量p2，为使动量守恒满足，应有p2=p1，于是末态电子的能量为 显然W2W1，因此电子不可能吸收这光子$仍在初态电子静止的参考系观察，散射前系统的能量和动量仍为 W1=m0c2+h， p1=hk=h(/c)k0 如图，设散射后光子的频率为，能量为h，动量为p1=hk=h(/c)k。 k0是散射光子运动方向的单位矢量，k0与k0的夹角是光子的散射角散射过程电子受到冲击，其动量p20，能量为散射前后系统的能量和动量守恒 p1=p2+p1， 即p2=p1-p1 由此可解出散射后光子的角频率为 这结果称为康普顿散射可见散射后光子的频率，只有能量(电子静止能量)的光子，被散射后才有第四章讨论电磁波在介质表面的反射与折射现象时，把反射波和折射波的频率看成与入射波的频率相同，这仅对频率较低的电磁波才近似成立 32. 学习了热力学第一、第二定律，对于节能的认识应该是 A能量守恒，节能就是少用能； B不但在数量上要节约用能学习了热力学第一、第二定律，对于节能的认识应该是A.能量守恒，节能就是少用能;B.不但在数量上要节约用能，而且要按“质”用能。B33. 合力投影定理建立了合力投影与分力投影的关系。( )A.对B.错参考答案：A34. 黏性流体总水头线的变化规律是 A沿程下降；B沿程上升；C保持水平；D前三种情况都有可能。黏性流体总水头线的变化规律是A沿程下降；B沿程上升；C保持水平；D前三种情况都有可能。A35. 设两个均匀介质的界面是个平面，这两个介质的介电常数和磁导率分别为1、2和2、0，在介质1中有一平面单色电设两个均匀介质的界面是个平面，这两个介质的介电常数和磁导率分别为1、2和2、0，在介质1中有一平面单色电磁波沿垂直于界面的方向入射，其电场的振幅为E0，频率为，求：(1) 此电磁波的反射系数R及折射系数T，证明R+T=1；(2) 在介质1中距界面为，处的总电场，1是电磁波在介质1中的波长；(3) 在介质1中距界面为，处的能流密度。(1)如图所示， 设入射波、反射波、折射波的场量及波矢分别为 E1，H1，K1；E2，H2，E3；E3，H3，K3 并假定电场方向垂直于入射面，由边值关系 n(E2-E1)=0，n(H2-H1)= 得 E1+E2=E3 H1-H2=H3 又由于B=0H，于是、式化简为 B1-B2=B3 解得振幅幅关系为 ， 垂直入射时，反射系数 式中 ，是两种介质的折射率。 折射系数 由、式，可得 (2) 入射波可表示为 ， 反射波 根据式，有 (11) 由、(11)三式，得介质1中总电场为 当 时，k1z=3，代入上式并用实数表示 (12) (3) 介质1中入射波、反射波的磁场分别为 将代入取实部，得总磁场为 (13) 此处的能流密度为 平均能流密度为 36. 隔离体(或分离体)是指_。对某一隔离体作受力图时一般要画上两部分外力，一部分是_，另一部分是_隔离体(或分离体)是指_。对某一隔离体作受力图时一般要画上两部分外力，一部分是_，另一部分是_。从结构中选取合适的构件作为研究对象，卸去相邻构件对它的约束后将它从结构中分离出来，以便分析它所受的全部外力。$作用力(或载荷)$支承反力(或约束力)37. 柴油发动机连杆大头螺钉承受最大拉力Pmax=58.3kN，最小拉力Pmin=55.8kN。螺纹处内径d=11.5mm。试求平均应力m、柴油发动机连杆大头螺钉承受最大拉力Pmax=58.3kN，最小拉力Pmin=55.8kN。螺纹处内径d=11.5mm。试求平均应力m、应力幅a、循环特征R，并作-t曲线。m=549MPa，a=12MPa，R=0.9638. 求上题的铸铁梁在许可弯矩M作用下横截面上拉应力的合力Nt，压应力合力Nc应为多少? 关键提示：1)纯弯梁横截求上题的铸铁梁在许可弯矩M作用下横截面上拉应力的合力Nt，压应力合力Nc应为多少?关键提示：1)纯弯梁横截面上总轴力N=0；2)可根据已知弯曲正应力用分块法或分段积分法求Nt。Nt=142.4kN39. 一容积为100m3的开口容器，装满0.1MPa、20的水，问将容器内的水加热到90将会有多少公斤的水溢出?(忽略水的汽一容积为100m3的开口容器，装满0.1MPa、20的水，问将容器内的水加热到90将会有多少公斤的水溢出?(忽略水的汽化，假定加热过程中容器体积不变)40. 一台汽油机的压缩比为9，压缩前气体的参数为90kPa、290K，循环的最高温度为1800K，假定循环按定容加热理想循环一台汽油机的压缩比为9，压缩前气体的参数为90kPa、290K，循环的最高温度为1800K，假定循环按定容加热理想循环进行，燃气性质近似与空气相同。利用气体的热力性质表，求气体膨胀后的压力和循环的热效率。由题意，如图所示，状态1:P1=90kPa、T1=290K，查由空气热力性质表，得 h1=292.25kJ/kg、Pr1=1.2531、r1=231.43。 u1=h1-P11=h1-RgT1 =292.25kJ/kg-0.287kJ/(kgK)290K =209.02kJ/kg 据理想气体状态方程式 = 状态2： = 由r2查表，T2介于680K和690K之间，所以 = 查表： u2=h2-p22=h2-RgT2 =695.43kJ/kg-0.287kJ/(kgK)681.48K=499.84kJ/kg 状态3：因2=3，所以 查表：h3=2004.34kJ/kg、r3=1.3544 u3=h3-P33=h3-RgT3 =2004.34kJ/kg-0.287kJ/(kgK)1800K=1487.74kJ/kg 状态4：4=1 由r4查表，T4介于880K和990K之间，所以 = u4=h4-p44=h4-p41 =922.33kJ/kg-275.8kPa0.9248m3/kg=667.27kJ/kg = 41. 有两根直径d，长度和绝对粗糙度相同的管流，以等速输送不同的液体，其沿程水头损失相等。( )有两根直径d，长度和绝对粗糙度相同的管流，以等速输送不同的液体，其沿程水头损失相等。( )正确答案：42. 水力学的基本原理也同样适用于气体的条件是 A气体不可压缩；B气体连续；C气体无黏性；D气体无表面张力。水力学的基本原理也同样适用于气体的条件是A气体不可压缩；B气体连续；C气体无黏性；D气体无表面张力。A43. 真空中平面简谐波在传播中振幅_，球面波的振幅_真空中平面简谐波在传播中振幅_，球面波的振幅_不变$衰减44. 有一个充满电介质的平板电容器，电介质的介电常数按规律变化，式中a是两板间的距离，x轴的方向与平板垂直，平有一个充满电介质的平板电容器，电介质的介电常数按规律变化，式中a是两板间的距离，x轴的方向与平板垂直，平板的面积为S，忽略边缘效应，如果两极的电势差为V，求该电容器的电容C和板上束缚电荷的分布。如图所示选取坐标， 令x=a处为电势零点，则 设极板上的自由电荷为Q，则其面密度 这样 故电容器电容 因 D=e0E+P 故 束缚电荷面密度 P=en(P1-P2) 对于x=0面 x=a面 束缚电荷的体密度 45. 水力最优断面是( )。A.造价最低的渠道断面B.壁面粗糙系数最小的断面C.对一定的流量具有最大断面水力最优断面是( )。A.造价最低的渠道断面B.壁面粗糙系数最小的断面C.对一定的流量具有最大断面积的断面D.对一定的面积具有最小湿周的断面正确答案：D46. 点作曲线运动时，出现速度和加速度同时等于零的瞬时( )。A.有可能B.没有可能参考答案：A47. 证明沿z轴方向传播的平面电磁波可用矢势A(，)表示，其中，A垂直于z轴方向。证明沿z轴方向传播的平面电磁波可用矢势A(，)表示，其中，A垂直于z轴方向。证明 利用上题中得到的自由空间矢势A的方程 解得平面波解为 由于平面波沿z轴方向传播，故K=kez，则式可写为 根据洛伦兹规范 得 由已知条件A=Aez，故=0 因此 ，由于，再考虑沿z方向传播的电磁波矢势A解析表达式，找出与A的关系便可证明。 易犯错误 不能抓住平面电磁波的特点，未应用沿z轴传播这一特定条件。 引申拓展 求解此类题目时，将E、B用A、表示出来，在已知条件下分析A、解析式及其之间的关系即可。 48. 在矩阵位移法中，如何处理有已知支座移动的情况?如何处理具有弹性支座的情况?在矩阵位移法中，如何处理有已知支座移动的情况?如何处理具有弹性支座的情况?与在位移法中一样，当有已知支座移动时，求出与此支座移动相当的等效结点荷载，其它计算步骤与荷载作用时相同。 与在位移法中一样，当有弹簧支座时，弹性支座处仍有一个位移基本未知量，但相应的也有一个平衡方程，此方程中含有与弹性支座的刚度有关的项，其它计算步骤与荷载作用时相同。 原理如此，结构整体刚度矩阵要作相应修改、处理。 49. 用矩阵位移法求解各类杆件结构时，它们的计算步骤是否相同?形成整体刚度矩阵的方法是否相同?( ) A相同；不用矩阵位移法求解各类杆件结构时，它们的计算步骤是否相同?形成整体刚度矩阵的方法是否相同?()A相同；不同B相同；相同C不同；不同D不好确定B50. 某柴油机压缩过程开始时，空气的压力为90kPa，温度为325K，压缩终了时空气的容积为原来的1/15。若采用定值比热，某柴油机压缩过程开始时，空气的压力为90kPa，温度为325K，压缩终了时空气的容积为原来的1/15。若采用定值比热，并假定压缩过程是可逆绝热的，试计算：(1)压缩终了的温度及压力(2)过程中每千克空气热力学能的变化(3)压缩每千克空气所需的功量根据定熵过程的参数关系，有 根据理想气体热力学能的性质，有 u=cv(T2s-T1)=0.716(960.1-325)=454.7kJ/kg 根据热力学第一定律，对于闭口系统的定熵过程，有 w12s=u1-u2s=-454.7kJ/kg提示应分清一个压缩过程的耗功量与压气机一次压缩的耗功量的区别。