西南大学21春《工程力学》基础离线作业2参考答案19

西南大学21春工程力学基础离线作业2参考答案1. 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。B2. 可变进气歧管系统式发动机在高速时采用 ( )的进气岐管，中、低速时采用( )的进气岐管，以充分利用可变进气歧管系统式发动机在高速时采用 ( )的进气岐管，中、低速时采用( )的进气岐管，以充分利用气流的惯性效应提高充气效率。参考答案：短而粗、 细而长3. 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=u324. 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 5. 当力平行于坐标轴时其投影等于零。( )此题为判断题(对，错)。参考答案：错6. 一矩形波导管横截面的边长分别是a=200cm，b=1.0cm，其中传输的电磁波的频率为f=1.01010Hz。如果管内是空气，试一矩形波导管横截面的边长分别是a=200cm，b=1.0cm，其中传输的电磁波的频率为f=1.01010Hz。如果管内是空气，试问它能传输的TE10波的最大平均功率是多少?已知空气的击穿场强为3.0MV/m。矩型波导内传播的电磁波其电场为 对于TE10波，m=1，n=0，故 平均能流密度为 故 因 故 波导管中TE10波能传输的最大功率为 7. 进行水力模型实验，要实现有压管流的动力相似，应选用的准则是 A雷诺准则；B弗劳德准则；C欧拉准则；D韦伯准则。进行水力模型实验，要实现有压管流的动力相似，应选用的准则是A雷诺准则；B弗劳德准则；C欧拉准则；D韦伯准则。A8. 两个主应力不为零是( )应力状态，三个主应力不为零是( )应力状态。A.平面、空间B.平面、平面C.空间、平面D.空间、空间参考答案：A9. 有一用均匀薄板做成的封闭金属立方体放在水上，它的长L宽B高H=2m2m0.8m，其重量是G=5kN，它的定倾半径是有一用均匀薄板做成的封闭金属立方体放在水上，它的长L宽B高H=2m2m0.8m，其重量是G=5kN，它的定倾半径是A062m；B162m；C212m；D262m。B10. 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 11. 将p1=0.1MPa、t1=250的空气冷却到t2=80。求单位质量空气放出热量中的有效能为多少?(设环境温度为27)将p1=0.1MPa、t1=250的空气冷却到t2=80。求单位质量空气放出热量中的有效能为多少?(设环境温度为27) 单位质量空气释放的热量中的有效能为52.26kJ/kg 12. 斯特林循环和艾利克松循环各由哪几个基本热力过程所组成?将它们表示在T-s图上，并证明它们与相同温度范围内斯特林循环和艾利克松循环各由哪几个基本热力过程所组成?将它们表示在T-s图上，并证明它们与相同温度范围内的卡诺循环具有相同的热效率。先将理想回热循环表示在T-s图上。 采取定容回热措施的活塞式热气发动机的理想循环称为斯特林循环，在图9-9(a)中，用abcda来表示。官包括下列四个可逆过程： ab为定温压缩过程，并向低温热库放热； bc为定容吸热过程(从回热器中吸热)； cd为定温膨胀过程，并从高温热库吸热； da为定容放热过程(向回热器放热)。 在这个理想的定容回热循环中，定容放热过程da所放出的热量，储存于回热器中；而在定容吸热过程bc中，这些热量又全部被工质所回收，因此，在这两个定容过程中，工质与外界并未交换热量。循环中工质从外热源吸收的热量为q1=qcd；循环中工质向外界放出热量为q2=qab。循环的净热为 q0=qab+qcd=w0 循环的热效率 上式说明，在相同的温度范围内，理想的定容回热循环(斯特林循环)和卡诺循环，具有相同的热效率。 艾利克松提出了理想的定压回热循环，用定压回热代替了斯特林循环中的定容回热。如图9-9(b)所示，它由下列四个可逆过程所组成： ab为定压吸热过程(从回热器中吸热)； bc为定温膨胀过程，并从高温热库吸热； cd为定压放热过程(向回热器中放热)； da为定温压缩过程，并向低温热库放热。 同理有 理想回热循环(斯特林循环及艾利克松循环)通常称为概括性卡诺循环。实践证明，采用回热措施可以提高循环热效率，也是余热回收的一种重要的节能途径。 13. 试分析比较经典热力学中不同理论体系在逻辑结构上的主要差别。试分析比较经典热力学中不同理论体系在逻辑结构上的主要差别。经典热力学可归纳为如表0-1所示的、有代表性的理论体系：建立在热力循环基础上的CJKCP体系；建立在绝热过程基础上的喀喇氏(Caratheodory)体系；以稳定平衡态定律(LSE, The Law of Stable Equilibrium)为基础的单一公理法体系(The Single-Axiom Approach)；从分析非耦合系统(The Uncoupled Systems)着手的MIT体系；“起点提高”、“重点后移”后的外界分析法(SAM, Surrounding Analysis Method)体系。 不同理论体系在逻辑结构上的差别，主要体现在对热力学第一定律及热力学第二定律的表述上。前四种理论体系分别在不同的范畴内、按不同的逻辑结构、用不同的论证方法，论证了“内能”及“熵”的存在，并用它们的定义表达式作为基本定律的表述式。SAM体系是在承认“内能”及“熵”存在的基础上，把论证的重点后移，引出一系列SAM体系所特有的新概念以及基本定律的新的表述式。 14. 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。15. 计算消力池池深的设计流量是建筑物下泄的最大流量。 ( )计算消力池池深的设计流量是建筑物下泄的最大流量。 ( )此题为判断题(对，错)。正确答案：16. 如何利用状态方程和热力学一般关系求取实际气体的uh、s?如何利用状态方程和热力学一般关系求取实际气体的uh、s?提示：除对状态方程求导，代入热力学一般关系式，还应利用状态参数特性选择适当的积分途径。17. 明渠中发生M2型、H2型、A2型水面曲线时，其佛汝德数Fr_。 ( )A小于1B等于1C大于1D无法明渠中发生M2型、H2型、A2型水面曲线时，其佛汝德数Fr_。 ( )A小于1B等于1C大于1D无法确定正确答案：A18. 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 19. 混合气体的比体积_。 A=i B=Wii C=xii D都不对混合气体的比体积_。A=iB=WiiC=xiiD都不对B20. 等截面圆弧两铰拱，拱高f，跨度l,求在均布竖向荷载q作用下的推力。等截面圆弧两铰拱，拱高f，跨度l,求在均布竖向荷载q作用下的推力。 f/l 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 fracH(fracql28f) 0.9944 0.9776 0.9480 0.8956 0.8480 21. 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。22. 当力的作用线通过矩心时，则力矩的大小为( )。A、大于某一数值B、零C、无法确定D、常数参考答案：B23. 扭转圆轴横截面上的切应力方向与该点处半径( )。A、垂直B、平行C、无关D、成45度角扭转圆轴横截面上的切应力方向与该点处半径( )。A、垂直B、平行C、无关D、成45度角参考答案：A24. 已知圆喷口的紊流系数a0.12，送风温度15，车间空气温度30，要求工作地点的质量平均风速为3m/s，轴线温度为23已知圆喷口的紊流系数a0.12，送风温度15，车间空气温度30，要求工作地点的质量平均风速为3m/s，轴线温度为23.8，工作面射流直径为2.5m，求：d0=0.525m，v0=9m/s$s=2.43m$y=2.24cm。25. 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：26. 圆管湍流过渡区的沿程摩阻系数 A与雷诺数Re有关；B与管壁相对粗糙度/d有关； C与Re和/d有关；D与Re和管长圆管湍流过渡区的沿程摩阻系数A与雷诺数Re有关；B与管壁相对粗糙度/d有关；C与Re和/d有关；D与Re和管长l有关。C27. 在结构半面图中，构件代号YTL表示( )。A制梁B檐口梁C雨篷梁D阳台梁在结构半面图中，构件代号YTL表示( )。A制梁B檐口梁C雨篷梁D阳台梁正确答案: D28. 已知W=100kN，F=80kN，摩擦因数0.2，物块将( )。A.向上运动B.向下运动C.静止不动参考答案：C29. 在面积相同的情况下，空心圆轴与实心圆轴相比，空心圆轴好。( )A.对B.错参考答案：A30. 点在曲线运动中的法向加速度与速度大小的变化率有关。( )点在曲线运动中的法向加速度与速度大小的变化率有关。( )此题为判断题(对，错)。正确答案：31. 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)32. 内力为零的杆件成为虚杆，试判断下图所示桁架中零杆的个数，下列答案中哪个正确?( )A.一个B.两个C.三个D.四个参考答案：A33. 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。34. 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$仍在初态电子静止的参考系观察，散射前系统的能量和动量仍为 W1=m0c2+h， p1=hk=h(/c)k0 如图，设散射后光子的频率为，能量为h，动量为p1=hk=h(/c)k。 k0是散射光子运动方向的单位矢量，k0与k0的夹角是光子的散射角散射过程电子受到冲击，其动量p20，能量为散射前后系统的能量和动量守恒 p1=p2+p1， 即p2=p1-p1 由此可解出散射后光子的角频率为 这结果称为康普顿散射可见散射后光子的频率，只有能量(电子静止能量)的光子，被散射后才有第四章讨论电磁波在介质表面的反射与折射现象时，把反射波和折射波的频率看成与入射波的频率相同，这仅对频率较低的电磁波才近似成立 35. 将单元刚度矩阵集合成整体刚度矩阵时，应引入结构的连续条件和四个选项中哪一个?( ) A物理关系； B平衡将单元刚度矩阵集合成整体刚度矩阵时，应引入结构的连续条件和四个选项中哪一个?()A物理关系；B平衡条件；C几何关系；D单元刚度性质B36. 已知力F在z轴上的投影是z=0，对z轴的力矩MZ0，F的作用线与z轴( )。A.垂直相交B.不垂直相交C.垂直不相交D.不垂直也不相交参考答案：C37. 自重900N的滑门吊在轨道上，若A、B两支点与轨道间的摩擦系数分别为0.2和0.3，试计算滑门刚好向右滑动时，作用于自重900N的滑门吊在轨道上，若A、B两支点与轨道间的摩擦系数分别为0.2和0.3，试计算滑门刚好向右滑动时，作用于滑门把手C处的力F。受力分析如图5-34。如果滑门处于平衡状态，由平面任意力系平衡条件 Fix=0：F-FsB-FsA=0 Fiy=0：FNA+FNB-P=0 MA (Fi)=0:FNB150-P75+F150=0 上述三个方程中含有5个未知数，属“静不定”问题。好在题目中给出“滑门刚好向右滑动”的条件，故可补充方程FsB=fBFNB，FsA=fAFNA，解得 考核会不会出现“单点”接触的情况(类似于倾翻问题)，其临界条件为FNB=0。由MA(Fi)=0，有 解得 F=450N204N 这说明，在“单点”接触前，吊门已开始滑动。 38. 弯曲正应力在横截面上沿高度的分布是( )。A.线性、上下边缘大、中性轴为零B.线性、下边缘小、上边缘大C.线性、上下边缘小、中性轴大D.线性、下边缘大、上边缘小参考答案：A39. 空间汇交力系的平衡方程为三个投影式：图。( )A.对B.错参考答案：A40. 长管并联管道各并联管段的( )。A.水头损失相等B.水力坡度相等C.总能量损失相等D.通过的水量相等长管并联管道各并联管段的( )。A.水头损失相等B.水力坡度相等C.总能量损失相等D.通过的水量相等正确答案：A41. 有一横截面面积为A的圆截面杆件受轴向拉力作用，若将其改为截面积仍为A的空心圆截面杆件，其他条件不变，试判断以下结论的正确性：( )A.轴力增大，正应力增大，轴向变形增大B.轴力减小，正应力减小，轴向变形减小C.轴力增大，正应力增大，轴向变形减小D.轴力、正应力、轴向变形均不发生变化参考答案：D42. 进入汽轮机的蒸汽参数为3MPa、400，体积流量5m3/s，蒸汽在压力600kPa，温度在200时抽出总质量的15%，余下的蒸进入汽轮机的蒸汽参数为3MPa、400，体积流量5m3/s，蒸汽在压力600kPa，温度在200时抽出总质量的15%，余下的蒸汽膨胀到20kPa，干度为0.9时排出汽轮机，速度为120m/s。试确定抽汽的体积流量和排汽管的直径。注意气体(包括水蒸气)体积随压力和温度改变。抽汽体积流量qv=2.656 m3/s，排汽管的直径D=1.77m。43. 某点的真空压强为65000Pa，当地压强为0.1MPa，该点的绝对压强为 A65000Pa；B55000Pa；C35000Pa；D165000Pa。某点的真空压强为65000Pa，当地压强为0.1MPa，该点的绝对压强为A65000Pa；B55000Pa；C35000Pa；D165000Pa。D44. 隔离体(或分离体)是指_。对某一隔离体作受力图时一般要画上两部分外力，一部分是_，另一部分是_隔离体(或分离体)是指_。对某一隔离体作受力图时一般要画上两部分外力，一部分是_，另一部分是_。从结构中选取合适的构件作为研究对象，卸去相邻构件对它的约束后将它从结构中分离出来，以便分析它所受的全部外力。$作用力(或载荷)$支承反力(或约束力)45. 大容器中的空气经渐缩喷管流向外界空间。容器中空气压强为P0=200kN/m2，温度T0=300K，喷管出口截面Ae=50cm2，空大容器中的空气经渐缩喷管流向外界空间。容器中空气压强为P0=200kN/m2，温度T0=300K，喷管出口截面Ae=50cm2，空间压强分别为Pb=0、100、150kN/m2。试求质量流量。Pb=0、100kN/m2时，Qm=2.334kg/s； Pb=150kN/m2时，Qm=2.059kg/s。 临界压力Pk=0.5283、P0=105.7kN/m2、Pb=0、100kN/m2时，出口均为临界状态pe=pk；Pb=150kN/m2时，出口未达临界状态，Pe=pb。 46. 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 = 47. 轴向拉伸和压缩的变形l与( )有关A.轴力FN、横截面面积AB.外力F、横截面面积A、长度l和弹性模量EC.外力F、横截面面积A、长度lD.轴力FN、横截面面积A、长度l和弹性模量E参考答案：D48. 在两向应力状态下，已知其最大剪应变max=50010-6，两个相互垂直方向上的正应力之和为27.5MPa，材料的弹性常在两向应力状态下，已知其最大剪应变max=50010-6，两个相互垂直方向上的正应力之和为27.5MPa，材料的弹性常数E=200GPa，v=0.25，试确定主应力的大小。极大=53.8MPa，极小=-26.3MPa49. 插入氩气流的毕托管测得驻点压强为158kN/m2，静压为104kN/m2，测管处气流温度为20，试确定可压缩气流的速度；插入氩气流的毕托管测得驻点压强为158kN/m2，静压为104kN/m2，测管处气流温度为20，试确定可压缩气流的速度；若假定气体不可压缩，其密度等于未受扰动的流速中的密度，试确定这样假定可能产生的测速误差。氩气常数R=208.2(Nm)/(kgK)，绝热指数K=1.68。可压缩流体v=236m/s，不可压缩流体252m/s，相对误差6.8%。50. 什么是工业管道的当量粗糙高度?什么是工业管道的当量粗糙高度?所谓当量粗糙高度是指和工业管道粗糙区值相等的同尼古拉兹粗糙直径的管晌粗糙高度。