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2011大学物理下答案第9章 简谐振动一、简答题1. 怎样判定一个振动是否做简谐振动？写出简谐振动的运动学方程。答案：当质点离开平衡位置的位移x随时间t变化的规律，遵从余弦函数或正弦函数时，该质点的运动便是简谐振动。或：质点的位移x与加速度a的关系为正比反向关系时，该质点的运动便是简谐振动。 运动学方程为。2. 从动力学的角度说明什么是简谐振动，并写出其动力学方程。答案：物体在线性回复力作用下在平衡位置做周期性往复运动，其动力学方程满足 3.简谐运动的三要素是什么？各由什么因素决定。答案： 振幅、周期、初相位。 其中振幅和初相位由初始条件决定，周期由振动系统本身的性质决定二、选择题1C、2A、3B三、 填空题1、 平衡 ；最大位置 ；。 2、 6 ； ；。 3、 ；1.5s ；。四、计算题解答：2、解：（1）质点在a、b、c、d处的振动方向如图所示（2）由旋转矢量法可知，点对应的相位，点对应的相位为 时， 则该质点的振动方程为3图93解答：（1） T= (2)动量守恒m2V=(m1+m2)V0 A= = 4、答案：根据题意 （2）势能 总能 由题意 （3）从平衡位置运动到的最短时间为 T / 8。5. LoL图9-4解：试管受合力平衡位置LoL图9-4则，显然是简谐振动6.答案：（1）由图（a）知：，其中振幅A=2cm，所以，则 （2） （3）由图线分析知：t=0时 ，即 ,于是。 由图（a）中速度变化的趋势可得，则运动方程为： 第10章 波动一、简答题1 惠更斯原理的内容是什么？利用惠更斯原理可以定性解释哪些物理现象？答案：介质中任一波振面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任一时刻，这些子波的包络面就是该时刻的波振面。利用惠更斯原理可以定性解释波的干涉、衍射反射和折射现象。1. 平面简谐波传播过程中的能量特点是什么？在什么位置能量为最大？答案：能量从波源向外传播，波传播时某一体元的能量不守桓，波的传播方向与能量的传播方向一致，量值按正弦或余弦函数形式变化，介质中某一体元的波动动能和势能相同，处于平衡位置处的质点，速度最大，其动能最大，在平衡位置附近介质发生的形变也最大，势能也为最大。3简述波动方程的物理意义。答：波函数，是波程 x 和时间 t 的函数，描写某一时刻任意位置处质点振动位移。（1）当时，为距离波源为 d 处一点的振动方程。（2）当时（为常数），为某一时刻各质点的振动位移，波形的“拍照”。4. 驻波是如何形成的？驻波的相位特点什么？答案：驻波是两列频率、振幅相同的相干波在同一直线上沿相反方向传播时叠加而成。驻波的相位特点是：相邻波节之间各质点的相位相同，波节两边质点的振动有的相位差。二、选择题1、C 2、B 3、C 4 A 、 5 B三、填空题1、 200 ； 0.8 ；250 ； 负 2 ； 。3 ； 。4、， .三、计算题1、2、解：（1）设平面简谐波的波函数为由旋转矢量法可知：初相位，x=5.0m处的相位， 所以，（2）对于P点，相位为 振动方程为（3）由前P点回到平衡位置满足的条件为 ：3、解：（1）时波形图即把时波形自-X方向平移个周期即可，见上图中下面的结果。（2）设O处质点振动方程为可知： 时，O处质点由平衡位置向下振动，由旋转矢量图知， （3）波动方程为：即 45 第11-1章 波的干涉一、 简答题 1. 相干光产生的条件是什么？获得相干光的方法有那些？答：相干光产生的条件：两束光频率相同，振动方向相同，相位差恒定 获得相干光的方法有两种，分别是振幅分割法和波阵面分割法2. 简述光波半波损失的条件？1.反射光才有半波损失，2从光疏射向光密介质3. （简答）教材113页(第三行)说反射式牛顿环的中心圆斑中总是暗纹，那么有办法让中心变成亮斑吗？怎么办？将入射光和观察位置在牛顿环的两侧即可。二. 填空题：1、模糊，直止消失。2、数目不变；间距变大 。3、。4、上。三、选择题1B；2B；3C四. 计算题1、解：（1）x=2kD/d d=2kD/x 此处 k=5 d=10D/x=0.92mm假如上面的缝覆盖了薄片，由于上面的光路经过了折射率高的物质，为了达到零级条纹的光程差为零的条件，零级条纹向上移动，设它的路程为r1，下面的路程为r2. 所以(n-1)e+r1=r2; 未覆盖时，r2-r1=k 得(n-1)e=k代入数字可得k=7；2. 3. 透射加强：2ne=(2k1+1)/2反射加强：2ne=k2*n=1.25,则700k2=300（2k1+1），则k1=k2=3时才符合要求，故e=3*700/2n=2100/2.5=840nm4. 5. 解：因为令k=0, e=111nm6. 7. 2ne+0.5 =k(k=1,2,3) 有半波损失的明纹条件 k=1,2,3,4,5,6时 e=90，270，450，630，810，990nm，故能看到五级（圆）明纹。最高处： 2*1.6*864nm+0.5*576nm=k*576nm 得k=5.3，故处于明暗之间。偏暗。油膜扩展，厚度减小，间距变大，条纹数减少。 h第11-2章 波的衍射一简答题1光栅衍射和单缝衍射有何区别？答：单缝衍射和光栅衍射的区别在于1.光栅是由许多平行排列的等间距等宽度的狭缝组成，光栅衍射是单缝衍射调制下的多缝干涉；2.从衍射所形成的衍射条纹看，单缝衍射的明纹宽，亮度不够，明纹与明纹间距不明显，不易辨别。而光栅衍射形成的明纹细且明亮，明纹与明纹的间距大，易辨别与测量。2.什么是光的衍射现象？答：光在传播过程中，遇到障碍物的大小比光的波长大得不多时，会偏离直线路程而会传到障碍物的阴影区并形成明暗变化的光强分布，这就是光的衍射现象。2.简述惠更斯菲涅尔原理答：从同一波阵面上各点发出的子波，经传播而在空间某点相遇时，也可相互叠加而产生干涉现象，称为惠更斯菲涅尔原理。4.什么是光栅衍射中的缺级现象？答：光栅衍射条纹是由N个狭缝的衍射光相互干涉形成的，对某一衍射角若同时满足主极大条纹公式和单缝衍射暗纹公式，那么在根据主极大条纹公式应该出现主明纹的地方，实际不出现主明纹，这种现象称为缺级。二填空题1、 428.6nm 。2、3 ； 0、1、3 ；。3、 5；6 4、 变小 ； 减小 。5、暗纹。6、660nm。 三选择题1、B；2、B；3、D；4、C；5、A；6、C.三计算题1解：设两种单色光的第一级明纹的衍射角分别为 和 ，当 有 ， ，因 很小有 ，代入上两式有， ， ， 2. 解：由 容易得到3 解：（1）分辨率为（2）照相机孔径为4 解：（1）（2）由缺级条件知，所以（1） 由，得，则屏幕上呈现的级数为0，。5 解： (1) 光栅常数为 (2) 被测单色光的波长为 (3) 对 的光，条纹的最大级次为 .。第11-3章 光的偏振一、简答题1. 简述何谓偏振光？答：光是电磁波，包含各个方向的光振动，如果只一个方向的光振动，这样的光称为偏振光。2.简述何谓部分偏振光？答：光是电磁波，包含各个方向的光振动，如果某一个方向的光振动占优势，这样的光称为部分偏振光。二、选择题1、C ；2、B；3、D三、 填空题1、 2、 = 60 。3 ； 。四、计算题12. 3 4.在下图中试根据入射光情况，标出折射光和反射光及其光振动方向。其中入射光在空气中，折射光在玻璃中。玻璃折射率为，且，。第12章 气体动理论一、选择题1、 A 2、 A 3、 B、4、 A 5、 C二、简答题1.能否说速度快的分子温度高,速度慢者温度低,为什么?答案:不能，因为温度是表征大量分子热运动激烈程度的宏观物理量，也就是说是大量分子热运动的集体表现，所以说温度是一个统计值，对单个分子说温度高低是没有意义的。2.指出以下各式所表示的物理含义:答案: （1）表示理想气体分子每个自由度所具有的平均能量（2）表示分子的平均平动动能（3）表示分子的平均动能（4）表示1mol理想气体分子的内能（5）表示 mol理想气体的内能3. 理想气体分子的自由度有哪几种？答案: 理想气体分子的自由度有平动自由度、转动自由度。4. 最概然速率和平均速率的物理意义各是什么?有人认为最概然速率就是速率分布中的最大速率,对不对?答案：最概然速率表示在该速率附近分子出现的概率最大。平均速率表示各个分子速率的平均值。最概然速率不是速率分布中的最大速率。三、填空题1、用于对外做功，增加气体内能，8.312、；。3、四 计算题一、容器内盛有氮气，压强为10atm、温度为27C，氮分子的摩尔质量为 28 g/mol。求：.分子数密度；.质量密度；.分子质量；.分子平均平动动能；.三种速率:最概然速率,平均速率,方均根速率.二.能量为 的宇宙射线射入一个体积为2升的装有2个大气压的氮气瓶中，如果射线的能量全部被氮气吸收，求（1）氮气的内能变为多少？（2）如果装的是2mol的氩气，温度将升高多少度？三.容器体积 内有480克氧气，压强P=1atm，若吸收外界能量使其压强增加20，求（1）吸收能量多少？（2）分子的平均平动动能变为多少？四.一容器内储有氧气,其压强为 .若单位体积内的分子数.求:该气体的温度为多少?单个分子的平均转动动能为多少?每一摩尔氧气的内能为多少?第13章 热力学基础一 简答题：1、 什么是准静态过程？答案：一热力学系统开始时处于某一平衡态，经过一系列状态变化后到达另一平衡态，若中间过程进行是无限缓慢的，每一个中间态都可近似看作是平衡态，那么系统的这个状态变化的过程称为准静态过程。2、 什么是可逆过程，条件是什么？答案：可逆过程：在系统状态变化过程中，如果逆过程能重复正过程的每一状态，而且不引起其它变化条件一：无限缓慢的准静态过程；条件二：变化过程没有能量耗散。3、 比较摩尔定体热容和摩尔定压热容的异同答案：相同点：都表示1摩尔气体温度升高单位温度时气体所吸收的热量。不同点：摩尔定体热容是1摩尔气体，在体积不变的过程中，温度升高单位温度时气体所吸收的热量。摩尔定压热容是1摩尔气体，在压强不变的过程中，温度升高单位温度时气体所吸收的热量。两者之间的关系为4、 简证热力学第二定律的两种表述的等效性。答案：开尔文表述：不可能制成一种循环工作的热机，它只从单一热源吸收热量，并使其全部变为有用功而不引起其他变化。克劳修斯表述：热量不可能自动地由低温物体传向高温物体而不引起其他变化。反证法：在高温T1和低温T2之间。一，假设开氐说法不对，可以有热机从T1吸热Q1并完全作功W=Q1，用此功推动另一致冷机从低温T2吸热Q2并放热到高温热源T1，放出的热量为Q1+Q2，则总效果为有热量Q2自发从低温T2传至高温T1，克氐说法也不对。二，假设克氐说法不对，可以有热量Q2从低温T1传至高温T1，现有另一热机从T1吸热Q1并对外作功W，同时向T2放热Q2，则总效果为从单一热源吸热并完全做功，开氐说法也不对。综上所述，两种说法等价。证毕。二、选择题1、C；2、A； 3、 C； 4、C ； 5、B 。三、填空题1、2077.5J、2077.5J； 2077.5J；2908.5J_。2 、3456.03J。3、 相同的效率 ； 大于 。四、计算题1、答案：解：先将VT图变为PV图 （1） （2）2、 答案：（1） （2）（3）3、 解：（1）4、答案 解：（1）效率 效率 效率增加 （2）效率 效率增加 5、 ab过程为吸热过程 bc过程为放热过程 第14章 狭义相对论一、选择题1 C 2. B 3. B 4. B2、 填空题1.光速不变原理，爱因斯坦相对性原理2：43、 简答题1. 简述狭义相对论的两个基本原理知识点： 狭义相对论 类型：A答：爱因斯坦相对性原理:所有的惯性参考系对于运动的描述都是等效的。光速不变原理：光速的大小与光源以及观察者的运动无关，即光速的大小与参考系的选择无关。2.给出相对论性动量表达式，是说明在什么情况下，牛顿定律仍然适用？答：，在狭义相对论中，是与速度有关的，成为相对论性质量，而是质点相对某惯性系静止时的质量，为静质量。从动量关系式可以看出，当质点的速率小于光速，这样相对论性质量近似等于静质量，这表明，在该种情况下，牛顿力学仍然使用。3.给出质能关系，爱因斯坦如何阐明该式的深刻意义的？知识点： 狭义相对论 类型：A答：质能关系：，表示的是质点运动时具有的总能量，包括两部分，质点的动能及其静动能。4 计算题1 （1）；（2） 2.。Ek=mc2-m0c2当Ek=m0c2时，m=2 m0m= v= p=mv=3.答：S系中，X 上米尺的投影为lx=l0cos30=，其中l0=1m。Y上米尺的投影应为ly=l0sin30=1/2而在S系内观察，由于运动沿X方向，所以Y方向的长度不变，米尺与X成45角。lx=ly=ly=1/2, 根据尺缩效应，所以米尺长度为4. 答： 体积和质量为。密度为52)第15章 量子力学基础一、选择题1、D；2、A；3、D；4、A；5、D；6、B。二、简答题1、什么是光的波粒二象性？波动性和粒子性如何表现？答案：光的波粒二象性指：光既有粒子性，又有波动性。当光与物质相互作用时，每个光子以能量一份一份地传递，粒子性表现显著；光在传播过程中，其波动性表现较显著，具有干涉或衍射的现象（空间叠加性）。2、简述不确定原理。答案：对于微观粒子，不能同时确定其空间位置和动量。而他们不确定的关系为：，其中h为普朗克常数。3、微观例子(如电子)同光子一样具有波粒二象性，它们之间有什么区别，它们的波动性有什么不同？答案：速度不同：光子具有光速，而微观粒子的速度则相对较小；质量不同：微观粒子具有静止质量，光子不具有；性质不同：光子是电磁波，具有干涉、衍射和偏振性；而微观粒子(电子)则是概率波，虽然也具有干涉和衍射性质，但未发现偏振性。三、填空题1解：由斯特藩一玻耳兹曼定律可知，这两个星体辐射能量之比为2、解：根据爱因斯坦光电效应方程其中可得电子的初速度3、解：它们的动量都为= 3.31510-24(kgms-1)根据公式E2 = p2c2 + m02c4，电子的总能量为=8.1910-14(J)光子的静止质量为零，总能量为E = cp = 9.94510-16(J)4、。5、解：根据不确定关系：， 得。 6。解：光子具有二象性，所以也应满足不确定关系。由，求微分取微元得：。将此式代入不确定关系式，可得四、计算题1、解：（1）已知逸出功为A=2.00eV，则红限频率和波长分别为（2）入射光频率为由光电效应方程，光电子的最大动能刚好能克服遏止电压做功而形成光电流，因此有关系式比较以上两式，可得2、解：粒子的动量为 p = mv，动量的不确定量为 p = p/1000，根据动量和位置的不确定关系px/2，位置的不确定量为 x = /2p（1）= 5.27610-30(m)（2）= 3.2210-10(m)3、。解：（1）子弹的德布罗意波长为；（2）由不确定关系式以及可得子弹速率的不确定量为4、解：根据动量和位置的不确定关系pxxh，其中位置不确定量为x = a，动量的不确定量为px = psin设电子衍射图样的中央最大半宽度为w，则 sin = w/R，可得，宽度为注意如果将h改为/2，则宽度为2wR/pa两者相差很小
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