内蒙古工业大学 大学物理 习题作业 答案
说明:文章内容仅供预览,部分内容可能不全。下载后的文档,内容与下面显示的完全一致。下载之前请确认下面内容是否您想要的,是否完整无缺。
大 学 物 理 作 业 班级 学号 姓名 成绩 第五章 波动光学 一、选择题 1. 如图所示,已知S1Pr1,S2Pr2则由同相位相干光源S1,S2发出的光波到达观察屏上P点时的光程差为 [ C ] (A) r2r1 (B)(r2n2d2)(r1n1d1) (C) r2(n21)d2r1(n11)d1 (D)(r2n2d1)(r1-n1d2) d1 S1 n2 S2 d2 n1 P 2. 用单色光照射一双缝装置,将双缝装置的上边一个缝用折射率 1.40,厚度e = 400nm 的薄玻璃片所遮盖,此时中央明纹移将[ A ] (A)中央明纹向上移动; (B)中央明纹向下移动; (C)中央明纹不动 ; (D)没有干涉条纹。 3. 用白光源进行双缝实验,若用一纯红色的滤光片遮盖一条缝,用一个纯蓝色的滤光片遮盖另一条缝,则 [ D ] (A)干涉条纹的宽度将发生变化; (B)产生红光和蓝光的两套彩色干涉条纹; (C)干涉条纹的位置和宽度、亮度均发生变化; (D)不发生干涉条纹。 4. 两块平玻璃构成空气劈尖,左边为棱边,用单色平行光垂直入射,若上面的平玻璃以棱边为轴沿逆时针作微小转动,则干涉条纹 [ A ] (A)间隔变小;并向棱边方向平移; (B)间隔变大;并向远离棱边方向平移; (C)间隔不变;并向棱边方向平移; (D)间隔变小;并向远离棱边方向平移; 5. 用光垂直照射薄膜 ,若薄膜折射率n21.4,且n1n2n3则光从上下两个表面反射时: [ C ] (A)上表面反射时有半波损失, 下表面反射时没有半波损失; (B)上表面反射时没有半波损失, 下表面反射时有半波损失; (C)上下表面反射时均没有半波损失; (D)上下表面反射时均有半波损失; 6. A、B平玻璃片间形成空气劈尖,波长为的单色光垂直照射玻璃片。在上下平移A时发现条纹向左移动10条,可以判定: [ B ] (A)A片上移10; A n1 n2 n3 e 5 题图 (B)A片上移5 ; (C)A片下移10; (D)A片下移5 ; 6 题图 B 7. 在单缝夫琅禾费衍射实验中,波长为的平行光垂直入射到宽度b5的单缝上。对应于衍射角为30o的方向,单缝处波面可分成的半波带的数目为[ C ] (A)3个 (B)4个 (C)5个 (D)8个 8. 从平凸透镜的一方观察牛顿环,如果凸透镜由接触位置上移0.5过程中有[ A ] (A)条纹向中心移动,条纹中心先变明又变暗; (B)条纹向中心移动,条纹中心先变暗又变明; (C)条纹向外移动,条纹中心先变明又变暗; (D)条纹向外移动,条纹中心先变暗又变明; 9. 两偏振片堆叠在一起,一束自然光垂直入射时没有光线通过。当其中一偏振片慢慢转动180°时透射光强度发生的变化为 [ C ] (A) 光强单调增加 (B)光强先增加,然后减小,再增加,再减小至零 (C) 光强先增加,后又减小至零 (D) 光强先增加,后减小,再增加 10. 一束自然光依次入射到两偏振片N1,N2上,当两偏振化方向夹角为45o时,透射光强为I1,当偏振化方向夹角为60o时,透射光为I2 ,则I1为 [ B ] I2(A)1 (B) 2 (C)3 (D)4 2二、填空题 1. 如图所示,利用空气劈尖测细丝直径。已知 L = 2.888×10m ,测得30个条纹间隔总宽度 4.295 ×10m ,入射光波长为589.3nm, 则细丝直径d = 5.9410m -3-252. 一束平行自然光,以 60°角入射平玻璃表面上,若反射光是完全偏振的,则透射光束的折射角是 30° ,玻璃的折射率为 1.732 。 3. 一束自然光入射两个偏振片后,屏幕上出现全暗,若L d 1题图 在两个偏振片之间插入第三个偏振片,发现屏幕上的光强是入射光强的1/8,则第三个偏振片的偏振化方向和其他两个的夹角为45 4. 天空中两颗星相对于一望远镜的角距离为5.0010rad,它们都发出波长为6o600nm的光,望远镜恰好能够分辨出这两颗星,则望远镜的口径为1.46102m解:1.22D 1.22600109D1.221.46102m65.00105.0010rad 64题图 5. 在单缝的夫琅禾费衍射实验中,观察到屏上第三级暗纹所对应的单缝处波面可划分为 6 个半波带。若将缝宽缩小一半,原来的第三级暗纹处将是 第一级明 纹。 6. 用n1.58的透明云母片覆盖杨氏双缝干涉装置的一条缝,若此时原来屏上中央明纹的位置为第五级亮条纹中心,已知光源波长为0.55m,则云母片的厚度为4.710m 6 7. 用波长为=630010m的激光来垂直照射宽为0.1mm单缝,则屏上中央亮条纹的线宽度 L6.310m3-10已知透镜焦距f = 50cm,观察屏置于焦平面上。 解:中央亮条纹的线宽度为: f25010263001010L26.3103ma0.1三、计算题 1. 在利用牛顿环测未知单色光波长的实验中,用波长 589.3nm 的钠黄光垂直照射,测得第一和第四暗环的距离为 4×10 m 。未知的单色光垂直照射时,测得第一和第四暗环之间的距离为 3.85×10-3 -3m 。求未知单色光的波长。 解:暗环半径为:rkRr4r141R1R4103 R1410(1)3r4r142R2R3.85103 R23.8510(2)联解(1)(2)得: 3 142,546nm 23.8522 2. 在杨氏双缝干涉实验中,用波长为5.0×10m的单色光垂直入射到间距为a0.5mm的双缝上,屏到双缝中心的距离D =1.0m。求: (1)第10级明纹中心的位置;x10(2)条纹宽度;x-70.01m 1103m (3)用一云母片(n=1.58)遮盖其中一缝,中央明纹移到原来第8级明纹中心处,云母处的厚度是多少?e 解: (1) xkk 6.90106m D a D(2) (x)k1d (3) 21 未加透明片前,对中央明纹,有: r(re)ner2r1(n1)er2r10r2r1(n1)e8 3. 用=589 nm的单色光垂直照射在宽为3cm,共有5000条缝的光栅上。问: (1)光栅常数是多少? (2)第二级主极大的衍射角θ为多少?(3)光屏上可以看到的条纹的最大级数? (1)光栅常数d6106m o(2)第二级主极大的衍射角2arcsin0.19611.3 (3)屏上可以看见的条纹最大级数是10. 解:(1)d=a+b dsin(2) k,k0,1,2,(3) 4.用旋转检偏器的方法观察由偏振光和自然光组成的部分偏振光,发现由最大光强位置转°过60后光强减少一半,求该光中自然光光强I1与偏振光光强I2的比值。 解: Imaxd•1k1I1I2 2°当偏振片的偏振化方向转过60时透射光强为: I I1 1111I1I2cos2600I1I2Imax 2242:I21:1 大 学 物 理 作 业 班级 学号 姓名 成绩 第六章 气体动理论 一、选择题 1.关于温度的意义,有下列几种说法: (1)气体的温度是分子平均平动动能的量度。 (2)气体的温度是大量气体分子热运动的集体表现,具有统计意义。 (3)温度的高低反映物质内部分子运动剧烈程度的不同。 (4)从微观上看,气体的温度表示每个气体分子的冷热程度。 上述说法中正确的是:[ B ] (A)(1)、(2)、(4) (C)(2)、(3)、(4) (B)(1)、(2)、(3) (D)(1)、(3)、(4) 2.在一个密闭容器中储存有A、B、C三种理想气体,处于平衡状态,A种气体的分子数密度为n1 ,它产生的压强为P1 , B种气体的分子数密度为2n1 , C种气体的分子数密度为3n1 ,则混合气体的压强为 [ D ] (A)3P1 (B)4P1 (C)5P1 (D)6P1 解:pnkT,平衡态时T相同,故有答案D。 3.温度、压强相同的氦气和氧气,它们分子的平均动能和平均平动动能w有如下关系: [ C ] (A) 和w都相等 (B) 相等,而w不相等 (C) w相等,而不相等 (D) 和w都不相等 ikT,其中i是分子的自由度数,因氦气和氧气分子具有不同23的自由度故不同;而平均平动动能wkT对两种分子相同。 2解:平均动能 4.在标准状态下,若氧气(视为刚性双原子分子的理想气体),和氦气的体积比是V11V22则其内能之比E1为 [ C ] E2 (A) 1/2 (B) 5/3 (C) 5/6 (D) 3/10 解:E1N153kT,E2N2kT,其中N1,N2为氧气和氦气的分子数。由于氧气22N1NEkT2kT,所以1=5/6 V1V2E2和氦气的压强温度均相同,即p5.图示两条曲线分别表示在相同温度下氧气和氢气分子速率分布曲线。vP1和vP2 分别表示氧气和氢气的最概然速率,则正确的判断是 [ B ] (A) a表示氧气分子速率分别曲线,f(v) a b vP14 vP2 (B) a表示氧气分子速率分别曲线,vP11 vP24 (C) b表示氧气分子速率分别曲线,0 4题图 v(ms) 1vP14 vP2vP11 vP24 (D) b表示氧气分子速率分别曲线,解:vp2RT,所以最可几速率与气体摩尔质量的-1/2方成正比,氧气的摩尔质量为32g,氢气的摩尔质量为2g,a表示氧气分子速率分别曲线,vP11 vP246.已知一定量的某种理想气体,在温度为T1与T2时的分子最可几速率分别为vp1和 vp2,分子速率分布函数的最大值分别为f(vp1)和f(vp2),若T1>T2,则 [ ] (A) vp1>vp2 f(vp1)>f(vp2) (B)vp1 >vp2 f(vp1) < f(vp2) (C) vp1<vp2 f(vp1) < f(vp2) (D) vp1<vp2 f(vp1) > f(vp2) 7.理想气体处于平衡状态设温度为T气体的自由度为i,则单个气体分子所具有的 [ ] (A) 动能为iiiikT (B) 动能为RT (C) 平均能量为kT (D)平均平动动能为RT 22228. 速率分布函数f(v)的物理意义为 [ B ] (A) 具有速率v的分子占总分子数的百分比 (B) 速率分布在v附近的单位速率间隔中的分子数占总分子数的百分比 (C) 具有速率v的分子数 (D) 速率分布在v附近的单位速率间隔中的分子数 9. 设速率分布函数为f(v),在N个理想气体分子的容器中,气体分子速率在v1~v2间的分子数为 [ C ] (A) v2v1f(v)dv (B) f(v)(v1v2) (C) v2v1Nf(v)dv (D) Nf(v)(v1v2) 二、填空题 1.一容器内储有氧气,其压强为1.01×10Pa,温度为27C则气体分子的数密度为5 o 2.4410m,氧气的密度为分子的平均平动动能6.2110解: 212531.30kg/m3; ;JP1.011052532.4410m(1) 理想气体物态方程PnkT,n 23kT1.3810300(2) nmnMO2NA321033 2.44101.30kg/m236.021025(3) k 33kT1.3810233006.211021J 22 2.2g氢气与2g氦气分别装在两个容积相同的封闭容器内,温度也相同.(氢气分子视为刚性双原子分子) (1)氢分子与氦分子的平均平动动能之比=____1_____; (2)氢气与氦气压强之比= ____2______; (3)氢气与氦气内能之比= ____10/3______。 3. 1 mol氧气(视为刚性双原子分子的理想气体)贮于一氧气瓶中,温度为27℃, 这瓶氧气的内能为______6.2310__J;分子的平均平动动能为____6.2110J;分子的平均总动能为_____1.0351021321_____________J. (摩尔气体常量 R= 8.31 J·mol-1·K-1 玻尔兹曼常量 k= 1.38×10-23J·K-1) 4.两容器中分别贮有氦气和氧气(视为刚性双原子分子的理想气体)已知氦气的压强是氧气压强的1/2,氦气容积是氧气的2倍,氦气内能是氧气内能 3/5 倍。 三、计算题 1.一容积为2.0×10 m 的容器中,有内能为6.75×10 J 的刚性双原子分子理想气体。求(1)气体压强 (2)若容器中分子总数为5.44×10个,求分子平均平动动能及气体温度。 解:(1)刚性双原子分子理想气体,i5,其内能EN又由理想气体物态方程PV (2)根据压强公式P 22 -332mimiNAkTRT,M2M2mRT,可得: MPVm2E2E2E,所以,气体压强为:PRT1.35105Pa MiiV5V22Nnkk,有分子的平均平动动能: 33V3PV3V2E3Ek7.491021J 2N2N5V5N22E3362K kT可得,气体温度Tk3k5Nk23 由k2.一容器内某理想气体的温度为273K,密度为ρ= 1.25 g/m,压强为 p = 1.0×10求:(1) 气体的摩尔质量,是何种气体? -3 atm. (2) 气体分子的平均平动动能和平均转动动能? (3) 单位体积内气体分子的总平动动能? (4) 设该气体有0.3 mol,气体的内能? 解:(1)由 pVMRTMmolMmol RTp1.251038.312730.028kg/mol1031.013105由结果可知,这是 N2 或 CO 气体。 (2)平均平动动能和平均转动动能为 (3) 单位体积内气体分子的总平动动能为 2p1.01310Ettnt5.561021kT1.3810232731.52102J/m333tkT1.3810232735.561021J22rkT1.3810232733.771021J(4) 由气体的内能公式,有 3.有N个质量均为m的同种气体分子,它们的速率分布如图所示, (1)说明曲线与横坐标所包围面积的含义; (2)由N 和v 0求a值; (3)求速率在 Nf(v) Emi5RT0.38.312731.70103JM22a v03v 到0 间的分子数; 22v (4)求分子的平均平动动能。 O v0 2v0 3题图 解:(1)曲线下的面积表示系统的分子总数。 S2v00Nf(v)dvN2v00f(v)dvN 这里用到分布函数f(v)的归一化条件 (2)S2v00f(v)dv1。 1av0a(2v0v0)N,所以,a2N/3v0 2 av 0vv0Nv0(3)分布函数f(v) a v0v2v0N 所以,在速率V0/2和3V0/2间隔内的分子数 N3v0/2v0/23v0/2aNf(v)dvvdvadv7N/12 v0/2vv00v0(4)分子的平均平动动能 2v0a2v0a31mv01212v01232 kmvmf(v)vdvm(vdvvdv)00v0222Nv0N36 大 学 物 理 作 业 班级 学号 姓名 成绩 第七章 热力学基础 一、选择题 1.根据热力学第二定律判断下列说法哪一种是正确的 [ C ] (A) 热量能从高温物体传到低温物体,但不能从低温物体传到高温物体; (B) 功可以全部变为热,但热不能全部变为功; (C) 气体可以自由膨胀,但不能自动收缩; (D) 有规则运动的能量能够变为无规则运动的能量,但无规则运动的能量不能变为有规则运动的能量。 2.一定质量的理想气体从体积V1 膨胀到V2分别经历的过程是:AB等压过程;AC等温过程;AD绝热过程,其中吸热最多的过程 [ A ] (A) 是AB过程; (B) 是AC过程; C P A B (C) 是AD过程; (D) 既是AB过程也是和AC过程,两过程一样多。 O 2题图 D V 3.某刚性双原子分子的理想气体处于温度为T的平衡态下,该分子的平均总能量为: [ B ] 3535 (A) kT; (B) kT; (C) RT ; (D) RT 22224. 理想气体经历所示的abc平衡过程 如下图,则该系统对外做功W,从外界吸收的热量QpbcaV 和内能的增量E 的正负情况如下 [ B ] (A) E0,Q0,W0 (B) E0,Q0,W0 (C) E0,Q0,W0 (D) E0,Q0,W0 5.在温度分别为327C和27C的高温热源和低温热源之间工作的热机理论上的最大效率为 [ B ] (A) 25% (B) 50% (C) 75% (D) 91.74% 6. 右图,一定量的理想气体分别由初态a经①过程a b和由初态a 经②过程acb到达相同的终态b,则两个过程中气体从外界吸收的热量Q1,Q2的关系为: [ ] (A) Q1<0, Q1>Q2 (B) Q1>0, Q1>Q2 (C) Q1<0, Q1>Q2 (D) Q1>0, Q12
o
o
p
b ① a
c
a② ’
T
O
7.关于可逆过程和不可逆过程的判断,正确的是 [ D ]
(1) 可逆的热力学过程一定是准静态过程。 (2) 准静态过程一定是可逆过程。
(3) 不可逆过程就是不能向反方向进行的过程。 (4) 凡有摩擦的过程,一定是不可逆过程。
(A)(1),(2),(3) (B)(1),(2),(4) (C)(2),(4) (D)(1),(4)
8、汽缸内有一定量的氦气(视为理想气体)、经过绝热压缩,使其体积变为原来的一半,问气体分子的平均速率变为原来的几倍?[ A ] (A)2 (B)2 (C)2
13
12
23
(D)2
32
9.设高温热源的热力学温度是低温热源的热力学温度的n倍,则理想气体在一次卡诺循环中,传给低温热源的热量是从高温热源吸取的热量的 [ C ] (A) n倍 (B) n-1倍 (C)
1n1倍 (D) 倍
nn
10. 双原子理想气体,作等压膨胀,若气体膨胀过程从热源吸收热量700J,则该气体对外做功为 [ D ]
(A) 350J (B) 300J (C) 250J (D) 200J
二.填空题
P
1.如图所示,a1b过程是绝热过程,a2b是P-V图上的一段直线,在a2b过程中,气体做功W > 0,气体的内能增量E< 0,吸收的热量 > 0 (填 > ,< ,= )。
2、用绝热材料制成一个容器,体积为2V0 ,被绝热板隔成A、B两部分,A内储有1mol单原子理想气体,B内储有2mol双原子理想气体,两部分的压强均为P0,体积均为V0 ,则两种气体各自的内能分别为EA=
a
2 1
b
V
1题图
3
povo ,2
EB=
5
povo ,抽去隔热板,两种气体混合后处于平衡时2
2p0v0
3R
的温度T =
3.如图,一理想气体系统由状态a沿acb到达状态b,有350J的热量传入系统,而系统做功130J,
(1)经过adb过程,系统作功40J,传入系统的热量Q= 260J 。 (2)当系统由状态b沿曲线ba返回状态a时,外界对系统作功60J,则系统吸收的热量Q=
280J 。
4.理想气体做卡诺循环,高温热源的热力学温度是低温热源的热力学温度的n 倍,求气体在一个循环中将由高温热源所得的热量的
1
倍交给了低温热源。 n
0
5. 1mol的氧气在1atm的压强下从20C加热到100C
(1)设加热过程中体积保持不变,则供给的热量为 1662J 。 (2)若过程中压强不变,需供给多少热量为 2326.8J . (3) 在等压下气体对外作的功为 664.8J .
6. 设在某一过程P中,系统由状态A变为状态B,如果
0
,则过程P称为可逆过程;如果 , 则过程P称为不可逆过程。
7.一卡诺机从373K的高温热源吸热,向273K的低温热源放热。若该机从高温热源吸收1000J热量,则该机所做的功为 268 J,放出热量 732 J .
三.计算题
1. 一定量的单原子分子理想气体,从状态A出发,沿如图所示直线过程变到另一状态B,又经等容、等压两过程回到状态A。求:
(1)AB、BC、CA各过程中系统对外所作的功,内能的增量及所吸收的热量;
(2)整个过程中系统对外界所作的总功及从外界吸收的总热量。
3
P/105Pa
B
分析:根据PV图,状态曲线下面所包围的面积等于气体
2
从一个状态到另一个状态时系统对外界所作的功,而内能的
1
A
C
改变量仅与温度的变化有关,温度变化内能改变,温度不变
O
内能不变。再根据热力学第一定律、气体状态方程和内能公式可以计算统对外所作的功,内能的增量及所吸收的热量。 解:AB
12
V/103m3
WAB
1
(PBPA)(VBVA)200J 2
MiMii
R(TBTA)(RTBRTA) (PBVBPAVA)750J222
EAB
QABEABWAB950J
BC:dV0;
EBC
MiiMi
R(TCTB)(RTCRTB) (PCVCPBVB)600J 222
QBCEBCWBC600J
CA:dP0;WCAPA(VAVC)100J
ECA
Mii
R(TATC)(PAVAPCVC)150J;QCAECAWCA250J 22
(2)QQABQBCQCA100J;WWABWBCWCA100J
2.如图示,使 1 摩尔的氧气(1)由a 等温地变到 b ; (2)由 b 等体地变到 c ,再由 c 变等压地变到 a ,试分别计算氧气所作的功和吸收的热量。(3)若氧气沿abca 方向完成一循环过程 ,则计算此循环过程之效率。
1 2
P(10Pa)
5
a
解:由图中数据可知,TaTb
0
c
1 2 题图
b
2
3
3
V(10m)
PaVa200
K,RR
Tc
PcVc100
K,Vb2Va2Vc RR
ab等温过程中的作功与吸热分别为
WabRTaln
Vb
200ln2 =138.6 J Va
Vb
200ln2=138.6 J Va
QabWabRTaln
bc等压过程中的作功与吸热分别为
WbcP(VcVb)100 J
QbcWbcEbcP(VcVb)CV(TcTb)350 J
其中,氧气可以看作是刚性双原子分子,其定体摩尔热容CV
5R 2
ca等体过程中的作功与吸热分别为
Wca0 J
QcaEcaCV(TaTc)250 J
若氧气沿abca 方向完成一循环过程 ,则计算此循环过程之效率。 由上面结论可知此循环的机械效率
W Q1
WWabWbcWca200ln2 -100 J
Q1QabQcaRTaln
Vb
250200ln2 J Va
W
9.9% Q1
3.下图是某理想气体循环过程的 V—T 图,已知该气体的定压摩尔热容 Cp = 2.5R , 定容摩尔热容 CV = 1.5 R , 且Vc = 2Va (1)试问图示循环是代表制冷机还是热机? (2)如是正循环 (热机循环) , 求效率.
Vb Va
V
c
b
0
a
T
3题图
解:首先将循环过程的V-T图变换为P-V图,因为正、逆循环来区分热机和致 冷机是针对P-V图的。
(1) 由P-V图可以看出这是一个正循环, P
故此循环代表热机。
(2) 设,工作物质的摩尔数为n,由图中数据可知
c
V
Va
Vc
I2I 1:111:I1111111111220
I1IIIIIcosI(I60III)II1I2I211max2122112max24224222221442
Vc2Va,Tb2Ta2Tc
当偏所以解:当偏即由题
该循环abca作的净功为
WWabWca
吸热
QQabnCP(TbTa)nCPTa nCV(TbTa)Wab
WWabWcan(CPCV)(TbTa)nRTaln所以:
机械效率为
Va
nRTanRTaln2 Vc
WnRTanRTaln212.3% QnCPTa
5
3
3
4. 0.1mol单原子理想气体从始态(1.010Pa,3.210m)出发,先等温膨胀到原体积的2倍,再等压压缩为原体积,最后等体升压到回到始态。求此循环的效率。 解:TbTa
PVaa
386K R
V
TcTbc193K
Vb
QabRTln
Vb
222J (吸热) Vc
QbcCpTcTb
5
RTcTb401J (放热) 23
QcaCvTaTcRTaTc241J (吸热)
2
Q1Q2222241401
13.4% Q1222241
本文来源:https://www.wddqw.com/doc/72c91483d2f34693daef5ef7ba0d4a7302766c01.html