内蒙古工业大学 大学物理 习题作业 答案

【#文档大全网# 导语】以下是®文档大全网的小编为您整理的《内蒙古工业大学 大学物理 习题作业 答案》，欢迎阅读！



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S1Pr1，S2Pr2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） r2r1 （B）（r2n2d2)(r1n1d1） （C） r2(n21)d2r1(n11)d1 （D）（r2n2d1)(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n21.4，且n1n2n3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b5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 = 5.9410m

－3

－2

5

2. 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5.0010rad，它们都发出波长为

6

o

600nm的光，望远镜恰好能够分辨出这两颗星，则望远镜的口径为1.46102m

解：1.22



D



1.22600109

D1.221.46102m6

5.0010

5.0010rad

6

4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n1.58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0.55m，则云母片的厚度为4.710m

6




7. 用波长为=630010m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 L6.310m

3

-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：

f25010263001010

L26.3103m

a0.1

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

－3

m 。求未知单色光的波长。

解：暗环半径为：rkR



r4r141R1R4103 R1410(1)

3

r4r142R2R3.85103 R23.8510(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a0.5mm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

-7

0.01m

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） xkk

6.90106m

D a




D

（2） (x)k1d





（3）

21



未加透明片前，对中央明纹，有：

r(re)ner2r1(n1)e

r2r10r2r1

(n1)e8



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d

610

6

m

o

（2）第二级主极大的衍射角2arcsin0.19611.3

（3）屏上可以看见的条纹最大级数是10．

解：（1）d=a+b

dsin（2） k，k0,1,2,

（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： Imax

d•1k

1

I1I2 2

°

当偏振片的偏振化方向转过60时透射光强为：

I

I1

1111

I1I2cos2600I1I2Imax 2242

:I21:1






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：pnkT，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

i

kT，其中i是分子的自由度数，因氦气和氧气分子具有不同2

3

的自由度故不同；而平均平动动能wkT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

V11V22

则其内能之比

E1

为 [ C ] E2

(A) 1/2 (B) 5/3 (C) 5/6 (D) 3/10 解：E1N1

53

kT,E2N2kT，其中N1,N2为氧气和氦气的分子数。由于氧气22

N1NE

kT2kT，所以1=5/6 V1V2E2

和氦气的压强温度均相同，即p

5．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

vP1

4 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)

1

vP1

4 vP2

vP11

 vP24

(D) b表示氧气分子速率分别曲线，

解：vp

2RT



，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

 vP24

6．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

iiii

kT (B) 动能为RT (C) 平均能量为kT (D)平均平动动能为RT 2222

8. 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)



v2

v1

f(v)dv (B)

f(v)(v1v2)

(C)



v2

v1

Nf(v)dv (D) Nf(v)(v1v2)

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

2.4410m，氧气的密度为

分子的平均平动动能6.2110解：

21

253

1.30kg/m3

；

；

J

P1.01105253

2.4410m（1） 理想气体物态方程PnkT，n 23

kT1.3810300

（2）

nmn

MO2NA

321033

2.44101.30kg/m23

6.0210

25

（3） k

33

kT1.3810233006.211021J 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______6.2310__J；分子的平均平动动能为____6.2110Ｊ；分子的平均总动能为_____1.03510

21

3

21

________

_____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，i5，其内能EN又由理想气体物态方程PV

（2）根据压强公式P



22

－3

3

2

mimi

NAkTRT，M2M2

m

RT，可得： M

PV

m2E2E2E

，所以，气体压强为：PRT1.35105Pa

MiiV5V

22N

nkk，有分子的平均平动动能： 33V

3PV3V2E3Ek7.491021J

2N2N5V5N

22E3

362K kT可得，气体温度Tk

3k5Nk2

3



由k

2．一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



pV

M

RTMmol

Mmol



RT

p1.251038.31273

0.028kg/mol

1031.013105

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

2

p1.01310

Ettnt5.561021

kT1.381023273

1.52102J/m3

33

tkT1.3810232735.561021J

22

rkT1.3810232733.771021J

(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)

E

mi5

RT0.38.312731.70103JM22

a

v03v

到0 间的分子数； 22

v

（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。

S

2v0

0

Nf(v)dvN

2v0

0

f(v)dvN

这里用到分布函数f(v)的归一化条件

（2）S



2v0

0

f(v)dv1。

1

av0a(2v0v0)N，所以，a2N/3v0 2



a

v 0vv0

Nv0

（3）分布函数f(v)

a v0v2v0N



所以，在速率V0/2和3V0/2间隔内的分子数



N

3v0/2

v0/2

3v0/2aNf(v)dvvdvadv7N/12

v0/2vv0

0

v0

（4）分子的平均平动动能

2

v0a2v0a31mv01212v01232

kmvmf(v)vdvm(vdvvdv)

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：AB等压过程；AC等温过程；AD绝热过程，其中吸热最多的过程 [ A ]

(A) 是AB过程； (B) 是AC过程；

C

P

A

B

(C) 是AD过程；

(D) 既是AB过程也是和AC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

2222

4. 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Q

p

b

c

a

V




和内能的增量E 的正负情况如下 [ B ]

(A) E0,Q0,W0 (B)

E0,Q0,W0

(C) E0,Q0,W0 (D)

E0,Q0,W0

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acb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)

1n1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）AB、BC、CA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PV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：AB

12

V/103m3

WAB

1

(PBPA)(VBVA)200J 2

MiMii

R(TBTA)(RTBRTA) (PBVBPAVA)750J222

EAB

QABEABWAB950J

BC：dV0；

EBC

MiiMi

R(TCTB)(RTCRTB) (PCVCPBVB)600J 222

QBCEBCWBC600J




CA：dP0；WCAPA(VAVC)100J

ECA

Mii

R(TATC)(PAVAPCVC)150J；QCAECAWCA250J 22

（2）QQABQBCQCA100J；WWABWBCWCA100J

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，TaTb

0

c

1 2 题图

b

2

3

3

V(10m)



PaVa200

K，RR

Tc

PcVc100

K，Vb2Va2Vc RR

ab等温过程中的作功与吸热分别为

WabRTaln

Vb

200ln2 ＝138.6 J Va

Vb

200ln2＝138.6 J Va

QabWabRTaln

bc等压过程中的作功与吸热分别为

WbcP(VcVb)100 J

QbcWbcEbcP(VcVb)CV(TcTb)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

ca等体过程中的作功与吸热分别为

Wca0 J

QcaEcaCV(TaTc)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

WWabWbcWca200ln2 -100 J

Q1QabQcaRTaln

Vb

250200ln2 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


I2I 1:111:I1111111111220

I1IIIIIcosI(I60III)II1I2I211max2122112max24224222221442

Vc2Va，Tb2Ta2Tc

当偏所以解：当偏即由题



该循环abca作的净功为

WWabWca







吸热



QQabnCP(TbTa)nCPTa nCV(TbTa)Wab









WWabWcan(CPCV)(TbTa)nRTaln所以：

机械效率为

Va

nRTanRTaln2 Vc



WnRTanRTaln212.3% QnCPTa

5

3

3

4. 0.1mol单原子理想气体从始态（1.010Pa，3.210m）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：TbTa

PVaa

386K R

V

TcTbc193K

Vb

QabRTln

Vb

222J （吸热） Vc

QbcCpTcTb

5

RTcTb401J （放热） 23

QcaCvTaTcRTaTc241J （吸热）

2



Q1Q2222241401

13.4% Q1222241

本文来源：https://www.wddqxz.cn/72c91483d2f34693daef5ef7ba0d4a7302766c01.html