福建师范大学22春《实验物理导论》在线作业二及答案参考19.docx
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福建师范大学22春《实验物理导论》作业二及答案参考1. 设想在远离地球的太空中有一艘宇宙飞船，飞船内有一真空实验仓．内中有一质量为M的试管，它被质量为m的隔板分设想在远离地球的太空中有一艘宇宙飞船，飞船内有一真空实验仓．内中有一质量为M的试管，它被质量为m的隔板分隔为体积相等的两部分，如图2-3所示．被隔板封闭的那部分空间中有温度为T，摩尔质量为Mm，物质的量为ν的单原子理想气体．隔板被放开后，隔板无摩擦地向上移动．在隔板离开试管顶端后气体才开始从试管逸出．设试管开始运动时试管静止．试求试管的最终速度． 设气体、试管、隔板三者之间的热量交换可以忽略，在隔板离开试管前，气体经历的是准静态过程．2. 一个有旋转对称表面的水壶其对称轴沿竖直方向，在壶底的正中间开一个半径为r0的小孔，为使液体从底部小孔流一个有旋转对称表面的水壶其对称轴沿竖直方向，在壶底的正中间开一个半径为r0的小孔，为使液体从底部小孔流出的过程中壶中液面下降的速率保持不变，试求壶的表面形状古代用此漏壶计时)将对称轴设为z轴，壶的表面由平面曲线z=u2(r4-r04)/2gr04绕z轴旋转而成，其中u为假设的液面下降速率3. 12.04cm的有效数字有几位( )A.3位B.4位C.2位D.以上答案均不正确参考答案：B4. 小兰站在竖直放置的平面镜前1m处，她在镜中的像到镜面的距离是_____m。
小兰站在竖直放置的平面镜前1m处，她在镜中的像到镜面的距离是_____m1分析：物体在平面镜成虚像，物像到平面镜的距离是相等的．解答：解：平面镜成像时，物像到平面镜的距离相等，小丽到平面镜的距离是1m，小丽的像到平面镜的距离也是1m．故答案为：1．5. 古代物理实验思想有哪些特点( )A.实验仅仅在少数与日常生活比较密切的项目中进行，零星不够系统B.大多局限于定性的观察而缺少定量的记录、分析C.大多数实验仅限于现象的描述，缺少概括、总结且形成比较系统的理论D.缺乏用实验来检验已有理论的思想参考答案：ABCD6. 误差按性质可分为：( )A.随机误差B.系统误差C.粗大误差D.绝对误差参考答案：ABC7. 求盛在转动圆筒中1mol单原子分子理想气体的自由能、热力学能和熵设圆筒半径为R，长为l，气体分子质量为m，圆筒求盛在转动圆筒中1mol单原子分子理想气体的自由能、热力学能和熵设圆筒半径为R，长为l，气体分子质量为m，圆筒绕其轴以匀角速度ω转动在运动坐标系的观察者看来，气体的整体转动相当于分子处在一个离心势场中，分子的离心势能为，分子的配分函数为 (V=πR2l为圆筒体积)。
从而，1mol单原子分子理想气体的自由能 式中N0为阿伏伽德罗常数，F0为1mol单原子分子理想气体整体无转动时的自由能气体的熵 气体的热力学能 式中是1mol单原子分子理想气体整体无转动时的能量 在静止坐标系的观察者看来，气体的能量除E0外，还包括转动动能这一能量的增加应等于其在离心势场中所具能量的减少分子的平均离心势能上题已给出，所以 由于熵函数只是系统内部混乱程度的度量，与系统整体运动无关，因此 S=S' 由此推得自由能 对于非单原子分子的一般情形，我们只要将E0，S0，F0理解成该理想气体整体无转动时的内能、熵、自由能，上述结果仍然适用 8. 设一维箱宽a=0.2nm，试计算其中电子最低的三个能级值.设一维箱宽a=0.2nm，试计算其中电子最低的三个能级值.设一维箱沿x轴，边界为x=+a/2.粒子在箱内自由运动，但不能到箱外.所以，在箱内(-a/2＜x＜a/2)波函数可以写成波长相同的正反两个方向德布罗意波的叠加，在边界上(x=±a/2)波函数为0.满足这个条件的波是以边界处为节点的驻波，即波在边界上来回反射，箱宽a是半波长的整数倍， 代入德布罗意关系p=h/λ，就得到电子能级为 于是有 一维箱只是一个十分简化的模型，实际的微观物理体系不可能有这样明晰的锐边界，波函数多多少少总会有一些传播到边界以外的区域，不过，这个模型反映了某些物理体系的基本特征，突出了这些体系的主要特点，所以它也并不是单纯用来训练学生的思考和解题能力的工具，而是在一些实际问题中起着重要的作用. 9. 在单摆测重力加速度试验中用到了( )A.比较法B.转换法C.伏安法D.放大法参考答案：B10. 2012年6月6日，艺术家们在北京国家大剧院演奏《黄河颂》时，听众能分辨出小提琴和钢琴发出的声音，这是因为它们2012年6月6日，艺术家们在北京国家大剧院演奏《黄河颂》时，听众能分辨出小提琴和钢琴发出的声音，这是因为它们的[ ]A、音色不同 B、响度不同 C、节奏不同 D、音调不同A 11. 首先预言反电子存在的科学家是：( )A.安德逊B.狄拉克C.赵忠尧D.泡利参考答案：B12. 已知直导线的电流为I，任一点P到直导线的垂直距离为r0，试求P点的磁场。
已知直导线的电流为I，任一点P到直导线的垂直距离为r0，试求P点的磁场如图所示，把载流直导线分成许多电流元，由毕奥-萨伐尔定律，各电流元在P点产生的磁场的方向相同，都垂直纸面向里，故P点的总磁场也垂直纸面向里，矢量积分简化为标量积分对于有限长的直导线A1A2，在P点的磁感应强度B的大小为 利用几何关系，统一积分变量，如图，有 l=rcos(π-θ)=-rcosθ r0=rsin(π-θ)=rsinθ 由以上两式消去r，得l=-r0cotθ，取微分，有 把上式及代入积分式，积分变量由l换为θ，化简，得 式中θ1，θ2分别为直导线两端A1，A2处的θ角 若直导线为无限长，则θ1=0，θ2=π，有 可见，载流无限长直导线周围任一点的磁感应强度B的大小与该点到导线的垂直距离成反比.对于长度为l的直导线，在r0l时，上式近似成立此即毕奥-萨伐尔曾由实验得出的结论 13. 某患者常把点状物体视为短线，此患者属于______类型的屈光不正，应配戴______透镜某患者常把点状物体视为短线，此患者属于______类型的屈光不正，应配戴______透镜。
散光眼$柱面14. 测量一个1000米的长度时，绝对误差为米，测量另一个100米的长度时，绝对误差也为1m，两个的绝对误差和相对误差都一样 )A.正确B.错误参考答案：B15. 从热力学角度来看，熵函数具有什么性质?在两平衡态之间可以经历各种过程(也包括不可逆过程)，怎样从热力学角度来看，熵函数具有什么性质?在两平衡态之间可以经历各种过程(也包括不可逆过程)，怎样来计算两平衡态的熵变呢?举例说明正确答案：熵是个状态函数与过程无关只由系统的状态决定可在两平衡态之间取一可逆过程用式来求熵变如绝热自由膨胀过程其熵变的计算可设初、末两态与绝热自由膨胀过程时的初、末两态一致的等温可逆过程在此过程中计算熵变即熵是个状态函数,与过程无关,只由系统的状态决定可在两平衡态之间取一可逆过程,用式来求熵变如绝热自由膨胀过程,其熵变的计算,可设初、末两态与绝热自由膨胀过程时的初、末两态一致的等温可逆过程,在此过程中计算熵变,即16. 试分别从导电的机制与能带的观点说明什么是本征半导体、N型半导体和P型半导体试分别从导电的机制与能带的观点说明什么是本征半导体、N型半导体和P型半导体本征半导体的满带全部被电子填满。
导带中的电子数目很少，并且本征半导体的禁带宽度ΔEg较大，所以本征半导体的导电性较差 若在本征半导体中掺人杂质元素，当杂质原子的能级处在半导体导带底部附近形成施主能级时，杂质原子中的电子容易跃入导带形成载流子，这种掺杂形成的半导体称为N型半导体 当掺杂原子的能级处在半导体满带顶部形成受主能级时，满带中的电子跃入杂质能级后形成空穴载流子，这种掺杂形成的半导体称为P型半导体 17. 设电磁波频率f=400MHz，当y=0.5m，t=0.2nS时，E的最大值为250V/m，表征其方向的单位矢量为0.6ex-0.8ez，试用时间设电磁波频率f=400MHz，当y=0.5m，t=0.2nS时，E的最大值为250V/m，表征其方向的单位矢量为0.6ex-0.8ez，试用时间的函数表示该均匀平面波在自由空间中沿ey方向传播的电场E和磁场H在自由空间中 ω=2πf=8π×108(rad/s)， 设 E=250(0.6ex-0.8ez)cos(ωt-ky+φ)= 由题意，当t=0.2(ns)=0.2×10-9(s)，y=0.5(m)时，场量达最大值，则有 得 φ=1.17π(rad)=211° 所以 E= H= 18. 电磁波的发现揭开了现代通信的新纪无．电磁波已成为人类文明的重要标志．但值得注意的是，电磁波也会造成_____电磁波的发现揭开了现代通信的新纪无．电磁波已成为人类文明的重要标志．但值得注意的是，电磁波也会造成______．造成电磁波污染的原因是多方面的．随着城市的发展，市区扩大，建筑用地日趋紧张，使原本处于郊区的大功率电磁发射台．电视广播发射台站逐渐被新建居民区包围，卫星通讯的发展．使得城市出现众多的卫星地面站．有的地区发射天线过密，移动通讯技术迅速发展．其电磁波信号采用直线传播，在市区高层建筑上架设许多起联络作用的基地台站，天线林立，形成相互间的交调干扰；还有部分架设不合理的天线对附近高层住宅居民产生电磁波污染，传输电力的超高压输电线路和城市交通运输系统使电磁污染增加．另外，家用电脑、彩电、音响、微波炉、电磁灶、无线、电热毯都会辐射出电磁波，也会造成环境电磁污染．故答案：污染．19. λ=0.10nm的X射线在碳块上散射，我们从与入射的X射线束成90°的方向去看这个散射的辐射。
求：λ=0.10nm的X射线在碳块上散射，我们从与入射的X射线束成90°的方向去看这个散射的辐射求：0.00243nm；$302eV20. 一块相对电容率εr=5的扁平电介质，垂直放置于D=1C/m2的均匀电场中，已知电介质的体积为0.1m3，并且是均匀极化，一块相对电容率εr=5的扁平电介质，垂直放置于D=1C/m2的均匀电场中，已知电介质的体积为0.1m3，并且是均匀极化，求：(1)电介质里的电极化强度；(2)电介质总的电偶极矩电介质里的电极化强度为 $电介质总的电偶极矩 ∑p=P△V=0.8×0.1C·m=0.08C·m 21. 根据动量原理可知：力在时间过程中的累积效应，引起动量的改变根据功能原理可知：力的空间累积引起动能的改变1)如果物体受合外力作用了一段时间(即。
