物理学II习题答案

《物理学II习题》院（系）生命科学学院专业生物制药学号14102686姓名董世峰授课教师郭守月(安徽农业大学应用物理系编)安徽农业大学2014生物制药安农大2014生药-2-第一章流体的运动一、填空题1、连续性原理的实质是质量流和体积流守恒。2、理想流体忽略了实际流体的可压缩性和黏滞性。3、直径0.8m的总管中水流速为1m/s，则四根直径均为0.4m的分管中水流速为1m/s。4、横截面积为梯形的水渠，底宽2m，水面宽4m，水深1m，它有两个截面也为梯形的分支，都是底宽1m，水面宽2m，水深0.5m，水在分渠中流速都是0.3m/s，问总水渠中水的流速是0.15m/s。5、牛顿粘滞定律的数学表达式为Sdxdvf。6、半径为r的水滴在空气中以速度v下落，若空气的粘滞系数，则水滴受到的粘滞阻力为rv6。二、单项选择1、设理想流体在水平管道中作稳定流动，且管道截面粗细不均匀，则细处的流速和压强为：(B)A、流速大，压强也大B、流速大，压强小C、流速小，压强大D、难以判断2、如图盛有液体的开口容器，侧壁上开有一小孔，小孔面积远小于容器的截面积，则小孔处的液体流速为：(C)。A、Agh2B、Bgh2C、)(2ABhhgD、)(2BAhhg3、水平的玻璃流管，由截面均匀但大小却不相同的A、B、C三段串联而成，水从A段流入，从C段流出，若三段管壁上各有一小孔，水流动时A段小孔有气泡出现，B段小孔有水射出，C段小孔不射水也无气泡出现，设水为理想流体，则三段管中内径最大的是：(B)。A、A段B、B段C、C段D、无法判断4、实际流体的粘滞系数是由：(A)A、由流体本身性质决定，与温度有关B、由流体本身性质决定，与温度无关C、与温度有关，与流体本身性质无关D、与温度无关，与流体本身性质无关hBhA大学物理——dsf天涯沦落人-3-gHSS221三、计算题1、变截面水平小管宽部分的截面积S1＝0.08cm2，小管窄部分截面积S2＝0.04cm2，小管中的压强降落是25Pa，求宽管中液体流动速度0V(已知液体密度为1059.5kg/m3)。解：0V=0.13m/s2、某大楼统一由铺设在地下的自来水管道供水，若打开二楼的水龙头，测得水流的速度为12.0m/s，求打开一楼的水龙头时水流的速度。（假设大楼的楼层高为4米）解：15.0m/s3、在一个开口截面积很大的容器底部开一个小孔，若容器内盛有深为H米的水(视为理想流体)，且假设容器开口截面积1S远大于小孔面积2S，求容器内的水流尽所需要的时间。解：4、如图，管内的水(视为理想流体)从A经B、C流向D，已知在C处的水流流速为0.20m/s，B、C处的截面积分别0.01m2，0.06m2(为计算方便，近似认为图中U型管口在同一水平线上)，求：①B处的水流流速。②PC－PB为多少？③U型管内水银柱的高度差h为多少?（已知水银的密度为33/106.13mkg，水的密度为33/101mkg）VBhACD解：①1.2m/s②700Pa③5.7mm第二章液体的表面现象1、液体的表面有收缩趋势，即存在表面张力作用，其大小可表示为Lf，其中比例系数称为表面张力系数，它的单位是N/m或J/㎡。2、为估计液体表面积改变时表面能的变化，试计算在20ºC时半径为mmr3102的许多小水滴融合成一个半径为mmR2的大水滴时所释放的能量为J3107.3。3、影响液体表面张力系数的因素有①液体的性质、②杂质情况、③温度、④相邻物质化学性质。4、刚刚在水面下，有一直径为md5101的球形气泡，若水面上的气压为25/101mNp，设水的表面张力系数为mN/10733，则气泡内压强为Pa510292.1。安农大2014生药-4-5、在水面下h米处有一半径为R的气泡，则该气泡内的压强1pRPgh20，（设水面上的气压为p），若该气泡等温上升，并在液面上成为一半径为r的液泡时，则此液泡内的压强2prP40。(其中水的密度为，表面张力系数为。)6、理想流体是假设的理想模型，它突出了流体的流动性性质，而忽略了黏滞性和可压缩性性质。当研究液体的润湿现象时，液体被视为理想流体还是实际流体？答:实际流体。7、空气中一个肥皂泡，水中一个气泡，其曲率半径均为R，设肥皂水的表面张力系数为1，水的表面张力系数为2，则空气中的肥皂泡与水中气泡的内外压强差分别为R14和R22。8、一个U型玻璃管如图所示，粗管和细管的管道内半径分别为R和r，若假设弯曲液面的接触角都为0，则两边水面的高度差h为gRgr22。hP0RrP0hABCDE9、空气中有一盛水的毛细管，管的上下两端都开口，已知管内水柱高度为h，水的表面张力系数为，水的密度为，且pppEA，C为管内水柱的中点，假设弯曲液面的接触角0。毛细管的内半径为r，水柱下端弯曲液面的曲率半径为R，则Cp220ghRP或220ghrPPC。10、有两个内径不同的玻璃毛细管，若同插入水中，其管内液面高度差为cm6.2，若将水换成酒精时，两毛细管中的液面高度差为cm0.1，已知mN/10733－水＝，则＝酒精mN/102.22。(设弯曲液面的接触角均为0，33/108.0mkg酒)11、玻璃毛细管的内径(直径)为cmd08.0，将其插入水中，水在管中上升高度为cm7.3，则水的表面张力系数为mN/104.73。(设接触角0)12、毛细管插入水中，水上升的高度为h，若使毛细管仅露出水面2h，水是否会从管内喷出?答：不会。大学物理——dsf天涯沦落人-5-ABUPOABPVO第三章热力学基础一、选择：1、下列说法哪个正确?(B)A、系统含有热量B、系统含有内能C、系统含有功D、一定量的单原子气体温度愈高，内能愈大2、下列几组物理量中，全部为过程量的是(C)A、P、Q、UB、W、Q、SC、W、QD、W、Q、T、U3、两容器分别盛有两种不同的理想气体，若它们的压强和体积相同。则两气体A、内能一定相等B、内能一定不相等，因为它们的温度可能不等C、内能一定不相等，因为它们的质量可能不等D、内能一定不相等，因为它们的分子数可能不等4、一定量的理想气体，从a状态变化至b状态可经历三种过程：bca；ba；bda。三种过程中气体对外作功：(C)A、acbWabWadbWB、abWacbWadbWC、adbWabWacbWD、acbWadbWabW5、已知0ºC、1atm下，某单原子理想气体的体积为22.4L，分别经历等温、绝热过程将其压缩至16.8L，气体分别需作功(D)A、-8J，-91JB、-8J，-22JC、-285J，-719J.D、-653J，-719J6、理想气体的定压摩尔热容PC大于定体摩尔热VC，这是由于：(B)A、膨胀系数不同B、膨胀时气体需要对外界作功C、分子间引力作用D、膨胀速度不同7、某理想气体状态变化时，其内能U随压强P的变化关系如图中直线AB所示，则从状态A至状态B可能的变化过程为:（B）A、等温过程B、等容过程C、等压过程D、绝热过程8、一定量的理想气体，由平衡态A变化至平衡态B，无论经过什么过程，系统必不可能的结果是(D)A、对外作正功B、内能增加C、从外界吸热D、向外界放热9、某卡诺热机，高温热源的温度为800K，循环效率为40%，则该热机低温热源的温度为(A)A、480KB、484KC、961KD、589K10、下列说法中唯一正确的是(A)A、热机的效率可表达为1QWB、可逆热机的效率可表达为121TTVPP2V2V10aP1cbd安农大2014生药-6-C、两条绝热线与一条等温线可以构成一个循环D、一条等温线与一条绝热线可以相交两次二、填空1、热力学系统吸热后，内能是否一定增加?举例说明。不一定；略。若系统对外作功是否一定从外界吸热?举例说明。不一定；略。2、某理想气体的比热容比33.1，则其定压摩尔热容量PC为1115.33KmolJ，定体摩尔热容量VC为1193.24KmolJ。3、理想气体的初状态为(P、T)，经过绝热膨胀后，体积增至原来的3倍，设该理想气体的比热容比为，则膨胀后温度为03P，压强为013T。4、如图所示，理想气体的状态在123的变化过程中，气体的内能会增加(增加，减少)。气体是从外界吸热还是向外界放热？吸热。5、热机的循环效率可用公式1211QQQQW表示，则公式中各物理量的涵义分别是什么?W系统对外做的净功、1Q从高温热源吸收的热量、2Q放到低温热源的热量6、卡诺循环需要两个恒温热源，分别是高温热源和低温热源，卡诺循环共由两个等温过程和两个绝热过程构成。7、工作物质经过卡诺热机循环，从高温热源中吸收的热量，有3/4放给了低温热源，则该卡诺循环效率为25%。8、工作在0ºC与27ºC之间的卡诺致冷机，其致冷系数为10。9、(1)使系统对外界作功，却不从外界吸收热量，是否可能?试举例说明之。解：有可能；举例略。(2)使系统与外界没有热量传递而升高系统温度，是否可能?举例说明之。解：有可能；举例略。三、计算题1、如图所示，1mol氧气经历ACBA的循环过程，其中BA为等温过程，假设C状态的温度为T。试求：1)BA过程中1Q等于多少?CB过程中2Q为多少?AC过程中3Q为多少?2)该循环过程的效率为多少?解：1）2ln21PVQ；PVQ272；PVQ2532）%9.9PV123绝热线P2P00000002VV0VAC（T）BP大学物理——dsf天涯沦落人-7-PP2V2V1OV41(T)3P122、1mol理想气体由状态1变到状态2，可以经过如图所示的两个不同过程241和231，图中122PP，122VV。已知该理想气体的定体摩尔热容量23RCV，且状态1的温度为T，求气体分别在这两个过程变化中系统从外界吸收的热量和对外所作的功。解：11241213VPQ；112412VPW11231211VPQ；11231VPW3、摩尔数相同的三种气体eH、2N、3NH。若都视为理想气体，且它们从相同的初状态出发，经过等容吸热的过程，如吸收的热量相等，试问：(1)三种气体温度的升高是否相等?若不等，则情况怎样？(2)三种气体压强的增加是否相等？若不等，则情况怎样？解：（1）不等；TRMiQ2，若Q相同，但自由度不同，故温度改变也不同。（2）不等；TRVMP，体积不变，温度增量不同，压强的增量不同。4、(1)用一个卡诺致冷机从7ºC热源中吸收1000J的热量传给27ºC的热源，则需要外界作多少功?若从－173ºC的热源中吸收热量1000J传向27ºC热源，则需外界作多少功?(2)可逆的卡诺机，作热机使用时，如果工作的两热源温差越大，则对提高效率越有利，而当作致冷机使用时，如果两热源的温差越大，对致冷是否也越有利?为什么?解：（1）卡诺循环的致冷机2122TTTWQ安农大2014生药-8-CC277时，需做功JQTTTW4.71100028028030022211CC27173时，需做功JQTTTW2000100010010030022212（2）从上面计算可看到，当高温热源温度一定时，低温热源温度越低，温度差愈大，提取同样的热量，则需要做功也越多，对致冷是不利的。第八章光的波动性一、选择题1、如图所示的波动曲线，下列叙述中正确的是(A)A、若此刻P点向下运动，则该波沿x轴正方向传播;B、若此刻P点向下运动，则此波沿x轴负方向传播;C、若只知道P点在该时刻的运动状态，则无法判断波的传播方向。POy(m)x(m)gfey(m)dcbOax(m)2、如图所示的波形，下列所述正确的是(A)A、a、c、e、g的动能和势能均达最大值;B、a、c、e、g的动能达最大值而势能为零;C、b、d、f的动能为零而势能达最大值。3、用某单色