湘潭大学物理练习册答案全.pdf

练习一 质点运动学（一） 1（D） 2.（D） 3 4 5（1） （2） （3） 6答：矢径是从坐标原点至质点所在位置的有向线段。 位移是由前一时刻质点所在位置引向后一时刻质点所在 位置的有向线段， 它们的一般关系为 若把坐标原点选在质点的初始位置，则，任意时刻质点对 此位置的位移为，即此时既是矢径也是位移。 练习二 质点运动学（二） 1 2（C） 3三 ， 三至六 4 5 6根据已知条件确定常量k 练习三 质点动力学（一） 1（D） 2. （C） 3 4 5因绳子质量不计，所以环受到的摩擦力在数值上等于张力 T，设对地加速度为，取向上为正；对地加速度为（亦即绳子的加速 度）向下为正， 6(1)子弹进入沙土后受力为kv,由牛顿定律有 （2）求最大深度 练习四 质点动力学（二） 1（C） 2.（B） 3 4 5（1）系统在水平方向动量守恒。令子弹穿出时物体的水平 速度为v/ （2） 负号表示冲量方向与方向相反 6这个问题有两个物理过程： 第一过程为木块M沿光滑的固定斜面下滑，到达B点时速度的大 小为 方向：沿斜面向下。 第二个过程：子弹与木块作完全非弹性碰撞。在斜面方向 上，内力的分量远远大于外力，动量近似守恒，以斜面向上为正，则 有 得 练习五 质点动力学（三） 1（C） 2.（B） 3 290J 4 5（1）以小车、滑块、弹簧为一系统，忽略一切摩擦，在 弱簧恢复原长的过程中，系统的机械能守恒，水平方向动量 守恒。设滑块与弹簧刚分离时，车与滑块对地的速度分别为 V和v，则 （2）滑块相对于小车的速度为 6以弹簧、物体、地球为系统，取弹簧自然伸长处为原 点，沿斜面向下为x轴正向，且以原点为弹性势能和重力势能零点，则 由功能原理，在物块向上滑至x处时，有 物块静止位置与v0对应，故有 解此二次方程，得 另一根xl，即初始位置，舍去 练习六 刚体力学基础（一） 1（C） 2.（3） 3 4 5（1） 方向垂直纸面向外 （2）由机械能守恒，有 （3） 6， 联立以上5式，得 练习七 刚体力学基础（二） 1（C） 2 3 4守恒， 5（1）选杆与地球为系统，机械能守恒，有 由转动定律 6， （1）转台人哑铃地球系统的机械能不守恒。 因人收回二臂时要作功，即非保写力的功不为零，不满足 守恒条件。 （2）转台人哑铃地球系统的角动量守恒。 因为系统受到的对竖直轴的外力距为零。 （3）哑铃的动量不守恒，因有外力作用。 哑铃的动能不守恒，因有外力对它作功. 练习八 相对论（一） A ； B ； C; 4. C, C; 5. 12m, 4s; 6. 在S系中，； 在s中， 由 得 即：，说明B事件先发生。 再由上式，可解出：。 通过得， 练习九 相对论（二） A ， C ； ; 。 解：由于电子的速率接近光速，因此经典力学的动能公式已经不适用，只能运用相对论的 动能表达式 。 再根据相对论中运动质量和静止质量的关系 。 可得出 ， 由功能关系可知，这就是所需要做的功。 解: , 解出 . 由 , 从而得出 . 答：（1）质量，； 动量，； 动能：。 （2）质量，时间； （3）都不是。 练习十 机械振动（一） 1、1s 、 、 5s 2、 T=0.1s T=0.25s T=0.5s x 3、（3）（4） 4、（2） 5、（1） ， 时 （2）时 ， （3） ， ， 6、 (1) 从图中知 ； ， 且 (2) b点： 同理 a 点 、 ； c点 、 练习十一 机械振动（二） cm 1、； 2 2、 0.5 t (s) -1 合振动曲线 3、（2）； 4、（1） 5、 ， ， 6、（1）， （2）， （3）, 练习十二 机械波（一） 1、（1）（3） 2、（4） 3、A 4、 ， （） 5、（1） ,当 时 （2）同一点，时间差，相应位相差 当 时， 6、（1） 波动方程为 （2） 的振动方程为 ， 的振动方程为 （3） 时 处 ，处 。 练习十三 机械波（二） 1、 表示以波速向轴正向传播的平面简谐波，固定时表示位于处质点的简谐振动，固定时 表示各质点时刻的位移，即波形； 2、能流密度 ， ； 3、（1）；4、（3）； 5、（1）时， ， （2）， y （3）时与波源相距处质点位移 0 5 10 x（m） 波形曲线 ； ； 6、（1）A点振动 ， 以A为坐标原点、沿x轴正向传播的波的波动方程为 ， （2）在A点左边5cm处B点的振动 所以，以B点为坐标原点的波动方程为 （3）沿x轴负向传播， 以 A为原点 以 B为原点 。 练习十四 机械波（三） 1、 相干波源是指两个频率相同、振动方向相同、周相相同或周相差恒定的波源。 出现空间某些点振动始终加强，而另一些点振动始终减弱或完全抵消的现象。 y 2、0.7cm 3、（1） 4、 u 0 x 5、设S1和S2的振动初位相分别为 和，两波的波动方程为 ， 处两波引起的振动位相差 处两波引起的振动位相差 解得 ， ，当时位相差最小 6、（1）与标准波动方程 比较可得 ， 波速 （2）节点位置 ， （） （3）波腹位置 ， （）。 练习15 气体动理论基础（一） 1A 。2. D。3. D 。 4. 1.33105 Pa 5. kT; kT; MRT/Mmol 6. 解：(1) M / Mmol=N / NA N=MNA / Mmol J (2) 400 K 练习16 气体动理论基础（二） 1B 。 2C 。3. A 。 4 氩 ; 氦. 5 2 ; ; 2 ; 6. 解： p1V=nRT1 p2V=nRT2 T2=2 T1p2 / p1 练习17 热力学基础（一） 1. C 。 2. C 。 3. D 。 4. ; 5. ; 0 6.解：氦气为单原子分子理想气体， (1) 等体过程，V常量，A =0 根据热一律 QDE+A 可知 623 J (2) 定压过程，p = 常量， =1.04103 J E与(1) 相同 A = Q - E417 J (3) 绝热过程 Q =0， 623 J 根据热一律 QE+A 可知 A = -E=-623 J (负号表示外界作功) 练习18 热力学基础（二） 1. D。 2. C。 3. A 。 4 8.31 J ； 29.09 J 。 5 如图1 等压 绝热 图1 6解：由图2，pA=300 Pa，pB = pC =100 Pa；VA=VC=1 m3，VB =3 m3 (1) CA为等体过程，据方程pA/TA= pC /TC得 TC = TA pC / pA =100 K BC为等压过程，据方程VB/TB=VC/TC得 TB=TCVB/VC=300 K (2) 各过程中气体所作的功分别为 AB： =400 J BC： A2 = pB (VCVB ) = -200 J CA： A3 =0 (3) 整个循环过程中气体所作总功为 A= A1 +A2 +A3 =200 J 图2 因为循环过程气体内能增量为E=0，因此该循环中气体总吸热 Q =A+E =200 J 练习19 热力学基础（三） 1. D。 2. C 。 3. C 。 4状态概率增大 不可逆的 5E = 0， S 0 6. 解：准静态过程 等温过程 由 得 代入上式 得 熵变 J/K 练习二十 静电场（一） 1、B 2、B 3、水平向左、 4、 5、 方向沿r背离o点 r o 时最大 6、取ox轴如图，则 沿i方向 0 q P x L d 练习二十一 静电场（二） 1、D 2、D 3、D 5、 沿方向 4、 （a） （b） 6、（1） ， （2）同理 时 练习二十二 静电场（三） 1、A 2、B 3、 ， 4、 5、 r P Q （1） L 3r 同理 （2） ， 6、面密度为-的圆盘在离o为x 的p点产生电场 练习二十三 静电场（四） 1、 、 2、 ， 3、 B 4、A 5、（1）球电势 球壳电势 （2） ， （3） 6、令A板左侧面电荷密度为 ，右侧面电荷密度为 C A B 且 解得 （1） （2） 练习二十四 静电场（五） 1、D 2、C 3、相等，不相等，不相等 4、 、 5、（1） ， （2） ， 同理 6、（1） （） ， （） （）， （） （2） （）， （） （） 练习二十五 稳恒磁场（一） 1、D 2、2.210 6 Wb 3、(C) 4、，方向垂直纸面朝里 5、（1） ， （2） ， （3），或 6、圆线圈 ，方线圈 ， ， 正方形一边在中心点产生磁场 ， 各边产生的相同 ， , 。 练习二十六 稳恒磁场（二） 1、C 2、D 3、 ， 4、 5、 6、 ， 时 ，时 ，取 则 练习二十七 稳恒磁场（三） 1、 C 2、（4） 3、，y轴正向 4、 5、取xy如图 方向沿半径 ， r y dF R x I2 I1 ， 6、半径为r的圆环 中电荷，以旋转时电流 ，磁矩 受到磁力矩 力矩 ，方向垂直向上。 练习二十八 稳恒磁场（四） 1、107 m/s 2、 3、（B） 4、（A） 5、方向向左， 方向向右，当时即可 ， 。 6、电子以绕核作半径为r的轨道运动时，等效电流 磁矩 。 练习二十九 电磁感应（一） 1、 oa表示铁磁质、ob表示顺磁质、oc表示抗磁质 2、 ob表示剩余磁感应强度、oc表示矫顽力 3、 、； 4、 ，N端电势高 5、 （2） 6、 C 练习三十 电磁感应（二） 1、 2、， 3、（A） 4、（B） 5、 顺时针方向。 V 6、动生电动势 方向从b到a ， 感生电动势 a R b R c 方向从a到c ， 练习三十一 电磁感应（三） 1、， 2、 3、（A） 4、（A） 5、 ， 。 6、设圆柱截面半径为R，则 时 单位长度上 。 练习三十二 电磁场和电磁波 1、（B）（D） 2、（1）垂直纸面向里、（2）垂直op向下 3、涡旋电场 位移电流 4、（1） ， （2） ， 5、（1） （2） （） ， （） 练习三十三 光的干涉（一） 1 B; （2）B; 3 B； 4 1130； 5 解：（1）； (2）覆盖玻璃后，零级明纹应满足： 设不盖玻璃片时，此点为第k级明纹，则应有 故零级明纹应移到原第7级明纹处。 6 解： 第四级明纹至中心距离满足： 练习三十四 光的干涉（二） 1 A； 2 A； 3 ； 4 ； 5解：空气劈尖时，间距 液体劈尖时，间距 因此， 6解：设所用的单色光波长为，则该单色光在液体中的波长为/n ，根据牛顿环明环半径公 式 ， 有 ， 充液体后， 练习三十五 光的衍射（一） 1 D； 2 D; 3 2 .5， 5 ； 4 6，第一级明纹； 5 解：由，第三级暗纹的位置 6 解：中央明纹宽度 浸入水中： . 练习三十六 光的衍射（二） 1 C； 2 D； 3 B; 4 5 ；参考解：根据缺级条件，可知第三级谱线与单缝衍射的第一级暗纹重合（因而缺 级）。因此，在单缝衍射的中央明条纹内有5条谱线，它们相应于，。 5 解（）由于P点是明纹，故有 且 代入前式， 所以 在可见光范围内求得k值是2.34.75。由于k只能取整数，因此k=3或k=4。 当k=3，得，对应于p点看夹缝处的波阵面可分为2k+1=7个半波带； 当k=4，得，对应于p点看夹缝处的波阵面可分为2k+1=9个半波带。 6、解：（1）由光栅公式得 若第三级不缺级，则有 (2) 由于第三级缺级，对应最小可能的 方向应是单缝衍射第一级暗纹， (3) ) 所以实际可观察到 级5条明纹 （处看不到）。 练习三十七 光的偏振 1 B； 2 ； 3 ，； 4 传播速度， 单轴； 5 解 ：（1）自然光I0 透过P1的光强 设P1与P2的偏振化方向的夹角为 ，则透过P2 后的光强为 透过P3后的光强 由题知，因此可得 ； （2）转动P2 ，使，即 ； 则P1与P2的偏振化方向的夹角为，P2转过的角度为。 6 解：设自然光的强度为 ，则通过第一偏振片的光强为 ，再通过第二个偏振片的光强为 ， ， 今在两偏振片中间再插入一偏振片后，透过各振片的光强为 。 参 考 答 案 练习三十八 量子物理基础 （一） 1. D 。 2. B 。 3. D 。 4. 51014 ； 2 。 5. 6. 解：入射光子的能量为 散射光子的能量为 反冲电子的动能为 1.6810-16 练习三十九 量子物理基础 （二） 1. B 。 2. C 。 3. C 。 4. 9r1 = 4.7710-10m , 3 h = 3.1610-34J.S , 6条; 5. 13.6 ; 3.4 6. 解：由于发出的光线仅有三条谱线，按： n =3 k =2， n =3 k =1， n =2 k =1 各得一条谱线 可见氢原子吸收外来光子后，处于n =3的激发态以上三条光谱线中，频率最大的一条是： =2.921015 Hz 这也就是外来光的频率 练习四十 量子物理基础 （三） 1 A 。 2 D 。 3. D 。 4. 0.145nm; 6.6310-20 nm 5. 11 ; 41 . 6. 1.6710-27kg， 1.5104m/s, 7. 解：远离核的光电子动能为 eV 则 7.0105 m/s 光电子的德布罗意波长为 1.0410-9 m =1.04 nm 练习四十一 量子物理基础 （四） 1. C。 2. D。 3. A 。 4. a / 6， a / 2， 5 a / 6 5. 解：所谓归一化就是让找到粒子的概率在可能找到的所有区域内进行积分，并使之等于 100% ， 即 所以 于是得到归一化的波函数 n = 1，2，3， 6