西南大学网络与继续教育学院课程考试试题卷类别：网教(网教/成教) 专业:电力系统自动化技术 课程名称【编号】：大学物理基础 【1030】 A 卷大作业 满分：100 分一、简答题：（每题 10 分，选择其中 4 个题目作答，共 40 分）1、温度的微观本质是什么？答：温度的微观意义：温度是表征物体冷热程度的物理量，但这是带有主观性质的描述方法；客观地表示温度，可引入克拉珀龙方程与阿伏伽德罗定律，此处不具体阐述。 由物理公式可得出一下结论：宏观量的温度只与气体分子的平均平动动能有关，它与热力学温度成正比，所以温度成为表征物质分子无规则热运动剧烈程度的物理量，这就是温度的微观解释，对气体 、液体、固体均使用。由于温度描述的是大量分子无规则热运动剧烈程度的统计平均效果，故对单个分子来说，温度并无意义。 所以，理论真空状态下没有任何物质，实际真空中物质分子也极少，讨论温度的概念是没有意义的。2、什么是自由度？刚性单原子、双原子、多原子各有几个自由度？答：自由度是确定物体状态所需的独立坐标数,据热力学中的能量均分定理,每个自由度的能量相等（当然没考虑量子效应啦）,都为 Tk/2（振动包括动能和势能,所以振动能量为（Tk/2）*2）,单原子分子仅有 3 个平动自由度,所以为 3Tk/2,非刚性双原子分子有 3 个平动自由度,2 个转动自由度,1 个振动自由度,所以为（3+2+1*2）Tk/2,非刚性三原子分子有 3 个平动自由度,3 个转动自由度,3 个振动自由度所以为（3+3+3*2）Tk/2,刚性分子不用考虑振动,一般非刚性分子有 3*n 个自由度,3 个平动自由度,3 个转动自由度,（n 为原子个数,n>2）,所以有 n-6 个振动自由度.不能说每个分子的能量都是 iTk/2,这是统计规律.3、能量均分定理的内容是什么？答：在平衡态,物质分子能量分配的统计规律.在温度为 T 的平衡态,物质（气体、液体或固体）分子的每一个运动自由度都具有相同的平均动能,其中 k 是玻耳兹曼常量.用它可确定物质的内能和热容量.如果气体分子的平动、转动、振动自由度分别为 t、r、s,则相应的平均动能分别为,因分子内原子的振动除动能外还有势能,且两者在一个周期内的平均值相等,故对于每一个振动自由度,还有的平均势能.于是,分子的平均总能量为,对于理想气体,因分子间无相互作用,其内能就是上述分子平均能量与总分子数的乘积,只与温度有关,其热容量则与温度无关。气体分子能量按自由度的均分通过分子间的频繁碰撞得以建立和维持.外界供给气体的能量,通过器壁与气体分子以及气体分子之间的碰撞分配到各自由度上.对于液体和固体,能量按自由度均分是通过分子间很强的相互作用而实现的。能量均分定理在经典物理范围内适用,要求能量可以连续地变化,它的困难也正源于此。4、什么是热力学系统？根据系统与外界之间的相互作用以及能量、质量交换的情况，可以把系统分为哪四种？答：热力学系统是指由大量微观粒子组成，并与其周围环境以任意方式相互作用着的宏观客体。热力学的研究对象。简称系统，或热力系、热力系统。它不仅是宏观的，而且是有限的。热力系与环境之间的界限称为分界面。分界可以是真实的或虚拟的 ，固定的或移动的。一般把系统的周围环境称为系统的外界或简称外界。系统分类 （1）敞开系统（open system）：与环境之间既有能量传递，也有物质传递 （2）封闭系统（closed system ）：与环境之间只有能量传递 ，没有物质传递 （ 3）孤立系统（ isolatedsystem）：与环境之间既没有能量传递，也没有物质传递5、热力学第一定律的内容是什么？答：热力学第一定律就是不同形式的能量在传递与转换过程中守恒的定律，表达式为 Q=△U+W。表述形式：热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。该定律经过迈耳 J.R.Mayer、焦耳 T.P.Joule 等多位物理学家验证。热力学第一定律就是涉及热现象领域内的能量守恒和转化定律。十九世纪中期，在长期生产实践和大量科学实验的基础上，它才以科学定律的形式被确立起来。6、什么是熵增加原理？答：利用绝热过程中的熵是不变还是增加来判断过程是可逆还是不可逆的基本原理。利用克劳修斯等式与不等式及熵的定义可知，在任一微小变化过程中恒有熵增加原理，其中不等号适于不可逆过程，等号适于可逆过程。对于绝热系统，则上式又可表为 dS≥0。这表示绝热系统的熵绝不减少。可逆绝- 1 - 热过程熵不变，不可逆绝热过程熵增加，这称为熵增加原理。7、一个物体做简谐振动，其能量的特征是什么？答：波在传播时，介质中各质元都在各自的平衡位置附近振动，因而具有动能，同时介质要产生形变，因而具有弹性势能。介质的动能与势能之和称为波的能量。以平面简谐波为例，质元的动能和势能都随时间作简谐振动，而且它们具有相同的振幅，角频率，位相。意味着，质元经过平衡位置时,具有最大的振动速度，同时其形变也最大。8、什么是波动？机械波与电磁波的主要区别是什么？答：波动，是一种物质运动形式，属于物理学研究范围。波动是一种常见的物理现象。波动是质点群联合起来表现出的周而复始的运动现象。其成因是介质中质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并将形振动形式由远及近的传播开来，各质点间存在相互作用的弹力。机械波是由物体的机械波动形成的。它与电磁波和物质波是两类概念。电磁波是电磁场在空间内的波动传播。而物质波是物质运动是波动性的表现。我们知道一切物质都有波粒二像性，其波动性的波长为普郎克常量与其动量的商。从微观的角度讲，光子由于动量较小则波动性表现明显，这样光子的运动就主要表现出波的性质。（表现为电磁波）而宏观上的物质也具有波动性（表现为物质波）这里要注意，光子与构成我们能直接感知的物质的物质粒子是不同类的。9、什么是光程？ 答：光程是光在媒质中通过的路程和该媒质折射率的乘积。例如，在折射率为 n 的介质中，光行进一距离 d，光程即为乘积 nd，由 n 的物理意义可知，光在该介质中行经距离 d 所需的时间，与光在真空中行经 nd 距离所需的时间相等。这是因为，媒质的折射率等于真空中的光速和媒质中的光速之比，所以光程也就是在相同的时间内光在真空中通过的路程。10、什么是布儒斯特定律？答：布儒斯特定律（Brewster's law）是指自然光经电介质界面反射后，反射光为线偏振光所应满足的条件。该定律由英国物理学家 D.布儒斯特于 1815 年发现，适用于物理光学和几何光学领域。二、计算题：（每题 30 分，选择其中 2 个题目作答，共 60 分）1、一体积为 1.0×10-3 m3 的容器中，含有 4.0×10-5 kg 的氦气和 4.0×10-5 kg 的氢气，它们的温度为30℃，试求容器中混合气体的压强。 解： He 的摩尔质量： H2的摩尔质量： 2、今有两摩尔的理想气体氮气，温度由 17℃升为 27℃。若在升温过程（1）体积保持不变，（2）压强保持不变，求气体在这两过程中各吸收多少热量？各增加了多少内能？各对外做了多少功？（ ）3、一质点沿 x 轴作简谐振动，振幅 A＝0.05m，周期 T＝0.2s。当质点正越过平衡位置向负 x方向运动时开始计时。（1） 写出此质点的简谐振动方程；（2）另一质点和此质点的振动频率相同，但振幅为 0.08m，并和此质点反相，写出另一质点的简谐振动方程； 解：（1）由 ，可得 （2）- 2 - （3）由于 t=0 时， ，可知 ，而 ，所以有4、有一沿 X 轴正方向传播的平面谐波，设 P 点的振动方程为y=5×10−2cos (800 πt+π3)波速 u=200m/，（1）求简谐波的表达式（以 P 为原点）； （2）求此波的频率与波长 （3）Q 点与 P 点相距 X=5.0m，问 Q 点与 P 点的的相位差是多少?（题二、4 图）5、用波长 λ=500nm 的单色光垂直照射在由两块玻璃板（一端刚好接触成为劈棱）构成的空气劈尖上。劈尖角 θ=2×10-4rad。如果劈尖内充满折射率为 n=1.40 的液体。求从劈棱数起第五个明条纹在充入液体前后移动的距离。解：设第五个明纹处膜厚为，则有 2ne+0.5λ=5λ设该处至劈棱的距离为 L，则有近似关系 e=Lθ，由上两式得 2nLθ=9λ/2, L=9λ/4nθ充入液体前第五个明纹位置 L1=9λ/4θ充入液体后第五个明纹位置 L2=9λ/4nθ充入液体前后第五个明纹移动的距离L= L1- L2=9λ(1-1/n)/4θ=1.61mm6、为了测量金属细丝的直径，把金属丝夹在两块平玻璃之间，使空气层形成劈尖（如图所示） 。如用单色光垂直照射，就得到等厚干涉条纹。测出干涉条纹间的距离，就可以算出金属丝的直径。某次的测量结果为：单色光的波长 λ=589.3nm，金属丝与劈尖顶点间的距离 L=28.880nm，30 条纹间的距离为 4.295mm，求金属丝的直径 D。7、杨氏双缝干涉装置的下缝上被一片很薄的玻璃片覆盖，这时零级明纹移动到原来的 6 级暗纹的地方，如果入射光的波长为 600nm，玻璃片的折射率为 n=1.55，求玻璃片的厚度 e。8、在杨氏双缝干涉实验中，S2 缝上覆盖的介质厚度为 h，折射率为 n，设入射光的波长为 l。问：原来的零级条纹移至何处？若移至原来的第 k 级明条纹处，介质厚度 h 为多少？ （ 题二、8 图）从 S1和 S2发出的相干光所对应的光程差为当光程差为零时，对应零条纹的位置应满足：所以零级明条纹下移。原来 k 级明条纹位置满足设有介质时零级明条纹移到原来第 k 级处，它必须同时满足因此，介质厚度为- 3 - - 4 -