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= 12.2 (K).在 da等体过程和ab等压过程中,气体吸热= 659 (J) 循环的效率 =15.4%5-9 一卡诺热机工作于温度为1000 K与300 K的两个热源之间,如果 将高温热源的温度提高100 K,则理论上热机的效率将增加 3 %; 将低温热源的温度降低100 K,则理论上热机的效率各增加 10 %解:热机工作在1000 K与300 K之间时的效率 = 70% 高温热源提高100 K时的效率 = 73%,提高= 3%; 低温热源降低100 K时的效率 = 80%,提高= 10%;5-12 一台电冰箱,为了制冰从260 K的冷冻室取走热量209 kJ如果室温是300 K,电力做功至少应是多少(假定冰箱为理想卡诺循环致冷机)?如果此冰箱能以0.209 kJ/s的速率取出热量,试问所需电功率应是多少?解:此卡诺循环的致冷系数为 = 6.5从冷冻室取走热量209 kJ时,所需电功至少为= 3.22104 J = 32.2 kJ如果此冰箱以0.209 kJ/s的速率取出热量,所需电功率至少为 = 32.2 w*5-13 有一套动力装置,用蒸汽机带动致冷机若蒸汽机锅炉的温度为227,用暖气系统作为蒸汽机的制冷器,制冷器温度为57;致冷机在温度为7的天然蓄水池中吸热,并放给暖气系统试求每燃烧1 kg燃料(燃烧值为2.00107 J/kg)所能共给暖气系统热量的理想值解:蒸汽机的效率为 = 34%从1 kg燃料中吸收的热量为 = 2.00107 J对外做功为 = 6.80106 J因此放入暖气系统的热量为 = 1.32107 J致冷机的致冷系数为 = 5.6它从天然蓄水池中吸热 = 3.81107 J每燃烧1 kg燃料所能共给暖气系统的总热量为= 5.81107 J作业7 振 动7-1 固体中相邻原子之间的作用力类似于用弹簧联接的弹力在常温下,固体中原子振动的频率约为 Hz,某固体中的一个银原子以此频率振动,假设其余原子都不动已知一摩尔银(有6.02个原子)的质量为 108 g则原子间的等效劲度系数为 707 N/mP131. 7.4 解:银原子质量 m = 10810-3/6.021023 , = 707 N/m7-2 喇叭膜片作简谐振动,频率为 440 Hz,其最大位移为 0.75 mm,则角频率为 880 ;最大速率为 2.07 m/s;最大加速度为 5.73103 m/s2P132. 7.6 解:,;,;7-3 一汽车可视为是被支撑在四根相同的弹簧上,可沿铅垂方向振动,频率为3.00 Hz,车的质量为 1450 kg,设车重均匀的分配在四根弹簧上,则每根弹簧的劲度系数k = 1.288105 N/m;若有平均质量为 73.00 kg的 5 个人坐在车上,仍定车和人的总重量均分于四根弹簧上,则此时车与人所构成系统的振动频率为v = 2.68 HzP137 7.14 解:四根弹簧并联 ,_= 1.288105 N/m M = 1450 + 73 5,_ = 2.68 Hz(a)xt (s)AA/2PO1(b)xt (s)AO17-4 图(a)、(b)为两个简谐振动的 x t曲线,用余弦函数表示振动时,它们的初相位分别是 = - p/3 ,= p/2 ;角频率分别为 = 5p/6 rad/s,= p rad/s;图(a)曲线上P点的相位 = p/3 ,速度的方向为 负 ,加速度的方向与速度的方向 相同 ,达到P点的时刻 t = 0.8 s原题 19-4题7-4图题7-6图7-6 一长方形木块浮于静水中,其浸入深度为 h,用手慢慢下压木块,使其浸入深度变为 b,然后放手任其运动 试证明:若不计阻力,木块的运动为谐振动,并写出木块运动的动力学(微分)方程; 求振动的角频率,周期,振幅,初相位,并写出木块的运动学(余弦函数)方程P138 7.15解: 取如图所示的坐标系,木块在任一位置x处所受浮力为 由平衡条件有 木块所受合力为 木块运动微分方程为 即 木块的运动为谐振动 振动的角频率 , 周期 设木块的运动学方程为 由初始条件 t = 0时 ,求得振幅 , 初相位 木块的运动学方程为 *7-14 如图所示,一直角匀质刚性细杆,水平部分杆长为l,质量为m,竖直部分杆长为 2l,质量为2m,细杆可绕直角顶点处的水平固定轴O无摩擦地转动,水平杆的末端与劲度系数为k的弹簧相连,平衡时水平杆处于水平位置试求杆作微小摆动时的周期 P122 7-1题7-14图解:设平衡时弹簧伸长,细杆系统O的对合外力矩为零,有当细杆摆到任意角度位置时,弹簧的伸长量为,细杆系统所受合外力矩为摆动幅度微小, ,以上各式与式一同代入式,有 由刚体的定轴转动定律,有 细杆对O的总转动惯量为 细杆作微小摆动的微分方程为 角频率为 , 周期为*7-15 设有两个相互垂直的同频率谐振动 和 ,其中求合振动的轨迹 P144 7.26解: 由x方向的振动得 由y方向的振动得 也可写成 将式和式平方后相加,有 式中 ,代入上式并化简,得合振动的轨迹方程 该轨迹为斜椭圆,如图所示 作业9 光的干涉9-1 两束平面相干光都以光强平行地照射到某一表面上,两光合成可能达到的最大强度是 9-2 在双缝干涉实验中,光的波长为600 nm,双缝间距为2 mm, 双缝与屏的间距为3.00 m,在屏上形成干涉图样的明条纹间距为 0.9 mm解:双缝干涉相邻明条纹间距为9-3 在真空中波长为的单色光,在折射率为n的透明介质中从A沿某路径传播到B若A、B两点相位差为,则此路径AB的光程差为 9-4 在双缝干涉实验中,入射光的波长为,用透明玻璃纸遮住双缝中的一个缝,若玻璃纸中光程比相同厚度的空气的光程大 2.5, 则屏上原来的明纹处变为 暗纹 (填明纹、暗纹、无法确定)9-5 在双缝干涉实验中,用汞弧灯加上绿色滤波片作光源,两缝间距为0.6 mm, 在2.5 m远处的屏幕上出现干涉条纹,测得相邻两明纹中心距离为2.27 mm求入射光的波长解:相邻两条纹的间距 =mnm题9-6图S1S2S9-6 如图所示,在双缝干涉实验中入射光的波长为550 nm,用一厚度为的透明薄片盖住缝,发现中央明纹移动了3个条纹,上移至点,求透明薄片的折射率解:当透明薄片盖住一条缝时,光程差将增加 ,正是这一附加光程差使中央明纹移动到原来3级明纹的位置,即 , 题9-9图9-9 一束波长为的单色平行光垂直照射在薄膜上,经上、下两表面反射的两束光发生干涉,如图所示,薄膜厚度为e 若n1n2n3,则两束反射光的光程差 ; 若,则两束反射光的光程差 解: n1n2n3,上表面反射光1有半波损,下表面反射光2没有半波损,故两束反射光程差为 若,上、下两表面反射光均有半波损,光程差为 9-10 一束波长为的单色光由空气垂直入射到折射率为n的透明薄膜上,透明薄膜放在空气中,要使反射光得到干涉加强,则薄膜的最小厚度为 解:上表面反射光有半波损,下表面反射光没有半波损,光程差为 干涉加强条件为 取, 9-11 将单色光垂直照射在空气劈尖上,若将整个劈尖装置由空气放入水中,观察劈尖条纹的变化为 变窄 (填“变窄”或“不变”或“增大”)解:由劈尖条纹间距公式 ,劈尖由空气放入水中增大,不变,减小题9-12图9-12 在图示的三种透明材料构成的牛顿环装置中,用单色光垂直照射,在反射光中看到干涉条纹,则在接触点P附近形成的圆斑为:右半部 暗 (填“明”或“暗”),左半部 明 (填“明”或“暗”)解:在接触点,在左半边上下表面反射光均有半波损,光程差为0,为明纹而在右半边,仅上表面反射光有半波损,光程差为,为暗纹.题9-13图9-13 如图所示,用波长为的单色光垂直照射折射率为的劈尖膜()观察反射光干涉,从劈尖顶开始,第2条明纹对应的薄膜厚度为_解:劈尖膜仅下表面反射光有半波损 得 9-14 为了测量由两平板玻璃构成的空气劈尖的微小夹角,用波长为589 nm的平行光垂直照射空气劈尖,测得反射光的等厚干涉条纹的间距mm求劈尖的夹角;接着在该空气劈尖中充满待测液体,再测得干涉条纹间距mm,求液体的折射率解: 劈尖等厚干涉条纹间距 空气劈尖 ,劈尖的夹角一般很小, rad 充液后 mm ,但和都保持不变,设待测液体的折射率为,则9-15 牛顿环装置中平凸透镜的曲率半径R = 2.00 m,垂直入射的光波长,让折射率为n = 1.461的液体充满平凸透镜和平板玻璃之间形成的环形薄膜间隙中求: 充以液体前后第10暗环条纹半径之比是多少? 充液之后此暗环的半径(即第10暗环的r10)为多少?解: 第K条暗环半径为 即由空气到液体牛顿环半径变小,条纹向中心收缩 mm9-16 白光垂直照射到空气中一厚度为380 nm的肥皂水膜上,问肥皂水膜表面呈现什么颜色?(肥皂水的折射率看作1.33)解:从肥皂膜两表面反射的两条光线的光程差 ,当,时,反射光最强,解得相应波长 ,已知,在白光范围400 760 nm内,只能取和,相应波长为(红色),(紫色)所以肥皂水膜表面呈紫红色9-17 在折射率的照相机镜头表面镀有一层折射率的MgF2增透膜,若此膜可使波长nm的光透射增强,问此膜的最小厚度为多少?解:,上、下两表面反射光均有半波损,光程差为 为使给定波长的透射光增强,要求该波长光反射光干涉相消,应满足条件取,对应膜的最小厚度9-18 在迈克尔逊干涉仪的一条光路中,放入一折射率为,厚度为d的透明薄片,放入后,这条光路的光程改变了 作业11 光的偏振11-1 一束部分偏振光由自然光和线偏振光相混合而成,使之垂直通过一检偏器当检偏器以入射光方向为轴进行旋转检偏时,测得透过检偏器的最大光强为I1,最小光强为I2,如果所用检偏器在其透光轴方向无吸收,则入射光中自然光的强度为 2I2 ;线偏振光的强度为 I1 - I2 原23-3题11-2 两偏振片的偏振化方向的夹角由45o转到60o,则转动前后透过这两个偏振片的透射光的强度之比为 2 原23-5题,解:,11-3 一束光强为I0的自然光光波,通过三个偏振片P1,P2,P3后,出射光强为已知P1和P3偏振化方向相互垂直,若以入射光为轴转动P2,使出射光强为零,P2最少要转动角度为 45 解:自然光通过光强为;通过光强为;再通过光强为算得 若以入射光为轴,转动P2使出射光强为零,P2最少要转动角度为45.11-4 要使一束线偏振光通过偏振片后振动方向转过,至少需要让这束光通过_2_块理想偏振片,在此情况下,透射最大光强是原来光强的_1/4_倍解:至少需2块线偏振光通过光强 ,通过光强 11-5 光强度为I0的自然光投射到一组偏振片上,它们的偏振化方向的夹角是:P2与P3为、P2与P1为则透射光的光强为多大?将P2拿掉后又是多大?图(a)解:如图(a)示,通过第一偏振片P1后光强为通过第二偏振片P2后光强为通过第三偏振片P3后光强为图(b)去掉第二偏振片P2后有两种情况:如图(a)示,P1、P3正交 有 如图(b)示, P1与P3夹角为 有 题11-6图I11-8 当一束自然光在两种介质分界面处发生反射和折射时,若反射光为完全偏振光,则折射光为 部分偏振 光,且反射光和折射光之间的夹角为 90 题11-9图1211-9 一束自然光自空气射入一块平面玻璃上(如图所示),设入射角等于布儒斯特角i0,则在界面2的反射光是 振动方向入射面的线偏振 光原23-2题11-10 自然光以55角从水中人射到另一种透明媒质表面时,其反射光为线偏振光,已知水的折射率是1.33,则上述媒质的折射率为 1.9 ;透入到媒质的折射光的折射角是 35 原23-1题11-11 某种透明媒质对于空气的全反射临界角为45,光从空气射向此媒质的布儒斯特角为 54.7 解:若临界角为,由反射定律, 再由布儒斯特定律, 11-12 水的折射率为1.33,玻璃折射率为1.50,当光由水中射向玻璃而反射时,起偏振角为多少?当光由玻璃射向水面反射时,起偏振角又为多少? 解: 设水的折射率为,玻璃的折射率为,当光由水射向玻璃反射时,由布儒斯特定律,若光由玻璃射向水面被反射,则起偏角为11-13 晶体内不发生双折射的方向 称为晶体的光轴;主平面由 光线与光轴 构成 (原23-7题)11-14 主折射率为no=2.0,ne=1.5的单轴晶体,一平面单色自然光由空气入射到晶体表面,光轴方位以及入射光的方向分别如图(a)、(b)、(c)、(d)所示试用惠更斯作图法分别画出这四种情形中o光和e光的光路及振动方向光轴题11-14图(a)解:,(a)作图步骤: 作ABBD,令, 在晶体内以A点为圆心,作半径为的半圆,及半长轴为,半短轴为的半椭圆,两者相切于光轴处 自D点引半圆的切线,切点为O点,连接AO并延长即为o光光线; 自D点引半椭圆的切线,切点为E点,连接AE并延长即为e光光线; o光振动o主平面,为“”振动;e光振动在e主平面内,为“”振动 由晶体出射的所有光线均与入射光线平行.题11-14图(b)光轴(b)作图步骤: 在晶体内分别以A点和D点为圆心,作半径为(可任取)的半圆,及半长轴为,半短轴为的半椭圆,两者相切于光轴处 作两半圆的公切线,切点为O,连接AO并延长即为o光光线; 作两半椭圆的公切线,切点为E,连接AE并延长即为e光光线; o光振动o主平面,为“”振动;e光振动在e主平面内,为“”振动 由晶体出射的所有光线均与入射光线平行题11-14图(c)光轴(c)作图步骤: 作ABBD,令, 在晶体内以A点为圆心,分别作半径为和的半圆. 自D点引半圆的切线,切点为O点,连接AO并延长即为o光光线; 自D点引半椭圆的切线,切点为E点,连接AE并延长即为e光光线; o光振动o主平面(o光线与光轴组成的面),为“”振动;e光振动在e主平面(e光线与光轴组成的面)内,为“”振动 由晶体出射的所有光线均与入射光线平行(d)作图步骤: 作ABBD,令,题11-14图(d)光轴 在晶体内以A点为圆心,作半径为的半圆,及半长轴为,半短轴为的半椭圆,两者相切于光轴处 自D点引半圆的切线,切点为O点,连接AO并延长即为o光光线; 自D点引半椭圆的切线,切点为E点,连接AE并延长即为e光光线; o光振动o主平面,为“”振动;e光振动在e主平面内,为“”振动 由晶体出射的所有光线均与入射光线平行*11-15 如图所示的渥拉斯顿棱镜用方解石(no=1.6584,ne=1.4864)制成,并且顶角 试求当一束自然光垂直入射时,从棱镜出射的两束线偏振光的夹角,并示意画出光路及偏振态 若渥拉斯顿棱镜改用石英(no=1.54424, ne=1.55335)制成,求两线偏振光的夹角自然光光轴光轴ABCD题11-15图解:两块棱镜的光轴垂直,在界面AC处,光和光发生了转化 而且在第二棱镜中两光均遵从折射定律o光e光e光o光自然光光轴光轴ABCD,垂直振动是光密光疏,光线远离法线;而 平行振动是光疏光密,光线靠近法线;当两光线出晶体时,均是光密光疏,均远离法线 AC面上 光轴光轴 CD面上 将 no=1.6584, ne=1.4864 代入上述式子,可求得:52

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