第4章 态和力学量的表象
习题4.1 求一维无限深势阱中处于状态)(x n ψ的粒子的动量分布概率密度2|)(|p C n 。
解：无限深势阱?
?
?
≤≤><=a
x a
x x x a x n a
n 0,sin
,0,0)(2πψ，（n=1,2,3,…）,
?
?
?
--+∞
∞
--==
=
a
ipx a
x n a
a
ipx a
x n a ipx n n dx
e
dx e
dx e
x p C 0
/1
/221
/21sin
sin )()(
πππππψ
积分方法1：利用公式c pxdx e p
a px p px a e
ax ax
+=
?+-2
2
)
cos sin (sin
有22
/22/2
2
/)()()cos 1(1
)
()()cos (1
)
()()
cos
sin
(1
|)(
p a
n ipa p a
n a
n a
n ipa a
n ip a
n a n a
n ip ipx n e
a n a n e
a
a
x x e
a
n p C ---+-+-
-----=
=
=
πππ
πππππππππππ
积分方法2：???-=-a a
x n a
a
x
n a
ipx a
x n dx
px i dx px dx e
0/)/sin(sin
)/cos(sin
sin
πππ
利用三角函数的积化和差公式分别对实部和虚部积分
积分方法3：用复数积分法
)
(|)()()(sin
)()
//(1
)
//(1
)
//()//(210)//()//(210
)//()//(210
///210
/1)//()//()//()//(
p a n i p a n i p a n i e
p a n i e a
i a
p a n i e
p a n i e a
i a
x
p a n i x
p a n i a
i a
ipx a
x in a
x in a
i a
ipx a
x n a n a
p a n i a
p a n i x
p a n i x
p a n i dx
e
e
dx e
e
e
dx e
p C +-+----+------
-
+
=
-=-=-=
=
+-----?
?
?
ππππππππππππππππππππ
22/2
2
2
2
)
/(2
2
)
/()
/()()()cos 1(1
)
/()/(/2)
/()/(/221)
/()/(/2)
//()//(21)
(
)
(
p a n ipa pa n i pa n i pa n i n e
a n a p a n a n p a n ae
n a
p a n a n p a n e
p a n e
a -----+-----=
-
-
=
-
+
-
=πππππππππππππππππ
从而可求得：
2
223
2
2
223
2
222//2
2
2]
)()[()/cos()1(12]
)()[()
/cos()1(22]
)()[()
cos 1)(cos 1(12
|)(|
p a
n n
p a
n n
p a
n ipa ipa pa a n pa a n n e
n e
a n a n p C ---------=
=
=-ππππππππ
π
讨论：
dx
x dx n
d n
dp dp p C dp p x n x pa n pa pa a n n n
pa n
p a
n n
)(2)
(
2|)(|)(222
2
22
2
223
2
]
)[(]
cos )1(1[2]
)(
)[()]
/cos()1(1[2]
)()[(
)
/cos()1(122
ωππωππππ====
=---------
以
pa x =
为变量有：
?????=+=====-++---),2,1,0(12,),2,1,0(2,02)(222222
2
2
]
)12[(cos )12(4]
)[(]cos )1(1[2 k k n k k n n
x x k x k x n x n n
ππππω
习题4.2 求能量表象中，一维无限深势阱的坐标与动量的矩阵元。 解：基矢：x a
n a
x n πψsin
2)(=
能量：2
22
2
2a
n
E n μπ =
先求坐标的矩阵元：
dx a x n a
x m x dx x x n m mn ?
?
+∞
∞
-+∞
∞
-=
=
ππψψsin sin
*
对角元：2
)2cos
1(1sin
20
2
a dx a
x m x
xdx m x x a
a
mm ?
?
=
-=
=
ππ
当时，n m ≠ ?
??=
a mn dx
a n x x a
m a
x 0
)(sin
)(sin
2π
[]
[]
1
)
1()
(4)(1
)(11)
1(])(sin
)()(cos
)([
]
)(sin
)()(cos
)([
1)(cos )(cos 12
2
2
2
222
02
2
202
22
---=
?
?
????+----=
???
?+++++-???
?--+
--=??
????+--=
--?
n
m n
m a
a
a
n m
mn a
n m n m a
x a
n m n m ax x a
n m n m a
x a
n m n m ax x a
n m n m a a dx
x a n m x a n m x a
π
ππ
π
π
π
π
ππ
πππ
再求动量矩阵元
方法一：
[]
[
]
a
n m mn i n m n m a a n i
x a n m n m a x a n m n m a a n i dx x a n m x a n m a
n i
xdx
a
n x a
m a n i xdx
a
n dx
d x a
m a
i dx x u p
x u p n
m n
m a
a a
a
n m mn )(21
)
1(]1)1()(1)(1
)(cos )()(cos )()(sin )(sin cos
sin
2sin
sin
2)(?)(2
2
2
20
2
2
*
---=--??
????-++=???
???--+++=??
????-++-=?-=?
-==--?
?
??
πππππππππππππππ
方法二：μ
2??2p H
=，p
i p x p
x p p
x p
x H
??],?[21],?[?21],?[21],?[2μ
μ
μ
μ
-=+== ],?[?x H
i p
μ=? mn
n m a
a
a mn x E E i xdx a
n H
x a x m a
xdx a n x H a x m a i dx a
x n x H
i a x m a
p )(sin ?sin
2
sin ]?sin
2
(sin ],?[sin
20
-=
-==?
?
?
μππππμπμπ# 对角元：m ＝n 0=mm p
非对角元：m ≠n
[]
[
]
a
n m
mn i n m mn a n m
a
i p n
m n
m mm )(21
)
1(1
)
1()
(4)
(22
2
2
2
2
2
2
2
2
22
---=----=-- π
μπμ
习题4.3求线性谐振子Hamilton 在动量表象中的矩阵元。
解：2
22
22
2
22
2
122
1?21?x x
x p
H
μωμμωμ
+
??
-
=+=
?='dx
x H x H p
p p p )(?)(*ψψ ?'-
+
??
-
=
dx
e
x x
e
x
p i
px
i
)2
12(212
22
22
μωμπ
??∞
∞
--'∞
∞
--'+
'-=dx
e x dx e p i
x
p p i
x
p p i
)(2
2
)(2
2
21
2
121
)
(
2
πμω
πμ
?
∞
∞--''
??
+
-''
=dx e p i p p p x
p p i )(2
2
2
2
2)(212
1)(2
πμω
δμ
?
∞
∞
--''
??
+-''
=dx e
p i
p p p x
p p i
)(2
2
2
2
2
1
)(2
1)(2
απμωδμ
)(21)(22
22
2
2
p p p p p p
-''
??
--'=δμωδμ )(2
1)(22
22
22
p p p
p p p
-'??
-
-'=δμωδμ
习题4.4 设H ?的矩阵表示为 ??
??
?
?++a )0(2
)0(1E b
b a
E ，其中)
0(2)0(1E E <，a 和b 为实数。求能量的本征值。
解：设在H 0表象中，H ?的本征矢为?
??
?
??v u ，则H ?的本征值方程为 ???? ?????? ?
?++v u a E b b a E )
0(2
)0(1=E ???
? ??v u 久期方程为：
E
a E
b
b E
a E -+-+)
0(2
)
0(1＝0
0))((2
)0(2
)
0(1=--+-+b E a E E a E
0))(()2(2
)
0(2
)
0(1
)
0(2
)
0(12=-+++++-b
a E a E E a E E E
2
)0(2)
0(1
2
)
0(1)
0(2)
0(2
)0(1
2
2
)
0(2)
0(1
)
0(2)
0(12
)
0(2
)
0(1
2
)
0(2
)
0(1
)
0(2
)
0(11,2)
/(41)(2[2
14)(2[214))((4)2(2[2
1E E b E E a E E b
E E a E E b
a E a E a E E a E E E -+-±++=+-±
++=+++-++±
++=
讨论：若)(2b )0(1)0(2E E -<<，即微扰远远小于两能级之间的间隔，则
))
/(21)((2[21)
0(1)
0(2
2)0(1)
0(2
)
0(2
)
0(1
1,2E E b E E a E E E -+-±++≈
)
/())/(21)((2[21)
0(1)
0(2
2)
0(12
)
0(1)
0(2
2
)
0(1)
0(2
)
0(2
)
0(1
1E E b a E E E b E E a E E E --+=-+--++≈
)/())/(21)((2[2
1)
0(1)
0(2
2)
0(2
)0(1)
0(2
2)0(1)
0(2
)
0(2
)
0(1
2E E b a E E E b E E a E E E -++=-+-+++≈
习题4.5一维谐振子在t ＝0时处于归一化波函数 425
1021)0,(C x ++
=
ψ
所描述的态中，式中420、、分别为n=0,2,4时一维谐振子的归一化定态波函数，求： ①待定系数C ；②t ＝0时，体系能量的可能取值及相应的概率；③t>0时，体系的状态波函数),(t x ψ。④t ＝0与t>0时体系的)(,)0(t x x 。 解：用Dirac 算符讨论 >+>+
>>=4|2|5
10|21)0,(|C x ψ
①由 1)0,(|)0,(>= 3=C ； ②能量可能取值 ω 21， ω 2 5， ω 2 9 相应的概率 1/2， 1/5， 3/10 因为n ＝0,2,4都为偶数，故宇称为偶 ③t i t i t i e e e t x ωωωψ2 9 2 5 21 4|10 32|5 10|21),(|--->+ >+ >>= ④利用 )??() 2(?2 1 ++=a a x μω ，有 > + >+>+<+<+<=>+<>==<++4|10 32|5 10|2 1)(??)(10 3|45 1| 22 1| 0() 2( )0,(|)??(|)0,() 2( )0,(||)0,()0(2 1 2 1 a a x a a x x x x x μω ψψμω ψψ ＝0 ),(|)??(|),() 2(),(||),()(2 1 =>+<>==<+t x a a t x t x x t x t x ψψμω ψψ 习题4.6一维谐振子的哈密顿算符为 2 2??2 22x m m p H ω+=，若算符x,p 满足[x,p]=xp-px=i ,引入无量纲算符x m Q ω=?，ω m p P ??= ，=a ? 2??P i Q +，=+a 2??P i Q - 求：（1）]?,?[P Q ，[]++a a a ??,?； （2）将H ?用+a a ?,?表示，并求出全部能级。 解：（1）i p x m m P Q =? =]?,[1]?,?[ω ω []}{{}1112 1],[],[2 1]??,??[21 ?,?-=--= -+=+-=+Q iP iP Q P i Q P i Q a a []a a a ??,?++=[][]++++++a a a a a a ??,??,??=-+a ? （2）H ＝ =+)??(222Q P ω ???-+? ??-],[22?? 2??P Q i P i Q P i Q ω =? ?? ? ??++21??a a ω 下面求谐振子的能级： 先证明：H 的本征值E>0 设?ψ|为H 的归一化本征函数, ?=?ψψ||?E H ω ψψωψωψψψ 21|??||)21 ??(||?|+??=?+?=??=++a a a a H E 而++?=?a a ?|)|?(ψψ，故0|??|≥??+ψψa a ，所以E>0。 记 a a N ???+=，则()2 1 N ?H ?+ω= ，0]?,?[=N H ,即H ?和N ?有共同本征函数。 记H ?和N ?的共同本征函数为|n>,记N ?的本征值为n ，有： >>=n n n N ||? >+ω>=n |)n (n |H ?2 1 可见，只要讨论出了n 的取值情况，H ?的能级)n (E 21n +ω= 就确定了。 ①0||??|≥>=<=??+n n n n n a a n a a a a a a a a N ??]?,?[]?,??[]?,?[-===++ 即 a N a a N ?????-=- a N a a N ?????-= 有 ?-=?-=?n a n n a N a n a N |?)1(|)???(|?? 可见，?n a |?是N ?的属于本征值（n-1）的本征函数，可令?-=?1|)(|?n n n a λ，则 2|)(||??|n n n a a n λ==??+，取n n =)(λ，则有 ? -=?1||?n n n a 而 ?-=?-?-=?-?=?-=?n a n n a n a n a n a n a N a n a a N a n a N |?)2(|?|?)1(?|?|???|?)???(|??2222 ………………………………………………… ?-=?n a k n n a N k k |?)(|?? 可见，?n |，?n a |?，?n a |?2,……,?n a k |?分别是N ?的属于本征值n,n-1,n-2,……,n-k 的本征函数，即N ?的相邻本征值的间隔为1。 设N ?的最小本征值为n 0,则 0|?0=?n a ，否则 ?-=?1||?000n n n a ，n 0-1为最小本征值。 0||??000=?=?+n n n a a ，所以 n 0=0，ω 2 10=E 综上，n 的最小值为0，基态能量ω 2 10= E 再看n 是否有上限： ++++=a N a a N ????? ?+=?+=?++++n a n n a N a n a N |?)1(|)???(|?? ?+=?+=?+++++n a n n a a N a n a N |?)2(|?)???(|??2 2 …………………………………… ?+==?++n a k n n a N k k |?)(|?? 即，?n |，?+n a |?，?+n a |?2,……,?+n a k |?分别是N ?的属于本征值n,n+1,n+2,……,n+k 的本征函数，且k 的取值无任何限制。 综合上述讨论，求得能级 ? ?? ? ??+=21n E n ω n=0,1,2,3,…… 《流体力学》选择题库 第一章 绪论 1．与牛顿内摩擦定律有关的因素是： A 、压强、速度和粘度； B 、流体的粘度、切应力与角变形率； C 、切应力、温度、粘度和速度； D 、压强、粘度和角变形。 2．在研究流体运动时，按照是否考虑流体的粘性，可将流体分为： A 、牛顿流体及非牛顿流体； B 、可压缩流体与不可压缩流体； C 、均质流体与非均质流体； D 、理想流体与实际流体。 3．下面四种有关流体的质量和重量的说法，正确而严格的说法是 。 A 、流体的质量和重量不随位置而变化； B 、流体的质量和重量随位置而变化； C 、流体的质量随位置变化，而重量不变； D 、流体的质量不随位置变化，而重量随位置变化。 4．流体是 一种物质。 A 、不断膨胀直到充满容器的； B 、实际上是不可压缩的； C 、不能承受剪切力的； D 、在任一剪切力的作用下不能保持静止的。 5．流体的切应力 。 A 、当流体处于静止状态时不会产生； B 、当流体处于静止状态时，由于内聚力，可以产生； C 、仅仅取决于分子的动量交换； D 、仅仅取决于内聚力。 6．A 、静止液体的动力粘度为0； B 、静止液体的运动粘度为0； C 、静止液体受到的切应力为0； D 、静止液体受到的压应力为0。 7．理想液体的特征是 A 、粘度为常数 B 、无粘性 C 、不可压缩 D 、符合RT p ρ=。 8．水力学中，单位质量力是指作用在单位_____液体上的质量力。 A 、面积 B 、体积 C 、质量 D 、重量 9．单位质量力的量纲是 A、L*T-2 B、M*L2*T C、M*L*T(-2) D、L(-1)*T 10.单位体积液体的重量称为液体的______，其单位。 A、容重N/m2 B、容重N/M3 C、密度kg/m3 D、密度N/m3 11.不同的液体其粘滞性_____，同一种液体的粘滞性具有随温度______而降低的特性。 A、相同降低 B、相同升高 C、不同降低 D、不同升高 12.液体黏度随温度的升高而____，气体黏度随温度的升高而_____。 A、减小，升高； B、增大，减小； C、减小，不变； D、减小，减小 13.运动粘滞系数的量纲是： A、L/T2 B、L/T3 C、L2/T D、L3/T 14.动力粘滞系数的单位是： A、N*s/m B、N*s/m2 C、m2/s D、m/s 15.下列说法正确的是： A、液体不能承受拉力，也不能承受压力。 B、液体不能承受拉力，但能承受压力。 C、液体能承受拉力，但不能承受压力。 D、液体能承受拉力，也能承受压力。 第二章流体静力学 1．在重力作用下静止液体中，等压面是水平面的条件是。 A、同一种液体； B、相互连通； C、不连通； D、同一种液体，相互连通。 2．压力表的读值是 A、绝对压强； B、绝对压强与当地大气压的差值； C、绝对压强加当地大气压； D、当地大气压与绝对压强的差值。 3．相对压强是指该点的绝对压强与的差值。 A、标准大气压； B、当地大气压； C、工程大气压； D、真空压强。 Q2第4章土中应力 一简答题 1.何谓土中应力？它有哪些分类与用途？ 2.怎样简化土中应力计算模型？在工程中应注意哪些问题？ 3.地下水位得升降对土中自重应力有何影响？在工程实践中,有哪些问题应充分考虑其影响？ 4.基底压力分布得影响因素有哪些？简化直线分布得假设条件就是什么？ 5.如何计算基底压力与基底附加压力？两者概念有何不同？ 6.土中附加应力得产生原因有哪些？在工程实用中应如何考虑？ 7.在工程中,如何考虑土中应力分布规律？ 二填空题 1、土中应力按成因可分为与。 2、土中应力按土骨架与土中孔隙得分担作用可分为与 。 3、地下水位下降则原水位出处得有效自重应力。 4、计算土得自重应力应从算起。 5、计算土得自重应力时,地下水位以下得重度应取。 三选择题 1.建筑物基础作用于地基表面得压力,称为()。 (A)基底压力;(B)基底附加压力;(C)基底净反力;(D)附加应力 2.在隔水层中计算土得自重应力c时,存在如下关系()。 (A) =静水压力 (B) =总应力,且静水压力为零 (C) =总应力,但静水压力大于零 (D)=总应力—静水压力,且静水压力大于零 3.当各土层中仅存在潜水而不存在毛细水与承压水时,在潜水位以下得土中自重应力为()。 (A)静水压力 (B)总应力 (C)有效应力,但不等于总应力 (D)有效应力,但等于总应力 4.地下水位长时间下降,会使()。 (A)地基中原水位以下得自重应力增加 (B)地基中原水位以上得自重应力增加 (C)地基土得抗剪强度减小 (D)土中孔隙水压力增大 5.通过土粒承受与传递得应力称为()。 (A)有效应力;(B)总应力;(C)附加应力;(D)孔隙水压力 6.某场地表层为4m厚得粉质黏土,天然重度=18kN/m3,其下为饱与重度sat=19 kN/m3得很厚得黏土层,地下水位在地表下4m处,经计算地表以下2m处土得竖向自重应力为()。 (A)72kPa ; (B)36kPa ;(C)16kPa ;(D)38kPa 7.同上题,地表以下5m处土得竖向自重应力为()。 (A)91kPa ; (B)81kPa ;(C)72kPa ;(D)41kPa 习 题 六 1． 已知不可压缩平面流动的速度分布u=x 2+2x-4y ，v=-2xy-2y 。确定流动：（1）是否满足 连续性条件；（2）是否有旋；（3）驻点位置；（4）如存在速度势函数和流函数，求出它 们。4题 2． 已知不可压缩平面流动的速度势为：（1）?= r Q ln 2π；（2）?=x y arctan 2πΓ。求： （1）速度分布；（2）流函数和流动图案。5题图 3． 求以下平面流动的涡量场，并判断由给定涡量场能否唯一地确定相应的速度场。 （1） u=-y ，v=0；（2）u=-（x+y ），v=y ；（3）u=-y ，v=x ； 4． 已知平面流场的速度分布量为：r>a ，u=222y x y a +-ω，v=2 22y x x a +ω；r ≤a ，u=-y ω，v=x ω。ω为常数，a 为半径，求图中三条封闭曲线C 1，C 2，C 3的环量1Γ，2Γ，3Γ。 5． 证明以下分别用速度势和流函数表示的两个流场实际实际上是同一流场： 22y x x -+=?和y xy +=2ψ 6． 不压缩流体平面流动的速度势为x y x +-=2 2 ?，求其相应的流函数。 7． 在（1，0）和（-1，0）两点各有强度为4π的点源，试求在（0，0），（0，1），（0，-1）， （1，1）的速度。 8． 两个速度环量相等且为s m /102 =Γ的旋涡，分别位于y=3±处。求（1）原点处的分 速度u ，v ；（2）A （4，0）点处的u ，v ；（3）B （6，5）点处的u ，v ；（4）流线方程。15题图 9． 已知不可压缩流体平面流动的速度势为2 2 y x -=?，求在点（2，1.5）处的压强。设 驻点的压强为101kN/m 2 ，流体的密度为3 /19.1m kg =ρ。 10． 根据固定壁面可以和流线等价交换的原则，决定如下平面流动的速度势和沿壁面的 速度分布。 （1） 一强度为Q 的点源位于（a ，0）处，y 轴为固定壁面。 （2） 一强度为Q 的点汇位于（0，a ）处，x 轴为固定壁面。 11． x 轴上的两点（a ，0），（-a ，0）处分别放置强度为Q 的一个点源和一个点汇。证 明叠加后组合流动的流函数为： 2 222arctan 2a y x ay Q -+= πψ 12． 速度为V ∞的平行流和强度为Q 的点源叠加，形成绕半无穷体的流动。求其流函数 和速度势，并证明柱形体的外形方程为r=Q （θπθπsin 2/)∞-V ，它的宽度为Q/ V ∞。 13． 在平面xoy 上的点（a ，0），（-a ，0）处各放置一个强度为Q 的点源，在点（0，a ）， 第一章 流体的性质 例1：两平行平板间充满液体，平板移动速度0.25m/s ，单位面积上所受的作用力2Pa(Ｎ／m2>，试确定平板间液体的粘性系数μ。 例2 ：一木板，重量为G ，底面积为 S 。此木板沿一个倾角为，表面涂有润滑油的斜壁下滑，如图所示。已测得润滑油的厚度为，木板匀速下滑的速度为u 。试求润滑油的动力粘度μ。 b5E2RGbCAP 例3：两圆筒，外筒固定，内筒旋转。已知：r1=0.1m ，r2=0.103m ，L=1m 。 。 求：施加在外筒的力矩M 。 例4：求旋转圆盘的力矩。如图，已知ω， r1，δ，μ。求阻力矩M 。 第二章 流体静力学 例1：用复式水银压差计测量密封容器内水面的相对压强，如图所示。已知：水面高程z0=3m, 压差计各水银面的高程分别为z1 = 0.03m, z2 = 0.18m, z3 = 0.04m, z4 = 0.20m,水银密度p1EanqFDPw ρ′=13600kg/m3，水的密度ρ=1000kg/m3 。试求水面的相对压强p0。 例2：用如图所示的倾斜微压计测量两条同高程水管的压差。该微压计是一个水平倾角为θ的Π形管。已知测压 计两侧斜液柱读数的差值为L=30mm ，倾角 θ=30°，试求压强差p1 –p2 。DXDiTa9E3d 例 3：用复式压差计测量两条气体管道的压差<如图所 示）。两个U 形管的工作液体为水银，密度为ρ2 ，其连接管充以酒精，密度为ρ1 。如果水银面的高度读数为z1 、 z2 、 z3、 z4 ，试求压强差pA –pB 。RTCrpUDGiT 例4：用离心铸造机铸造车轮。求A-A 面上的液体 总压力。 例5：已知：一块平板宽为 B ，长为L,倾角 ，顶端与水面平齐。求：总压力及作用点。 例7：坝的园形泄水孔，装一直径d = 1m 的 平板闸门，中心水深h = 3m ，闸门所在斜面与水平面成，闸门A 端设有铰链，B 端钢索 土力学 第二章 2-2、有一饱和的原状土样切满于容积为21.7cm 3的环刀内，称得总质量为72.49g ，经105℃烘干至恒重为61.28g ，已知环刀质量为32.54g ，土粒比重为2.74，试求该土样的湿密度、含水量、干密度及孔隙比（要求汇出土的三相比例示意图，按三相比例指标的定义求解）。 解：3/84.17 .2154 .3249.72cm g V m =-== ρ %3954 .3228.6128 .6149.72=--== S W m m ω 3/32.17 .2154 .3228.61cm g V m S d =-== ρ 069.149 .1021.11=== S V V V e 2-3、某原状土样的密度为1.85g/cm 3，含水量为34%，土粒相对密度为2.71，试求该土样的饱和密度、有效密度和有效重度（先推导公式然后求解）。 解：（1）V V m W V s sat ρρ?+= W S m m m +=Θ S W m m = ω 设1=S m ρω +=∴1V W S S S V m d ρ= Θ W S W S S S d d m V ρρ?=?=∴1 ()()()()()()3 W S S W S S W W sat cm /87g .1171 .20.341171.285.1d 11d 11d 111d 11111=+?+-?=++-= +++???? ? ? - = +-++=+???? ???-++= ∴ρωρω ρωρω ρρωρρ ω ρρρωρW S d 有 （2）()3 '/87.0187.1cm g V V V V V V V m V V m W sat W V S sat W V W V W S S W S S =-=-=+-=-+-=-= ρρρρρρρρρ （3）3''/7.81087.0cm kN g =?=?=ργ 或 3 ' 3/7.8107.18/7.181087.1cm kN cm kN g W sat sat sat =-=-==?=?=γγγργ 2-4、某砂土土样的密度为1.77g/cm 3，含水量9.8%，土粒相对密度为2.67，烘干后测定最小孔隙比为0.461，最大孔隙比为0.943，试求孔隙比e 和相对密实度Dr ，并评定该砂土的密实度。 解：（1）设1=S V ()e d e m m e m m V m W S S S W S +?+=++?=++== 1111ρωωρ 整理上式得 ()()656.0177 .1167.2098.0111=-?+= -?+= ρ ρωW S d e （2）595.0461 .0943.0656 .0943.0min max max =--=--= e e e e D r （中密） 2-5、某一完全饱和黏性土试样的含水量为30%，土粒相对密度为2.73，液限为33%，塑限为17%，试求孔隙比、干密度和饱和密度，并按塑性指数和液性指数分别定出该黏性土的分类名称和软硬状态。 解：819.073.230.0=?=?=?== S W S W S S W S W V d V V d V V e ωρρωρρ 3/50.1819 .011 73.21cm g e d V m W S S d =+?=+== ρρ 1.若流体的密度仅随( )变化而变化，则该流体称为正压性流体。 A.质量 B.体积 C.温度 D.压强 2.亚声速流动，是指马赫数( )时的流动。 A.等于1 B.等于临界马赫数 C.大于1 D.小于1 3.气体温度增加，气体粘度( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.增加或减小 4.混合气体的密度可按各种气体( )的百分数来计算。 A.总体积 B.总质量 C.总比容 D.总压强 7.流体流动时，流场各空间点的参数不随时间变化，仅随空间位置而变，这种流动称为( ) A.定常流 B.非定常流 C.非均匀流 D.均匀流 8.流体在流动时，根据流体微团( )来判断流动是有旋流动还是无旋流动。 A.运动轨迹是水平的 B.运动轨迹是曲线 C.运动轨迹是直线 D.是否绕自身轴旋转 9.在同一瞬时，流线上各个流体质点的速度方向总是在该点与此线( ) A.重合 B.相交 C.相切 D.平行 10.图示三个油动机的油缸的内径D相等，油压P也相等，而三缸所配的活塞结构不同，三个油动机的出力F1，F2，F3的大小关系是(忽略活塞重量)( ) A.F 1=F2=F3 B.F1>F2>F3 C.F1 《土力学》习题 第一章 土的物理性质及工程分类 选择题 1.土颗粒的大小及其级配，通常是用颗粒级配曲线来表示的。级配曲线越平缓表示： A ．土颗粒大小较均匀，级配良好 B.土颗粒大小不均匀，级配不良 C. 土颗粒大小不均匀，级配良好 2.作为填土工程的土料，压实效果与不均匀系数u C 的关系： A ．u C 大比u C 小好 B. u C 小比u C 大好 C. u C 与压实效果无关 3.有三个同一种类土样，它们的含水率w 都相同，但是饱和度r S 不同，饱和度r S 越大的土，其压缩性有何变化？ A.压缩性越大 B. 压缩性越小 C. 压缩性不变 4.有一非饱和土样，在荷载作用下，饱和度由80%增加至95%。试问土样的重度γ和含水率w 怎样改变？ A ．γ增加，w 减小 B. γ不变，w 不变 C. γ增加，w 增加 5.土的液限是指土进入流动状态时的含水率，下述说法哪种是对的？ A ．天然土的含水率最大不超过液限 B. 液限一定是天然土的饱和含水率 C. 天然土的含水率可以超过液限，所以液限不一定是天然土的饱和含水率 判断题 6.甲土的饱和度大与乙土的饱和度，则甲土的含水率一定高于乙土的含水率 7.粘性土的物理状态是用含水率表示的，现有甲、乙两种土，测得它们的含水率乙甲w w ，则可以断定甲土比乙土软 8.土的液性指数L I 会出现L I >0或L I <0的情况 9.土的相对密实度r D 会出现r D >1或r D <1的情况 10.土的天然重度越大，则土的密实性越好 计算题 11.击实试验，击实筒体积1000cm 2，测得湿土的质量为1.95kg ，取一质量为17.48kg 的湿土，烘干后质量为15.03kg ，计算含水率w 和干重度d r 。 12.已知某地基土试样有关数据如下：①天然重度r =18.4 kN/m 3，干密度d r =13.2 kN/m 3； 2．在现实生活中可视为牛顿流体的有水 和空气 等。 3．流体静压力和流体静压强都是压力的一种量度。它们的区别在于：前者是作用在某一面积上的总压力；而后者是作用在某一面积上的平均压强或某一点的压强。 4．均匀流过流断面上压强分布服从于水静力学规律。 5．和液体相比，固体存在着抗拉、抗压和抗切三方面的能力。 7．流体受压，体积缩小，密度增大 的性质，称为流体的压缩性 ；流体受热，体积膨胀，密度减少 的性质，称为流体的热胀性 。 8．压缩系数β的倒数称为流体的弹性模量 ，以E 来表示 12．液体静压强分布规律只适用于静止、同种、连续液体。 13．静止非均质流体的水平面是等压面，等密面和等温面。 14．测压管是一根玻璃直管或U 形管，一端连接在需要测定的容器孔口上，另一端开口，直接和大气相通。 16．作用于曲面上的水静压力P 的铅直分力z P 等于其压力体内的水重。 17．通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法称为欧拉法。 18． 流线不能相交（驻点处除外），也不能是折线，因为流场内任一固定点在同一瞬间只能有一个速度向量，流线只能是一条光滑的曲线或直线。 20．液体质点的运动是极不规则的，各部分流体相互剧烈掺混，这种流动状态称为紊流。 21．由紊流转变为层流的临界流速k v 小于 由层流转变为紊流的临界流速k v '，其中k v '称为上临界速度，k v 称为下临界速度。 23．圆管层流的沿程阻力系数仅与雷诺数有关，且成反比，而和管壁粗糙无关。 25．紊流过渡区的阿里特苏里公式为25.0)Re 68 (11.0+=d k λ。 26．速度的大小、方向或分布发生变化而引起的能量损失，称为局部损失。 29．湿周是指过流断面上流体和固体壁面接触的周界。 31．串联管路总的综合阻力系数S 等于各管段的阻抗叠加。 32．并联管路总的综合阻力系数S 与各分支管综合阻力系数的关系为 3 2 1 1111s s s s + + = 。管嘴与孔口比较,如果水头H 和直径d 相同，其流速比 V 孔口/V 管嘴等于 82.097.0,流量比Q 孔口/Q 管嘴等于82 .060 .0。 33．不可压缩流体的空间三维的连续性微分方程是0=??+??+??z u y u x u z y x 。 34．1=M 即气流速度与当地音速相等，此时称气体处于临界状态。 36．气体自孔口、管路或条缝向外喷射 所形成的流动，称为气体淹没射流。 37．有旋流动是指流体微团的旋转角速度在流场内不完全为零 的流动。 38．几何相似是指流动空间几何相似。即形成此空间任意相应两线段夹角相同，任意相应线段长度保持一定的比例 。 39．因次是指物理量的性质和类别。因次分析法就是通过对现象中物理量的因次以及因次之间相互联系的各种性质的分析来研究现象相似性的方法。他是一方程式的因次和谐性为基础的。 二、判 断 题 3．静止液体自由表面的压强，一定是大气压。错 4．静止液体的自由表面是一个水平面，也是等压面。对 6．当相对压强为零时，称为绝对真空。错 习 题 三 1． 平面流动的速度为u=x 2 y ，v=xy 2 ，求证任一点的速度和加速度方向相同。 2． 试证明，变截面管道中的连续性方程为： t ??ρ+x A uA ??)(ρ=0 3． 流进入一段管道，入口处速度均匀分布，V 0=0.5m/s ，出口处速度分布为 u(r)=u m [1-(R r )2 ], R 为管半径，r 是点到管轴线的距离，u m 为轴线（r=0）处的流速度，求u m 的值。 4． 如图，用水银压差计测量油管中的点速度，油的密度ρ=800kg/m 3 ，当读数h ?=60mm 时，油的速度u 为多少？ 10题图 5． 文丘里管测流量。已知D=25mm ，d=14mm ，喉部与其上游的压差为883Pa ，流量系数μ=0.96，求管中水的流量Q 。 6． 为了测量矿山排风管道的气体流量Q ，在其出口处装有一个收缩，扩张的管嘴，在喉部处安装一个 细管，下端插如水中，如图。已知ρ =1.25kg/m 3 ， ρ ˊ=1000 kg/m 3 ,h=45mm ，d 1=400mm ， d 2=600mm ，求Q 。 7．池的水位高h=4m ，池壁有一小孔，孔口到水面高差为y ，如图。如果从孔口射出的水流到达地面的水平距离x=2m ，求y 的值。16题图 8．旋转洒水器两臂长度不等，,5.1,2.121m l m l ==若喷口直径d=25mm ，每个喷口的水流量为 Q s m /1033 3 -?=，不计摩擦力矩，求转速。 3-18 管流的速度分布为：u=u n m R r )1(- 式中，R 为管道半径，r 是点到轴线距离，u m 是轴线上的速度，n 为常数。试计算动能修正系数和动量修正系数α和β。如果n=1/6和1/7，α和β的值为多少？ 10．在开口水箱液面下h=2m 处的壁面开孔并接一条长l=0.5m 的水平水管，当管出口阀门打开时，小管的出流速度随时间变化，求出流速从零到0.95gh 2所经历的时间是多少？ 11．水流从水库的一条长l=1000m ，管径d=1.2m 的水平管道引至水轮发电机，水位h=50m 。为减弱管流的压力波动，管尾处设有一个直径D=3.6m 的调压井。当管道阀门关闭时，如果管内的水发生振荡，求调压井水面的振荡周期。21题图 12．单位宽度的平板闸门开启时，上游水位h m 21=，下游水位h m 8.02=，试求水流作用在闸门上的力R 。 23题图 13．水平面的管路在某处分叉，主干管和分叉管的直径，水流量分别为 d ,/15.0,/2.0,/35.0,300,400,5003 33231321s m Q s m Q s m Q m d m d m ======夹角45=α°， β=30°，主干管在分叉处的表压强为8000N/m 2，试求水流对于此分叉段的作用力。25题图 第一章 流体及其主要物理性质 例1： 已知油品的相对密度为0.85，求其重度。 解： 例2： 当压强增加5×104Pa 时，某种液体的密度增长0.02%，求该液体的弹性系数。 解： 例3： 已知：A ＝1200cm 2，V ＝0.5m/s μ1＝0.142Pa.s ，h 1＝1.0mm μ2＝0.235Pa.s ，h 2＝1.4mm 求：平板上所受的内摩擦力F 绘制：平板间流体的流速分布图 及应力分布图 解：（前提条件：牛顿流体、层流运 动） 因为 τ1＝τ2 所以 3 /980085.085.0m N ?=?=γδ0=+=?=dV Vd dM V M ρρρρρ d dV V -=Pa dp d dp V dV E p 84105.2105% 02.01111?=??==-==ρρβdy du μ τ=??????? -=-=?2221110 h u h u V μτμτs m h h V h u h u h u V /23.02 112212 2 11 =+= ?=-μμμμμN h u V A F 6.41 1=-==μ τ 第二章 流体静力学 例1： 如图，汽车上有一长方形水箱，高H ＝1.2m ，长L ＝4m ，水箱顶盖中心有一供加水用的通大气压孔，试计算当汽车以加速度为3m/s 2向前行驶时，水箱底面上前后两点A 、B 的静压强（装满水）。 解： 分析：水箱处于顶盖封闭状态，当加速时，液面不变化，但由于惯性力而引起的液体内部压力分布规律不变，等压面仍为一倾斜平面，符合 等压面与x 轴方向之间的夹角 例2： （1）装满液体容器在顶盖中心处开口的相对平衡 分析：容器内液体虽然借离心惯性力向外甩，但由于受容器顶限制，液面并不能形成旋转抛物面，但内部压强分布规律不变： 利用边界条件：r ＝0，z ＝0时，p ＝0 作用于顶盖上的压强： （表压） （2）装满液体容器在顶盖边缘处开口的相对平衡 压强分布规律： =+s gz ax g a tg = θPa L tg H h p A A 177552=??? ?? ?+==θγγPa L tg H h p B B 57602=??? ?? ?-==θγγC z g r p +-?=)2( 2 2ωγg r p 22 2ωγ =C z g r p +-?=)2( 2 2ω γ 《例题力学》典型例题 例题1：如图所示，质量为m ＝5 kg 、底面积为S ＝40 cm ×60 cm 的矩形平板，以U ＝1 m/s 的速度沿着与水平面成倾角θ＝30的斜面作等速下滑运动。已知平板与斜面之间的油层厚度 δ＝1 mm ，假设由平板所带动的油层的运动速度呈线性分布。求油的动力粘性系数。 解：由牛顿摩擦定律，平板所受的剪切应力du U dy τμ μδ =＝ 又因等速运动，惯性力为零。根据牛顿第二定律：0m ==∑F a ，即： gsin 0m S θτ-?= ()3 24 gsin 59.8sin 301100.1021N s m 1406010 m U S θδμ--?????==≈????? 例题2：如图所示，转轴的直径d ＝0.36 m 、轴承的长度l ＝1 m ，轴与轴承的缝隙宽度δ＝0.23 mm ，缝隙中充满动力粘性系数0.73Pa s μ=?的油，若轴的转速200rpm n =。求克服油的粘性阻力所消耗的功率。 解：由牛顿摩擦定律，轴与轴承之间的剪切应力 ()60d d n d u y πτμ μδ =＝ 粘性阻力（摩擦力）：F S dl ττπ=?= 克服油的粘性阻力所消耗的功率： ()()3 223 22 3 230230603.140.360.732001600.231050938.83(W) d d n d n n l P M F dl πππμωτπδ -==??=??= ???= ? ?= 例题3：如图所示，直径为d 的两个圆盘相互平行，间隙中的液体动力黏度系数为μ，若下 盘固定不动，上盘以恒定角速度ω旋转，此时所需力矩为T ，求间隙厚度δ的表达式。 解：根据牛顿黏性定律 d d 2d r r F A r r ω ωμ μ πδ δ== 2d d 2d r T F r r r ω μπδ =?= 4 2 420 d d 232d d d T T r r πμωπμωδδ===? 4 32d T πμωδ= 例题4：如图所示的双U 型管，用来测定比水小的液体的密度，试用液柱高差来确定未知液体的密度ρ（取管中水的密度ρ水＝1000 kg/m 3）。 水 解：根据等压面的性质，采用相对压强可得： ()()()123243g g g h h h h h h ρρρ---=-水水 1234 32 h h h h h h ρρ-+-= -水 《土力学》第四章练习题及答案 第4章土中应力 一、填空题 1.由土筑成的梯形断面路堤，因自重引起的基底压力分布图形是形，桥梁墩台等刚性基础在中心荷载作用下，基底的沉降是的。 2.地基中附加应力分布随深度增加呈减小，同一深度处，在基底点下，附加应力最大。 3.单向偏心荷载作用下的矩形基础，当偏心距e > l/6时，基底与地基局部，产生应力。 4.超量开采地下水会造成下降，其直接后果是导致地面。 5.在地基中同一深度处，水平向自重应力数值于竖向自重应力，随着深度增大，水平向自重应力数值。 6.在地基中，矩形荷载所引起的附加应力，其影响深度比相同宽度的条形基础，比相同宽度的方形基础。 7.上层坚硬、下层软弱的双层地基，在荷载作用下，将发生应力现象，反之，将发生应力现象。 二、名词解释 1.基底附加应力 2.自重应力 3.基底压力 4.地基主要受力层 三、简答题 1. 地基附加应力分布规律有哪些？ 四、单项选择题 1.成层土中竖向自重应力沿深度的增大而发生的变化为： （A）折线减小 （B）折线增大 （C）斜线减小 （D）斜线增大 您的选项（） 2.宽度均为b，基底附加应力均为p0的基础，同一深度处，附加应力数值最大的是： （A）方形基础 （B）矩形基础 （C）条形基础 （D）圆形基础（b为直径） 您的选项（） 3.可按平面问题求解地基中附加应力的基础是： （A）柱下独立基础 （B）墙下条形基础 （C）片筏基础 （D）箱形基础 您的选项（） 4.基底附加应力p0作用下，地基中附加应力随深度Z增大而减小，Z的起算点为： （A）基础底面 （B）天然地面 （C）室内设计地面 （D）室外设计地面 您的选项（） 5.土中自重应力起算点位置为： （A）基础底面 （B）天然地面 （C）室内设计地面 （D）室外设计地面 您的选项（） 6.地下水位下降，土中有效自重应力发生的变化是： （A）原水位以上不变，原水位以下增大 （B）原水位以上不变，原水位以下减小 （C）变动后水位以上不变，变动后水位以下减小 （D）变动后水位以上不变，变动后水位以下增大 您的选项（） 7.深度相同时，随着离基础中心点距离的增大，地基中竖向附加应力： （A）斜线增大 （B）斜线减小 （C）曲线增大 （D）曲线减小 您的选项（） 8.单向偏心的矩形基础，当偏心距e < l/6（l为偏心一侧基底边长）时，基底压应力分布图简化为： （A）矩形 （B）梯形 （C）三角形 （D）抛物线形 您的选项（） 9.宽度为3m的条形基础，作用在基础底面的竖向荷载N＝1000kN/m ，偏心距e＝0.7m，基底最大压应力为： （A）800 kPa （B）417 kPa （C）833 kPa （D）400 kPa 您的选项（） 10.埋深为d的浅基础，基底压应力p与基底附加应力p0大小存在的关系为： （A）p < p0 （B）p = p0 （C）p = 2p0 （D）p > p0 您的选项（） 11.矩形面积上作用三角形分布荷载时，地基中竖向附加应力系数K t是l/b、z/b的函数，b 《土力学》第四章习题集及详细解答 第4章土中应力 一填空题 1.土中应力按成因可分为和。 2.土中应力按土骨架和土中孔隙的分担作用可分为和。 3.地下水位下降则原水位出处的有效自重应力。 4.计算土的自重应力应从算起。 5. 计算土的自重应力时，地下水位以下的重度应取。 二选择题 1．建筑物基础作用于地基表面的压力，称为（ A ）。 (A)基底压力；(B)基底附加压力；(C)基底净反力；(D)附加应力 2．在隔水层中计算土的自重应力c时，存在如下关系（ B ）。 (A) =静水压力 (B) =总应力，且静水压力为零 (C) =总应力，但静水压力大于零 (D)=总应力—静水压力，且静水压力大于零 3．当各土层中仅存在潜水而不存在毛细水和承压水时，在潜水位以下的土中自重应力为（ C ）。 (A)静水压力 (B)总应力 (C)有效应力，但不等于总应力 (D)有效应力，但等于总应力 4．地下水位长时间下降，会使（ A ）。 (A)地基中原水位以下的自重应力增加 (B)地基中原水位以上的自重应力增加 (C)地基土的抗剪强度减小 (D)土中孔隙水压力增大 5．通过土粒承受和传递的应力称为（ A ）。 (A)有效应力；(B)总应力；(C)附加应力；(D)孔隙水压力 6．某场地表层为4m厚的粉质黏土，天然重度=18kN/m3，其下为饱和重度sat=19 kN/m3的很厚的黏土层，地下水位在地表下4m处，经计算地表以下2m处土的竖向自重应力为（ B ）。 (A)72kPa ； (B)36kPa ；(C)16kPa ；(D)38kPa 7．同上题，地表以下5m处土的竖向自重应力为（ A ）。 (A)91kPa ； (B)81kPa ；(C)72kPa ；(D)41kPa 8．某柱作用于基础顶面的荷载为800kN，从室外地面算起的基础深度为1.5m，室内地面比室外地面高0.3m，基础底面积为4m2，地基土的重度为17kN/m3，则基底压力为（ C ）。 流体力学习题解答一、填空题 1．流体力学中三个主要力学模型是（1）连续介质模型（2）不可压缩流体力学模型（3）无粘性流体力学模型。 2．在现实生活中可视为牛顿流体的有水和空气等。 3．流体静压力和流体静压强都是压力的一种量度。它们的区别在于：前者是作 用在某一面积上的总压力；而后者是作用在某一面积上的平均压强或某一点的压强。 4．均匀流过流断面上压强分布服从于水静力学规律。 5．和液体相比，固体存在着抗拉、抗压和抗切三方面的能力。 3 6．空气在温度为290K，压强为760mmHg时的密度和容重分别为 1.2 a kg/m 和11.77 N/m3。 a 7．流体受压，体积缩小，密度增大的性质，称为流体的压缩性；流体受热，体积膨胀，密度减少的性质，称为流体的热胀性。 8．压缩系数的倒数称为流体的弹性模量，以E来表示 9．１工程大气压等于98.07千帕，等于10m水柱高，等于735.6毫米汞柱高。10．静止流体任一边界上压强的变化，将等值地传到其他各点（只要静止不被破坏），这就是水静压强等值传递的帕斯卡定律。 11．流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法线方向。 12．液体静压强分布规律只适用于静止、同种、连续液体。= 13．静止非均质流体的水平面是等压面，等密面和等温面。 14．测压管是一根玻璃直管或U形管，一端连接在需要测定的容器孔口上，另一端开口，直接和大气相通。 15．在微压计测量气体压强时，其倾角为30，测得20 l cm 则h=10cm。16．作用于曲面上的水静压力P的铅直分力 P等于其压力体内的水重。 z 17．通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法称为欧拉法。 19．静压、动压和位压之和以 p表示，称为总压。 z 20．液体质点的运动是极不规则的，各部分流体相互剧烈掺混，这种流动状态称为紊流。 21．由紊流转变为层流的临界流速 v小于由层流转变为紊流的临界流速k v，其 k 1 如图，横截面为椭圆形的长圆柱体置于风洞中，来流稳定、风速风压均匀并垂直绕过柱体流动。住体对流体的总阻力可通过测力天平测试柱体受力获得，也可通过测试流场速度分布获得。现通过后一种方法，确定单位长度的柱体对流体的总阻力F x 。 解：由于柱体很长且来流均匀，可认为流动参数沿z 方向（柱体长度方向）无变化，将绕柱体的流动视为x-y 平面的二维问题。 ⒈ 控制体：取表面A 1、A 2、 A 3、 A 4并对应柱体单位长度的流场空间。 ⒉ 控制面A 1：柱体上游未受干扰，故有： 0p p =，0u v x =，0=y v ，于是控制面上x 方向受力、质量流量和动量流量分别为： 01bp F x =，()b u dA A 01 ρρ-=???n v ，()b u dA v A x 2 01 ρρ-=???n v 控制面A 2：设在柱体下游一定距离处，与面A 1相距l ，此处压力基本恢复均匀分布，故有 0p p ≈。()y v v x x =是需要测量的物理量；()y v v y y =通常比x v 小得多，其精确测量较困 难，在计算x 方向受力时用不到，控制面上x 方向受力、质量流量和动量流量分别为： 02bp F x -=，()? ? ??==?-2 /0 2 /2 /22 b x b b x A dy v dy v dA ρρρn v ，()? ??=?2 /0 2 21 b x A x dy v dA v ρρn v 控制面A 3：b 应取得足够大，以使得面A 3上的流动受柱体影响较小，故有0p p ≈，0u v x ≈。控制面上的质量流量由y v 确定，该量精确测定较为困难，计算结果最终不会用到该量，暂设()x v v y y =为已知量。 03≈x F ，()???≈?l y A dx v dA 0 223 ρρn v ，()???=?l y A x dx v u dA v 0 0223 ρρn v 控制面A 4：为柱体横截面包络面，该面上流体所受表面力有正压力和摩擦力。由于流场相 对于x 轴对称，所以表面力在y 轴方向的合力为零，在x 轴方向的合力F x 即为流体受到的总阻力（形体阻力与摩擦阻力），控制面上无流体输入和输出。 p p ≈0 p p ≈0 p p ≈0u v x ≈0 u v x ≈ 一、选择题 1. 地下水位下降，土中有效自重应力发生的变化是：（） （A）原水位以上不变，原水位以下增大 （B）原水位以上不变，原水位以下减小 （C）变动后水位以上不变，变动后水位以下减小 （D）变动后水位以上不变，变动后水位以下增大 2. 当地下水位突然从地表下降至基底平面处，对基底附加应力的影响是（）。 （A）没有影响（B）基底附加压力增大 （C）基底附加压力减小（D）不确定 3.当地下水自下向上渗流时，土层中骨架应力有何影响?（） （A）不变（B）不确定（C）增大（D）减小 4. 基底附加应力P0作用下，地基中附加应力随深度Z增大而减小，Z的起算点为：（） （A）基础底面（B）天然地面 （C）室内设计地面（D）室外设计地面 二、填空题 1.计算土的自重应力时，地下水位以下的重度应取（），地下水位以 上的重度应取（）。 2.地基中附加应力分布随深度增加呈（）减小，同一深度处，在基 底（）点下，附加应力最大。 3.土中自重应力起算点位置为（） 三、名词解释 1.土的自重应力 2. 土中的附加应力 3.饱和土的有效应力原理 四、简答题 1、简述地基土自重应力分布特征。 答案： 一、 1. A 2. A 3. C 4. A 二、 1.有效重度（浮重度）天然重度 2. 曲线中心 3. 天然地面 三、 1.土的自重应力：土体受到自身重力作用而存在的应力。 2.土中的附加应力：土体受外荷载（包括建筑物荷载、交通荷载、 堤坝荷载等）以及地下水渗流、地震等作用下在地基中引起的应力。 3.饱和土的有效应力原理：饱和土中任意一点的总应力总是等于 有效应力加上孔隙水压力。 四、 1. 答：自重应力分布线是一条折线，转折点在土层构造层的交界处和地下水位处；自重应力随土层深度增加而增大；地下水位的升降会 第一章习题答案 选择题（单选题） 1.1 按连续介质的概念，流体质点是指：（d ） （a ）流体的分子；（b ）流体内的固体颗粒；（c ）几何的点；（d ）几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。 1.2 作用于流体的质量力包括：（c ） （a ）压力；（b ）摩擦阻力；（c ）重力；（d ）表面张力。 1.3 单位质量力的国际单位是：（d ） （a ）N ；（b ）Pa ；（c ）kg N /；（d ）2/s m 。 1.4 与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是：（b ） （a ）剪应力和压强；（b ）剪应力和剪应变率；（c ）剪应力和剪应变；（d ）剪应力和流速。 1.5 水的动力黏度μ随温度的升高：（b ） （a ）增大；（b ）减小；（c ）不变；（d ）不定。 1.6 流体运动黏度ν的国际单位是：（a ） （a ）2/s m ；（b ）2/m N ；（c ）m kg /；（d ）2/m s N ?。 1.7 无黏性流体的特征是：（c ） （a ）黏度是常数；（b ）不可压缩；（c ）无黏性；（d ）符合RT p =ρ 。 1.8 当水的压强增加1个大气压时，水的密度增大约为：（a ） （a ）1/20000；（b ）1/10000；（c ）1/4000；（d ）1/2000。 1.9 水的密度为10003 kg/m ，2L 水的质量和重量是多少？ 解： 10000.0022m V ρ==?=（kg ） 29.80719.614G mg ==?=（N ） 答：2L 水的质量是2 kg ，重量是19.614N 。 1.10 体积为0.53 m 的油料，重量为4410N ，试求该油料的密度是多少？ 解： 44109.807 899.3580.5 m G g V V ρ= ===（kg/m 3） 答：该油料的密度是899.358 kg/m 3。 1.11 某液体的动力黏度为0.005Pa s ?，其密度为8503 /kg m ，试求其运动黏度。 第五章 量子力学的表象与表示 §5.1 幺正变换和反幺正变换 1, 幺正算符定义 对任意两个波函数)(r ?、)(r ψ，定义内积 r d r r )()(),(ψ?ψ?*?= (5.1) 按第一章中所说，(5.1)式的含义是：当微观粒子处在状态()r ψ时，找 到粒子处在状态()r ?的概率幅。 依据内积概念，可以定义幺正算符如下： “对任意两个波函数?、ψ，如果算符 U 恒使下式成立 ),()?,?(ψ?ψ?=U U (5.2) 而且有逆算符1?-U 存在，使得I U U U U ==--11????1，称这个算符U ?为幺正算符。” 任一算符A ?的厄米算符+A ?定义为：+A ?在任意?、ψ中的矩阵元恒由下式右方决定 ??(,)(,)A A ?ψ?ψ+= (5.3) 由此，幺正算符U ?有另一个等价的定义： “算符U ?为幺正算符的充要条件是 I U U U U ==++???? (5.4a) 或者说 1??-+=U U 。” (5.4b) 证明：若),()?,?(ψ?ψ?=U U 成立，则按+U ?定义， ),??()?,?(),(ψ?ψ?ψ?U U U U +== 由于?、ψ任意，所以 I U U =+?? 又因为U ?有唯一的逆算符1?-U 存在，对上式右乘以1?U -，即得 1??U U +-= 这就从第一种定义导出了第二种定义。类似，也能从第二种定义导出第一种定义。从而，幺正算符的这两种定义是等价的。 2, 幺正算符的性质 幺正算符有如下几条性质： i, 幺正算符的逆算符是幺正算符 证明：设 1-+=U U ， 则()()(),1 11--+++-===U U U U 所以1-U 也是幺正 1 这里强调了 U -1 既是对 U 右乘的逆又是对 U 左乘的逆。和有限维空间情况不同，无限维空间情况下，任一算符 U 有逆算符的三种情况：1）有一个左逆算符和无穷多个右逆算符；2）有一个右逆算符和无穷多个左逆算符；3）有一个左逆算符和一个右逆算符，并且它俩相等，唯有此时可简单地写为 U -1 。 全国2002年4月高等教育自学考试 工程流体力学试题 课程代码：02250 一、单项选择题(每小题1分，共20分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1.若流体的密度仅随( )变化而变化，则该流体称为正压性流体。 A.质量 B.体积 C.温度 D.压强 2.亚声速流动，是指马赫数( )时的流动。 A.等于1 B.等于临界马赫数 C.大于1 D.小于1 3.气体温度增加，气体粘度( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.增加或减小 4.混合气体的密度可按各种气体( )的百分数来计算。 A.总体积 B.总质量 C.总比容 D.总压强 5.某单位购买了一台提升汽车的油压升降机(如图一所示)，原设计操纵方法是：从B管进高压油，A管排油时平台上升(图一的左图)；从A管进高压油，B管排油时平台下降。在安装现场工人不了解原设计意图，将A、B两管联在一起成为C管(图一的右图)。请你判断单靠一个C管通入高压油或排油，能操纵油压机升降吗?你的判断：( ) A.可以 B.不能动作 C.能升不能降 D.能降不能升 6.在一个储水箱的侧面上、下安装有两只水银U形管测压计(如图二)，当箱顶部压强p0=1个大气压时，两测压计水银柱高之差△h=h1-h2=760mm(Hg)，如果顶部再压入一部分空气，使p0=2个大气压时。则△h应为( ) A.△h=-760mm(Hg) B.△h=0mm(Hg) C.△h=760mm(Hg) D.△h=1520mm(Hg) 7.流体流动时，流场各空间点的参数不随时间变化，仅随空间位置而变，这种流动称为( ) A.定常流 B.非定常流 C.非均匀流 D.均匀流 8.流体在流动时，根据流体微团( )来判断流动是有旋流动还是无旋流动。 A.运动轨迹是水平的 B.运动轨迹是曲线 C.运动轨迹是直线 D.是否绕自身轴旋转 9.在同一瞬时，流线上各个流体质点的速度方向总是在该点与此线( ) A.重合 B.相交 C.相切 D.平行 10.图示三个油动机的油缸的内径D相等，油压P也相等，而三缸所配的活塞结构不同，三个油动机的出力F1，F2，F3的大小关系是(忽略活塞重量)( ) A.F1=F2=F3 B.F1>F2>F3 C.F1流体力学习题解答
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