西安交大大学物理2_3-1

主要历史节点南洋初创1895年甲午战败，洋务派大臣盛宣怀提出“自强首在储才，储才必先兴学”的主张和对旧式教育机构进行改革的建议，并得到了清政府的支持。

1896年，盛宣怀在上海筹款议建新式学堂，定名曰“南洋公学”。

1897年1月26日(光绪22年12月24日)，盛宣怀创办南洋公学的奏折，得到清廷正式批准。

盛宣怀亲自担任公学督办，何嗣焜担任总理。

南洋公学初建时，分为四院：师范院、外院、中院和上院，与以后逐步设立的特班、政治班、商务班和东文学堂构成了完整的新式教育体系。

开办工科南洋公学于1905年划归商部，改名为高等实业学堂；1906年改隶邮传部，更名为邮传部上海高等实业学堂， 1911年，辛亥革命爆发，学校改名为南洋大学堂；1912年中华民国成立后，划归交通部管理，遂更名为交通部上海工业专门学校。

在这个过程中，唐文治老校长增设铁路专科（后更名为土木科）、电机专科（后更名为电气机械科）、航海专科，学校就由培养商务为主的人才转而为培养工程技术方面的人才。

定名交大1920年8月，叶恭绰出任北洋政府交通总长。

同年12月，叶以“交通要政，亟需专材”为由，将交通部所属的上海工业专门学校、唐山工业专门学校、北京铁路管理学校和北京邮电学校合并，改名为交通大学，由叶恭绰兼任交通大学校长。

1921年8月1日，本校正式改名为交通大学上海学校。

英文名字是：Chiao Tung University, Shanghai Branch。

1922年6月，交通大学奉令改设两校。

上海——校名曰“交通部南洋大学”；唐山——校名曰“交通部唐山大学”，各设校长，均直辖于本部。

其北京学校各科，分别编入沪、唐两校。

1927年3月，本校开始第三次改组，交通部属的三所学校，上海的南洋大学改称为交通部第一交通大学；唐山大学，改称为第二交通大学；北京交通大学改称为第三交通大学。

[1928年11月，学校移归铁道部管辖，将设在上海、唐山、北平三处的交通大学各学院合并，统称铁道部交通大学，分上海本部、北平铁道管理学院和唐山土木工程学院，由铁道部长孙科兼任校长。

第一章误差估算与数据处理方法课后习题答案1．指出下列各量有效数字的位数。

(1)kV 有效位数：4 (2)mm 有效位数：3 (3)kg 有效位数：5 (4)自然数有效位数：无限位2．判断下列写法是否正确，并加以改正。

(1)A mA错，0.0350A 有效位数为3位，而35mA 有效位数为2位，二者物理意义不同，不可等同，应改为A mA 。

(2)kg错，测量结果(即最佳估计值)有效数字的最后一位应与不确定度的末位对齐。

测量结果有效数字取位时，应遵循“四舍六入五凑偶”的原则；而且，不确定度应记为“”的形式。

故应将上式改成kg 。

(3)km错，当采用科学计数法表示测量结果时，最佳估计值与不确定度应同时用科学计数法表示，并且10的指数应取一致，还要保证最佳估计值的最后一位与不确定度的末位对齐。

因此，上式应改为。

(4)A 正确。

3．试按有效数字修约规则，将下列各数据保留三位有效数字。

3.8547，2.3429，1.5451，3.8750，5.4349，7.6850，3.6612，6.26383.85 2.34 1.54 3.88 5.43 7.68 3.66 6.26 4．按有效数字的确定规则，计算下列各式。

(1)000.1=U 000123.0=L 010.10=m 40350.0=I 35=0350.0=I 11050.3⨯=()3.0270.53+=m 270.53=m ±()3.03.53±=m ()2000103.274±⨯=h ()kmh 4102.03.27⨯±=()004.0325.4±=x ?6386.08.7537.343=++解：原式 (2)解：原式 (3)解：原式 (4)解：原式5．分别写出下列各式的不确定度传播公式。

(1)(K 为常数)解：(a )绝对不确定度：(b )相对不确定度：其中，、分别表示A 、B 量的合成不确定度。

附件一：西安交通大学第三届大学生物理学术竞赛介绍为了活跃我校大学学习大学物理及实验的兴趣，激发创新意识，培养和提高学生应用物理学基础知识的能力、数学能力、逻辑能力、创新能力、协作精神和实践能力；借鉴中国大学生物理学术竞赛（简称CUPT，该赛事是教育部支持的全国重要大学生创新竞赛活动之一）和国际青年物理学家竞赛（IYPT）的模式，举办“西安交通大学第三届大学生物理学术竞赛”，该竞赛采用团队答辩竞赛形式，要求学生根据给定的开放性物理问题进行研究并设计实验解决方案。

现将校内赛相关事宜公布如下：一、目的1. 培养创新意识和开放式思维，注重基础知识与实践紧密结合，提高以所学知识解决实际问题的能力和应变能力，为全校同学提供展示物理研究才能的舞台。

2. 通过校内选拔赛，最终决出20名优秀选手参加2017年陕西省大学生物理学术竞赛，并选出8—10名优秀选手组成校队，代表我校参加2017年中国大学生物理学术竞赛。

二、竞赛内容在力、热、光、电等物理分支下，指定17个研究项目（具体题目与要求详见附件），每位参赛同学在其中自由择题，自主设计实验研究方案，独立完成实验研究，用物理学原理解释实验现象。

理学院指定教师进行指导，大学物理实验教学中心将给予实验方面的协助。

三、参赛对象与时间安排选拨赛面向全体1～3年级本科生。

报名时间：2016年10月17日—11月13日1）2016.10.29（周六）19:00赛题分析研讨会。

2）2016.10－2016.11 准备，撰写实验设计方案（题目理解，设计原理、测量方法、实验仪器、测量数据、结果和理论分析）。

3）2016.11.23 提交参赛材料。

4）2016.11.25 公布参赛名单。

5）2016.11.26（周六）学生准备答辩材料，并进行答辩。

（初赛）6）2016.11.27（周日）公布复赛名单，指定相应的指导教师。

7）2016.12.24—2016.12.25 复赛。

8）2016.12.27 公布决赛名单，进行表演对抗赛及比赛说明。

西安交大附中2022～2023学年第一学期高一第一次月考物理试题注意：本试题共6页，20道小题。

一、单项选择题（本大题共10小题，每小题3分，共30分。

在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

）1．某同学乘高速列车外出。

11：00时他观察到车厢屏幕显示的速度大小为110km ／h ，过了一会儿，他再次观察屏幕，显示的信息如图所示。

下列说法正确的是（）A ．11：00和11：09是时间间隔B ．“过一会儿”是时刻C ．110km ／h 和114km ／h 是瞬时速率D ．温度是矢量2．如图所示，一个质点沿半径分别为r 、R 的半圆弧由A 运动到B 再到C ，规定向右为正方向，在此过程中，它的位移和路程分别为（）A ．(R +r )，π(R -r )B ．2(R +r )，π(R -r )C ．(R +r )，π(R +r )D ．2(R +r )，π(R +r )3．如图所示，汽车向右沿直线运动，原来的速度是1v ，经过一小段时间之后，速度变为2v ，v ∆表示速度的变化量。

由图中所示信息可知（）A ．汽车在做加速直线运动B ．汽车的加速度方向与v ∆的方向相反C ．汽车的加速度方向与1v 的方向相同D ．汽车的加速度方向与1v 的方向相反4．一辆汽车做方向不变的直线运动，加速度a 与速度v 同向。

在加速度逐渐减小到0的过程中，汽车的速度v 、位移x 的变化情况是（） A ．v 逐渐减小，当a =0时v 最小 B ．v 逐渐增大，当a =0时v 最大 C ．x 逐渐增大，当a =0时x 最大 D ．x 逐渐减小，当a =0时x 最小5．一个运动的物体，在t =5s 内速度从012m/s v =增大到v =18m/s ，通过的位移是x =80m ，则这个物体在这5s 内的平均速度是（） A ．13m/s B ．14m/sC ．15m/sD ．16m/s6．如图所示为某物体做直线运动的v —t 图像。

西安交大本科生课表西安交通大学本科生课表星期一：\n8:00-9:50 数学分析（教室：教学楼A101）\n10:00-11:50 大学英语（教室：教学楼B201）\n14:00-15:50 计算机基础（实验室：计算机楼C301）星期二：\n8:00-9:50 物理实验（实验室：物理楼D201）\n10:00-11:50 数据结构与算法（教室：教学楼A301）\n14:00-15:50 离散数学（教室：教学楼B401）星期三：\n8:00-9:50 大学物理（教室：物理楼D101）\n10:00-11:50 线性代数（教室：教学楼A201）\n14:00-15:50 高级语言程序设计（实验室：计算机楼C401）星期四：\n8:00-9:50 概率论与数理统计（教室：教学楼B301）\n10:00-11:50 数据库原理与应用（实验室：计算机楼C501）\n14:00-15:50 操作系统原理（实验室：计算机楼C601）星期五：\n8:00-9:50 数字电路与逻辑设计（实验室：电子楼E301）\n10:00-11:50 信号与系统（教室：电子楼E201）\n14:00-15:50 软件工程（实验室：计算机楼C701）这是一个典型的西安交通大学本科生课表，涵盖了数学、英语、计算机科学、物理等多个学科。

课程设置合理，既包含了基础理论课程，也有实践性较强的实验课程。

这样的课表安排有助于培养学生的综合能力和实际操作能力。

此外，西安交通大学注重培养学生的创新精神和团队合作能力，因此在课表中还包含了一些项目课程和实践性较强的专业课程。

这些课程旨在让学生在实践中掌握专业知识，并培养解决问题和团队合作的能力。

总体而言，西安交通大学本科生课表设计合理，既注重基础理论知识的教授，也注重实践操作能力的培养。

这样的教育模式有助于培养出全面发展、具备创新精神和团队合作能力的优秀本科生。

2022年西安交通大学排名前四的王牌专业2022年西安交通大学排名前四的王牌专业1、管理科学与工程该管理学院现有管理科学与工程、工商管理两个国家一级重点学科，管理科学与工程、工商管理两个一级学科博士点和博士后流动站。

2017年，学院“管理科学与工程”、“工商管理”两个一级学科双双进入国家“双一流”建设学科名单。

据同学反映，学校师资力量雄厚，专业排名靠前，全国前三，适合读博，能够学到很多理论知识，老师水平还是比较高的，可以指导学生发高水平*。

所以该专业的学生实力强，永远不愁就业，工资还客观。

2、电气工程电气工程学院目前主体学科为电气工程国家一级重点学科，并涵盖控制科学与工程、仪器科学与技术两个一级学科。

最新的专业排名中，西交电气和清华大学都是A+,综合实力很强。

大部分毕业生都选择电网、华为等相关企业。

就业也不错，读博的话也是一个好选择。

近几年该专业毕业生一次性就业率为98%以上。

3、机械工程机械工程学院是西安交大历史最悠久、实力最雄厚的学院之一，聚集了众多机械工程领域的知名专家及教授，在国内外具有很高的声誉。

机械工程学科在2017年的学科评估中位列A学科，并于2017年入选国家“双一流”建设学科。

拥有好几名院士，拥有机械制造系统国家重点实验室。

4、能源与动力工程能源与动力工程学院是西安交通大学创建最早、学科设置最齐全、师资力量最雄厚的学院之一，创建了我国第一个锅炉专业、第一个汽轮机专业、第一个汽车制造专业、第一个制冷与低温专业、第一个压缩机专业等，创立了中国热能动力学科和内燃机学科等。

西安交通大学简介西安交通大学，位于古都西安，是中华人民共和国教育部直属、中央直管副部级建制的综合性研究型全国重点大学，由教育部与国家国防科技工业局共建，位列世界一流大学建设高校A类、国家“七五”“八五”重点建设高校、国家“211工程”首批重点建设的七所高校、“985工程”首批重点建设的九所高校，“珠峰计划”首批11所名校之一，“2011计划”牵头高校，首批学位授权自主审核单位，入选首批卓越工程师教育培养计划、111计划、国家建设高水平大学公派研究生项目、教育部来华留学示范基地、全国深化创新创业教育改革示范高校，九校联盟、中国大学校长联谊会、全球能源互联网大学联盟、中俄交通大学联盟、CDIO工程教育联盟成员，新丝绸之路大学联盟发起高校。

交通大学自动化课程.txt为什么我们在讲故事的时候总要加上从前？开了一夏的花，终落得粉身碎骨，却还笑着说意义。

下面西安交大自动化专业（全国第6名）课程表，具有代表性，可以参考：专业计划查询学期：全部请选择查看总计划的学期全部第1学期第2学期第3学期第4学期第5学期第6学期第7学期第8学期上课学期序号课程名称学时学分周数课程类别选/必修起止周次周学时第1学期 1 毛泽东思想概论 32 2 8 公共基础必修 1-17 2第1学期 2 体育(Ⅰ) 32 1 16 公共基础必修 1-17 2第1学期 3 思想道德修养 24 1.5 公共基础必修 1-17 2第1学期 4 线性代数与几何（Ⅱ） 48 3 0 自然科学必修 3第1学期 5 高等数学（Ⅰ）1 88 5.5 16 自然科学必修 6第1学期 6 程序设计基础 48 3 工程科学必修 1-17 3第1学期 7 基础英语1 64 4 16 公共基础必修 4第1学期 8 大学学习学 16 1 8 其它选修必修 1-17（双） 2第1学期 9 计算机文化基础 20 1 1 集中实践环节必修 1-17 2第1学期 10 军事理论 32 2 集中实践环节必修 1-17 2第2学期 11 现代企业管理 32 2 16 公共基础必修 1-17 2第2学期 12 高等数学实验（Ⅰ） 16 1 16 集中实践环节必修 1-17 0第2学期 13 体育（Ⅱ） 32 1 16 公共基础必修 1-17 2第2学期 14 工程制图（Ⅲ） 32 2 16 基础课程必修 1-17 2第2学期 15 大学物理1 64 4 自然科学必修 1-17 4第2学期 16 物理实验1 24 1.5 自然科学必修 1-17 2第2学期 17 高等数学（Ⅰ）2 88 5.5 16 自然科学必修 1-17 6第2学期 18 自动化概论 32 2 16 基础课程必修 1-17 2第2学期 19 基础英语2 64 4 16 公共基础必修 1-17 4第2学期 20 程序设计专题实验（选修） 0 2 集中实践环节必修 1-17 0第2学期 21 MATLAB应用专题实验（选修） 0 2 集中实践环节必修 1-17 0第2学期 22 军事训练 0 4 工程技术必修 20-22 4第3学期 23 体育（Ⅲ） 32 1 16 公共基础必修 1-18 1第3学期 24 离散数学 48 3 自然科学必修 1-18 3第3学期 25 大学物理2 64 4 自然科学必修 1-18 4第3学期 26 物理实验2 24 1.5 自然科学必修 1-18 2第3学期 27 复变函数与积分变换 40 2.5 自然科学必修 1-18 2第3学期 28 电路 72 4.5 工程科学必修 1-18 4第3学期 29 基础英语3 64 4 16 公共基础必修 1-18 4第3学期 30 公益劳动1 0 0.5 集中实践环节必修 1-18 0第4学期 31 马克思主义政治经济学 32 2 16 公共基础必修 1-17 2第4学期 32 体育（Ⅳ） 32 1 16 公共基础必修 1-17 1第4学期 33 法律基础 24 1.5 公共基础必修 1-17 2第4学期 34 概率论与随机过程 48 3 自然科学必修 1-17 3第4学期 35 电子技术基础 80 5 工程科学必修 1-17 5第4学期 36 信号与系统 72 4.5 工程科学必修 1-17 4第4学期 37 数据结构与软件方法 56 3.5 工程科学必修 1-17 4第4学期 38 基础英语4 64 4 16 公共基础必修 1-17 4第4学期 39 公益劳动2 0 0.5 集中实践环节必修 1-17 0第4学期 40 综合选修实验 0 2 集中实践环节必修 1-17 2第4学期 41 电子实习 0 2 集中实践环节必修 1-17 2第5学期 42 管理学基础 32 2 16 公共基础院级选修 2第5学期 43 工程经济学 32 2 16 公共基础院级选修 2第5学期 44 数字逻辑电路 80 5 0 工程科学必修 5第5学期 45 自动控制理论 72 4.5 0 工程科学必修 4第5学期 46 数字信号处理 40 2.5 0 工程科学必修 2第5学期 47 人工智能导论 32 2 16 专业及跨专业选修课程院级选修 2第5学期 48 软件工程 32 2 16 专业及跨专业选修课程院级选修 2第5学期 49 电子技术专题实验（选修） 0 2 2 集中实践环节院级选修 2第6学期 50 系统建模与动力学分析 32 2 16 工程科学必修 1-17 2第6学期 51 数值分析与算法 40 2.5 16 专业基础及专业必修 1-17 2第6学期 52 现代通信原理 72 4.5 0 专业及跨专业选修课程院级选修 1-17 4第6学期 53 嵌入式系统专题实验 0 1 16 集中实践环节选修 1第6学期 54 单片机原理与应用 32 2 0 专业及跨专业选修课程院级选修 1-17 2第6学期 55 现代控制理论 32 2 16 专业基础及专业必修 1-17 2第6学期 56 信息论基础（2） 40 2.5 0 专业及跨专业选修课程选修 2第6学期 57 可编程逻辑控制器及应用 32 2 0 专业及跨专业选修课程院级选修 1-17 2 第6学期 58 数据挖掘与知识发现 32 2 0 专业及跨专业选修课程院级选修 1-17 2第6学期 59 嵌入式系统概论 32 2 16 专业及跨专业选修课程院级选修 1-17 2第6学期 60 电子商务技术基础 32 2 16 专业及跨专业选修课程院级选修 1-17 2第6学期 61 先进控制方法 32 2 16 专业及跨专业选修课程院级选修 1-17 2第6学期 62 工业测控网络 48 3 16 专业及跨专业选修课程院级选修 1-17 3第6学期 63 现代检测技术 48 3 16 专业基础及专业必修 1-17 3第6学期 64 智能控制基础 40 2.5 16 专业及跨专业选修课程院级选修 1-17 2第6学期 65 数据通信与计算机网络 48 3 16 专业及跨专业选修课程院级选修 1-17 3 第6学期 66 图像测量技术 32 2 16 专业及跨专业选修课程院级选修 1-17 2第6学期 67 数据库技术 32 2 16 专业及跨专业选修课程院级选修 1-17 2第6学期 68 图象处理与模式识别 48 3 16 专业及跨专业选修课程选修 1-17 3第6学期 69 生产实习 0 3 3 集中实践环节必修 1-17 3第6学期 70 数字系统专题实验（选修） 0 2 2 集中实践环节院级选修 1-17 2第6学期 71 控制理论专题实验（选修） 0 2 2 集中实践环节院级选修 1-17 2第6学期 72 PLC控制系统专题实验（选修） 0 2 2 集中实践环节院级选修 1-17 2第6学期 73 Labview专题实验（选修） 0 2 2 集中实践环节院级选修 1-17 2第8学期 74 智能信息处理 32 2 工程技术必修 2第8学期 75 网络化系统工程 32 2 工程技术必修 2第8学期 76 CPLD技术及应用 32 2 工程技术必修 2第8学期 77 多传感器信息融合 32 2 工程技术必修 2第8学期 78 光纤通讯的物理基础 32 2 工程技术必修 2第8学期 79 毕业设计 0 12 集中实践环节必修 12。

第一章质点运动学第二章运动与力第三章动量与角动量- 1 -第四章功和能第五章刚体的转动第六章狭义相对论基础- 2 -第七章振动第八章波动- 3 -第九章温度和气体动理论第十章热力学第一定律- 4 -- 5 -第十一章 热力学第二定律第一章 质点运动学课 后 作 业1、一质点沿x 轴运动，其加速度a 与位置坐标x 的关系为 a ＝2＋6 x 2 (SI)如果质点在原点处的速度为零，试求其在任意位置处的速度．解：设质点在x 处的速度为v ，62d d d d d d 2x txx t a +=⋅==v v 2分- 6 -()x x xd 62d 020⎰⎰+=v v v 2分()2 213xx +=v 1分2、一质点沿x 轴运动，其加速度为a = 4t (SI)，已知t = 0时，质点位于x 0=10 m 处，初速度v 0 = 0．试求其位置和时间的关系式．解： =a d v /d t 4=t ， d v 4=t d t⎰⎰=vv 0d 4d tt tv 2=t 2 3分v d =x /d t 2=t 2 t t x txx d 2d 020⎰⎰=x 2= t 3 /3+x 0 (SI) 2分3、一质点沿半径为R 的圆周运动．质点所经过的弧长与时间的关系为221ct bt S += 其中b 、c 是大于零的常量，求从0=t 开始到切向加速度与法向加速度大小相等时所经历的时间．- 7 -解： ct b t S +==d /d v 1分c t a t ==d /d v 1分()R ct b a n /2+= 1分根据题意： a t = a n 1分即 ()R ct b c /2+=解得 cbc R t -=1分4、如图所示，质点P 在水平面内沿一半径为R =2 m 的圆轨道转动．转动的角速度ω与时间t 的函数关系为2kt =ω (k 为常量)．已知s t 2=时，质点P 的速度值为32 m/s ．试求1=t s 时，质点P 的速度与加速度的大小．- 8 -解：根据已知条件确定常量k()222/rad 4//s Rt t k ===v ω 1分24t =ω, 24Rt R ==ωvs t 1=时， v = 4Rt 2 = 8 m/s 1分 2s /168/m Rt dt d a t ===v 1分22s /32/m R a n ==v 1分()8.352/122=+=nt a a a m/s 2 1分5、一敞顶电梯以恒定速率v =10 m/s 上升．当电梯离地面h =10 m 时，一小孩竖直向上抛出一球．球相对于电梯初速率200=v m/s ．试问：(1) 从地面算起，球能达到的最大高度为多大？ (2) 抛出后经过多长时间再回到电梯上？解：(1) 球相对地面的初速度=+='v v v 030 m/s 1分抛出后上升高度 9.4522='=gh v m/s 1分- 9 -离地面高度 H = (45.9+10) m =55.9 m 1分(2) 球回到电梯上时电梯上升高度＝球上升高度2021)(gt t t -+=v v v 1分08.420==gt vs 1分6、在离水面高h 米的岸上，有人用绳子拉船靠岸，船在离岸S 处，如图所示．当人以0υ(m ·1-s )的速率收绳时，试求船运动的速度和加速度的大小．解： 设人到船之间绳的长度为l ，此时绳与水面成θ角，由图可知222s h l +=将上式对时间t 求导，得题1-4图tss t l ld d 2d d 2=- 10 -根据速度的定义，并注意到l ,s 是随t 减少的，∴ t sv v t l v d d ,d d 0-==-=船绳即 θcos d d d d 00v v s l t l s l t s v ==-=-=船 或 sv s h s lv v 02/1220)(+==船将船v 再对t 求导，即得船的加速度320222022002)(d d d d d d sv h s v s l s v slv s v v s t sl t l st v a =+-=+-=-==船船- 11 -第二章 运动与力 课 后 作 业1、 一人在平地上拉一个质量为M 的木箱匀速前进，如图. 木箱与地面间的摩擦系数μ＝0.6.设此人前进时，肩上绳的支撑点距地面高度为h ＝1.5 m ，不计箱高，问绳长l 为多长时最省力?解：设绳子与水平方向的夹角为θ，则l h /sin =θ． 木箱受力如图所示，匀速前进时, 拉力为F , 有F cos θ－f ＝0 2分F sin θ＋N －Mg ＝0 f ＝μN得 θμθμs i n c o s +=MgF 2分- 12 -令0)s i n (c o s )c o s s i n (d d 2=++--=θμθθμθμθMg F ∴ 6.0tg ==μθ，637530'''︒=θ 2分且 0d d 22>θF∴ l ＝h / sin θ＝2.92 m 时，最省力．2、一质量为60 kg 的人，站在质量为30 kg 的底板上，用绳和滑轮连接如图．设滑轮、绳的质量及轴处的摩擦可以忽略不计，绳子不可伸长．欲使人和底板能以1 m/s 2的加速度上升，人对绳子的拉力T 2多大？人对底板的压力多大? (取g ＝10 m/s 2)N- 13 -解：人受力如图(1) 图2分a m g m N T 112=-+ 1分 底板受力如图(2) 图2分 a m g m N T T 2221=-'-+ 2分212T T = 1分 N N ='由以上四式可解得 a m m g m g m T )(421212+=--∴ 5.2474/))((212=++=a g m m T N 1分 5.412)(21=-+=='T a g m N N N 1分3、一条轻绳跨过一轻滑轮(滑轮与轴间摩擦可忽略)，在绳的一端挂一质量为m 1的物体，在另一侧有一质量为m 2的环，求当环相对于绳以恒定的加速度a 2沿绳向下滑动时，物体和环相对地面的加速度各是多少？环与绳间的摩擦力多大？- 14 -解：因绳子质量不计，所以环受到的摩擦力在数值上等于绳子张力T ．设m 2相对地面的加速度为2a '，取向上为正；m 1相对地面的加速度为a 1(即绳子的加速度)，取向下为正． 1分111a m T g m =- 2分 222a m g m T =-2分 212a a a -=' 2分 解得 2122211)(m m a m g m m a ++-= 1分21212)2(m m m m a g T +-=1分2121212)(m m a m g m m a +--=' 1分- 15 -4、一条质量分布均匀的绳子，质量为M 、长度为L ，一端拴在竖直转轴OO ′上，并以恒定角速度ω在水平面上旋转．设转动过程中绳子始终伸直不打弯，且忽略重力，求距转轴为r 处绳中的张力T ( r )．解：取距转轴为r 处，长为d r 的小段绳子，其质量为 ( M /L ) d r ． (取元，画元的受力图) 2分由于绳子作圆周运动，所以小段绳子有径向加速度，由牛顿定律得：T ( r )-T ( r + d r ) = ( M / L ) d r r ω2 令 T ( r )－T (r + d r ) = - d T ( r ) 得 d T =－( M ω2 / L ) r d r 4分由于绳子的末端是自由端 T (L ) = 0 1分有r r L M T Lrr T d )/(d 2)(⎰⎰-=ω∴ )2/()()(222L r L M r T -=ω 3分O- 16 -第三章 动量与角动量 课 后 作 业1、如图，用传送带A 输送煤粉，料斗口在A 上方高h ＝0.5 m 处，煤粉自料斗口自由落在A 上．设料斗口连续卸煤的流量为q m ＝40 kg/s ，A 以v ＝2.0 m/s 的水平速度匀速向右移动．求装煤的过程中，煤粉对A 的作用力的大小和方向．（不计相对传送带静止的煤粉质重）解：煤粉自料斗口下落，接触传送带前具有竖直向下的速度gh 20=v 1分设煤粉与A 相互作用的∆t 时间内，落于传送带上的煤粉质量为 t q m m ∆=∆1分设A 对煤粉的平均作用力为f，由动量定理写分量式：0-∆=∆v m t f x 1分)(00v m t f y ∆--=∆ 1分- 17 -将 t q m m ∆=∆代入得 v m x q f =， 0v m y q f = ∴ 14922=+=y x f f f N 2分 f与x 轴正向夹角为α = arctg (f x / f y ) = 57.4° 1分由牛顿第三定律煤粉对A 的作用力f ′= f = 149 N ，方向与图中f相反．2分2、质量为1 kg 的物体，它与水平桌面间的摩擦系数μ = 0.2 ．现对物体施以F = 10t (SI)的力，（t 表示时刻），力的方向保持一定，如图所示．如t = 0时物体静止，则t = 3 s 时它的速度大小v 为多少?解：由题给条件可知物体与桌面间的正压力mg F N +︒=30sin 1分物体要有加速度必须 N F μ≥︒30cos 2分即 mg t μμ≥-)3(5， 0s 256.0t t =≥ 1分 物体开始运动后，所受冲量为 ⎰-︒=tt t N F I 0d )30cos (μ- 18 -)(96.1)(83.3022t t t t ---= t = 3 s, I = 28.8 N s 2分则此时物体的动量的大小为 I m =v速度的大小为 8.28==mIv m/s 2分3、一炮弹发射后在其运行轨道上的最高点h ＝19.6 m 处炸裂成质量相等的两块．其中一块在爆炸后1秒钟落到爆炸点正下方的地面上．设此处与发射点的距离S 1＝1000 m ，问另一块落地点与发射地点间的距离是多少？（空气阻力不计，g ＝9.8 m/s 2）解：因第一块爆炸后落在其正下方的地面上，说明它的速度方向是沿竖直方向的．利用 2t g t h '+'=211v ， 式中t '为第一块在爆炸后落到地面的时间． 可解得v 1＝14.7 m/s ，竖直向下．取y 轴正向向上, 有v 1y ＝－14.7 m/s 2分设炮弹到最高点时(v y ＝0)，经历的时间为t ，则有S 1 = v x t ① h=221gt ② 由①、②得 t =2 s , v x =500 m/s 2分- 19 -以2v表示爆炸后第二块的速度，则爆炸时的动量守恒关系如图所示．x v v m m x =221③0==+y y m m m v v v 1y 22121 ④解出 v 2x =2v x =1000 m/s ， v 2y =-v 1y =14.7 m/s 3分 再由斜抛公式 x 2= S 1 +v 2x t 2 ⑤y 2=h +v 2y t 2-22gt 21 ⑥落地时 y 2 =0，可得 t 2 =4 s , t 2＝－1 s （舍去） 故 x 2＝5000 ｍ 3分Mmv4、质量为M ＝1.5 kg 的物体，用一根长为l ＝1.25 m 的细绳悬挂在天花板上．今有一质量为m ＝10 g 的子弹- 20 -以v 0＝500 m/s 的水平速度射穿物体，刚穿出物体时子弹的速度大小v ＝30 m/s ，设穿透时间极短．求： (1) 子弹刚穿出时绳中张力的大小； (2) 子弹在穿透过程中所受的冲量．解：(1) 因穿透时间极短，故可认为物体未离开平衡位置．因此,作用于子弹、物体系统上的外力均在竖直方向，故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 ' 有 m v 0 = m v +M v 'v ' = m (v 0 - v )/M =3.13 m/s 2分 T =Mg+M v 2/l =26.5 N 2分(2) s N 7.40⋅-=-=∆v v m m t f (设0v方向为正方向) 2分负号表示冲量方向与0v方向相反． 2分- 21 -课 后 作 业1、一质量为m 的质点在Oxy 平面上运动，其位置矢量为j t b i t a rωωsin cos +=(SI)式中a 、b 、ω是正值常量，且a ＞b ． (1)求质点在A 点(a ，0)时和B 点(0，b )时的动能；(2)求质点所受的合外力F 以及当质点从A 点运动到B 点的过程中F的分力x F 和y F 分别作的功．解：(1)位矢 j t b i t a rωωs i n c o s += (SI) 可写为 t a x ωc o s = ， t b y ωs i n= t a t x x ωωs i n d d -==v ， t b ty ωωc o s d dy-==v在A 点(a ，0) ，1cos =t ω，0sin =t ωE KA =2222212121ωmb m m y x =+v v 2分在B 点(0，b ) ，0cos =t ω，1sin =t ωE KB =2222212121ωma m m y x =+v v 2分(2) j ma i ma F y x +==j t mb i t ma ωωωωsin cos 22-- 2分- 22 -由A →B ⎰⎰-==020d c o s d a a x x x t a m x F W ωω=⎰=-022221d a ma x x m ωω 2分⎰⎰-==b b y y t b m y F W 020dy sin d ωω=⎰-=-b mb y y m 022221d ωω 2分2、劲度系数为k 的轻弹簧，一端固定，另一端与桌面上的质量为m 的小球B 相连接．用外力推动小球，将弹簧压缩一段距离L 后放开．假定小球所受的滑动摩擦力大小为F 且恒定不变，滑动摩擦系数与静摩擦系数可视为相等．试求L 必须满足什么条件时，才能使小球在放开后就开始运动，而且一旦停止下来就一直保持静止状态．解：取弹簧的自然长度处为坐标原点O ，建立如图所示的坐标系．在t =0时，静止于x ＝－L 的小球开始运动的条件是kL ＞F ① 2分小球运动到x 处静止的条件，由功能原理得- 23 -222121)(kL kx x L F -=+- ② 2分 由② 解出kFL x 2-= 使小球继续保持静止的条件为 F k FL k x k ≤-=2 ③ 2分 所求L 应同时满足①、③式，故其范围为 k F <L kF3≤ 2分3、一链条总长为l ，质量为m ，放在桌面上，并使其部分下垂，下垂一段的长度为a ．设链条与桌面之间的滑动摩擦系数为μ．令链条由静止开始运动，则 (1)到链条刚离开桌面的过程中，摩擦力对链条作了多少功？- 24 -al -a(2)链条刚离开桌面时的速率是多少？解：(1)建立如图坐标.某一时刻桌面上全链条长为y ,则摩擦力大小为g l ym f μ= 1分 摩擦力的功 ⎰⎰--==00d d a l al f y gy l my f W μ 2分=022al y lmg-μ =2)(2a l lmg --μ 2分(2)以链条为对象，应用质点的动能定理 ∑W ＝2022121v v m m -其中 ∑W = W P ＋W f ，v 0 = 0 1分- 25 -W P =⎰la x P d =la l mg x x l mg la 2)(d 22-=⎰ 2分 由上问知 la l mg W f 2)(2--=μ所以 222221)(22)(v m a l l mg l a l mg =---μ得 []21222)()(a l a l lg ---=μv 2分4、一物体与斜面间的摩擦系数μ = 0.20，斜面固定，倾角α = 45°．现给予物体以初速率v 0 = 10 m/s ，使它沿斜面向上滑，如图所示．求： 物体能够上升的最大高度h ；该物体达到最高点后，沿斜面返回到原出发点时的速率v ．- 26 -解：(1)根据功能原理，有 m g hm fs -=2021v 2分 ααμαμsin cos sin mgh Nh fs ==mgh m mgh -==2021ctg v αμ 2分)c t g 1(220αμ+=g h v =4.5 m 2分(2)根据功能原理有 fs m mgh =-221v 1分αμc t g 212m g h m g h m -=v 1分[]21)c t g1(2αμ-=gh v =8.16 m/s 2分第五章 刚体的转动课 后 作 业- 27 -1、一轻绳跨过两个质量均为m 、半径均为r 的均匀圆盘状定滑轮，绳的两端分别挂着质量为m 和2m 的重物，如图所示．绳与滑轮间无相对滑动，滑轮轴光滑．两个定滑轮的转动惯量均为221mr ．将由两个定滑轮以及质量为m 和2m 的重物组成的系统从静止释放，求两滑轮之间绳内的张力．解：受力分析如图所示． 2分 2mg －T 1＝2ma 1分T 2－mg ＝ma 1分 T 1 r －T r ＝β221mr 1分 T r －T 2 r ＝β221mr 1分 a ＝r β 2分解上述5个联立方程得： T ＝11mg / 8 2分- 28 -2、一轻绳绕过一定滑轮，滑轮轴光滑，滑轮的半径为R ,质量为M / 4，均匀分布在其边缘上．绳子的A 端有一质量为M 的人抓住了绳端，而在绳的另一端B 系了一质量为21M 的重物，如图．设人从静止开始相对于绳匀速向上爬时，绳与滑轮间无相对滑动，求B 端重物上升的加速度？(已知滑轮对通过滑轮中心且垂直于轮面的轴的转动惯量J ＝MR 2 / 4 )解：受力分析如图所示．设重物的对地加速度为a ，向上.则绳的A 端对地有加速度a 向下，人相对于绳虽为匀速向上，但相对于地其加速度仍为a 向下. 2分 根据牛顿第二定律可得：对人： Mg －T 2＝Ma ① 2分对重物： T 1－21Mg ＝21Ma ② 2分根据转动定律，对滑轮有(T2－T1)R＝Jβ＝MR2β / 4 ③2分因绳与滑轮无相对滑动，a＝βR④1分①、②、③、④四式联立解得a＝2g / 7 1分3、一质量为m的物体悬于一条轻绳的一端，绳另一端绕在一轮轴的轴上，如图所示．轴水平且垂直于轮轴面，其半径为r，整个装置架在光滑的固定轴承之上．当物体从静止释放后，在时间t内下降了一段距离S．试求整个轮轴的转动惯量(用m、r、t和S表示)．解：设绳子对物体(或绳子对轮轴)的拉力为T，则根据牛顿运动定律和转动定律得：mg­T＝ma①2分T r＝Jβ②2分由运动学关系有：a = rβ③2分- 29 -- 30 -由①、②、③式解得： J ＝m ( g －a ) r 2 / a ④ 又根据已知条件 v 0＝0式代入④式得：J ＝mr 2(Sgt 22∴ S ＝221at ， a ＝2S / t 2 ⑤ 2分将⑤－1) 2分Am 1 ,l1v2v俯视图4、有一质量为m 1、长为l 的均匀细棒，静止平放在滑动摩擦系数为μ的水平桌面上，它可绕通过其端点O 且与桌面垂直的固定光滑轴转动．另有一水平运动的质量为m 2的小滑块，从侧面垂直于棒与棒的另一端A 相碰撞，设碰撞时间极短．已知小滑块在碰撞前后的速度分别为1v 和2v，如图所示．求碰撞后从细棒开始转动到停止转动的过程所需的时间.(已知棒绕O 点的转动惯量2131lm J =)a- 31 -解：对棒和滑块系统，在碰撞过程中，由于碰撞时间极短，所以棒所受的摩擦力 矩<<滑块的冲力矩．故可认为合外力矩为零，因而系统的角动量守恒，即1分m 2v 1l ＝－m 2v 2l ＋ω2131l m ① 3分碰后棒在转动过程中所受的摩擦力矩为gl m x x l m g M l f 10121d μμ-=⋅-=⎰ ② 2分由角动量定理 ω210310l m dt M tf -=⎰ ③ 2分由①、②和③解得 gm m t 12122μv v += 2分第六章 狭义相对论基础课 后 作 业1、一体积为V 0，质量为m 0的立方体沿其一棱的方向相对于观察者A 以速度v 运动．求：观察者A 测得其密度是- 32 -多少？解：设立方体的长、宽、高分别以x 0，y 0，z 0表示，观察者A 测得立方体的长、宽、高分别为 221cx x v -=，0y y =，0z z =．相应体积为 221cV xyz V v -== 3分 观察者Ａ测得立方体的质量 2201c m m v -=故相应密度为 V m /=ρ22022011/c V c m v v --=)1(2200cV m v -=2分2、在O 参考系中，有一个静止的正方形，其面积为 100 cm 2．观测者O ＇以 0.8c 的匀速度沿正方形的对角线运动．求O ＇所测得的该图形的面积．- 33 -解：令O 系中测得正方形边长为a ，沿对角线取x 轴正方向(如图)，则边长在坐标轴上投影的大小为a a x 221=，a a y 221=面积可表示为： x y a a S ⋅=2 2分在以速度v 相对于O 系沿x 正方向运动的O ＇系中 2)/(1c a a x x v -=' =0.6×a 221 a a a yy 221==' 在O ＇系中测得的图形为菱形，其面积亦可表示为606.022=='⋅'='a a a S x y cm 2 3分 3、一艘宇宙飞船的船身固有长度为L 0 =90 m ，相对于地面以=v 0.8 c (c 为真空中光速)的匀速度在地面观测站的上空飞过．(1) 观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？ (2) 宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？解：(1) 观测站测得飞船船身的长度为 =-=20)/(1c L L v 54 mx- 34 -则 ∆t 1 = L /v =2.25×10-7 s 3分(2) 宇航员测得飞船船身的长度为L 0，则∆t 2 = L 0/v =3.75×10-7 s 2分4、半人马星座α星是距离太阳系最近的恒星，它距离地球S = 4.3×1016 m ．设有一宇宙飞船自地球飞到半人马星座α星，若宇宙飞船相对于地球的速度为v = 0.999 c ，按地球上的时钟计算要用多少年时间？如以飞船上的时钟计算，所需时间又为多少年？解：以地球上的时钟计算： 5.4≈=∆vSt 年 2分以飞船上的时钟计算： ≈-='∆∆221ct t v 0.20 年 3分5、在惯性系S 中，有两事件发生于同一地点，且第二事件比第一事件晚发生∆t =2s ；而在另一惯性系S ＇中，观测第二事件比第一事件晚发生∆t '=3s ．那么在S ＇系中发生两事件的地点之间的距离是多少？解：令S ＇系与S 系的相对速度为v ，有- 35 -2)/(1c tt v -='∆∆， 22)/(1)/(c t t v -='∆∆则 2/12))/(1(t t c '-⋅=∆∆v ( = 2.24×108 m ·s -1 ) 4分那么，在S ＇系中测得两事件之间距离为：2/122)(t t c t x ∆∆∆∆-'='⋅='v = 6.72×108 m 4分6、要使电子的速度从v 1 =1.2×108 m/s 增加到v 2 =2.4×108 m/s 必须对它作多少功？ (电子静止质量m e ＝9.11×10-31 kg)解：根据功能原理，要作的功 W = ∆E根据相对论能量公式 ∆E = m 2c 2- m 1c 2 2分根据相对论质量公式 2/12202])/(1/[c m m v -=2/12101])/(1/[c m m v -= 1分∴ )1111(22122220cc c m W v v ---=＝4.72×10-14 J ＝2.95×105 eV 2分 第七章 振动课 后 作 业1、一个轻弹簧在60 N 的拉力作用下可伸长30 cm ．现将一物体悬挂在弹簧的下端并在它上面放一小物体，它们的总质量为4 kg ．待其静止后再把物体向下拉10 cm ，然后释放．问： (1) 此小物体是停在振动物体上面还是离开它？(2) 如果使放在振动物体上的小物体与振动物体分离，则振幅A 需满足何条件？二者在何位置开始分离？- 36 -解：(1) 小物体受力如图．设小物体随振动物体的加速度为a ，按牛顿第二定律有（取向下为正） ma N mg =- 1分)(a g m N -=当N = 0，即a = g 时，小物体开始脱离振动物体，已知 1分A = 10 cm ，N/m 3.060=k有 50/==m k ω rad ·s -1 2分 系统最大加速度为 52m ax ==A a ω m ·s -2 1分 此值小于g ，故小物体不会离开． 1分(2) 如使a > g ，小物体能脱离振动物体，开始分离的位置由N = 0求得x a g 2ω-== 2分 6.19/2-=-=ωg x cm 1分即在平衡位置上方19.6 cm 处开始分离，由g A a >=2m ax ω，可得2/ωg A >=19.6 cm ． 1分2、一质点在x 轴上作简谐振动，选取该质点向右运动通过A 点时作为计时起点( t = 0 )，经过2秒后质点第一次经过B 点，再经过2秒后质点第二次经过B 点，若已知该质点在A 、B 两点具有相同的速率，且AB = 10 cm 求： (1) 质点的振动方程；- 37 -(2) 质点在A 点处的速率．解： T = 8 s ， ν = (1/8) s -1， ω = 2πν = (π /4) s -1 3分(1) 以AB 的中点为坐标原点，x 轴指向右方． t = 0时， 5-=x cm φcos A = t = 2 s 时， 5=x cm φφωsin )2cos(A A -=+=由上二式解得 tg φ = 1因为在A 点质点的速度大于零，所以φ = -3π/4或5π/4（如图） 2分25c o s /==φx A cm 1分 ∴ 振动方程 )434c o s (10252π-π⨯=-t x (SI) 1分 (2) 速率 )434s i n (41025d d 2π-π⨯π-==-t t x v (SI) 2分 当t = 0 时，质点在A 点 221093.3)43sin(10425d d --⨯=π-⨯π-==t x v m/s 1分3、在一轻弹簧下端悬挂m 0 = 100 g 砝码时，弹簧伸长8 cm ．现在这根弹簧下端悬挂m = 250 g 的物体，构成弹簧振子．将物体从平衡位置向下拉动4 cm ，并给以向上的21 cm/s 的初速度（令这时t = 0）．选x 轴向下, 求振动方- 38 -程的数值式．解： k = m 0g / ∆l 25.12N/m 08.08.91.0=⨯=N/m11s 7s 25.025.12/--===m k ω 2分 5cm )721(4/2222020=+=+=ωv x A cm 2分 4/3)74/()21()/(tg 00=⨯--=-=ωφx v ，φ = 0.64 rad 3分)64.07cos(05.0+=t x (SI) 1分4、有一轻弹簧，当下端挂一个质量m 1 = 10 g 的物体而平衡时，伸长量为4.9 cm ．用这个弹簧和质量m 2 = 16 g 的物体组成一弹簧振子．取平衡位置为原点，向上为x 轴的正方向．将m 2从平衡位置向下拉 2 cm 后，给予向上的初速度v 0 = 5 cm/s 并开始计时，试求m 2的振动周期和振动的数值表达式．解：设弹簧的原长为l ，悬挂m 1后伸长∆l ，则 k ∆l = m 1g ，k = m 1g/ ∆l = 2 N/m 1分取下m 1挂上m 2后，2.11/2==m k ω rad/s 2分ω/2π=T =0.56 s 1分t = 0时， φc o s m 10220A x =⨯-=-- 39 -φωsin m/s 10520A -=⨯=-v解得 22021005.2m )/(-⨯=+=ωv x A m 2分 =-=-)/(tg 001x ωφv 180°+12.6°=3.36 rad也可取 φ = -2.92 rad 2分 振动表达式为 x = 2.05×10-2cos(11.2t -2.92) (SI) 2分或 x = 2.05×10-2cos(11.2t +3.36) (SI)- 40 -5、在竖直悬挂的轻弹簧下端系一质量为 100 g 的物体，当物体处于平衡状态时，再对物体加一拉力使弹簧伸长，然后从静止状态将物体释放．已知物体在32 s 内完成48次振动，振幅为5 cm ． (1) 上述的外加拉力是多大？(2) 当物体在平衡位置以下1 cm 处时，此振动系统的动能和势能各是多少？解一：(1) 取平衡位置为原点，向下为x 正方向．设物体在平衡位置时弹簧的伸长量为∆l ，则有l k mg ∆=, 加拉力F 后弹簧又伸长x 0，则0)(0=+-+∆x l k mg F解得 F = kx 0 2分由题意，t = 0时v 0 = 0；x = x 0 则 0202)/(x x A =+=ωv 2分 又由题给物体振动周期4832=T s, 可得角频率 Tπ=2ω, 2ωm k = ∴ 444.0)/4(22=π==A T m kA F N 1分(2) 平衡位置以下1 cm 处： )()/2(2222x A T -π=v 2分221007.121-⨯==v m E K J 2分2222)/4(2121x T m kx E p π== = 4.44×10-4 J 1分解二：(1) 从静止释放，显然拉长量等于振幅A （5 cm ），- 41 -kA F = 2分2224νωπ==m m k ，ν = 1.5 Hz 2分 ∴ F = 0.444 N 1分(2) 总能量 221011.12121-⨯===FA kA E J 2分当x = 1 cm 时，x = A /5，E p 占总能量的1/25，E K 占24/25． 2分∴ 21007.1)25/24(-⨯==E E K J ， 41044.425/-⨯==E E p J 1分6、如图，有一水平弹簧振子，弹簧的劲度系数k = 24 N/m ，重物的质量m = 6 kg ，重物静止在平衡位置上．设以一水平恒力F = 10 N 向左作用于物体（不计摩擦），使之由平衡位置向左运动了0.05 m 时撤去力F ．当重物运动到左方最远位置时开始计时，求物体的运动方程．解：设物体的运动方程为 )c o s (φω+=t A x ．恒外力所做的功即为弹簧振子的能量： F ×0.05 = 0.5 J ． 2分当物体运动到左方最远位置时，弹簧的最大弹性势能为0.5 J ，即：5.0212=kA J ， ∴ A = 0.204 m ． 2分- 42 -A 即振幅． 4/2==m k ω (rad/s)2ω = 2 rad/s ． 2分 按题目所述时刻计时，初相为φ = π．∴ 物体运动方程为 2分)2c o s (204.0π+=t x (SI)． 2分第八章 波动课 后 作 业1、一平面简谐波沿x 轴正向传播，波的振幅A = 10 cm ，波的角频率ω = 7π rad/s.当t = 1.0 s 时，x = 10 cm 处的a 质点正通过其平衡位置向y 轴负方向运动，而x = 20 cm 处的b 质点正通过y = 5.0 cm 点向y 轴正方向运动．设该波波长λ >10 cm ，求该平面波的表达式．解：设平面简谐波的波长为λ，坐标原点处质点振动初相为φ，则该列平面简谐波的表达式可写成 )/27c o s (1.0φλ+π-π=x t y (SI) 2分 t = 1 s 时 0])/1.0(27c o s [1.0=+π-π=φλy 因此时a 质点向y 轴负方向运动，故π=+π-π21)/1.0(27φλ ① 2分而此时，b 质点正通过y = 0.05 m 处向y 轴正方向运动，应有05.0])/2.0(27cos[1.0=+π-π=φλy且 π-=+π-π31)/2.0(27φλ ② 2分由①、②两式联立得 λ = 0.24 m 1分 3/17π-=φ 1分 ∴ 该平面简谐波的表达式为]31712.07cos[1.0π-π-π=x t y (SI) 2分或 ]3112.07cos[1.0π+π-π=x t y (SI)(m) -2、图示一平面简谐波在t = 0 时刻的波形图，求 (1) 该波的波动表达式； (2) P 处质点的振动方程．解：(1) O 处质点，t = 0 时0c o s 0==φA y ， 0sin 0>-=φωA v 所以 π-=21φ 2分又 ==u T /λ (0.40/ 0.08) s= 5 s 2分故波动表达式为 ]2)4.05(2c o s [04.0π--π=x t y (SI) 4分(2) P 处质点的振动方程为]2)4.02.05(2c o s [04.0π--π=t y P )234.0c o s (04.0π-π=t (SI) 2分3、沿x 轴负方向传播的平面简谐波在t = 2 s 时刻的波形曲线如图所示，设波速u = 0.5 m/s ． 求：原点O 的振动方程．解：由图，λ = 2 m ， 又 ∵u = 0.5 m/s ，∴ ν = 1 /4 Hz ， 3分T = 4 s ．题图中t = 2 s =T 21．t = 0时，波形比题图中的波形倒退λ21，见图． 2分此时O 点位移y 0 = 0（过平衡位置）且朝y 轴负方向运动，∴ π=21φ 2分∴ )2121c o s (5.0π+π=t y (SI) 3分4、一平面简谐波沿Ox 轴正方向传播，波的表达式为 )/(2cos λνx t A y -π=, 而另一平面简谐波沿Ox 轴负方向传播，波的表达式为 )/(2cos 2λνx t A y +π= 求：(1) x = λ /4 处介质质点的合振动方程；(2) x = λ /4 处介质质点的速度表达式．解：(1) x = λ /4处)212c o s (1π-π=t A y ν , )212cos(22π+π=t A y ν 2分∵ y 1，y 2反相 ∴ 合振动振幅 A A A A s =-=2 , 且合振动的初相φ 和y 2的初相一样为π21． 4分合振动方程 )212c o s (π+π=t A y ν 1分(2) x = λ /4处质点的速度 )212s i n (2/d d π+ππ-== v t A t y νν)2c o s (2π+ππ=t A νν 3分5、设入射波的表达式为 )(2cos 1Ttx A y +π=λ，在x = 0处发生反射，反射点为一固定端．设反射时无能量损失，求(1) 反射波的表达式； (2) 合成的驻波的表达式； (3) 波腹和波节的位置．解：(1) 反射点是固定端，所以反射有相位突变π，且反射波振幅为A ，因此反 射波的表达式为 ])//(2c o s [2π+-π=T t x A y λ 3分 (2) 驻波的表达式是 21y y y +=)21/2c o s ()21/2c o s (2π-ππ+π=T t x A λ 3分(3) 波腹位置： π=π+πn x 21/2λ, 2分λ)21(21-=n x , n = 1, 2, 3, 4,…波节位置： π+π=π+π2121/2n x λ 2分λn x 21= , n = 1, 2, 3, 4,…6、如图所示，一平面简谐波沿x 轴正方向传播，BC 为波密媒质的反射面．波由P 点反射，OP = 3λ /4，DP = λ /6．在t = 0时，O 处质点的合振动是经过平衡位置向负方向运动．求D 点处入射波与反射波的合振动方程．（设入射波和反射波的振幅皆为A ，频率为ν．）解：选O 点为坐标原点，设入射波表达式为 ])/(2c o s [1φλν+-π=x t A y 2分则反射波的表达式是 ])(2c o s[2π++-+-π=φλνxDP OP t A y 2分合成波表达式（驻波）为 )2c o s ()/2c o s (2φνλ+ππ=t x A y 2分 在t = 0时，x = 0处的质点y 0 = 0， 0)/(0<∂∂t y ，故得 π=21φ 2分因此，D 点处的合成振动方程是)22c o s ()6/4/32c o s (2π+π-π=t A y νλλλt A νπ=2s i n3 2分第九章 温度和气体动理论 课 后 作 业1、黄绿光的波长是5000 A (1A =10 -10 m)．理想气体在标准状态下，以黄绿光的波长为边长的立方体内有多少个分子?(玻尔兹曼常量k ＝1.38×10- 23J ·K -1)解：理想气体在标准状态下，分子数密度为n = p / (kT )＝2.69×1025 个/ m 3 3分 以5000A 为边长的立方体内应有分子数为N = nV ＝3.36×106个． 2分2、已知某理想气体分子的方均根速率为 400 m ·s -1．当其压强为1 atm 时，求气体的密度．解： 223131v v ρ==nm p∴ 90.1/32==v p ρ kg/m 3 5分 3、一瓶氢气和一瓶氧气温度相同．若氢气分子的平均平动动能为 w = 6.21×10-21 J ．试求：(1) 氧气分子的平均平动动能和方均根速率． (2) 氧气的温度．(阿伏伽德罗常量N A ＝6.022×1023 mol -1，玻尔兹曼常量k ＝1.38×10-23 J ·K -1)解：(1) ∵ T 相等, ∴氧气分子平均平动动能＝氢气分子平均平动动能w＝6.21×10-21 J ．且 ()()483/22/12/12==m w vm/s 3分(2) ()k w T 3/2=＝300 K ． 2分 4、某理想气体的定压摩尔热容为29.1 J ·mol -1·K -1．求它在温度为273 K时分子平均转动动能． (玻尔兹曼常量k ＝1.38×10-23 J ·K -1 )解： R R iR i C P +=+=222，∴ ()5122=⎪⎭⎫⎝⎛-=-=R C R R C i P P ， 2分可见是双原子分子，只有两个转动自由度.211077.32/2-⨯===kT kT r ε J 3分5、一超声波源发射超声波的功率为10 W ．假设它工作10 s ，并且全部波动能量都被1 mol 氧气吸收而用于增加其内能，则氧气的温度升高了多少？ (氧气分子视为刚性分子，普适气体常量R ＝8.31 J ·mol -1·K -1 )解： A = Pt = T iR v ∆21， 2分∴ ∆T = 2Pt /(v iR )＝4.81 K ． 3分6、1 kg 某种理想气体，分子平动动能总和是1.86×106 J ，已知每个分子的质量是3.34×10-27 kg ，试求气体的温度． （玻尔兹曼常量 k ＝1.38×10-23 J ·K -1）解： N = M / m ＝0.30×1027 个 1分 ==N E w K / 6.2×10-21 J 1分kwT 32== 300 K 3分第十章 热力学第一定律 课 后 作 业1、一定量的单原子分子理想气体，从初态A 出发，沿图示直线过程变到另一状态B ，又经过等容、等压两过程回到状态A ． (1) 求A →B ，B →C ，C →A 各过程中系统对外所作的功W ，内能的增量∆E 以及所吸收的热量Q ．(2) 整个循环过程中系统对外所作的总功以及从外界吸收的总热量(过程吸热的代数和)．3) 5解：(1) A →B ： ))((211A B A B V V p p W -+==200 J ． ΔE 1=ν C V (T B －T A )=3(p B V B －p A V A ) /2=750 JQ =W 1+ΔE 1＝950 J ． 3分B →C ： W 2 =0ΔE 2 =ν C V (T C －T B )=3( p C V C －p B V B ) /2 =－600 J ．Q 2 =W 2+ΔE 2＝－600 J ． 2分 C →A ： W 3 = p A (V A －V C )=－100 J ．150)(23)(3-=-=-=∆C C A A C A V V p V p T T C E ν J ．Q 3 =W 3+ΔE 3＝－250 J 3分 (2) W = W 1 +W 2 +W 3=100 J ． Q = Q 1 +Q 2 +Q 3 =100 J 2分 2、1 mol 双原子分子理想气体从状态A (p 1,V 1)沿p -V 图所示直线变化到状态B (p 2,V 2)，试求： 气体的内能增量．气体对外界所作的功． 气体吸收的热量． 此过程的摩尔热容．解：(1) )(25)(112212V p V p T T C E V -=-=∆ 2分(2) ))((211221V V p p W -+=， W 为梯形面积，根据相似三角形有p 1V 2= p 2V 1，则)(211122V p V p W -=． 3分 (3) Q =ΔE +W =3( p 2V 2－p 1V 1 )． 2分 (4) 以上计算对于A →B 过程中任一微小状态变化均成立，故过程中ΔQ =3Δ(pV )． 由状态方程得 Δ(pV ) =R ΔT ， 故 ΔQ =3R ΔT ，摩尔热容 C =ΔQ /ΔT =3R ． 3分p p 12(摩尔热容C =T Q ∆∆/，其中Q ∆表示1 mol 物质在过程中升高温度T ∆时所吸收的热量．)3、一定量的理想气体，由状态a 经b 到达c ．(如图， abc 为一直线)求此过程中气体对外作的功； 气体内能的增量；气体吸收的热量．(1 atm ＝1.013×105 Pa)解：(1) 气体对外作的功等于线段c a 下所围的面积W ＝(1/2)×(1+3)×1.013×105×2×10-3 J ＝405.2 J 3分 (2) 由图看出 P a V a =P c V c ∴T a =T c 2分 内能增量 0=∆E ． 2分(3) 由热力学第一定律得Q =E ∆ +W =405.2 J ． 3分 4、如图所示，abcda 为1 mol 单原子分子理想气体的循环过程，求：p (×105 Pa)10-3 m 3)(1) 气体循环一次，在吸热过程中从外界共吸收的热量； (2) 气体循环一次对外做的净功；(3) 证明 在abcd 四态, 气体的温度有T a T c =T b T d ．解：(1) 过程ab 与bc 为吸热过程，吸热总和为 Q 1=C V (T b －T a )+C p (T c －T b ))(25)(23b b c c a a b b V p V p V p V p -+-==800 J 4分 (2) 循环过程对外所作总功为图中矩形面积W = p b (V c －V b )－p d (V d －V a ) =100 J 2分 (3) T a =p a V a /R ，T c = p c V c /R ， T b = p b V b /R ，T d = p d V d /R ， T a T c = (p a V a p c V c )/R 2=(12×104)/R 2 T b T d = (p b V b p d V d )/R 2=(12×104)/R 2∴ T a T c =T b T d 4分 5、一定量的理想气体经历如图所示的循环过程，A →B 和C →D 是等压过程，B →C 和D →A 是绝热过程．已知：T C ＝ 300 K ，T B ＝ 400 K ． 试求：此循环的效率．(提示：循环效率的定义式η =1－Q 2 /Q 1，Q 1为循环中气体吸收的热量，Q 2为循环中气体放出的热量）ABCD OVp解： 121Q Q -=η Q 1 = ν C p (T B －T A ) , Q 2 = ν C p (T C －T D ))/1()/1(12B A B C D C A B D C T T T T T T T T T T Q Q--=--= 4分根据绝热过程方程得到：γγγγ----=D D A A T p T p 11， γγγγ----=C C B B T p T p 11 ∵ p A = p B , p C = p D ,∴ T A / T B = T D / T C 4分故 %251112=-=-=BC T T Q Qη 2分6、一卡诺热机(可逆的)，当高温热源的温度为 127℃、低温热源温度为27℃时，其每次循环对外作净功8000 J ．今维持低温热源的温度不变，提高高温热源温度，使其每次循环对外作净功 10000 J ．若两个卡诺循环都工作在相同的两条。

物体转动惯量的研究——西安交大大物仿真实验报告物体转动惯量的研究一．实验目的1．用实验方法验证刚体转动定律，并求其转动惯量；2．观察刚体的转动惯量与质量分布的关系;3．学习作图的曲线改直法，并由作图法处理实验数据。

二．实验所用仪器及使用方法1. 实验仪器：刚体转动仪，滑轮，秒表，砝码2.使用方法：刚体转动仪：包括A.、塔轮，由五个不同半径的圆盘组成。

上面绕有挂小砝码的细线，由它对刚体施加外力矩。

B、对称形的细长伸杆，上有圆柱形配重物，调节其在杆上位置即可改变转动惯量。

与A 和配重物构成一个刚体。

C.、底座调节螺钉，用于调节底座水平，使转动轴垂直于水平面。

此外还有转向定滑轮，起始点标志，滑轮高度调节螺钉等部分。

三：实验原理：1．刚体的转动定律：具有确定转轴的刚体，在外力矩的作用下，将获得角加速度β，其值与外力矩成正比，与刚体的转动惯量成反比，即有刚体的转动定律：M = Iβ (1)利用转动定律，通过实验的方法，可求得难以用计算方法得到的转动惯量。

2．应用转动定律求转动惯量：如图所示，待测刚体由塔轮，伸杆及杆上的配重物组成。

刚体将在砝码的拖动下绕竖直轴转动。

设细线不可伸长，砝码受到重力和细线的张力作用，从静止开始以加速度a下落，其运动方程为mg –t=ma，在t时间内下落的高度为h=at/2。

刚体受到张力的力矩为Tr和轴摩擦力力矩Mf。

由转动定律可得到刚体的转动运动方程：Tr - Mf = Iβ。

绳与塔轮间无相对滑动时有a = rβ，上述四个方程得到：22m(g - a)r - Mf = 2hI/rt (2)Mf与张力矩相比可以忽略，砝码质量m比刚体的质量小的多时有a<<g，所以可得到近似表达式：2mgr = 2hI/ rt (3)式中r、h、t可直接测量到，m是试验中任意选定的。

因此可根据（3）用实验的方法求得转动惯量I。

3．验证转动定律，求转动惯量：从（3）出发，考虑用以下两种方法：2A．作m – 1/t图法：伸杆上配重物位置不变，即选定一个刚体，取固定力臂r和砝码下落高度h，（3）式变为：2M = K1/ t (4)2式中K1 = 2hI/ gr为常量。

西安交通大学物理仿真实验报告——利用单摆测重力加速度班级：姓名：学号：西安交通大学模拟仿真实验实验报告实验日期：2014年6月1日 老师签字：＿＿＿＿＿ 同组者：无 审批日期：＿＿＿＿＿实验名称：利用单摆测量重力加速度仿真实验一、实验简介单摆实验是个经典实验，许多著名的物理学家都对单摆实验进行过细致的研究。

本实验的目的是学习进行简单设计性实验的基本方法，根据已知条件和测量精度的要求，学会应用误差均分原则选用适当的仪器和测量方法，学习累积放大法的原理和应用，分析基本误差的来源及进行修正的方法。

二、实验原理用一根绝对挠性且长度不变、质量可忽略不计的线悬挂一个质点，在重力作用下在铅垂平面内作周期运动，就成为单摆。

单摆在摆角小于5°（现在一般认为是小于10°）的条件下振动时，可近似认为是简谐运动。

而在实际情况下，一根不可伸长的细线，下端悬挂一个小球。

当细线质量比小球的质量小很多，而且小球的直径又比细线的长度小很多时，此种装置近似为单摆。

单摆带动是满足下列公式：g L T π2=进而可以推出：224T L g π=式中L 为单摆长度（单摆长度是指上端悬挂点到球重心之间的距离）；g 为重力加速度。

如果测量得出周期T 、单摆长度L ，利用上面式子可计算出当地的重力加速度g 。

三、 实验内容1. 用误差均分原理设计单摆装置,测量重力加速度g. 设计要求:(1)根据误差均分原理,自行设计试验方案,合理选择测量仪器和方法.(2)写出详细的推导过程,试验步骤.(3)用自制的单摆装置测量重力加速度g,测量精度要求△g/g < 1%.可提供的器材及参数:游标卡尺,米尺,千分尺,电子秒表,支架,细线(尼龙线),钢球,摆幅测量标尺(提供硬白纸板自制),天平(公用).假设摆长l≈70.00cm;摆球直径D≈2.00cm;摆动周期T≈1.700s;米尺精度△米≈0.05cm;卡尺精度△卡≈0.002cm;千分尺精度△千≈0.001cm;秒表精度△秒≈0.01s;根据统计分析,实验人员开或停秒表反应时间为0.1s左右,所以实验人员开,停秒表总的反应时间近似为△人≈0.2s.2. 对重力加速度g的测量结果进行误差分析和数据处理,检验实验结果是否达到设计要求.3. 研究单摆周期与摆长,摆角,悬线的质量和弹性系数,空气阻力等因素的关系,试分析各项误差的大小.四、实验仪器单摆仪，摆幅测量标尺，钢球，游标卡尺（图1-图4）单摆仪（1）摆幅测量标尺（2）钢球（3）游标卡尺（4）五、实验操作1. 用米尺测量摆线长度+小球直径为92.62m（图5）；2. 用游标卡尺测量小球直径结果（图6）图（5）图（6）3. 把摆线偏移中心不超过5度，释放单摆，开始计时，单摆摆过50个周期后停止计时，记录所用时间；T =95.75 s/50 =1.915 s图（7）六、数据处理及误差分析（1）数据处理:1）周期的计算：T = 95.75s/50 = 1.967s2）摆长的计算：△d=⎪d-⎺d⎪(cm) 测量次数每次数据d（cm）平均值（cm）⎺d1 1.662 1.687 0.0252 1.702 0.0153 1.672 0.0154 1.672 0.0155 1.692 0.0156 1.721 0.039△⎺d 0.021所以有效摆长为：L =92.62cm -1.687/2cm91.78cm,3）重力加速度的计算：因为:所以：= 9.88查资料可知，西安地区的重力加速度约为9.79则相对误差是E=△g/g=0.9⎺%＜1%，符合实验要求。