最新医学物理学习题答案详解
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医学物理学第八版课后习题答案医学物理学第八版课后习题答案医学物理学是一门研究医学应用中的物理原理和技术的学科。
它涉及到医学成像、放射治疗、生物医学工程等领域。
作为一门复杂而重要的学科,医学物理学的学习过程中,习题是不可或缺的一部分。
下面将为大家提供医学物理学第八版课后习题的答案。
第一章:医学物理学基础知识1. 什么是医学物理学?医学物理学是一门研究医学应用中的物理原理和技术的学科。
它涉及到医学成像、放射治疗、生物医学工程等领域。
2. 介绍医学物理学的应用领域。
医学物理学的应用领域包括医学成像、放射治疗、生物医学工程等。
医学成像包括X射线成像、核医学成像、超声成像、磁共振成像等。
放射治疗涉及到肿瘤治疗中的辐射剂量计算、辐射防护等。
生物医学工程则涉及到医学仪器设备的研发和应用。
3. 什么是辐射物理学?辐射物理学是研究辐射的性质、相互作用以及辐射与物质之间的相互关系的学科。
在医学物理学中,辐射物理学是非常重要的基础知识。
4. 介绍医学物理学的测量单位。
医学物理学中的测量单位有很多,其中包括剂量单位、辐射单位、放射性测量单位等。
剂量单位包括格雷(Gy)和西弗(Sv)等。
辐射单位包括居里(Ci)和贝克勒尔(Bq)等。
放射性测量单位包括曝光量(R)和剂量当量(H)等。
5. 什么是剂量当量?剂量当量是指辐射对人体组织或器官造成的伤害的度量。
它是剂量与辐射的生物效应之间的关系。
剂量当量的单位是西弗(Sv)。
第二章:医学成像1. 介绍医学成像的分类。
医学成像可以分为X射线成像、核医学成像、超声成像和磁共振成像等。
每种成像技术都有其特定的原理和应用领域。
2. 什么是X射线成像?X射线成像是利用X射线通过人体组织产生影像的技术。
它常用于检查骨骼和某些软组织病变。
X射线成像的原理是X射线在不同组织中的吸收程度不同,通过对X射线的吸收情况进行记录和分析,可以得到人体内部的影像。
3. 什么是核医学成像?核医学成像是利用放射性同位素在人体内部发出的射线产生影像的技术。
第一章刚体转动1名词解释:a刚体在任何情况下大小、形状都保持不变的物体.b力矩给定点到力作用线任意点的向径和力本身的矢积,也指力对物体产生转动效应的量度,即力对一轴线或对一点的矩。
c转动惯量反映刚体的转动惯性大小d进动自转物体之自转轴又绕着另一轴旋转的现象,又可称作旋进2填空:(1) 刚体转动的运动学参数是角速度、角位移、角加速度。
(2) 刚体转动的力学参数是转动惯量、力矩。
(3) 陀螺在绕本身对称轴旋转的同时,其对称轴还将绕力矩回转,这种回转现象称为进动。
3. 问答:(1) 有一个鸡蛋不知是熟还是生,请你判断一下,并说明为什么?熟鸡蛋内部凝结成固态,可近似为刚体,使它旋转起来后对质心轴的转动惯量可以认为是不变的常量,鸡蛋内各部分相对转轴有相同的角速度,因桌面对质心轴的摩擦力矩很小,所以熟鸡蛋转动起来后,其角速度的减小非常缓慢,可以稳定地旋转相当长的时间。
生鸡蛋内部可近似为非均匀分布的流体,使它旋转时,内部各部分状态变化的难易程度不相同,会因为摩擦而使鸡蛋晃荡,转动轴不稳定,转动惯量也不稳定,使它转动的动能因内摩擦等因素的耗散而不能保持,使转动很快停下来。
(2) 地球自转的角速度方向指向什么方向?作图说明。
(3) 中国古代用指南针导航,现代用陀螺仪导航,请说明陀螺仪导航的原理。
当转子高速旋转之后,对它不再作用外力矩,由于角动量守恒,其转轴方向将保持恒定不变,即把支架作任何转动,也不影响转子转轴的方向。
(4) 一个转动的飞轮,如果不提供能量,最终将停下来,试用转动定律解释该现象。
由转动定律可知M=Jdw/dt转动着的轮子一般总会受到阻力矩的作用,若不加外力矩,克服阻力矩做功,轮子最终会停下来(受阻力矩作用W越来越小)第三章流体的运动1. 名词解释:a可压缩流体可压缩流体具有可压缩性的流体,b黏性描述流体黏性大小的物理量,c流场流体运动所占据的空间,d层流流体在管内流动时,其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。
医用物理学课后练习题含答案
一、选择题
1.根据X射线照片的特征,下列哪项不是纤维样肺病的特点?
A. 肺门淋巴结增大
B. 双侧肺内网状磨玻璃影
C. 肺内斑片状高密度影
D. 胸腔积液或纤维化
答案:C
2.以下哪一项不属于CT扫描的基本步骤?
A. 选择适当的切面
B. 调节层厚
C. 选定切片
D. 光电转换
答案:D
3.下列哪项不是真空吸引原理的应用之一?
A. 针灸吸气
B. 饲喂牛奶
C. 飞机起重
D. 吸尘器清洁
答案:C
二、判断题
1.医用CT扫描仪的X射线灵敏度越高,获得的图像越清晰。
正确或错误?答案:错误
2.超声波在医学影像中的应用局限在脑部、肺部和心脏等重要脏器。
正确或错误?答案:错误
三、简答题
1.请简要描述核磁共振成像(MRI)的原理。
MRI成像是通过对人体进行高频电磁信号的照射,使人体内的原子产生共振吸收,产生电磁信号,接受信号后通过计算机循环分析,还原出高清晰度的图像。
MRI不仅可以观察软组织,对于脑、胸部和腹部等部位的对比度也非常好。
2.什么是加速器放射治疗?请谈一谈这种治疗方法的优势和不足。
加速器放射治疗是利用高能量的电子或X射线照射到肿瘤组织上面,对肿瘤细胞的DNA分子进行破坏而达到治疗的目的。
它的优点在于能够高度精确地定位到病变组织,从而减少对正常组织的影响,同时可控性也很高,能够精确调节剂量。
其不足之处在于,辐射剂量会对周围的正常细胞造成影响,从而引起其他症状和并发症,同时,这种治疗也需要高昂的费用支持,对于较为贫困的地区来说治疗难度较高。
医学物理试题及答案一、选择题(每题2分,共40分)1. 以下哪项是医学物理的主要研究领域?A. 核物理B. 粒子物理C. 医学影像D. 生物物理学答案:C2. 医学影像技术中,X射线成像的原理是什么?A. 电磁波的反射B. 电磁波的吸收C. 电磁波的折射D. 电磁波的衍射答案:B3. 在放射治疗中,哪种粒子被用于治疗癌症?A. 质子B. 中子C. 电子D. 光子答案:D4. 下列哪种设备不是医学物理中常用的诊断设备?A. X射线机B. 超声波仪C. 核磁共振仪D. 粒子加速器答案:D5. 医学物理学中,辐射剂量的单位是什么?A. 焦耳B. 瓦特C. 格雷D. 牛顿答案:C6. 医学物理中,CT扫描的全称是什么?A. 计算机断层扫描B. 计算机断层成像C. 计算机断层摄影D. 计算机断层分析答案:B7. 医学物理中,MRI的工作原理是什么?A. 利用X射线B. 利用超声波C. 利用核磁共振D. 利用红外线答案:C8. 放射治疗中,哪种类型的辐射对细胞的损伤最大?A. α射线B. β射线C. γ射线D. X射线答案:A9. 医学物理中,PET扫描的全称是什么?A. 正电子发射断层扫描B. 正电子发射断层成像C. 正电子发射断层摄影D. 正电子发射断层分析答案:A10. 医学物理中,哪种设备用于测量辐射剂量?A. 温度计B. 压力计C. 辐射剂量计D. 流速计答案:C11. 医学物理中,哪种类型的辐射对生物组织的影响最小?A. α射线B. β射线C. γ射线D. X射线答案:B12. 医学物理中,哪种类型的辐射用于治疗甲状腺疾病?A. α射线B. β射线C. γ射线D. X射线答案:C13. 医学物理中,哪种类型的辐射用于治疗皮肤癌?A. α射线B. β射线C. γ射线D. X射线答案:B14. 医学物理中,哪种类型的辐射用于治疗深部肿瘤?A. α射线B. β射线C. γ射线D. X射线答案:C15. 医学物理中,哪种类型的辐射用于诊断骨骼疾病?A. α射线B. β射线C. γ射线D. X射线答案:D16. 医学物理中,哪种类型的辐射用于诊断心脏疾病?A. α射线B. β射线C. γ射线D. X射线答案:D17. 医学物理中,哪种类型的辐射用于诊断脑部疾病?A. α射线B. β射线C. γ射线D. X射线答案:C18. 医学物理中,哪种类型的辐射用于诊断肿瘤?A. α射线B. β射线C. γ射线D. X射线答案:A19. 医学物理中,哪种类型的辐射用于诊断肺部疾病?A. α射线B. β射线C. γ射线D. X射线答案:D20. 医学物理中,哪种类型的辐射用于诊断血管疾病?A. α射线B. β射线C. γ射线D. X射线答案:D二、填空题(每题2分,共20分)1. 医学物理中,辐射剂量的单位是______。
第1章习题答案1-1 解:竖直上抛运动 gH 2max20v = ()s m gH /849102008.1223max 0=⨯⨯⨯==v1-2 解:匀变速直线运动 ()()g s m t a t 259.24680.103600/1000160020<⋅=-⨯=∆-=-v v (不超过) ()()m t s t 4008.1036001000160021210=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯⨯=∆⨯+=v v 1-3 解:以喷嘴作为坐标原点,竖直向上作为y 轴的正向 竖直上抛运动 ()m g v H 5.348.92262220max=⨯== ()gy v y v 220-=连续性方程 ()()gyv qy v q y S 220-==任一瞬间空间上升的水流体积 ()()l gy v g q dy gy v qdy y S V H H 38.1222maxmax020020=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=-==⎰⎰上升下降上升V V =()l V V V 7.24=+=下降上升总1-4 解:()()bt u bt u btbt b u u dt dx v --=----⎪⎭⎫ ⎝⎛-+==1ln 1ln 11 ()()btub bt b u dt dv a -=---==11 ()00=v()()()s m v /1091.6120105.71ln 100.3120333⨯=⨯⨯-⨯-=-1-5 解:()2122212R R N rNdr s R R -==⎰ππ ()()()()m in 6939416364132256650222122==-⨯⨯=-==∆s v R R N v s t ππ()s rad r v /26.00.53.1===ω ()222/338.00.53.1s rad r v ===α1-6 解: ()s m v /37430344=+=东()s m v /31430344=-=西()s m v /3433034422=-=北N F μθ≥cos1-7 解: 因θs i nF mg N += 故 θμμθsin cos F mg F +≥ (1) θμθμs i n c o s s s mgF -≥静(2) θμθμs i n c o s k k mgF -≥动(3) 0s i n c o s ≤-θμθs sμθ1tan ≥1-8 解:()()()()()()()N a g m M F am M g m M F 676006.08.915005000=+⨯+=++=+=+-桨桨()()()N a g m F mamg F 156006.08.91500=+⨯=+==-桨绳1-9 解: r m rMm G22ω= ()()()Kg G r T G rM 261138232321069.51067.61036.136002.142/2⨯=⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯===-ππω1-10 解: ⎰⎰⎰-=-==ωπω20c o s td t kA kxdt Fdt I ωωωωπkAt kA -=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=20sin1-11 解: ()s m /500i v-=()()s m t /45sin 8045cos 800j i v +=()()s N m m t ⋅+=-=j i v v I92.778.140()215278.1492.7arctan 89.160'=-=⋅=πϕs N I ()6168.914.084584502.089.16=⨯===∆=mg F N t I F1-12 一辆停在直轨道上质量为m 1的平板车上站着两个人,当他们从车上沿同方向跳下后,车获得了一定的速度。
第一章习题答案1-4解:对滑轮:由转动定律 (TT )rJ 1 mr 2122对 m: mg TmaTm ( g a )111111对 m :TKmgmaTm ( aK g )222222得T 1T 2ma 联立上式得 amgK mg又因为 ar122mm 1m2 2(1K)m2m则 Tmg ma2mg11 m mm1122(1K )mmKTmg m g12mgK222m 2m m1221-5.解: 以质心为转轴剖析 ,摩擦力矩为转动力矩。
因 A 、B 、C 的质量和半径相同, 故支持力 F N相同。
由摩擦力F f = μ,摩擦力矩 M =F f· R 可知,三者的摩擦力矩也相同。
F N圆盘 A 的转动惯量 J A = 1 m r 2;实心球 B 的转动惯量 J B =2 m r 2 ; 圆环 C 的转动惯量 J C =25m r 2 .由 M =J α可知B>A>C ,所以 B 先抵达 ,C 最后抵达 .1-6.解 :地球自转角速度=24 2 ,转动惯量 J= 2mR 2 ,则角动量 L J,转动动能60 60512E k = J1-7.解: EF/S = l 0F,将各已知量代入即可求解ll/l 0 S l第二章习题答案2-1.①.②. 皮球在上涨和下降阶段均受恒力(重力 ),因此皮球上下运动不是简谐振动.小球在半径很大的圆滑凹球面的底部摇动时,所受的力是指向均衡地点的答复力,且因为是小幅度摇动,答复力的大小和位移成正比(近似于单摆的小幅度摇动)。
所以此状况下小球小幅度摇动是简谐振动。
第四章习题答案4-1.答:射流在静止气体中发射时,射流双侧的一部分气体随射流流动,进而在射流双侧形成局部低压区。
远处的气压未变,所以远处气体不停流向低压区,以增补被卷吸带走的气体,进而形成了射流的卷吸作用。
4-2.答:关于必定的管子,在流量必定的状况下,管子越粗流速越小;在管子两头压强差必定的状况下,管子越粗流速越快。
《医学物理学(第3版)》习题解答2009.10 部分题解2-10.解:已知 363102525m cm v -⨯==; a P .p 511051⨯= a P .p 521011⨯=()())J (..vp p 110251011105165521=⨯⨯⨯-⨯=-=ω∴-2-11.10-5s第三章 液体的表面现象3-1.解:设由n 个小水滴融合成一个大水滴,释放出的能量为P E ∆。
n 个小水滴的总表面积S 1=24r n ⋅⋅π,大水滴的表面积S 2=42R ⋅π,利用n 个小水滴的体积等于一个大水滴的体积,可求出n 即n ×334r ⋅π=334R ⋅π 所以n ×334r ⋅π=334R ⋅π; ()()936333310102102=⨯⨯==--r R n 个 将910个半径为2×310-mm 小水滴融合成一个半径为2mm 的大水滴时,其释放的能量等于表面能的减少,所以 )44()(2221R r n S S E P ⋅-⋅⨯=-=∆ππαα=3612931066.3)10414.3410414.3410(1073----⨯≈⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯J3-2解:由于肥皂泡非常薄,因此可忽略肥皂泡的厚度,取外内=R R =2d=0.05m 。
因为肥皂泡有内外两个表面,所以肥皂泡增加的表面积242R S π⨯=∆。
根据SW∆=α可得吹一个直径为10cm 的肥皂泡,需要做的功 4423108105421040---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=∆⋅=ππαS W J 又因为增加表面能等于外力所做的功 W E P =∆ 所以 4108-⨯==∆πW E P J根据拉普拉斯公式,可得球形液面的内外压强差 =-外内p p Rα2由于肥皂泡有内外两个表面,所以其内外压强差 =-外内p p 2.3100.510404423=⨯⨯⨯=--R α(P a ) 3-3.解:根据拉普拉斯公式,可得球形液面的内外压强差 =-外内p p Rα2 所以,当肺泡的半径为0.04mm 时,它的内外压强差为=-外内p p 353100.2100.4104022⨯=⨯⨯⨯=--R α(P a ) 3-4.解:根据拉普拉斯公式可得球形液面的内外压强差 =-外内p p Rα2 因为气泡在水下面只有一个球形表面,所以气泡的内外压强差=-外内p p Rα2 而 h g p p ⋅⋅+ρ0=外 所以,气泡内的压强 h g p p ⋅⋅+ρ0=内+Rα2 即 内p =1.013×105+310×9.8×10+5331001.2101.010732⨯=⨯⨯⨯--(P a ) 3=5.解:根据毛细现象的公式 θραcos 2rg h ⋅⋅=由于乙醇能完全润湿玻璃壁,所以接触角O=0θ,故 rg h ⋅⋅=ρα2所以 332107.2221015.08.97911090.32---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅⋅=r g h ρα (N/m) 3-6.解:根据毛细现象的公式 θραcos 2rg h ⋅⋅=由于水能完全润湿玻璃壁,所以接触角O =0θ,故 rg h ⋅⋅=ρα2所以 112r g h ⋅⋅=ρα 222r g h ⋅⋅=ρα⎪⎭⎫⎝⎛⨯-⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=-=∆---3333212121105.11105.018.9101073211222r r g gr gr h h h ραραρα =1.99×210-(m)=1.99(cm)3-7.解:根据毛细现象的公式 θραcos 2rg h ⋅⋅=;由于水能完全润湿毛细管,所以接触角O =0θ,因此水在毛细管中上升的高度为 rg h ⋅⋅=ρα2而管中水柱的高度r g R h ⋅⋅+='ρα223333103.5103.08.91010732103----⨯=⨯⨯⨯⨯⨯+⨯=(m)=5.3(cm)3-8.解::根据毛细现象的公式 θραcos 2rg h ⋅⋅=由于水和丙酮能完全润湿毛细管,所以接触角O =0θ,因此水和丙酮在毛细管上升的高度分别为rg h ⋅=水水ρα21 ① rg h ⋅=酮酮ρα22 ②②式除以①式可得 酮水水酮ρραα⋅=t h h 12 所以 3332212104.32107310105.2792104.1-⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⋅⋅---水水酮酮==αρραh h (N/m) 3-9.解:根据毛细现象的公式 θραcos 2rg h ⋅⋅=由于血液在毛细管产生完全润湿现象,所以接触角O =0θ,故 rg h ⋅⋅=ρα2所以,血液表面张力系数3332109.572105.08.91005.11025.22---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅⋅=r g h ρα (N/m)第四章 振动和波动及超声波成像的物理原理4-2.解:已知 kg M 5=;()cm t cos x 44010π+π=(1) 由()cm t cos x 44010π+π=得m cm A 11010-==;)srad (π=ω40;mk 2=ω; m k 2ω= 则)J (.)J (.mA kA E 384394400105160021212122222=π=⨯⨯π⨯=ω==s .T 0504022=ππ=ωπ=; Hz Tf 201==; ()()sm 43t 40cos 4s m 4t 40sin 4vπ+ππ=π+ππ-= ()()2222sm 45t 40cos 160s m 4t 40cos 160a π+ππ=π+ππ-=(2) 当s .t 21=时,则()m .cos x 2110254214010--⨯=π+⨯π=;()sm .cos v π=π+⨯ππ=224321404)J (kx E );J (mv E p k 242222220105051600212120852121π=⨯⨯⨯π⨯==π=π⨯⨯==-(或)J (E E E k p 222202040π=π-π=-=)4-3.解:已知cm A 2=;0=t 时,刚好向x 反向传播;πω==250Hz f , 则 s rad π=ω100()ϕ+ω=t cos A x ,0=t 时 0=x 则 2πϕ±=又由 ()0sin 〈+-=ϕωωt A v , 得 2π=ϕ所以,振动方程为 cm 2t 100cos 2x ⎪⎭⎫ ⎝⎛π+π=速度方程为 s cm t sin v ⎪⎭⎫ ⎝⎛π+ππ-=2100200 s m t cos ⎪⎭⎫ ⎝⎛π+ππ=231002 ;s m 2v m π= 加速度方程为 222100200s m t cos a ⎪⎭⎫ ⎝⎛π+ππ-=;22m s m 200a π= 4-4. 解:(1)2A x =时,222121kA kx E p ==; 41218122==kA kAE E p 即势能占总能量的25%,动能占总能量的75% 。
医用物理学课后习题参考答案第一章1-1 ① 1rad/s ② 6.42m/s1-2 ① 3.14rad/s - ② 31250(3.9310)rad π⨯ 1-3 3g =2l β 1-4 1W=g 2m l 1-5 ① 22k E 10.8(1.0710)J π=⨯ ② -2M=-4.2410N m ⨯⋅③ 22W 10.8(1.0710)J π=-⨯1-6 ① 26.28rad/s ② 314rad ③ 394J ④ 6.28N1-7 ① ω ② 1g 2m l 1-8 ① =21rad/s ω ② 10.5m/s1-9 ① =20rad/s ω ② 36J ③ 23.6kg m /s ⋅1-10 ① 211=2ωω ②1=-2k k1E E ∆ 1-11 =6rad/s ω 1-12 12F =398F 239NN = 1-13 ① 51.0210N ⨯ ② 1.9%1-14 ① 42210/N m ⨯ ② 52410/N m ⨯1-15 ① -65m(510)m μ⨯ ② -31.2510J ⨯第三章3-1 -33V=5.0310m ⨯3-2 ① 12m/s ② 51.2610a P ⨯3-3 ① 9.9m/s ② 36.0m3-4 ①-221.510;3.0/m m s ⨯ ② 42.7510a P ⨯ ③粗处的压强大于51.2910a P ⨯时,细处小于P 0时有空吸作用。
3-5 主动脉内Re 为762~3558,Re<1000为层流,Re>1500为湍流,1000< Re<1500为过渡流。
3-6 71.210J ⨯ 3-7 0.77m/s3-8 ①3=5.610a P P ∆⨯ ②173=1.3810a P s m β-⨯⋅⋅③-143Q=4.0610/m s ⨯3-9 0.34m/s 3-10 431.5210/J m ⨯第四章4-1 -23S=810cos(4t )m 2ππ⨯+ 或-2-2S=810cos(4t-)m=810sin 4t 2πππ⨯⨯4-2 ① ϕπ∆= ② 12t=1s S 0,S 0==当时, 4-3 ① S=0.1cos(t-)m 3ππ ②5t (0.833)6s s ∆= 4-4 ①-2S=810cos(2t-)m 2ππ⨯ ② -2=-1610s in(2t-)m/s 2v πππ⨯;2-22a=-3210cos(2t-)m/s 2πππ⨯③k E =0.126J 0.13J;F=0≈.4-5 ①max =20(62.8)m/s v π ②242max a =4000 3.9410m/s π=⨯ ③22321E=m A =1.9710J=200J 2ωπ⨯4-6 ①2A 5.010,=4,T=0.25,=1.25m Hz s m νλ-=⨯ ② -2S=5.010cos8(t-)0.5x m π⨯ 4-7 ①S=0.10cos (-)0.10cos 0.2(-)522x x t m t m ππ= ②S=-0.10m 4-8 ①=60,=1.0Hz m νλ ② -2S=5.010cos120(-)60x t m π⨯ 4-9 ①1s ϕπ-=②2A 6.010,=20,T=0.1,=0.2,c 2.m s m m/s ωπλ-=⨯= 4-10 ①22-31=A =25.44J m 2ερω⋅ ②328.4210W m -⨯⋅ 4-11 ① 0 ② 2A4-12 ①-39.1210a P ⨯ ②-9E=1.6510J ⨯4-13 ① 889.9 ② 0.54-14 ① -621.010W m -⨯⋅ ② -61.010W ⨯4-15 2=0.054 5.410v m/s m/s -=⨯第五章5-1 ①71.110a P ⨯ ②67.0810a P ⨯5-2 ① 2534.8310m -⨯ ② -9=2.7310;9d m ⨯倍。
第一章刚体转动1名词解释:a刚体在任何情况下大小、形状都保持不变的物体.b力矩给定点到力作用线任意点的向径和力本身的矢积,也指力对物体产生转动效应的量度,即力对一轴线或对一点的矩。
c转动惯量反映刚体的转动惯性大小d进动自转物体之自转轴又绕着另一轴旋转的现象,又可称作旋进2填空:(1) 刚体转动的运动学参数是角速度、角位移、角加速度。
(2) 刚体转动的力学参数是转动惯量、力矩。
(3) 陀螺在绕本身对称轴旋转的同时,其对称轴还将绕力矩回转,这种回转现象称为进动。
3. 问答:(1) 有一个鸡蛋不知是熟还是生,请你判断一下,并说明为什么熟鸡蛋内部凝结成固态,可近似为刚体,使它旋转起来后对质心轴的转动惯量可以认为是不变的常量,鸡蛋内各部分相对转轴有相同的角速度,因桌面对质心轴的摩擦力矩很小,所以熟鸡蛋转动起来后,其角速度的减小非常缓慢,可以稳定地旋转相当长的时间。
生鸡蛋内部可近似为非均匀分布的流体,使它旋转时,内部各部分状态变化的难易程度不相同,会因为摩擦而使鸡蛋晃荡,转动轴不稳定,转动惯量也不稳定,使它转动的动能因内摩擦等因素的耗散而不能保持,使转动很快停下来。
(2) 地球自转的角速度方向指向什么方向作图说明。
(3) 中国古代用指南针导航,现代用陀螺仪导航,请说明陀螺仪导航的原理。
当转子高速旋转之后,对它不再作用外力矩,由于角动量守恒,其转轴方向将保持恒定不变,即把支架作任何转动,也不影响转子转轴的方向。
(4) 一个转动的飞轮,如果不提供能量,最终将停下来,试用转动定律解释该现象。
由转动定律可知M=Jdw/dt转动着的轮子一般总会受到阻力矩的作用,若不加外力矩,克服阻力矩做功,轮子最终会停下来(受阻力矩作用W越来越小)第三章流体的运动1. 名词解释:a可压缩流体可压缩流体具有可压缩性的流体,b黏性描述流体黏性大小的物理量,c流场流体运动所占据的空间,d层流流体在管内流动时,其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。
1-4
解:对滑轮:由转动定律2
121()2
T T r J mr αα-== 对1m :11111()m g T m a T m g a -=⇒=- 对2m :22222()K K T m g m a T m a g μμ-=⇒=+ 又因为a r α=得122
m
T T a -=
联立上式得12122
K m g m g
a m m m μ-=++
则2111
12(1)22
K m
m T m g ma m g m
m m μ++
=-=
++
1222212(1)2
2
K K
K m
m T m g m g m g m
m m μμμ++
=+=
++
1-5.
解: 以质心为转轴分析,摩擦力矩为转动力矩。
因A 、B 、C 的质量和半径相同,故支持力N F 相同。
由摩擦力f F =μN F ,摩擦力矩M =f F ·R 可知,三者的摩擦力矩也相同。
圆盘A 的转动惯量A J =
12
m 2r ;实心球B 的转动惯量B J =25m 2
r ;圆环C 的转动惯量C J =
m 2
r .由M =J α可知B α>A α>C α,所以B 先到达,C 最后到达.
1-6.
解:地球自转角速度ω=
2246060
π
⨯⨯,转动惯量
J=
22
mR 5
,则角动量L J ω=,转动动能2k 1
E =J 2
ω
1-7.
解:
00F/S l F
E =
l/l S l
σε=
=∆∆,将各已知量代入即可求解l ∆
2-1.
①. 皮球在上升和下降阶段均受恒力(重力),因而皮球上下运动不是简谐振动.
②. 小球在半径很大的光滑凹球面的底部摆动时,所受的力是指向平衡位置的回复力,且由于
是小幅度摆动,回复力的大小和位移成正比(类似于单摆的小幅度摆动)。
所以此情况下小球小幅度摆动是简谐振动。
第四章习题答案 4-1.
答:射流在静止气体中喷射时,射流两侧的一部分气体随射流流动,从而在射流两侧形成局部低压区。
远处的气压未变,因此远处气体不断流向低压区,以补充被卷吸带走的气体,从而形成了射流的卷吸作用。
4-2.
答:对于一定的管子,在流量一定的情况下,管子越粗流速越小;在管子两端压强差一定的情况下,管子越粗流速越快。
4-3.
答:不正确。
流量与血管两端的压力差成正比,与流阻成反比,但不能反过来说。
由
4
8f
L
R
R
ηπ=
可知,血流阻力的大小与血管的长度和血液粘度成正比,与血管半径的四次方
成反比。
4-4.
答:由于血液在血管中流动时,靠血管中心流速最大,越靠外层流速越小,由伯努利方程知流速与压强的关系为反比,这样就在血细胞上产生一个指向血管中心的力,从而产生血细胞轴向集中。
4-5.
答:当血液从主动脉流向外周时,由于需要不断克服摩擦阻力而损耗能量,血压逐渐降低。
根据伯肃叶定律,主动脉和大动脉管径大,流阻小,血压降落也小;到小动脉流阻增大,血压降落也增大;至微动脉时流阻急剧增加,血压降落也达最大。
第五章习题答案 5-1.
答:由ε=2
3
k P n 可知,容积减小时,单位体积内分子数密度增大,单位时间内与容
器壁碰撞的分子数增多,引起压强增大。
当温度升高时,分子的热运动平均动能增大,单位时间内与容器壁碰撞的次数增多,同样引起压强增大。
5-2.
答:由=P nkT 可知,当P 、T 相同时,两种气体单位体积内的分子数n 相同;不同种类气体的分子质量不同,故而单位体积内气体质量不同。
5-7.
解:因肥皂泡有内外两层膜,增加表面积为224S R π∆=⨯=1×2
2
10m -
需要做功为α=⋅∆W S =2.5×4
10-J
5-9.
解:设小水滴的半径为r ,大水滴的半径为R 。
8个小水滴融合为1个大水滴
3344
8233
ππ⨯=⇒=r R R r =2mm 8个小水滴的表面能2184πα=⨯W r ,大水滴的表面()2
22442παπα==W R r
放出的表面能26121636710πα-∆=-==⨯.W W W r J
第六章习题答案
6-1. 答:内能是系统状态的单值函数,热力学系统的内能的改变量只决定于初末两个状态,而与所经历的过程无关。
热量和功都是过程量,热力学系统的初末两个状态一定,但是发生的状态变化过程不同,则热量和功的量值就不同。
○
1物体的温度越高,则热量越多。
这种说法不正确。
物体温度高反映的是物体的热力学状态,物体处于一定的热力学平衡状态,它既不吸收热量也不放出热量,热量为零。
○
2物体的温度越高,则内能越大。
这种说法不正确。
只能说一定量的理想气体的温度越高,则内能越大。
对非理想气体,其内能不仅与温度有关,还与分子之间的相互作用的势能有关。
6-3.
答:0℃的水凝固成冰的过程中放热,Q <0;体积增大,对外做功,W >0;由
<0Q E W E Q W =∆+⇒∆=-
6-4.
答:不能确定。
等容过程对外做功为0,吸收热量Q E =∆;等压过程
21+
()mol
M
Q E R T T M =∆- 6-8. 解:如图所示的循环过程是由两条等温线和两条绝热线组成,因此该循环为卡诺循环。
循环的效率2
1
=1-25%T T η=卡诺 7-3.
解:1.做一高斯面S1,其球心为大球和小球的球心,半径r1>R1
则高斯面内的电量之和
0i
q Q Q =+-=∑
1
1
0E i
S E dS q
φε==
=∑⎰⎰
=0E ∴外
2. 做一高斯面S2,其球心为大球和小球的球心,半径r2<R2<R1 则高斯面内无电荷。
3. 做一高斯面S3,其球心为大球和小球的球心,半径R1<r3<R1 则高斯面内的电荷量之和
7-9.
解:以细棒的轴线为对称轴,做出如图所示高斯面
因上底和下底面无电场线通过,故
7-10.
2
1
E i
S E
dS q
φε==
=∑⎰⎰=0
E ∴内i
q Q
=-∑0
3E S Q
E dS φε-==
⎰⎰2
=4r Q
E π-∴2
4r Q
E πε-⋅=
++
h
n
E Φ=
(((d d d S S S E S E S E S
⋅+
⋅+
⋅⎰
⎰
⎰
侧面)
上底)
下底)
2πh
rhE λε=
02πE r
λ
ε∴=
( d =0
S E S ⋅⎰
上底)
(d =0
S E S ⋅⎰
下底)
解:
在带电直线上取线元d r
,
8-8.
dq dr
λ=则22,
dq dr dq dr
dE k k dU k k
r r
r r
λλ====2
21
1R L
R L
R
R
dr
dr E E k
k k r
r R R L λλλ++⎛⎫====- ⎪+⎝⎭
⎰⎰
⎰
ln R L
R L
R
R
dr
dr R L
U dU k
k k r
r R
λλλ+++====⎰⎰
⎰
解:由图可知,电路中有1个独立节点,对f 点所列的支路电流方程为:
132I I I +=
根据基尔霍夫定律选定afcba 和fedcf 两个回路,并规定绕行方向为逆时针方向,分别列出回路方程:
113512123224350
0I R I R I R I R I R I R εε-++=-++=
带入数据并整理得
131223200240400120
900307002400I I I I I I -++=-++=
三式联立求解,得
I 1=-0.01A ;I 2=0.015A ;I 3=0.025A。