物理学概论习题答案

1、- -第二章习题答案1.什么情况下你可将物体视为质点？从“质点模型你能获得一种研讨问题的什么方法？解：质点是指只有质量而无大小、形状的点。例如研究地球绕太阳公转时，地球的大小和形状就可以忽略，从而可以把地球看成是一个“点，但考察地球自转问题时就不能把地球看成一个“质点了。从方法论上叫做建立模型，简称建模，即将复杂问题简单化；从哲学上说叫抓主要矛盾。3.你能说明描写运动的四个物理量位矢、位移、速度、加速度的物理含义及单位吗？解：位矢物理含义：由坐标原点向质点所在位置画一个有向线段来表示质点所在的位置， 这个有向线段称为位矢。单位是米，符号m。位移的物理含义：由t时刻质点位置指向时刻质点位置的一个

2、矢量。单位是米，符号m。速度的物理含义：无限小位移和经历此小位移的无限小时间的比值，称为瞬时速度，简称速度。单位是米每秒，符号m/s。加速度的物理含义：无限小速度变化量与对应的无限小时间的比值，称为瞬时加速度，简称加速度。单位是米每二次方秒，符号。4. 知道了在平面上运动质点在时刻的坐标为(3m，8m)，在时刻的坐标为(7m，14m)，试分别确定在2，4秒时的位矢和这段时间内的位移及平均速度。解：对于平面运动，位置矢量表达式为时，位矢为。时，位矢为。这段时间内的位移平均速度6. 平均速度等于零，是否物体一定静止？解：不一定。根据平均速度表达式可知，假设该时间内位移为零，那么假设平均速度一定为零

3、，但物体不一定静止。例如圆周运动，物体运动一周，位移为零，平均速度等于零，但物体并不静止。 7. 物体的速度为零或速度很小，可以使它有很大的加速度吗物体的速度很大，加速度可以为零吗？解：物体的速度为零或速度很小，可以使它有很大的加速度。根据加速度的表达式可知，加速度是描述速度变化快慢的物理量，与速度的大小无关。根据加速度的表达式可知，物体的速度很大，加速度可以为零。物体速度虽然很大，但速度变化量可以为零，因此加速度可以为零。比方速度很大的匀速直线运动，加速度为零。8.太阳中心到地球中心的距离约为，太阳半径为，地球半径为，求光由太阳外表传到地球外表的时间。解：光速，因此所需时间为即光由太阳外表传

4、到地球外表的时间为。9.子弹离开枪口的速度是500m/s，枪筒长1m，设子弹在枪筒中做匀变速直线运动，试求：(1)子弹在枪筒中的飞行时间；(2)子弹的加速度。解：子弹的发射过程在枪口当中的运动是匀加速直线运动。由题意可知，子弹初速度，初位置，子弹的末速度，水平方向上的位移为。由匀变速直线运动方程代入数据可得联立以上两个方程可得飞行时间，子弹加速度。10. 月亮上的重力加速度只有地球上的1/6，假设人在地球和月亮弹跳引起的向上初速度一样，求人在月亮上的跳起的高度是在地球上跳起的高度的多少倍。 解：设地球上重力加速度为g，那么月球上重力加速度为。设竖直向下为正方向，人弹跳过程中初速度为，末速度为零

5、。根据动能定理表达式可得可得，即，可得。13.1辆重8000N的汽车，以22m/s匀速直线运动，作用于车的总阻力为500N，求汽车受的合力和加速度。解：汽车做匀速直线运动，汽车所受合外力为零。根据牛顿第二定律表达式，可以得到合外力为零时，加速度也为零。因此汽车所受的合外力为零，加速度为零。15.为什么游泳者能使自己前进 为什么划船者能使船在水上运动？为什么人能在地上行走或跳起？解：由牛顿第三定律可知，力的作用是相互的。人游泳时，人对水施加了作用力，水反过来也会对人施加力，在此力的作用下使游泳的人前进，这个力的受力物体是人，施力物体是水。以人、船，桨为一个系统，系统对水一个向后的力，水反过来就会

6、对系统一个向前的力，表现为船向前前进。人行走时，脚与地面相互接触，在水平方向上只受摩擦力的作用，由于脚相对地面有向后的运动趋势，因此脚对地面的静摩擦力向后，反之地面对脚的静摩擦力向前，人受到向前的静摩擦力的作用。人站在地面上受到竖直向上的支持力和向下的重力。起跳时，腿给地面一个向下的作用力，反之地面给腿一个向上的作用力，造成人受到的支持力大于重力，合外力竖直向上，人就会向上跳起了。16.按牛顿第三定律，作用力等于反作用力，为什么拔河比赛却有输赢？BA解：拔河时A方受到两个力的作用，绳子给的水平向右的拉力，地面给的水平向左的摩擦力。B方也受到两个力的作用，绳子给的水平向左的拉力，地面给的水平向右

7、的摩擦力。由绳子上的力处处相等可知，。而拔河比赛的输赢取决于和，当时，A方胜利。当时，B方胜利。22.汽车质量为1000kg速度为72km/h(公里/小时)，求动量为多少？如果要使它在4s内制动，所施制动力为多少？解：由题意可知：，动量，假设在4s内制动，初速度为，末速度为零，根据表达式，可以得到那么加速度为，所施制动动力。24. 动量守恒的条件是什么？一个质量lkg的炸弹炸成两块，其中有块质量为600g的速度为50m/s相东北方向，求另一块的速度大小和方向。解：动量守恒的条件：系统所受的合外力为零，用公式表示为。另一块质量为。将炸弹看成一个系统，爆炸过程中，可以视为动量守恒。爆炸前，初态动量

8、为零；爆炸后，末态动量为。因此有可以得到。即另一块的速度为75m/s，方向为西南方向。28. 吊车以的加速度将200kg的物体从静止开场吊高2m，分别求吊车拉力、重力、合力做的功，拉力做功的功率是多少？解：根据牛顿第二定律，合外力，合力的功。重力，重力的功。由，可以得到由，其中，可以得到时间拉力做功的功率29. 光滑斜面的底部有质量为100kg速度为10m/s的物体向上滑，问物体最多能滑到多高的地方？解：物体滑到最高的地方，末速度为零。由动能定理可得：可以得到，即物体最多能滑到5m高的地方。30. 螺旋桨飞机为什么能飞行？为什么在外空间用这种飞机就不行了？喷气式飞机产生推力的原理是什么？螺旋桨

9、的桨叶做成特定形状，当它转动时，像机翼一样，叶片前后两面气流速度不同产生压力差，按伯努力方程会产生向前的推(拉)力。同时叶片又使空气向斜前方向抛离，给了空气一个向后的力，按牛顿第三定律，飞机受到向前的推(拉)力，这两种因素形成了飞机向前的拉力。这个拉力对于形成气流速度使之产生升力是不可少的，同时还要用于抑制飞机所受的向后的阻力。由此，飞机在飞行过程中受到四种作用力：重力、升力、拉力、阻力。当升力大于重力，在竖直方向产生加速度，飞机可以爬高，实现飞行。外太空没有空气，没有气流产生压力差，无法产生向前的推(拉)力。根据牛顿第三定律，喷气式飞机喷出气体给地面一个推力，地面反过来给飞机一个向上的推力。

10、第3章振动与波动作业题2. 简谐振动的运动函数为，可知振动振幅为5cm，频率为50Hz，周期为0.02s，初相为，t时刻的相位为。6.什么叫振动的同相与反相？在这两种情况下合振动振幅与分振动振幅有什么关系？答：一个质点同时参与两个振动，当两个振动相位差为2 整数倍的时候，两个振动同相，合振动振幅等于两个分振动振幅之和。当两个振动相位差为 奇数倍的时候，两个振动反相，合振动振幅等于两个分振动振幅之差的绝对值。16.一维驻波有波腹和波节，波腹点实际上是两列反向传播简谐波的同相点，波节点实际上是两列反向传播简谐波的反相点。17.驻波两相邻波节点间的距离是半个波长。两端固定的长度为L的弦，在其上能形成

11、驻波的波长应满足的条件是 ，n 为整数 。20.超声波有哪些应用？答：超声波可用来定位、测距、探伤、显象；由于能量大而集中可用来切削、焊接，钻孔，清洗机件还可用来处理种子和催化。第四章 习题5、分子之间为什么会同时存在吸引力和排斥力，力学中常见的弹力与分子力有关吗？答：以固体为例，构成分子的是原子，原子中有带正电荷的原子核和带带负电荷的电子组成，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，这样分子之间就会同时存在着引力和斥力。在一定的范围内，分子之间既不能离得太远，也不能离得太近，稍微远一点，引力就起主要作用，要把分子拉回来，可是一旦离得近些，斥力就起主要作用，斥力就起主要作用，又会企图靠近的分子推开

12、。一个分子距离其它分子有一个平衡位置，在这个位置上斥力刚好等于引力。这样固体中的分子都会在平衡位置附近做振动，就仿佛分子与分子之间是通过弹簧连接起来的一样。分子力是保守力，和力学中的弹力一样均是保守力，因此，分子间的作用力属于弹力的范畴。10、一瓶气体被压缩，外界做功840J，放出热量500J，求气体内能改变多少？答：由热力学第一定律得,外界做功840J，W为负值，放出热量500J，Q为负值，代入公式气体内能改变11、一个系统经历循环过程，内能的增量是多少？答：因系统的内能，是状态参量，仅是温度的单值函数。系统经历一个循环后工作物质回到原来状态，内能的增量。12、外界对系统做功500J，内能减

13、少了200J，求系统与外界的热传递为多少？是放热还是吸热？答：由热力学第一定律得,系统对外界做功W为-500J，系统内能减少，代入公式得系统吸收热量为Q= -700J，负号说明系统放热。17、一个热机在一次循环中吸收了8000J的热量，放出了7000J的热量，该热机的效率是多少？答：由热机效率公式，Q1是从高温热源吸收的热量；Q2是向低温热源放出的热量，代入公式得该热机的效率为20、什么是第一类永动机？什么是第二类永动机？你能将空气中的热转变成功吗？答：不需要任何能源，就能对外做功的机器，这违反了能量守恒定律，故称第一类永动机。从单一热源吸热使之完全变为功的效率100%的热机，科学史上将这种满

14、足人们美好愿望的热机，称为第二类永动机。这两类永动机是不可能制造成功得。在没有温度差的情况下，从自然界中的海水或空气中不断吸取热量而使之连续地转变为机械能的机器，它违反了热力学第二定律，是不能实现的。第5章习题3.有两个电量不相等的点电荷，它们相互作用时，是否电量大的电荷受力大？电量小的受力小？试说明理由。 答：两个电荷受力相等。根据库仑定律，两个点电荷之间的受力为相互作用力，大小相等，方向相反，满足牛顿第三定律。6.在真空中，两个带等值同号电量的点电荷相距0.01m时的作用力为，试求：1它们相距0.1m时的作用力多大？2两点电荷所带电荷量是多少？ 答：1根据库伦定律，将条件代入此公式，得，那

15、么相距0.1m时的作用力为。 2，得。7.在以一点电荷为中心，r为半径的球面上，各处的场强是否一样？ 答：大小一样，但是方向不同，沿径向。根据点电荷q为r位置上的电场强度公式，在球面上的任何一点与点电荷q的距离都一样，所以电场强度的大小一样，方向沿点电荷q指向该点的方向。9.空间里的电场线为什么不会相交？ 答：按照电场线的定义，电场强度的方向沿电场线的切线方向，如果电场线可以相交,那么在交点上会存在两个电场力的方向，与电场线的定义矛盾。17、你能画出通电直线、通电圆线圈、通电直螺线管周围磁感性线吗？18、一闭合圆形线圈在均匀磁场中运动，在以下几种情况下哪些会产生感应电流？为什么？1线圈沿磁场方

16、向平移2线圈沿垂直于磁场的方向平移3线圈以自身的直径为轴转动，轴与磁场方向平行4线圈以自身的直径为轴转动，轴与磁场方向垂直。答：1、2、3没有感应电流。通过线圈的磁通量不产生变化，没有感应电动势，因此没有感应电流。4有感应电流。通过线圈的磁通量发生了变化，有感应电动势产生，有感应电流。19、洛伦兹力指的什么？你能判断他的方向吗？答：洛伦兹力：磁场对运动电荷作用力即洛伦兹力，其大小为判断洛伦兹力方向：左手定那么：伸直左手手掌，使手掌朝向磁场，即磁力线穿过掌心，四指指向正电荷运动的方向，那么拇指的方向即为磁场对正电荷的作用力的方向。右手螺旋定那么：伸直右手手掌，四指指向正电荷运动方向，进而四指朝磁

17、场方向弯曲握拳，竖起拇指的方向即为受力方向。20、你能说出什么是电磁感应现象吗？试举出一些生活中与该现象有关的例子？答：穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生的现象叫做电磁感应现象。电磁起重机，电磁炉，磁悬浮列车等。第六章习题2根据图中光线的聚焦位置，区分哪个市近视眼、远视眼、并选择恰当的透镜，将光线聚焦到视网膜上。答：如下列图：上面的图片显示的是远视眼，需要使用凸透镜，将光线会聚。下面的图片显示的是近视眼，需要使用凹透镜，使光线发散，将光线会聚到视网膜上。5. 在杨氏双缝实验中，如果将波长为532nm绿色的半导体激光换成波长为632.8nm红色的氦氖激光，屏上的条纹将如何变化？

18、答：根据杨氏双缝干预实验相邻明条纹暗条纹间的距离为：，当激光波长变长时，条纹间距将变宽。10.什么是偏振现象？为什么偏振现象能说明光是横波？答：偏振现象：振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象叫做光的偏振。波动过程中振动方向与传播方向相垂直的波称为横波。电磁波的光矢量振动方向和传播方向互相垂直，光作为一种电磁波经过偏振片时只有与偏振化方向一样的光矢量能够通过，所以说偏振现象能说明光是横波。11. 光的振动方向指的是什么？自然光、完全偏振光、局部偏振光有何不同？答：光得振动方向：光是横波，和绳波，

19、水波什么的类似。振动方向就是在和光传播的方向垂直的平面上。自然光:光矢量的振动在垂直于光传播方向的平面内沿各种可能方向的时机均等，各个方向光振幅都相等。局部偏振光：某一方向振动比另一方向振动强，自然光加线偏振光、自然光加椭圆偏振光、 自然光加圆偏振光，都是局部偏振光。完全偏振光：如果在垂直于传播方向的平面内，任何时刻只观测到一个光矢量在某一方向振动，这种光叫做完全偏振光。第七章 习题1、 经典物理在解释黑体辐射现象时遇到了什么困难？它导致了什么理论的诞生？答：从经典物理学出发推导出的维恩定律在低频区域与实验数据不相符，而在高频区域，从经典物理学的能量均分定理推导出瑞利-金斯定律又与实验数据不相符，在辐射频率趋向无穷大时，能量也会变得无穷大，这结果被称作“紫外灾变。 导致了量子力学的建立。2、 什么是光电效应？答：光照射到金属外表，使金属