湖大出版社大学物理(一)练习册答案 下载本文

参考解答:

激光管内的激光在两面反射镜 M1和M2之间来回反射,所以光是沿轴线传播的。光的偏振方向垂直于管轴,一个是垂直于纸面,称为 E⊥分量,另一是平行于纸面,称为 E量。由于布儒斯特窗的法线与管轴的夹角为布儒斯特角,光入射到布儒斯特窗,其反射的光中只有 E⊥分量,反射光离开管轴方向。透射光中E分量大于 E⊥分量。见图(b)。这样每次光入射到布儒斯特窗,都会损失一部分 E⊥分量。经过 M1,M2 之间的多次反射,沿管轴方向前进的光中 E⊥分量就越来越少,最后将 E⊥分量全都过滤掉了,出射的激光中只剩下 E分量。因此这样射出的光就是线偏振的,光振动平行于纸面。

2. 怎样用偏振光状态演示仪(见演示实验教材)区分出入射光是圆偏振光还是椭圆偏振光? (偏振光状态演示仪包括光学减震平台一个、半导体激光器(650 nm)及固定架一套、起偏器和检偏器各一个、1/4波片(650 nm) 一个、步进电机控制的调整架三个、光电接收系统及调整架一个、电控箱一个(三路控制输出、两路输入和USB接口)、计算机及专用软件。)

参考解答:

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1. 圆偏振光的产生与鉴别

① 手动调整起偏器和检偏器,使它们的偏振化方向互相垂直,即接收屏上出现消光;

② 在起偏器和检偏器之间插入l/4波片,转动l/4波片,重新使屏幕上出现消光状态; ??0?Ao?Asin?,Ae?Acos?

?Ao?0,Ae?A

③ l/4波片旋转45?, 将检偏器旋转,屏幕上便出现一条近乎水平的直线,说明通过检偏器的光为圆偏振光,即光强不变。 旋转检偏器P2

(1)P2与Ao共线,AP2?A0?A1

作为比较,可得I?A21

(2)P2与Ae共线,AP2?Ae?A1

同样得I?A21

(3)P2旋转任意角度?

AP2:Aesin?、Aocos?

I?IP2(e)?IP2(o)

I222P2(e)?Aesin?,IP2(o)?Aocos2?

?I?I2P2(e)?IP2(o)?A1,即光强不变。

2. 椭圆偏振光的产生与鉴别

如果l/4波片的旋角大于或小于45?,则检偏器旋转360?,屏幕上出现的是一条余弦曲线,但曲线最低点的光强不等于零,说明通过检偏器的光为椭圆偏振光。

第10章 气体分子运动论

一、选择题

1(B),2(C),3(C),4(C),5(D),6(E),7(B),8(B),9(A),10(C) 二、填空题 (1).

32kT ,52kT ,

52MRT/Mmol .;

(2). 1.2310-

24 kg m / s ,131028 --

13 m2s ,43103 Pa .

(3). n f(v)dxdydzdv . ; (4). 氩,氦.; (5). 氢,1.583103.; (6). 保持不变. (7). 理想气体处于热平衡状态 ,

12iPV/N1A或

2ikPV/R.;

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(8).

NAfA(v)?NNABBfB(v)?N. (9). 2; (10). 1 .

三、计算题

1. 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 J2mol?12K?1 )

解: A= Pt =

12viR?T,

∴ ?T = 2Pt /(v iR)=4.81 K.

2. 储有1 mol氧气,容积为1 m3的容器以v=10 m2s-1 的速度运动.设容器突然停止,其中氧气的80%的机械运动动能转化为气体分子热运动动能,问气体的温度及压强各升高了多少?

(氧气分子视为刚性分子,普适气体常量R=8.31 J2mol?12K?1 )

解: 0.83

12Mv=(M / Mmol)

252R?T,

∴ T=0.8 Mmol v2 / (5R)=0.062 K 又 ?p=R ?T / V (一摩尔氧气) ∴ ?p=0.51 Pa.

3. 质量m=6.2 310?17 g的微粒悬浮在27℃的液体中,观察到悬浮粒子的方均根速率为1.4 cm2s?1.假设粒子速率服从麦克斯韦速率分布,求阿伏伽德罗常数.(普适气体常量R=8.31 J2mol?12K?1 )

解:据 v??21/2?3RT/M2mol?3RT/NAm,

得 NA=3RT / (mv)=6.1531023 mol-1.

4. 许多星球的温度达到108 K.在这温度下原子已经不存在了,而氢核(质子)是存在的.若把氢核视为理想气体,求:

(1) 氢核的方均根速率是多少? (2) 氢核的平均平动动能是多少电子伏特?

(普适气体常量R=8.31 J2mol?12K?1 ,1 eV=1.6310?19 J,玻尔兹曼常量k=1.38310?23 J2K?1 )

解:(1) 由 v??21/2?3RT/Mmol

而氢核 Mmol=1310?3 kg2mol?1 ∴ v??21/2=1.583106 m2s?1.

4

(2) w?

32kT=1.29310 eV.

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5. 已知某粒子系统中粒子的速率分布曲线如图所示,即

?Kv3f(v)???00?v?v0v0 ?v ??f(v) Kv 3vv0求:(1) 比例常数K =? (2) 粒子的平均速率v?? O (3) 速率在0~v1之间的粒子占总粒子数的1 / 16时,v1 =? (答案均以v0表示)

?v0

解:(1) ∵ 1??0?f(v)dv?4?0Kvdv?Kv0/4

34∴ K?4/v0

v0 (2) v??vf(v)dv?0?vKv0v13dv?Kv0/5?4v0/5

(v1)445 (3) ∵

116v1`??0f(v)dv??0Kv3dv?K?4(v1)v0444?(v1v0)

4∴ v1?v0/2

6. 一显像管内的空气压强约为1.0310?5 mmHg,设空气分子的有效直径d = 3.0310?10 m,试求27℃时显像管中单位体积的空气分子的数目、平均自由程和平均碰撞频率. (空气的摩尔质量28.9310?3 kg/mol, 玻尔兹曼常量k = 1.38310?23 J2K?1 760 mmHg = 1.0133105 Pa)

解:(1) n? (2) ??vpkT?3.22310 m

17

?3

kT2πdp?2?7.8 m

(3) Z?8RT?Mmol1???60 s.

?1

四 研讨题

1. 比较在推导理想气体压强公式、内能公式、平均碰撞频率公式时所使用的理想气体分子模型有何不同?

参考解答:

推导压强公式时,用的是理想气体分子模型,将理想气体分子看作弹性自由质点;在推导内能公式时,计算每个分子所具有的平均能量,考虑了分子的自由度,除了单原子分子仍看作质点外,其他分子都看成了质点的组合;推导平均碰撞频率公式时,将气体分子看成有一定大小、有效直径为d的弹性小球。

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