大学物理医学物理学加答案完整版.docx
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大学物理医学物理学加答案完整版
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。
e湍流流体的流速逐渐增大，当增大到某一临界值时，就会发现流体各部分相互掺混，甚至有漩涡出现，
2.填空：
（1）伯努利方程表明，任何一处流体的动能和势能之和总是恒定的。
（2）文丘里流量计是利用伯努力方程原理设计，测量的流量值与压强成正比。
（3）流体流动状态是根据雷诺数判断，当它<1000，流体的流动状态是层流。
（4）等截面管道中流体的流量与流速成正比，与黏度、横截面积成反比。
3.问答：
（1）血压测量时，为什么袖带要与心脏平齐？
血压是液体压强，与高度有关，由伯努力方程得当袖带与心脏齐平时，袖带与心脏在同一高度，这样测出的血压才与心脏的血压相接近。
（2）痰液吸引器的管子粗细对吸引痰液有什么影响？
为什么？
痰液吸引器是伯努利方程的应用。
由连续性方程可知Sa·Va=Sb·Vb。
管子细速度快压强小，由于空吸作用，当压强小于大气压时，痰液因受大气压的作用，被压进管子中。
（3）呼吸道阻力对呼吸通气功能有什么影响？
为什么？
大气压力与胸扩压力差不变时阻力越大，通气量越小。
（4）用柯氏音法测量无创血压，为什么用听诊手段来判断血压？
第四章机械振动
1.名词解释：
a谐振动在振动中，物体相对于平衡位置的位移随时间按正弦函数或余弦函数的规律变化。
b，阻尼振动振动系统受到阻力作用，系统将克服阻力做功，能量逐渐减少，振幅逐渐减少。
c，受迫振动是振动系统在周期性的外力作用下，其所发生的振动受迫振动d共振受阻振动的振幅达到的最大值
e谱线在均匀且连续的光谱上明亮或黑暗的线条
2.填空：
（1）谐振动的特征量是加速度、位移和速度。
（2）阻尼振动有过阻尼、欠阻尼和临界阻尼三种情况。
（3）从能量角度看，在受迫振动中，振动物体因驱动力做功而获得动能，同时又因阻尼作用而消耗机械能。
（4）当周期性外力的频率与弹簧振子的固有频率一致时，则弹簧振子发生了共振。
3.问答：
（1）输氧时，当氧气阀门打开时，氧气表上的指针会振动，最后指示稳定的压力，这是为什么？
因为指针突然受到增加的气压，振荡的平衡位置会移动,然后会以新的平衡位置为基准做阻尼振荡
（2）在阻尼振动中，下列哪种情况下振动衰减较快？
●物体质量不变，阻尼系数增大；
●物体质量增大，阻尼系数不变。
物体质量不变阻尼系数增大--------这种情况下振动衰减较快
（3）心电图可以做频谱分析吗？
其基频振动频率是多少？
心电图上，一次心跳的波形分为几个阶段，每个阶段有自己的形态。
可以做出频谱，但不知道具体有什么意义。
第五章机械波
1.名词解释：
a机械波，机械振动在弹性介质中进行传播的过程
b波面某一时刻振动相位相同的点连成的面。
c，波长指沿着波的传播方向，在波的图形中相对平衡位置的位移时刻相同的相邻的两个质点之间的距离
d能流单位时间内通过介质中某一面积的能量，
e驻波同一介质中，频率和振幅均相等，振动方向一致，传播方向相反的两列波叠加后形成的波
f多普勒效应由于声源与观察者的相对运动，造成接收频率发生变化的现象2.填空：
（1）机械波产生的条件是介质和波源。
（2）波是能量传递的一种形式，其强度用密度表示。
（3）机械波在介质中传播时，它的衰减系数和波吸收系数将随着传播距离的增加而减小，这种现象称为波的衰减。
（4）驻波中始终静止不动的点称为波节，振幅最大的各点称为波腹。
（5）在多普勒血流计中，当血流迎着探头，接受频率增大，当血流背离探头，接受频率减低。
3.问答：
（1）当波从一种介质透入到另一种介质时，波长、频率、波速、振幅等物理量中，哪些量会改变？
哪些量不会改变？
如果波被介质表面反射或吸收，那么振幅减小．
一般频率不会变，而波速会有变化，因为u=λν的制约，所以波长会变．
（2）在医学超声检查时，耦合剂起什么作用？
为什么？
超声波在传播时，会遇到不同的声阻抗的物质发生反射和折射，声阻抗差大，反射的声波强度大透射波强度就小，为了让透射波的强度增大，就得减小反射波的反射。
在探头和体表上间涂油，减小声阻抗差，增大透射波，形成更清晰的超声图像
（3）声强级与频率有关吗？
为什么？
没有关系，声强级是能流密度，对于机械波来说，能流密度和频率无关
4.计算：
（1）利用超声波可以在液体中产生120kW/cm2的大强度超声波，设波源为简谐振动，频率为500kHz，液体密度为1g/cm3，声速1.5km/s，求液体质点振动的振幅。
（2）一振动频率为2040Hz的波源以速度v向一反射面接近，观察者在A点听得声音的频率为2043Hz，求波源移动的速度v。
（声速为340m/s）
第六章气体分子运动论
1.名词解释：
a平衡态是一定的气体，在不受外界影响下经过一定的时间，系统达到一个稳定的宏观性质不随时间变化的状态
b状态参数是描写热力状态（气体的体积，压强，温度）的物理量
c自由度，完全确定一个物体空间位置所需要的独立坐标数目
d布郎运动被分子撞击的悬浮微粒做无规则运动的现象
2.填空：
（1）宏观物体的分子或原子都处于平衡态和非平衡态。
（2）分子运动的微观量包括速度、位移、动能等，宏观量包括压强、体积、温度等。
（3）气体温度是物体平均动能的度量。
（4）理想气体的内能完全决定于分子运动的总动能和总势能。
3.问答：
（1）汽车轮胎需要保持一定的压力，问冬天与夏天打入轮胎气体的质量是否相同？
为什么？
由于热胀冷缩夏天的时候空气膨胀，轮胎内的空气会膨胀。
体积增大胎内的压强增大。
冬天的时候空气收缩，轮胎内的空气会收缩。
体积减小胎内的压强减小。
所以如果要达到相同的压强，夏天打入胎内的空气质量较少。
但要注意：
质量并不会随着温度的变化而变化。
这里是为了达到相同的压强，才会舍得打入胎内的空气质量不同量。
（2）气体分子的平均速率、方均根速率、最概然速率各是怎样定义的？
它们的大小由哪些因素决定？
各有什么用处？
气体分子的平均速率
是所有分子速率的算术平均值．
，当温度升高时，
增大，当摩尔质量μ增大时，
变小．
最概然速率υp表示气体分子的速率在υp附近的概率最大．
，当温度升高时，υp增大，当摩尔质量μ增大时，υp变小．反映了速率分布的基本特征，即处于υp附近的速率区间内的分子数占总分子数的百分比最大，但并非是速率分布中的最大速率的值．
方均根速率
，反映了分子的平均平动动能的平均效果．方均根速率与
成正比，与
成反比．
（3）在同一温度下，如果氧分子与氢分子的平均动能相等，问氢分子的运动速率比氧分子高吗？
为什么？
氢分子的运动的平均速率比氧分子大
原因是氢分子的分子量2氢分子的分子量32
平均速率比4:
1
（4）平均自由程与气体的状态、分子本身性质有何关系？
在计算平均自由程时，什么地方体现了统计平均？
平均自由程与气体的宏观状态参量温度、压强有关，也与微观物理量分子的有效直径有关。
推导时，利用了麦克斯韦速率分布律中平均相对速率与算术平均速率的关系，得出分子的平均碰撞次数，进而得出分子的平均自由程。
因此，平均自由程是在平衡状态下，对大量气体分子的热运动在连续两次碰撞间所经过路程的一个统计平均值。
4.计算：
（1）在27oC温度下，氧分子和氢分子的均方根速率和平均平动动能是多少？
由内能公式有
分子的平均平动动能
分子的方均根速率
分子的平均总动能
（2）设温度为0时，空气摩尔质量为0.0289kg/mol，求：
当大气压减到地面的75%时的大气高度。
第七章热力学基础
1.名词解释：
a孤立系统，系统与外界既没有能量交换也没有物质交换
b封闭系统，系统与外界无物质交换，但有能量交换
c开放系统，系统与外界有能量与物质交换
d内能，系统处于某一状态时所具有的能量
e热容，物体在某一过程中温度升高（降低）1K时所吸收（放出）的能量
f卡诺循环，整个循环过程是由两个准静态等温过程和两个等静态绝热过程构成
h熵，对不可逆过程初态和末态的描述
2.填空：
（1）外界对系统传递的热量，一部分是使系统的热量增加，另一部分是用于系统对外界做功。
（2）卡诺循环是在准静态等温过程和准静态绝热过程之间进行工作的循环过程，其工作效率只与温度（初末）有关，要提高工作效率必须提高初始温度降低末态温度。
（3）热力学第二定律表明：
热量不可能自动地从温度低的传向温度高的。
（4）在封闭系统中发生的任何不可逆过程，都导致了整个系统的熵的变化，系统的总熵只有在可逆过程中才是不变的，这就是熵增加原理。
3.问答：
（1）下面两个热机的p-V图，在（a）中，两个热机做功W1=W2，在（b）中，两个热机做功W1>W2，问（a）与（b）中，两个热机的效率是否相同？
为什么？
（a）（b）
（2）当物体放入冰箱内，该物体温度高，对冰箱制冷效果好？
还是物体温度低，对冰箱制冷效果好？
为什么？
对于制冷机，人们关心的是从低温热源吸取热量Q2要多，而外界必须对制冷机作的功A要少，故定义制冷系数w=Q2/A=Q2/（Q1-Q2）制冷系数可以大于1，且越大越好。
对于卡诺制冷机，有Wr=T2/（T1-T2）由此可见，若两热源的温度差越大，则制冷系数越小，从低温热源吸取相同的热量Q2时，外界对制冷机作的功A就有增大，这对制冷是不利的；制冷温度T2越低，制冷系数越小，对制冷也是不利的。
（3）茶杯中的水变凉，在自然情况下，是否可以再变热？
为什么？
一切与热有关的自然现象都与热力学第二定律有关，有熵增加原理可知，在封闭系统中发生的任何不可逆过程，都将导致整个系统的熵增加。
（4）控制饮食和增加身体运动是否可以控制人体体重？
为什么？
可以，身体相当于一个系统，控制饮食即减少了从外界吸收的热量，增加身体运动即增加的身体对外做功，由热力学第一定理知，人的体重会得到控制。
4.计算：
（1）有一台功率为15kW的制冷机，从-10oC的冷藏室吸取热量，向20oC的物体放出热量，问每分钟从冷藏室吸取多少热量？
（2）有一台热机工作在1000K和300K的热源之间，为了提高热机效率，有两种方案：
（1）将热源温度提高到1100K；
（2）将冷源温度降到200K。
问两种方案哪一种更好？
理论效率为
，则
（1）T1=1100K，
；
（2）T2=200K，
.
第2种方案效率高．但是若以降低低温热源温度的方法来提高热机效率，需用制冷机降低环境温度，这种方法并不经济，所以，一般用提高高温热源温度的方法来提高热机工作效率．
（3）1kg水银，初始温度100oC，如果加热使其温度上升到100oC，问水银的熵变是多少？
（水银的熔点-39oC，溶解热1.17⨯104J/（kg∙oC），比热容138J/（kg∙oC））
熵变=C*ln（T3/T1）+Q/T2=138*ln（373/173）+1.17*10000/（273-39）=156J/K
第八章静电场
1.名词解释：
a电通量，通过电场中任意曲面的电场线的数目
b电势，静电场的标势
c等势面，电势相等的点连接起来构成的曲面
d电偶极子，两个电量相等符号相反相距l的点电荷+q和-q
e电偶极矩，从-q指向+q的矢量记为l‘
f束缚电荷，电介质中的正负电荷，在电场力作用下只能在原子或分子范围内做微小位移
g电介质极化，外电场作用下，电解质显示电性
h位移极化，正负电荷受到相反方向的电场力因而正负电荷将发生微小的相对位移
i心电向量，心脏各瞬间产生的电激动在立体的方向及大小
j心电向量环，反映心脏各瞬间向量的变化
2.填空：
（1）在电场中描绘的一系列的曲线，使曲线上每一点的切线方向都与该点处的电场强度方向相同，这些曲线称为电场线。
（2）导体静电平衡的必要条件是导体内任一点的电场强度为0，而电介质静电平衡时介质内任一点的电场强度不为0。
（3）带电导体表面处的电场强度与电荷密度成正比，因此，避雷针尖端可以吸引很多电荷，并通过接地线放电。
（4）带电导体处于静电平衡时，电荷分布在外表面，导体内部电荷为0。
3.问答：
（1）如果在高斯面上的电场强度处处为0，能否可以判断此高斯面内一定没有净电荷？
反过来，如果高斯面内没有净电荷，是否能够判断面上所有各点的电场强度为0?
如果在高斯面上的E处处为零，则
，q=0。
因此，可以肯定此高斯面内一定没有净电荷，即电荷的代数和为零。
反过来，如果高斯面内没有净电荷，则可以肯定“穿进”此高斯面的电场线与“穿出”此高斯面的电场线相等，但不能肯定此高斯面上的E处处为零。
（2）避雷针的尖端为什么是尖的？
因为在雷雨天气，高楼上空出现带电云层时，迅雷针和高楼顶部都被感应上大量电荷，由于避雷针针头是尖的，而静电感应时，导体尖端总是聚集了最多的电荷．这样，避雷针就聚集了大部分电荷．避雷针又与这些带电云层形成了一个电容器，由于它较尖，即这个电容器的两极板正对面积很小，电容也就很小，也就是说它所能容纳的电荷很少．而它又聚集了大部分电荷，所以，当云层上电荷较多时，避雷针与云层之间的空气就很容易被击穿，成为导体．这样，带电云层与避雷针形成通路，而避雷针又是接地的．避雷针就可以把云层上的电荷导人大地，使其不对高层建筑构成危险，保证了它的安全．
（3）在一均匀电介质球外放一点电荷q，分别用如图所示的两个闭合曲面S1和S2，求通过两闭合面的电场强度E通量，电位移D通量。
在这种情况下，能否找到一个合适的闭合曲面，可以应用高斯定理求出闭合曲面上各点的场强？
（4）从心肌细胞的电偶极矩出发阐述心电图的形成。
4.计算：
（2）一平行板电容器有两层介质：
εr1=4，d1=2mm；εr2=2，d1=3mm，极板面积40cm2，极板间电压200V，试计算：
●每层介质中的电场能量密度；
●每层介质中的总电能；
●电容器的总电能。
第十章恒磁场
1.名词解释：
a磁通量，磁场中通过某一曲面的磁感应线的数目
b磁偶极子，具有等值异号的两个磁荷构成的系统
c磁偶极矩，载流平面线圈的电流强度和线圈面积s的乘积
d霍耳效应，当电流垂直于外磁场方向通过导体时在垂直于磁场和电流方向的导体两个端面之间出现电势差
e磁介质，在磁场的作用下，其内部状态发生变化并反过来影响磁场存在或分布的物质
f磁化，使原来不具有磁性的物质获得磁性
2.填空：
（1）物质磁性的本质是分子电流对外磁效应的总和，任何物质中的分子都存在有规律的排列时，该电流使物质对外显示出磁性。
（2）在磁场中，沿任一闭合回路磁感应强度矢量的线积分，等于真空导磁率乘以穿过以该闭合曲线为边界所张任意曲面的各磁通量的代数和。
（3）磁场是有旋场，其特性是磁场任一闭合曲面的磁通量等于零。
（4）磁介质在磁场的作用下内部状态发生地变化叫做磁化。
在这种现象作用下，磁感应强度增加的磁介质称为强磁质，反之，称为弱磁质。
3.问答：
（1）设图中两导线中的电流均为8A，试分别求三个闭合线L1、L2、L3环路积分的值，并讨论以下几个问题：
●在每一个闭合线上各点的磁感应强度是否相等？
为什么？
●在闭合线L2上各点的磁感应强度是否为零？
为什么？
对L1
因为空间磁感应强度为电流在该点激发的磁感应强度矢量和B=B1+B2
各点的B不相等．$各点的B不为零，只是环路积分等于零．
（2）在一个均匀磁场中，三角形线圈和圆形线圈的面积相等，并通有相同的电流。
问：
●这两个线圈所受的磁力矩是否相等？
●所受的磁力是否相等？
●它们的磁矩是否相等？
●当它们在磁场中处于稳定位置时，线圈中电流所激发出来的磁场方向与外磁场方向是相同、相反或垂直？
载流线圈在磁场中所受磁力矩为M=Pm×B，Pm=ISln
S相同I相同，则Pm大小相同．
M是否相同取决于Pm与B的夹角是否相同．
若Pm与B夹角为
，则两线圈磁力矩最大且相等．
线圈在磁场中受合力
∵
∴F=0．
线圈所受磁力矩为零时，即Pm与B夹角ψ=0或ψ=π时，线圈处于稳定位置，ψ=0两者B方向相同，ψ=π相反．
4.计算：
（1）两根长直导线互相平行地放置在真空，如图所示，其中通以同向的电流I1=I2=10A，试求P点的磁感应强度。
（已知PI1=PI2=0.5m，PI1⊥PI2）
如解图所示．I1、I2在P点的磁感应强度大小为
；
总磁感应强度为
；方向与I1P夹角为45°．
第十二章物理光学
1.名词解释：
a单色光，具有单一波长的光波
b相干光，频率相同且振动方向相同的光
c光程，介质在真空中传播的路程
d半波损失，光从折射率较小的介质（光疏介质）射向折射率较大的介质（光密介质）并在界面上发生反射时，反射光对入射光有相位突变pai，由于相位差pai与光程差相对应，相当于反射光走了半个波长光程
e光的衍射，当光遇到与其波长相近的障碍物时能够绕开障碍物向前传播
f偏振光，光矢量的振动方向和大小有规律变化的光
2.填空：
（1）获得相干光的条件是：
从同一光源的同一部分发出的光，通过某些装置进行分束后才能符合相干条件的相干光。
（2）在下图中，光线在媒质n2中的光程是2N2d，从A→B→C→B→A的光程差是d+N2d。
（3）瑞利准则表明：
对一种光学仪器来说，如果一个点光源的衍射图样的中央最亮处处正好与另一个点光源的衍射图样的第一个最暗处处相重合，这时，人眼刚好能够判别两个不同的物体。
（4）当起偏器与检偏器光轴有角度，检偏器透射光强是起偏器透射光强的角余弦的平方倍。
3.问答：
（1）汽车玻璃贴膜的厚度对单向透视特性有影响吗？
为什么？
汽车玻璃贴膜的厚度可能和一些透过光线的波长接近，这在光学上就会增加这些光线的反射和散射。
从而影响汽车玻璃的单向透视性。
（2）手机上的照相机可以拍摄远景吗？
为什么？
不可以，由瑞利准则可知，要拍摄远景，需要提高分辨率，而光学仪器的分辨率1/0=D/1.22入。
则需要增大D即镜头的直径，但是手机的镜头直径是一定的且很小。
（3）光学显微镜可以观察细胞器吗？
为什么？
不能，由瑞利准则1/0=D/1.22入光学显微镜的入太小，导致0很小
（4）如何用实验确定一束光是自然光，还是线偏振光或圆偏振光？
旋转检偏器，若光强有变化，且有消光现象的为线偏振光。
若光强无变化则为自然光或圆偏振光。
下面进一步区分圆偏振光与自然光。
在检偏器前放人一个四分之一波片，此时再转动检偏器。
由于四分之一波片可将圆偏振光转变为线偏振光，而对自然光不起作用。
因此，当转动检偏器时，若再无光强变化的为自然光。
若有光强变化，且有消光现象的，必是圆偏振光。
4.计算：
（1）一单色光垂直照射在宽0.1mm的单缝上，在缝后放置一焦距为2.0m的会聚透镜，已知在透镜观测屏上中央明条纹宽为2.5mm，求入射光波长。
（2）水的折射率是1.33，玻璃的折射率是1.50，当光由水中射向玻璃反射时，起偏振角是多少？
当光由玻璃中射向水反射时，起偏振角又是多少？
第十五章量子物理基础
1.名词解释：
黑体，辐射出射度，遏制电压，红限，能量子，量子数，基态，受激态，波函数
2.填空：
（1）当温度升高，黑体的能量辐射与温度成次方上升，辐射的电磁波长变（短或长）。
（2）普朗克能量量子化假设包括：
和。
（3）爱因斯坦光子假设包括：
和。
（4）光子的粒子性是通过和实验证实。
（5）戴维孙-革莫实验使人们知道当电子束射入晶体，可以通过电子探测器获得电子图，因此，人们确定电子具有性。
（6）微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量，微观粒子不可能同时具有确定的
和。
3.问答：
（1）医用红外热像仪常用于皮肤癌、乳腺癌等的诊断，阐述其物理原理。
（2）在光电效应实验中，如果：
（1）入射光强度增加1倍；
（2）入射光频率增加1倍；这两种情况的结果有何不同？
入射光强度增加1倍，相当于入射的光子数增加1倍，因而光电子数翻倍，光电流增加1倍。
$入射光频率增加1倍，光电子的最大初动能也增加1倍
（3）如图所示，被激发的氢原子跃迁到低能级时，可激发波长为λ1、λ2、λ3的辐射，问这三个波长之间的关系如何？
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