影像物理习题参考答案
第一章：普通X 射线影像
1-1 产生X 射线需要哪些条件？
答：1、高速运动的电子流；2、阻碍电子运动的靶。
1-2 X 射线管的一般构造包括哪几部分，各部分都有什么功能？
答：一般应包括阴极、阴极体、阳极（含靶）、阳极体、真空管。阴极发射热电子；阴极体有聚焦电子束和回收二次辐射的作用；阳极（含靶）加速电子并阻碍电子运动发射X 射线；阳极体起散热作用；真空管产生高真空环境。
1-3 什么是轫致辐射？为什么轫致辐射是产生连续X 射线的机制？
答：高速电子进入到原子核附近的强电场区域，受到强电场的作用，而使电子的速度大小和方向发生变化，按电磁理论，电子将向外辐射电磁波（即光子）而损失能量E ?，电磁波的频率由 νh E =?决定。电子的这种能量辐射叫轫致辐射。
1-4 为什么轫致辐射产生的连续X 射线谱中存在最短波长min λ？最短波长min λ受何种因素
影响？
答：当电子的最大动能全部损失转化为X 光子的能量后，X 光子不可能再获得更大的能量。从而形成最短波长。)()(4
.12min nm KV U eU hc ==λ，可见，最短波长仅由管电压决定。
1-5 设X 射线管的管电压为100kV ，求其产生连续X 射线的最短波长和相应的X 光子能量的
最大值。 解：)(124.01004
.12min nm eU hc ===λ，对应的光子能量为：
)(106.110100106.114319max J eU h --?=???==υ
答：略。
1-7 什么是标识辐射？为什么标识辐射是产生标识X 射线的机制？影响标识辐射的因素有哪
些？
答：当电子的能量较高时，可将靶原子的内层电子（K ，L ，M 壳层）碰出原子核的束缚，成为自由电子，这样，在内层轨道上产生一空位，这一空位不能长期存在，外层电子会跃迁至空位填充内层轨道，并将多余的能量（二能级差）以X 光子的形式辐射出来，产生标识X 射线。轫致辐射不可能产生不连续的标识X 射线。标识X 射线的波长只能由靶原子的能级结构决定，即靶元素决定。管电压和管电流可影响标识辐射的强度。
1-8 何为实际焦点、有效焦点、靶角？三者间有何关系？
答：灯丝发射经聚焦的电子，加速后，投射在阳极靶上的面积b ，称为实际焦点；X 射线管的实际焦点在垂直于X 射线管轴线方向上投影的面积a ，即X 射线照射在胶片上的有效面积。靶面与X 射线投射方向的夹角θ。三者的关系为：θsin b a =
1-9 影响焦点大小的因素有哪些？
答：影响焦点大小的因素有：阴极灯丝的大小和形状；阴极体的聚焦性能；管电流的大小，管电流增大时，由于电子间的为库仑作用，产生焦点增涨现象。
1-10 为什么焦点面上X 射线的能量分布是不均匀分布？
答：一是到达靶面各处的电子密度不均匀；二是到达靶面的上各处的电子与靶原子作用的情况有差别。从而使得靶面各处产生的X 射线的强度不均匀，辐射光子的频率有差别。
1-11 何为半影？影响投影区半影大小的因素有哪些？管球焦点对X 射线的投影有什么影
响？
答：由于X 射线管的实际焦点有一定的面积，从而使得投照物体的边缘在投影区产生半明半暗的模糊投影，称为半影。影响半影的因素有：有效焦点的大小，焦点上的X 射线分布，焦点、投照物、投影屏的相对距离。管球焦点越大，半影区越大。焦点上X 射线的强度分布也有影响，高斯分布半影较小，双峰分布半影较大。
1-12 什么是X 射线管球的容量？为什么不能超容量使用？
答：由于X 射线管的能量转换效率高，99%以上的电能转化为热能，阳极靶上产热量大并且集中，容易损坏阳极靶，超容量使用首先将破坏阳极靶而使管球报废。
1-13 一个连续工作的X 射线管管球，管电压是250kV ，电流是40mA ，其容量为多少？ 解：)(10100040
2501000KW UI
P =?==
答：略。
1-14 X 射线具有哪些基本性质？
答：X 射线是波长极短的电磁波，具有下列性质：贯穿能力强，大多数物质对X 射线透明或半透明；能使荧光物质发射荧光；具有电离作用；能使照相底片感光，能使很多物质发生光化学反应。
1-15 何为X 射线的强度？它决定与哪些因素？
答：单位时间内通过垂直于X 射传播方向的单位面积的X 射线辐射能量。它决定单个X 光子的能量和X 光子的数密度。
1-16 X 射线在物质内的传播过程中，同物质发生相互作用的种类有哪几种？
答：X 射线在物质内传播时，同物质发生的主要相互作用有：光电效应，康普顿散射，X 射线能量很大时（大于1.022MeV ）还可发生电子对效应。
1-17 连续能谱X 射线在物质中的衰减规律有什么特点？
答：各种波长的X 射线的强度均降低，但长波X 射线衰减比例越大，最终使连续X 射线光子的平均能量增加，X 射线硬度增大。
1-18 线性衰减系数和质量衰减系数之间有什么联系？质量衰减系数有什么特点？ 答：对同一种物质，线性衰减系数与密度成正比。m ρμ
μ=，质量衰减系数与靶物质的物
理状态无关，仅由靶物质的原子分子结构决定。
1-19 何为半价层？它与哪些因素有关？
答：使X 射线束的强度减弱为原来一半时所需要的吸收层的厚度。半价层与X 射线的硬度和吸收层的物质组成及其密度有关。
1-20 什么是X 射线的滤过？它有哪些种类？
答：X 射线穿过一定的物质后，使部分较软X 射线的相对强度降低，从而提高X 射线的有效能量，线质变硬。称为X 射线的滤过。分固有滤过（经X 射线管壁的滤过）和附加滤过（在X 射线管外的滤波板的滤过）。
1-21 何为X 射线的硬化？
答：X 射线穿过一定的物质后，能量较低的X 射线衰减系数较大，从而出射X 射线中的长波成分变小，X 射线光子的平均能量增加，硬度增加，称为X 射线的硬化。
1-22 什么是有效原子序数？
答：如果某元素对X 射线的质量衰减系数与某化合物或混合物的质量衰减系数相同，该元素的原子序数称为某化合物或混合物的有效原子序数。
1-23 X 射线摄影和X 射线透视的基本原理是什么？它们有哪些特点？
答：不同组织对X 射线的吸收能力不同，均匀入射的X 射线穿透人体后，出射的X 射线将不均匀，使荧光屏或X 射线胶片上显示出明暗不同或黑白不同的影像，对X 射线吸收强的组织对应暗影像，吸收弱的组织对应亮影像。这就是X 射线摄影和透视的基本原理。X 射线摄影将影像记录在胶片上，便于查阅且图像清晰，空间分辨力高，避免了X 射线对检查者的照射。X 射线透视具有直观、方便、简单、费用低廉的优点，但不能留下客观记录，且由于影像转换、荧光物质颗粒大、人眼视觉敏感性差，影像细节分辨力差。另外，检查者不可避免X
射线的照射。1-24试述影像增强管的基本结构和工作原理，影像增强器对X射线影像系统产生的变革作用。
答：影像增强管的基本结构有输入屏，光电阴极，聚焦电极，阳极，输入屏等。入射X射线照射输入荧光屏产生荧光影像，荧光照射光电阴极产生电子影像，经聚焦和阳阳电场的加速打在输出荧光屏上，再次转换为亮度大大加强的荧光影像。影像增强器提高了影像亮度，使X射线电视、电影、录相和遥控得以实现，摆脱了暗室操作，使X射线影像有了更大的使用空间，同时减小X射线的剂量，降低了对受检者和检查者的危害。
1-25什么是特殊X射线摄影？试述软X射线摄影、高千伏X射线摄影、体层摄影的基本原理。
答：所谓特殊X射线摄影，是指通过利用X射线的某种特殊装置和方法，使人体的某一器官或组织，显示出一般X射线摄影所不能显示的影像。
软X射线摄影是利用人体各种组织对不同质的软X射线的吸收有显著差别的原理，使密度相差不大的软组织形成对比度良好的影像。
高千伏X射线摄影是利用不同组织对于高能X射线的吸收系数差别比常用X射线的吸收差别大的特点，克服普通X射线摄影中骨组织完全遮挡其它组织影像的缺点，从而在骨影中显示出其它组织的影像。
体层摄影是利用X射线管、成像胶片相对于受检体作适当运动，使除指定层面的其它层面的影像模糊，从而使指定层显示较为清晰的影像而不受其它层面的遮挡。
1-26什么是X射线造影？X射线造影剂有哪些种类？
答：X射线造影是指将某种造影剂引入欲检查的器官内或其周围，使其形成物质密度差异，从而改变器官与周围组织的X射线密度，显示出对比度较强的图像。
造影剂可分为阳性造影剂（原子序数高，对X射线吸收能力强）和阴性造影剂（原子序数底，对X射线的吸收能力弱）。
1-27常用来评价医学影像质量的参数有哪些？
答：对比度，细节分辨力，噪声，伪影，畸变。
1-28试述影响X射线影像质量的主要因素。
答：影响X射线影像质的主要因素有：胶片的性能，受检者的厚度及运动，光子的能量和入射线的强度，散射，检测器的性能及运动等。
第二章：数字化X射线成像技术
2-1 试述数字图像的特点与数字图像的获得过程。
答：图像信息为数字的图像称为数字图像。数字图像由有限个灰度不连续的续的象素点组成，具有易于存贮、管理、复制、传输、处理等多方面的优点。数字图像是通过将模拟图像数字化得到的，首先将模拟图像分成若干空间像素，称为采样，然后将每一像素的平均灰度转换为用一整数表示的灰度级，称为灰度的量化，所有象素的灰度级组成的数字矩阵就是数字图像，然后存贮在存贮器中。
2-2 常用的数字图像处理技术有哪些？
答：常用的数字图像处理技术有：对比度增强，图像平滑，图像锐化，兴趣区定量估值等。2-3 试述数字透视系统的基本构成与成像过程。
答：数字透视的主要组成部件有：影像增强器，电视摄像机，A/D与D/A转换，技算机，显示器等。成像过程是，将影像增强器——电视系统的视频输出信号数字化后输入计算机，由机算机完成图像处理，然后再经D/A转换器转换成模拟信号重新显示在视频终端上。
2-4 数字减影血管造影的基本原理是什么？有哪些减影方法？
答：数字减影血管造影的基本原理是：在血管中加入造影剂前后分别用数字透视的方法获得两幅数字图像，像素的灰度由透过该点的X射线的衰减量决定，由于两幅图像中，血管以外的骨和软组织对X射线的衰减是相同的，像素灰度级之差仅由加入造影剂前后，血管对X 射线吸收的差值决定，从而在减影图像中消除了骨影和软组织影，清晰显示血管的影像。数字减影血管造影分时间减影、能量减影和混合减影。
2-6 试述CR的物理基础及其成像过程。
答：CR即计算机X射线摄影，CR成像的物理基础是光激励发光现象。成像过程是：由光激励发光物质为核心的成像板受X射线的照射时，光激励发光物质将X射线的能量转化并贮存下来，形成“潜影”，通过适当频率的激光束的激发，某处光激励发光物质中的能量以荧光的方式发射出来，通过集光器收集并经光电倍增管转化为电信号并放大，由A/D转换为数字化的影像信号，经过对成像板的扫描和计算机的处理便得到一幅完整的数字图像并显示。
2-7 X射线数字化成像技术有哪些优点及缺点？
答：X射线数字化成像技术的优点有：1、X射线能量的利用效率更高，灵敏度高，降低了投照X射线的强度。2、图像的对比度分辨力和宽容度大为提高。3、摄影条件大为改善，并可监查图像变化并选择最佳图像进行固定。4、图像的处理、存贮和传输更为灵活方便，易于使用。5、数字化技术使计算机辅助诊断成为可能。可实现智能化检测。
缺点有：空间分辨力不及普通X射线胶片。
第三章：X 射线计算机体层成像（X-CT ）
3-1普通X 射线摄影影像与X-CT 影像最大的不同之处是什么？
答：最大不同之处在于，普通X 射线摄影影像是多器官的重叠图像，而X-CT 像是清晰的断层图像。
3-2何为体层？何为体素？何为像素？在重建CT 像的过程中，体素与像素有什么关系？ 答：受检体中的一个薄层称为体层；在受检体内欲成像的层面上按一定的大小和一定的坐标人为划分的小体积元称为体素；构成图像的基本单元（“点子”）称为像素。在重建CT 像的过程中，体素和像素在坐标上一一对应。
3-3重建CT 像时都要通过扫描来采集足够的投影数据，请问何为扫描？扫描有哪些方式？ 答：扫描是用近于单能窄束的X 射线以不同的方式，按一定的顺序，沿不同的方向对划分好体素编号的受检体体层进行投照，并用高灵敏度的探测器接收透射一串串体素后的出射X 射线束的强度I 。扫描方式有：单束平移-旋转方式，窄扇形束扫描平移-旋转方式，旋转-旋转方式，静止-旋转方式，螺旋扫描方式，动态空间扫描和电子束扫描方式等。 3-5请划出或写出下列射线束投照各种介质后广义下的投影值：（图见教材P106）
（17） （7654321μμμμμμμ++++++）3-7已知有四个体素阵列且在四个
方向上反投影已填写在各体素中。试求四个体素的特征参数μ的数值。（图见教材P107） 解：由反投影法得：
3-8何为CT 值？它与衰减系数μ有什么关系？
答：CT 值是CT 影像中每个像素所对应的物质X 射线线性衰减系数大小的相对值。ωω
μμμ-=K CT 。式中K 为分度因数，一般取1000，ωμ为能量是73KeV 的X 射线在水中
的线性衰减系数。
3-9何为准直器？准直器有什么作用？
答：准直器是指允许X 射线通过的细长狭窄通道，一般由铅制成。准直器的作用是产生窄束X 射线。
3-10何为灰度，何为灰阶？
答：灰度是指图像某像素黑白或明暗的程度。灰阶又称灰度级，指由整数表示的像素的灰度等级。
3-11请你简述X-CT 重建图像原理（以投影重建法为例）。
答：将人体划分若干体素，当一
束X 射线沿某一方向透过人体（穿
透若干个体素）时，由物质对X 射线的吸收规律易知，
P I I l n ==+???++10
21ln 1μμμ，P
为称为这一方向的投影。如图是投影
重建法的示意图。由扫描可确定各投
射方向的投影值，水平方向为的投影值为1211μμ+和
2221μμ+，竖直方向和倾斜方向的投影值如图所示。将各方向
的投影值反投影到对应的体素中（投射X 射线经过该体素）并
求和，各体素的值如右图所示。各值减2221μμ++1211μμ+（某
一方向的投影值之和）再除以3就得到了各体素的实际吸收系
数，再转换为对应像素的CT 值作为灰度级。即可建立CT 图像。
3-12何为窗口技术？什么是窗宽和窗位？请你举出实例说明。
答：所谓窗口技术是指CT 机放大某段范围内灰度的技术。具体请参阅P96，P97图3-26。 3-13据你所知，图像的后处理有哪些？
答：图像后处理有对比度增加，平滑或锐化，放大或缩小，窗口技术等。
3-14何为对比度？何为对比度分辨力？X-CT 中，影响对比度分辨力的因素有哪些？ 3-15何为高对比度分辨力？何为低对比度分辨力？
3-17何为影像噪声？影像噪声主要来源于何种噪声？
3-19X 射线剂量和影像噪声之间有什么关系？
3-20何为图像的均匀度？如何描述图像的均匀度？
3-21何为CT像的伪影？产生伪影的因素有哪些？伪影的识别有何意义？
14-21题请参阅教材第四章第四节。
第四章：磁共振成像
4-2 B
4-9SE脉冲序列中的900脉冲和1800脉冲的作用是什么？
答：答：有SE脉冲序列中，900脉冲对样品起激励作用，使样品产生横向旋进的磁矩Mxy，是产生自由衰减信号的条件。由于磁场的空间不均匀性，各自旋核旋进速度不同，造成自旋核磁矩方向的分散，逐渐过度到Mxy=0的去相位状态。1800脉冲的作用是使分散的核磁矩重新会聚起来，称为相位回归。
4-10为什么T1会随环境温度的升高而增长？
答：热辐射中包含各种频率的电磁波，当辐射电磁波的频率和磁共振频段相同时，会激发样品发射相应电磁波回到低能态，称为受激辐射，从而加速纵向磁矩回到平衡态。环境温度越高，热辐射中与共振频段的重叠部分越少，从而受激辐射越弱。所以T1会随环境温度的升高而增长。
4-11为什么磁场的不均匀性会使T2急剧缩短？
答：T2是横向弛豫时间，表示Mxy以最大值衰减到零的变化快慢，其原因是自旋磁矩所处空间的磁场不同，从而自旋快慢不一样，结果使得各磁矩的取向由有序变成无序，显然，磁场越不均匀，各自旋磁矩进动的相对速度越大，横向弛豫时间T2会急剧缩短。
4-12如何从SE序列的MR信号幅度公式给出图像加权的概念？
答：见教材P133最后一段至P134倒数第四段。
4-16为什么MRI的断层会有一定厚度？
答：MRI选层是通过一纵向梯度磁场实现的，在某一层中的磁矩由于磁场强度适当和激励射频电磁波发生共振，实际上，在一定的频率范围内（范围的宽度称为频宽）都能发生共振，应此，处于对应磁场强度范围内的磁矩均能发生共振，从而决定了断层会有一定的厚度。超出这一厚度的磁矩不会发生共振。
第六章：超声波成像
6-1 A，C
6-2 AB
6-3 B
6-4 A
6-6 超声波在水中的传播速率为1500m/s ，求频率为0.5MHz 和10Mz 的超声在水中的波长分别是多少？ 解：因f c =
λ，)(103105.015003611m f c -?=?==λ，)(105.1101015004622m f c -?=?==λ
答：略。
6-8 已知超声探测器的增益为100dB ，探头是发射和接收两用型，在某组织中的最大探测深度是0.5米，求该组织的吸收系数。
解：由题意知，超声头发射的超声在介质中传播1m （往返路程）再被探测到： dB l 100=α，m dB l dB /100/100==α
答：略。
6-11 试比较M 型超声与A 型、B 型超声的相同之处。
答：三者都是利用超声回波信号的时间和强度来反映介面的位置和性质。
M 超与A 超的探头和发射、接收通道完全一样，仅是显示方式不同。
M 超和B 超同是辉度调制，不同之处在于B 超通过声线的空间扫描产生断层图像。
6-12用连续型多普勒诊断仪研究心脏壁的运动速率。超声频率为5MHz ，垂直入射心脏，已知声速为1500m/s ，测得的多普勒频移为500Hz ，求此瞬间心脏壁的运动速率大小。 解：02
f c v f d =，)/(105.7105250015002260s m f cf v d -?=???==
答：略。
6-14在“彩超”中，如何通过色彩与亮度表现血流的方向，速率大小及湍流程度？
答：用红色表示正向流，即朝向探头的流动；蓝色表示反向流，红色或蓝色的亮度表示流速的大小，用绿色的亮度表示血流速度的方差（反映血流速度分布的分散程度）。通过对混合色的分析可得出血流速度的方向，大小和血流速度分布的离散度。
6-15提高超声频率对超声探测的利弊各是什么？
答：用利的方面是可减小超声的衍射效应，提高超声探测的空间分辨力，有弊的方面是增加了组织对超声波的吸收系数，减小了探测深度，如提高入射超声的强度则可能对人体造成损伤。
6-17灰阶和窗口技术的应用目的是什么？原理是什么？
答：灰阶也称灰度级，是数字图像中像素点量化后的整数灰度值。将一定范围内的灰度加以放大，以利肉眼观察的技术称为窗口技术。其目的是使兴趣区的信号得以加强，周围信号得
以减弱，从而提高超声检查的对比度分辨力。其原理是，当需要分析某一灰阶范围内的细节时，使低于和高于这一范围的灰阶进行压缩，例如，理想的情况是使低于这一范围的灰阶变为0，高于这一范围的灰阶变为最大，通过灰阶扩展，使选定的灰阶范围的灰阶范围增大，从而提高对比度分辨力。
6-20超声成像与X-CT比，主要特点有哪些？
答：和X-CT相比，超声成像具有成本低，对人体无损害，检查者不需要防护的优点，超声成像不需要大量的运算，成像速度快，利于实时观察。和X-CT比较，由于衍射、散射造成的图像失真和对比度下降比较严重。由于正确的超声成像依赖于三条近似假设，组织对假设的不满足带来各种形式的伪像，降低了图像的质量，并限制了超声成像的应用范围（主要用于检查软组织）。（分辨力较差，适用范围窄）
6-21怎样减小探头与皮肤表面的入射超声衰减？
答：在探头与皮肤之间涂导声耦合剂（声阻抗最好是探头和皮肤声阻抗的平均值）。
大气物理学题库答案
1.氮气、氧气、氩气（或N2、O2、Ar）
2. 原始大气、次生大气、现代大气 3. 基尔霍夫定律、普朗克定律、斯蒂芬-玻尔兹曼定律、维恩定律。 4. 核化（或填异质核化）、凝结、碰并、连锁； 5. 水云、冰云、混合云； 6. 色； 7. 爱根核，大核，巨核； 8. 增加空气中的水汽、降温。 9. CO2、O3； 10. 瑞利散射， 米散射， 几何光学散射； 11. 宇宙射线 地壳αβγ射线作用 大气中放射性元素 12. 低气压、高气压、低压槽、高压脊、鞍型气压场 13. Kirchhoff （或基尔霍夫） 14. 紫外光、红外光 15. 辐射平衡、热量平衡， 潜热 、感热，太阳辐射，大气 。 16. 高压、低压 17. 冷却、增湿、冷却、增湿 18. 日地平均距离大气上界 19. 比湿 、 混合比 、 水汽密度 、 露点 、 相对湿度 。 20. 状态（变化）、 层结 。 21. 对流层 、平流层 、 中层、热层 、外层。 22. 绝热上升膨胀冷却 、辐射冷却、平流冷却 、 混合冷却 。（降温过程很多，写出其中四种即可） 23. 0>??z θ 、 0
第一章光的电磁理论 在真空中传播的平面电磁波，其电场表示为Ex=0，Ey=0，Ez=，（各 量均用国际单位），求电磁波的频率、波长、周期和初相位。 解：由Ex=0，Ey=0，Ez=，则频率υ= ==×1014Hz，周期T=1/υ=2×10-14s， 初相位φ0=+π/2（z=0，t=0），振幅A=100V/m，波长λ=cT=3×108×2×10-14=6×10-6m。 .一个平面电磁波可以表示为Ex=0，Ey=，Ez=0，求： （1）该电磁波的振幅，频率，波长和原点的初相位是多少（2）波的传播和电矢量的振动取哪个方向（3）与电场相联系的磁场B的表达式如何写 解：（1）振幅A=2V/m ，频率υ=Hz，波长λ==，原点的初相位φ0=+π/2；（2）传播沿z轴，振动方向沿y 轴；（3）由B=，可得By=Bz=0，Bx= .一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为Ey=0，Ez=0，Ex=， 试求：（1）光的频率；（2）波长；（3）玻璃的折射率。 解：（1）υ===5×1014Hz； （2）λ=； （3）相速度v=，所以折射率n= 写出：（1）在yoz平面内沿与y轴成θ角的方 向传播的平面波的复振幅；（2）发散球面波和汇聚球面波的复振幅。 解：（1）由，可得 ； （2）同理：发散球面波 ， 汇聚球面波 。 一平面简谐电磁波在真空中沿正x方向传播。其频率为Hz，电场振幅为m ，如果该电磁波的振动面与xy平面呈45o，试写出E ，B表达式。解：，其中 = = = ， 同理：。 ，其中 = 。 一个沿k方向传播的平面波表示为 E=，试求k 方向的单位矢。 解：， 又， ∴=。
证明当入射角=45o时，光波在任何两种介质分界面上的反射都有。 证明： = === 证明光束在布儒斯特角下入射到平行平面玻璃片的上表面时，下表面的入射角也是布儒斯特角。证明：由布儒斯特角定义，θ+i=90o ， 设空气和玻璃的折射率分别为和，先由空气入射到玻璃中则有，再由玻璃出射到空气中，有， 又，∴， 即得证。 平行光以布儒斯特角从空气中射到玻璃 上，求：（1）能流反射率和；（2）能流透射率和。 解：由题意，得， 又为布儒斯特角，则=.....① ..... ② 由①、②得，，。 （1）0， ， （2）由，可得， 同理，=。 证明光波在布儒斯特角下入射到两种介质的分界面上时，，其中。 证明：，因为为布儒斯特角，所以， =，又根据折射定律，得，则，其中，得证。 利用复数表示式求两个波 和 的合成。 解： = = = =。 两个振动方向相同的单色波在空间某一点产生的振动分别为和 。若Hz，V/m ，8V/m，，，求该点的合振动表达式。 解：= = = =。 求如图所示的周期性三角波的傅立叶分析表达式。解：由图可知， ， =， =）=，（m为奇数），，
材料物理性能习题与解答
目录 1 材料的力学性能 (2) 2 材料的热学性能 (12) 3 材料的光学性能 (17) 4 材料的电导性能 (20) 5 材料的磁学性能 (29) 6 材料的功能转换性能 (37)
1材料的力学性能 1-1一圆杆的直径为2.5 mm、长度为25cm并受到4500N的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。 解：根据题意可得下表 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm，受到应力为1000N拉力，其氏模量为3.5×109 N/m2，能伸长多少厘米? 解： 拉伸前后圆杆相关参数表 ) ( 0114 .0 10 5.3 10 10 1 40 1000 9 4 0cm E A l F l E l l= ? ? ? ? ? = ? ? = ? = ? = ? - σ ε 10 909 .4 0? 0851 .0 1 = - = ? = A A l l ε 名义应变
1-3一材料在室温时的氏模量为3.5×108 N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。 解：根据 可知： 1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。 证： 1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。则有 当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。 解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程： )21(3)1(2μμ-=+=B G E ) (130)(103.1)35.01(2105.3)1(288MPa Pa E G ≈?=+?=+=μ剪切模量) (390)(109.3) 7.01(3105.3)21(388 MPa Pa E B ≈?=-?=-=μ体积模量. ,.,1 1 2 1 212 12 1 2 1 21 S W VS d V ld A Fdl W W S W V Fdl V l dl A F d S l l l l l l ∝====∝= ===???? ? ?亦即做功或者： 亦即面积εεεεεεεσεσεσ)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量) (1.323)84 05.038095.0()(1 12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量). 1()()(0)0() 1)(()1()(10 //0 ----= = ∞=-∞=-=e e e E t t t στεσεεεσεττ；；则有：其蠕变曲线方程为：. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为
第二章光的干涉作业 1、在杨氏干涉实验中，两个小孔的距离为1mm，观察屏离小孔的垂直距离为1m，若所用光源发出波长为550nm和600nm的两种光波，试求： （1）两光波分别形成的条纹间距； （2）两组条纹的第8个亮条纹之间的距离。 2、在杨氏实验中，两小孔距离为1mm，观察屏离小孔的距离为100cm，当用一片折射率为1.61的透明玻璃贴住其中一小孔时，发现屏上的条纹系移动了0.5cm，试决定该薄片的厚度。 3、在菲涅耳双棱镜干涉实验中，若双棱镜材料的折射率为1.52，采用垂直的激光束（632.8nm）垂直照射双棱镜，问选用顶角多大的双棱镜可得到间距为0.05mm 的条纹。 4、在洛埃镜干涉实验中，光源S1到观察屏的垂直距离为1.5m，光源到洛埃镜的垂直距离为2mm。洛埃镜长为40cm，置于光源和屏的中央。（1）确定屏上看见条纹的区域大小；（2）若波长为500nm，条纹间距是多少？在屏上可以看见几条条纹？ 5、在杨氏干涉实验中，准单色光的波长宽度为0.05nm，
平均波长为500nm ，问在小孔S 1处贴上多厚的玻璃片可使P ’点附近的条纹消失？设玻璃的折射率为1.5。 6、在菲涅耳双面镜的夹角为1’，双面镜交线到光源和屏的距离分别为10cm 和1m 。设光源发出的光波波长为550nm ，试决定光源的临界宽度和许可宽度。 7、太阳对地球表面的张角约为0.0093rad ，太阳光的平均波长为550nm ，试计算地球表面的相干面积。 8、在平行平板干涉装置中，平板置于空气中，其折射率为1.5，观察望远镜的轴与平板垂直。试计算从反射光方向和透射光方向观察到的条纹的可见度。 9、在平行平板干涉装置中，若照明光波的波长为600nm ，平板的厚度为 2mm ，折射率为 1.5，其下表面涂上高折射率（1.5）材料。试问：（1）在反射光方向观察到的干涉圆环条纹的中心是亮斑还是暗斑？（2）由中心向外计算，第10个亮环的半径是多少？（f=20cm ）（3）第10个亮环处的条纹间距是多少？ P P ’
1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。 解： 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。则有 当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。 解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： V oigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程： ) (2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量 ) (1.323)84 05.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量 ). 1()()(0)0() 1)(()1()(1 //0 ----= = ∞=-∞=-=e E E e e E t t t στεσεεεσετ τ ；；则有：其蠕变曲线方程为：. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为1.0 1.0 0816.04.25 .2ln ln ln 2 2 001====A A l l T ε真应变)(91710 909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .0100 =-=?=A A l l ε名义应变)(99510 524.445006MPa A F T =?==-σ真应力
3.13 波长为589.3nm 的钠黄光照在一双缝上，在距离双缝100cm 的观察屏上测量20个条纹共宽2.4cm,试计算双缝之间的距离。 解：设孔距l ，观测屏到干涉屏的距离为d ，条纹间距为e,所用光波的波长为λ； 条纹间距24 1.220mm l mm = = 根据d e l λ=可知：589.310.491.2d nm m l mm e mm λ?= == 3.18 在菲涅尔双面镜试验中，若单色光波长为500nm ，光源和观测屏到双面镜棱线的距离 分别为0.5m 和1.5m ，双面镜的夹角为10-3弧度：（1）、求观察屏上条纹间距。（2）、问观察屏上最多可以看到多少条两纹。 菲涅耳双面镜 l 解：根据已知条件， 条纹间距等于()933 500100.5 1.51101220.510 d e m mm s λα---??+===?=?? 能看到条纹的区域为P1P2，设反射镜棱至观察屏的距离为B 可以看出 ()312 102tan 2 1.5tan 1800.00333.1415926PP B m mm α-?? ==???== ??? 可看到条纹数：12 331 PP N e = == 3.21 在很薄的楔形玻璃板上用垂直入射光照射，从反射光中看到相邻暗纹的间隔为5mm ， 已知光的波长为580nm ，波的折射率为1.5mm ，求楔形角。 解：相邻条纹的间距2e n λ θ ≈ 知： 953 58010 3.861022 1.5510m rad ne m λ θ---?≈==???? 3.24 为了测量一条细金属丝的直径，可把它夹在两块玻璃片的一段，如图所示，测得亮条
1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。 解： 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-5一瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。则有 当该瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。 解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： ) (2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量) (1.323)84 05.038095.0()(1 12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为0816.04.25.2ln ln ln 2 2 001====A A l l T ε真应变) (91710 909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .010 0=-=?=A A l l ε名义应变) (99510524.44500 6 MPa A F T =?= =-σ真应力
《大气污染控制工程》试题库 一、选择题（每小题4个选项中，只有1项符合答案要求，错选、多选，该题不给分） 1.以下对地球大气层结构的论述中，错误的是（D ）。 A. 对流层的厚度随地球纬度的增加而降低。 B. 暖层空气处于高度的电离状态，故存在着大量的离子和电子。 C. 平流层的气温几乎不随高度变化。 D. 中间层的气温随高度的增加而增加，该层空气不会产生强烈的对流运动。 2. 目前，我国排放大气污染物最多的是（B）。 A. 工业生产。 B. 化石燃料的燃烧。 C. 交通运输。 D. 生态环境破坏。 3. 烟囱上部大气是不稳定的大气、而下部是稳定的大气时，烟羽的形状呈（D）。 A. 平展型。 B. 波浪型（翻卷型）。 C. 漫烟型（熏蒸型）。 D. 爬升型（屋脊型）。 4. 尘粒的自由沉降速度与（D ）的成反比。 A.尘粒的密度。 B. 气体的密度。 C. 尘粒的粒径。 D. 气体的粘度。 5.处理一定流量的气体，采用（A）净化时，耗用的能量为最小。 A. 重力除尘装置。 B. 惯性除尘装置。
C. 离心力除尘装置。 D. 洗涤式除尘装置。 6. 电除尘装置发生电晕闭塞现象的主要原因是（D ）。 A. 烟尘的电阻率小于104Ω·cm。 B. 烟尘的电阻率大于1011Ω·cm。 C. 烟气温度太高或者太低。 D. 烟气含尘浓度太高。 7. 在以下关于德易希方程式的论述中，错误的是（B ）。 A. 德易希方程式概括了分级除尘效率与集尘板面积、气体流量和粉尘驱进速度之间的 关系。 B. 当粒子的粒径相同且驱进速度也相同时，德易希方程式可作为除尘总效率的近似估 算式。 C. 当粒子的粒径相同且驱进速度不超过气流速度的10～20％时，德易希方程式可作 为除尘总效率的近似估算式。 D. 德易希方程式说明100％的分级除尘效率是不可能的。 8.直接应用斯托克斯公式计算含尘气流阻力的前提是（A ）。 A.颗粒雷诺数Re p≤1，颗粒直径大于气体分子平均自由程。 B.1＜Re p＜500，颗粒直径大于气体分子平均自由程。 C.500＜Re p＜2×105，颗粒直径大于气体分子平均自由程。 D.颗粒雷诺数Re p≤1，颗粒直径小于气体分子平均自由程。 9.在以下有关填料塔的论述中，错误的是（B）。 A. 产生“塔壁效应”的主要原因是塔径与填料尺寸的比值太小。 B. 填料塔是一种具有固定相界面的吸收设备。 C. 当烟气中含有悬浮颗粒物时，填料塔中的填料容易堵塞。 D. 填料塔运行时的空塔气速一定要小于液泛气速。 10. 在以下有关气体吸附穿透曲线的论述中，错误的是（C ）。 A.穿透曲线表示吸附床处理气体量与出口气体中污染物浓度之间的函数关系。 B.穿透曲线的形状取决于固定吸附床的操作条件。 C.穿透曲线表示吸附床床层厚度与出口气体中污染物浓度之间的函数关系。 D.穿透曲线斜率的大小可以反映吸附过程速率的快慢。 11.在以下石灰或石灰石湿式洗涤法烟气脱硫的化学反应式中，（C）是对吸
v= 物理光学习题 第一章波动光学通论 、填空题(每空 2分) 1、. 一光波在介电常数为￡,磁导率为卩的介质中传播，则光波的速 度 【V 1】 【布儒斯特角】 t ],则电磁波的传播方 向 ____________ 。电矢量的振动方向 _______________ 【x 轴方向 y 轴方向】 4、 在光的电磁理论中，S 波和P 波的偏振态为 __________ ，S 波的振动方向为 ______ ， 【线偏振光波 S 波的振动方向垂直于入射面】 5、 一束光强为I 0的自然光垂直穿过两个偏振片，两个偏振片的透振方向夹角为 45°则通 过两偏振片后的光强为 ____________ 。 【I 0/4】 6、 真空中波长为入。、光速为c 的光波，进入折射率为 n 的介质时，光波的时间频率和波长 分别为 ______ 和 ________ 。 【c/入o 入o /n 】 7、 证明光驻波的存在的维纳实验同时还证明了在感光作用中起主要作用是 __________ 。 【电场E 】 &频率相同，振动方向互相垂直两列光波叠加，相位差满足 _____________ 条件时，合成波为线偏 振光波。 【0或n 】 9、 会聚球面波的函数表达式 ____________ 。 A -ikr 【E(r) e 】 r 10、 一束光波正入射到折射率为 1.5的玻璃的表面，则 S 波的反射系数为 _____________ , P 波 2、一束自然光以 入射到介质的分界面上，反射光只有 S 波方向有振动。 13 10 3、一个平面电磁波波振动表示为 E x =E z =0, E y =cos[2
《材料物理性能》 第一章材料的力学性能 1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。 解： 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。则有 当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2) 可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和 0816 .04.25.2ln ln ln 22 001====A A l l T ε真应变) (91710909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .010 0=-=?=A A l l ε名义应变) (99510524.445006MPa A F T =?== -σ真应力) (2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量) (1.323)84 05.038095.0()(1 12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量
课后习题 第一章 1.德拜热容的成功之处是什么？ 答：德拜热容的成功之处是在低温下，德拜热容理论很好的描述了晶体热容，CV.M∝T的三次方 2.何为德拜温度？有什么物理意义？ 答：HD=hνMAX/k 德拜温度是反映晶体点阵内原子间结合力的一个物理量 德拜温度反映了原子间结合力，德拜温度越高，原子间结合力越强 3.试用双原子模型说明固体热膨胀的物理本质 答：如图，U1（T1）、U2（T2）、U3(T3）为不同温度时的能量，当原子热振动通过平衡位置r0时，全部能量转化为动能，偏离平衡位置时，动能又逐渐转化为势能；到达振幅最大值时动能降为零，势能打到最大。由势能曲线的不对称可以看到，随温度升高，势能由U1(T1）、U2（T2）向U3（T3）变化，振幅增加，振动中心就由r0'，r0''向r0'''右移，导致双原子间距增大，产生热膨胀
第二章 1.300K1×10-6Ω·m4000K时电阻率增加5% 由于晶格缺陷和杂质引起的电阻率。 解：按题意:p(300k) = 10∧-6 则: p(400k) = (10∧-6)* (1+0.05) ----(1) 在400K温度下马西森法则成立，则: p(400k) = p(镍400k) + p(杂400k) ----(2) 又: p(镍400k) = p(镍300k) * [1+ α* 100] ----(3) 其中参数: α为镍的温度系数约= 0.007 ; p(镍 300k)(室温) = 7*10∧-6 Ω.cm) 将(1)和(3)代入(2)可算出杂质引起的电阻率p(杂400k)。 2.为什么金属的电阻因温度升高而增大，而半导体的电阻却因温度的升高而减小？ 对金属材料，尽管温度对有效电子数和电子平均速率几乎没有影响，然而温度升高会使离子振动加剧，热振动振幅加大，原子的无序度增加，周期势场的涨落也加大。这些因素都使电子运动的自由称减小，散射几率增加而导致电阻率增大 而对半导体当温度升高时，满带中有少量电子有可能被激发
第一章 波动光学通论 作业 1、已知波函数为：?? ? ???-?=-t x t x E 157 105.11022cos 10),(π，试确定其速率、波长和频率。 2、有一张0=t 时波的照片，表示其波形的数学表达式为 ?? ? ??=25sin 5)0,(x x E π。如果这列波沿负 x 方向以2m/s 速率运动， 试写出s t 4=时的扰动的表达式。 3、一列正弦波当0=t 时在0=x 处具有最大值，问其初位相为多少？ 4、确定平面波：?? ? ??-+ + =t z k y k x k A t z y x E ω14314 214 sin ),,,(的传播方向。 5、在空间的任一给定点，正弦波的相位随时间的变化率为 s rad /101214?π，而在任一给定时刻，相位随距离 x 的变化是 m rad /1046?π。若初位相是 3 π ，振幅是10且波沿正x 方向前进， 写出波函数的表达式。它的速率是多少？ 6、两个振动面相同且沿正x 方向传播的单色波可表示为： )](sin[1x x k t a E ?+-=ω，]sin[2kx t a E -=ω，试证明合成波的表达式可 写为?? ??? ???? ? ??+-?? ? ???=2sin 2cos 2x x k t x k a E ω。 7、已知光驻波的电场为t kzcoa a t z E x ωsin 2),(=，试导出磁场),(t z B 的表达式，并汇出该驻波的示意图。
8、有一束沿z 方向传播的椭圆偏振光可以表示为 )4 cos()cos(),(00π ωω--+-=kz t A y kz t A x t z E 试求出偏椭圆的取向 和它的长半轴与短半轴的大小。 9、一束自然光在30o 角下入射到空气—玻璃界面，玻璃的折射率n=1.54，试求出反射光的偏振度。 10、过一理想偏振片观察部分偏振光，当偏振片从最大光强方位转过300时，光强变为原来的5／8，求 (1)此部分偏振光中线偏振光与自然光强度之比； (2)入射光的偏振度； (3)旋转偏振片时最小透射光强与最大透射光强之比； (4)当偏振片从最大光强方位转过300时的透射光强与最大光强之比． 11、一个线偏振光束其E 场的垂直于入射面，此光束在空气中以45o 照射到空气玻璃分界面上。假设n g =1.6，试确定反射系数和透射系数。 12、电矢量振动方向与入射面成45o 的线偏振光入射到两种介质得分界面上，介质的折射率分别为n 1=1和n 2=1.5。（1）若入射角为50o ，问反射光中电矢量与入射面所成的角度为多少？（2）若入射角为60o ，反射光电矢量与入射面所成的角度为多少？ 13、一光学系统由两片分离的透镜组成，两片透镜的折射率分别为1.5和1.7，求此系统的反射光能损失。如透镜表面镀
1-1 一圆杆的直径为2.5 mm、长度为25cm并受到4500N的轴向拉力，若直径拉细至2.4mm,且拉伸变形后圆杆的体积不变，求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。 解：真应力OY = — = ―"°。—=995(MP Q) A 4.524 xlO-6 真应变勺=In — = In — = In^v = 0.0816 /0 A 2.42 名义应力a = — = ―4°°°_ 一= 917(MPa) A) 4.909x1()2 名义应变￡ =翌=& —1 = 0.0851 I。 A 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1- 5 一陶瓷含体积百分比为95%的/\12O3(E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa), 试 计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5%的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令Ei=380GPa, E2=84GPa, V^O. 95, V2=0. 05o则有 上限弹性模量=E]% +E2V2 = 380 X 0.95 +84 X 0.05 =365.2(GP Q) 下限弹性模量战=(￥ +3)T =(?料+誓尸=323.1(GP Q) E]380 84 当该陶瓷含有5%的气孔时，将P二0. 05代入经验计算公式E=E O(1-1. 9P+0. 9P2) 可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa和293. 1 GPa。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0, t = oo和t二￡时的纵坐标表达式。 解：Maxwell模型可以较好地模拟应力松弛过程： 其应力松弛曲线方程为：b⑴=贝0光必则有:<7(0) = b(0);cr(oo) = 0;<7(r) = a(0)/e. Voigt模型可以较好地模拟应变蠕变过程： 其蠕变曲线方程为：的)=火(1 -广")=￡(00)(1 _g") E 则有：￡(0)=0； ￡(OO)= 21;冶)=%1-(尸).
大气物理学题目及答案 (84题) -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
大气物理学(32+19+33=84题) 一、单项选择题： 1、陆地下垫面的热量差额主要是指__________。（C） A：下垫面与大气之间的热量交换 B：下垫面上的蒸发与凝结 C：地面辐射差额 D：土壤的性质 2、对流层与平流层交界处，有一个厚约__________公里的过渡层，叫对流层顶。 (A) A.1-2 B.10 C.0.2-0.3 D.5 3、如果已知本站气压、海拔高度和气柱的__________，就可以用压高公式求算海平面气压。(C) A.相对湿度 B.气压垂直递减率 C.平均温度 D.垂直高度 4、大气的稳定度决定于该气团的层结，层结不稳定是__________。 (C) A.γ=γd B.γ<γd C.γ>γd D、γ=γd=0 5、常在T-lnP图上见到，自由对流高度以上的正不稳定能量面积大于其下面的负的不稳定能量面积,这种情况叫__________。(A) A.真潜不稳定型 B.假不稳定型 C.绝对不稳定型 D.绝对稳定型 6、在叙述云块上升过程中的降温时，有时讲绝热降温，有时讲膨胀降温，这两种说法__________。(C) A.完全一样 B.完全不一样 C.基本一样 D.基本不一样 7、大气中的臭氧主要分布在：__________。(B) A、对流层 B、平流层 C、中间层 D、热层 8、目前一般把PH值小于__________的降水都称为酸雨。(B) A、4.0 B、5.6 C、6.5 D、7.0 9、测量空气湿度的最基本方法是__________。(B)
有效电子数：不是所有的自由电子都能参与导电，在外电场的作用下，只有能量接近费密能的少部分电子，方有可能被激发到空能级上去而参与导电。这种真正参加导电的自由电子数被称为有效电子数。 K状态：一般与纯金属一样，冷加工使固溶体电阻升高，退火则降低。但对某些成分中含有过渡族金属的合金，尽管金相分析和Ｘ射线分析的结果认为其组织仍是单相的，但在回火中发现合金电阻有反常升高，而在冷加工时发现合金的电阻明显降低，这种合金组织出现的反常状态称为K状态。X射线分析发现，组元原子在晶体中不均匀分布，使原子间距的大小显著波动，所以也把K状态称为“不均匀固溶体”。 能带：晶体中大量的原子集合在一起，而且原子之间距离很近，致使离原子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子的相似壳层上去，也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异，与此相对应的能级扩展为能带。 禁带：允许被电子占据的能带称为允许带，允许带之间的范围是不允许电子占据的，此范围称为禁带。 价带：原子中最外层的电子称为价电子，与价电子能级相对应的能带称为价带。 导带：价带以上能量最低的允许带称为导带。 金属材料的基本电阻：理想金属的电阻只与电子散射和声子散射两种机制有关，可以看成为基本电阻，基本电阻在绝对零度时为零。 残余电阻(剩余电阻)：电子在杂质和缺陷上的散射发生在有缺陷的晶体中，绝对零度下金属呈现剩余电阻。这个电阻反映了金属纯度和不完整性。 相对电阻率：ρ (300K)／ρ (4.2K)是衡量金属纯度的重要指标。 剩余电阻率ρ’：金属在绝对零度时的电阻率。实用中常把液氦温度(4.2K)下的电阻率视为剩余电阻率。 相对电导率：工程中用相对电导率( IACS%) 表征导体材料的导电性能。把国际标准软纯铜(在室温20 ℃下电阻率ρ= 0 .017 24Ω·mm2/ m)的电导率作为100% , 其他导体材料的电导率与之相比的百分数即为该导体材料的相对电导率。 马基申定则(马西森定则)：ρ＝ρ’＋ρ(T)在一级近似下，不同散射机制对电阻率的贡献可以加法求和。ρ’：决定于化学缺陷和物理缺陷而与温度无关的剩余电阻率。ρ(T)：取决于晶格热振动的电阻率(声子电阻率)，反映了电子对热振动原子的碰撞。 晶格热振动：点阵中的质点(原子、离子)围绕其平衡位置附近的微小振动。 格波：晶格振动以弹性波的形式在晶格中传播，这种波称为格波，它是多频率振动的组合波。 热容：物体温度升高1K时所需要的热量(J/K)表征物体在变温过程中与外界热量交换特性的物理量，直接与物质内部原子和电子无规则热运动相联系。 比定压热容：压力不变时求出的比热容。 比定容热容：体积不变时求出的比热容。 热导率：表征物质热传导能力的物理量为热导率。 热阻率：定义热导率的倒数为热阻率ω，它可以分解为两部分，晶格热振动形成的热阻(ωp)和杂质缺陷形成的热阻(ω0)。导温系数或热扩散率：它表示在单位温度梯度下、单位时间内通过单位横截面积的热量。热导率的单位：W/(m·K) 热分析：通过热效应来研究物质内部物理和化学过程的实验技术。原理是金属材料发生相变时，伴随热函的突变。 反常膨胀：对于铁磁性金属和合金如铁、钴、镍及其某些合金，在正常的膨胀曲线上出现附加的膨胀峰，这些变化称为反常膨胀。其中镍和钴的热膨胀峰向上为正，称为正反常；而铁和铁镍合金具有负反常的膨胀特性。 交换能：交换能E ex=－2Aσ1σ2cosφA—交换积分常数。当A＞0，φ＝0时，E ex最小，自旋磁矩自发排列同一方向，即产生自发磁化。当A＜0，φ＝180°时，E ex也最小，自旋磁矩呈反向平行排列，即产生反铁磁性。交换能是近邻原子间静电相互作用能，各向同性，比其它各项磁自由能大102～104数量级。它使强磁性物质相邻原子磁矩有序排列，即自发磁化。 磁滞损耗：铁磁体在交变磁场作用下，磁场交变一周，B-H曲线所描绘的曲线称磁滞回线。磁滞回线所围成的面积为铁 =? 磁体所消耗的能量，称为磁滞损耗，通常以热的形式而释放。磁滞损耗Q HdB 技术磁化：技术磁化的本质是外加磁场对磁畴的作用过程即外加磁场把各个磁畴的磁矩方向转到外磁场方向(和)或近似外磁场方向的过程。技术磁化的两种实现方式是的磁畴壁迁移和磁矩的转动。 请画出纯金属无相变时电阻率—温度关系曲线，它们分为几个阶段，各阶段电阻产生的机制是什么？为什么高温下电阻率与温度成正比？ 1—ρ电-声∝T( T > 2/ 3ΘD ) ； 2—ρ电-声∝T5 ( T< <ΘD )；
物理光学作业参考答案 [13-1] 波长nm 500=λ的单色光垂直入射到边长3cm 的方孔，在光轴（它通过孔中心并垂直孔平面）附近离孔z 处观察衍射，试求出夫琅和费衍射区的大致范围。 解：夫琅和费衍射条件为： π<<+z y x k 2)(max 2121 即： m nm y x z 900109.0500 )1015()1015()(122626max 2121=?=?+?=+>> λ [13-3]平行光斜入射到单缝上，证明：（1）单缝夫琅和费衍射强度公式为 2 0)s i n (s i n )]sin (sin sin[??? ???? ???????--=i a i a I I θλπθλπ 式中，0I 是中央亮纹中心强度；a 是缝宽；θ是衍射角，i 是入射角（见图）。 证明：（1 缝上任意点Q 的位矢： 单逢上光场的复振幅为： 因此，观察面上的夫琅和费衍射场为： （其中： ） ) cos ,0,(sin i i k k = )0,,(11y x r = 1sin 1)(~x i ik r k i Ae Ae x E ??== ) sin (sin )]sin (sin sin[)(~1)(~)2(1 1 22)sin (sin )2(11sin 22 sin )2(11221)2(1121 12 11 112111 121i a i a ae z A dx e e z i A dx e e e z i A dx e x E e z i x E z x z ik a a x i ik z x z ik x ik a a x i ik z x z ik x z x ik a a z x z ik --====+---+?--?+--+? ?? θλ πθλπλλλλθθθsin 1≈z x
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大气物理学题库答案一、选择题
二、 填空题 1. 氮气、氧气、氩气（或N 2、O 2、Ar ） 2. 原始大气、次生大气、现代大气 3. 基尔霍夫定律、普朗克定律、斯蒂芬-玻尔兹曼定律、维恩定律。 4. 核化（或填异质核化）、凝结、碰并、连锁； 5. 水云、冰云、混合云； 6. 色； 7. 爱根核，大核，巨核； 8. 增加空气中的水汽、降温。 9. CO2、O3； 10. 瑞利散射， 米散射， 几何光学散射； 11. 宇宙射线 地壳αβγ射线作用 大气中放射性元素 12. 低气压、高气压、低压槽、高压脊、鞍型气压场 13. Kirchhoff （或基尔霍夫） 14. 紫外光、红外光 15. 辐射平衡、热量平衡， 潜热 、感热，太阳辐射，大气 。 16. 高压、低压 17. 冷却、增湿、冷却、增湿
18. 日地平均距离大气上界 19. 比湿 、 混合比 、 水汽密度 、 露点 、 相对湿度 。 20. 状态（变化）、 层结 。 21. 对流层 、平流层 、 中层、热层 、外层。 22. 绝热上升膨胀冷却 、辐射冷却、平流冷却 、 混合冷却 。（降温过程很 多，写出其中四种即可） 23. 0>??z θ、 0
1、试说明下列磁学参量的定义和概念：磁化强度、矫顽力、饱和磁化强度、磁导率、磁化率、剩余磁感应强度、磁各向异性常数、饱和磁致伸缩系数。 a、磁化强度：一个物体在外磁场中被磁化的程度，用单位体积内磁矩的多少来衡量，成为磁化强度M b、矫顽力Hc：一个试样磁化至饱和，如果要μ=0或B=0，则必须加上一个反向磁场Hc，成为矫顽力。 c、饱和磁化强度：磁化曲线中随着磁化场的增加，磁化强度M或磁感强度B开始增加较缓慢，然后迅速增加，再转而缓慢地增加，最后磁化至饱和。Ms成为饱和磁化强度，Bs成为饱和磁感应强度。 d、磁导率：μ=B/H，表征磁性介质的物理量，μ称为磁导率。 e、磁化率：从宏观上来看，物体在磁场中被磁化的程度与磁化场的磁场强度有关。 M=χ·H，χ称为单位体积磁化率。 f、剩余磁感应强度：将一个试样磁化至饱和，然后慢慢地减少H，则M也将减少，但M并不按照磁化曲线反方向进行，而是按另一条曲线改变，当H减少到零时，M=Mr或Br=4πMr。（Mr、Br分别为剩余磁化强度和剩余磁感应强度） g、磁滞消耗：磁滞回线所包围的面积表征磁化一周时所消耗的功，称为磁滞损耗Q（ J/m3） h、磁晶各向异性常数：磁化强度矢量沿不同晶轴方向的能量差代表磁晶各向异性能，用Ek表示。磁晶各向异性能是磁化矢量方向的函数。 i、饱和磁致伸缩系数：随着外磁场的增强，致磁体的磁化强度增强，这时|λ|也随之增大。当H=Hs时，磁化强度M达到饱和值，此时λ=λs，称为饱和磁致伸缩所致。 2、计算Gd3+和Cr3+的自由离子磁矩Gd3+的离子磁矩比Cr3+离子磁矩高的原因是什么 Gd3+有7个未成对电子,Cr3+ 3个未成对电子. 所以, Gd3+的离子磁矩为7μB, Cr3+的离子磁矩为3μB. 3、过渡族金属晶体中的原子（或离子）磁矩比它们各自的自由离子 磁矩低的原因是什么 4、试绘图说明抗磁性、顺磁性、铁磁性物质在外场B=0的磁行为。
第一章光的电磁理 论 1.1在真空中传播的平面电磁波，其电场表示为Ex=0，Ey=0，Ez=(102)Cos[π× 1014(t?x c )+π 2 ]，（各 量均用国际单位），求电磁波的频率、波长、周期和初相位。 解：由Ex=0，Ey=0，Ez=(102)Cos[π× 1014(t?x c )+π 2 ]，则频 率υ= ω 2π =π×10 14 2π =0.5× 1014Hz，周期T=1/υ=2×10-14s，初相位φ0=+π/2（z=0，t=0），振幅A=100V/m， 波长λ=cT=3×108×2×10-14=6×10-6m。 1.2.一个平面电磁波可以表示为Ex=0，Ey=2Cos[2π×1014(z c ?t)+π 2 ]，Ez=0，求：（1）该电磁波的振幅，频率，波长和原点的初相位是多少？（2）波的传播和电矢量的振动取哪个方向？（3）与电场相联系的磁场B的表达式如何写？ 解：（1）振幅 A=2V/m，频率υ=ω 2π = 2π×1014 2π =1014Hz，波长 λ=c υ =3×108 10 =3×
10?6m ，原点的初相位φ0=+π/2；（2）传播沿z 轴，振动方向沿y 轴；（3）由B =1 c (e k ???? ×E ? )，可 得By=Bz=0，Bx=2 c Cos [2π×1014(z c ? t)+π 2] 1.3.一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为Ey=0，Ez=0， Ex=102Cos [π× 10 15 (z 0.65c ?t)]，试 求：（1）光的频率；（2）波长；（3）玻璃的折射率。 解： （1） υ =ω 2π= π×1015 2π =5×1014 Hz ； （2）λ= 2πk = 2ππ×10/0.65c =2×0.65×3×108 1015 m = 3.9×10?7m =390nm ； （3）相速度v=0.65c ，所以折射率n=c v =c 0.65c ≈1.54 1.4写出：（1）在yoz 平面内沿与y 轴成θ角的k ? 方 向传播的平面波的复振幅；（2）发散球面波和汇聚球面波的复振幅。 解：（1）由E ?=A ? exp(ik ? ?r ? )，可得E ?=A ? exp?[ik (ycosθ+zsinθ)]； （2）同理：发散球面波E ?(r ，t)=A r exp?(ikr )=