物理科学导论/A.2

练习题考试2

亲爱的用户 - 请注意，学生目前正在处理这些习题集 - 在他们的签名标签被移除之前，请不要编辑 --J.M.Pearce (讨论) 2008年4月3日 (UTC) 23:25

学生们 - 请为复习提供两个问题并解答整个示例。

Put your answers in boxes by putting a space before it.

确保包含所有方程式和单位。确保用 --~~~~ 标记你的问题。

谢谢。

波

• 一个声波从音叉发出，以340 m/s的速度传播。它的波长为2.43m。它的频率是多少？

Wave Speed = wavelength * frequency
340m/s/2.43m = 139.91Hz 

• 说出并描述我们在课堂上讨论的两种类型的波。

Transverse Wave: motion of the particle is perpendicular to the direction of the wave
Longitudinal Wave: motion of the particle move the same direction

• 一个波以70.0 Hz的频率传播，波长为50 m。这个波的速度是多少？

velocity= wavelength X frequency
velocity= 50 m X 70.0 Hz
velocity= 3500 m/s

• 当波传播时，强度随着距离_________，并且当它穿过材料时_________。

Intensity DECREASES with distance, and DECREASES as it passes through a materal.

• 波的定义是什么？

Any Pattern with an indentifable periodicity in space and time. No matter is transferred but energy is.

• 一个波的波长为70m，频率为80Hz。这个特定波的传播速度是多少？

= Wavelength x frequency
= 70m x 80HZ
= 5600m/s

• 说明衍射

• 说明惠更斯原理？

At a time(t) consider everypoint on a wave front, a new point source. 

• 波的最高点和最低点分别叫什么？

 crest and trough

声音

1. 对于声音波，随着材料的_________增加，_________增加

Density and Velocity 

2. 海豚可以听到250 kHz频率的声音。如果海豚听到一个以1700 m/s速度传播的、频率为250 kHz的声音，它的波长是多少？

Use the equation v=λf, for this problem it is v/f=λ. First convert 250kHz to 250000Hz. 
1700m/s divided by 250000Hz = 6.8x10^3m

3. 声音不能在真空中传播，因为它需要什么？

     Sound needs a medium to travel through. (solid, liquid, or gas)

4. 处理声波时，什么是折射？

An abrupt change in wave speed at boundary of two mediums.

5. 折射的公式是什么？

f = v1/wavelength = v2/wavelength2

电磁波

• 电磁波谱中的七种波的类型，按波长大小（从大到小）的顺序排列是什么？

Radio waves, microwave, infrared, visible, ultraviolet, x-ray, and gamma rays. 

• 电磁辐射的波状特性是由于什么？

The periodic oscillations in the electric and magnetic components.

1. 如果一个波以3.8m/s的速度传播，并且波的末端在15s内到达波的起始位置。

Wavelength=velocity / Frequency
3.8m/s x 15s=
57m/s(squared)

• 如果一个AM无线电波的波长为300 m，它的频率是多少？

Frequency = speed of light (c) / wave length
Frequncy= (3 x 10^8 m/s)/ 300 m
Frequency= 1 x 10^7 Hz

• 一个电磁波的频率为1.5x10^7 Hz，波长是多少？

  c is constant. c=3x10^8 m/s
legth=c/f=3x10^8/1.5x10^7Hz=20m

光

• 凸面镜和凹面镜有什么区别？

A convex mirror curves away from you and a concave mirror curves toward the viewer.

• 红外光波的大小可以用什么物理物体来比较？（例如，面包箱、原子等）。

a pinhead

反射

1. 一束光线以45度角照射到地板上，并照射到一个以90度角放置在地板上的镜子上，如果镜子旋转45度，使光线指向它，并且光线保持在相同的位置，新的反射角是多少？（提示：遵循措辞，仅将图作为指导）

No reflection will occour because the mirror and the light become parallel.

折射

空

照明

CFL

• 紧凑型荧光灯泡（或CFL）大约使用白炽灯泡产生相同光量所需的电功率的____百分比。

Answer: 25%

• CFL比标准白炽灯泡更经济吗？正确或错误

 Answer: True

• 如果一个房子有20个灯具，并且它们都换成了CFL灯泡，每个灯泡可以节省32美元，那么这个家庭可以节省多少钱？

 Answer: 20 x 32
         $640

• 与60瓦白炽灯泡功率相当的CFL灯泡有____瓦。

  Answer: 15 watts

• 如果您有10个灯具需要更换为CFL灯泡，并且在Clarion费率为每千瓦时0.0615美元的情况下，8000小时照明的总成本为每个灯具18.30美元。更换节能灯泡的初始成本是多少？

  Answer: $18.30*10=$183 as your initial cost for CFL bulbs

• CFL灯泡与白炽灯泡有什么区别？

Answer: CFL's use mercury vapor and when the mercury vapor is exposed to an
electrical current the electrons begin to move quickly, emitting light.   An
Incandescent light bulb uses a filament which emits mostly heat, which makes it   
much less efficient.  

• 如果一个CFL灯泡的投资回收期为5.4个月，每月节省1.12美元，使用寿命为3年，那么您的投资回报总额是多少？

Answers: 36 months - 5.4 = 31.6 months x $1.12 = $35.40

LED

无

能量

• 电能的公式是什么？

Answer: Energy=Power(Time)

• 列举5种能量形式。

    Light, chemical, electrical, lastic, nuclear, sound, thermal, gravitational.

• 使用3000瓦的功率5小时，消耗多少能量？

    E=Pt = [w][hrs]
    1000w=1kw
     =3(5)
     =15kw*hr

• 如果您使用一个500瓦的电加热器来加热您的客厅8小时。它使用多少千瓦时的能量？1000w= 1kw-hr

    E=Pt
    =(500w)(8hrs)
    = 4,000w-hrs = 4kw-hr
    E= 4kw-hr

• 化学能的3个例子是什么？

  Gasoline, fossil fuels, batteries

• 在特定任务中使用能量时，能量会损失吗？

     no, energy can only be transfered from on form to another--Natehepler 

• 一个120瓦的卷发器插电1小时，消耗多少电能？

.12[kw-hrs]            

• 一千瓦中有多少瓦？

       1000

11. 一个6牛顿的力使一个箱子移动了2米。物体上施加了多少功？

      w=6x2; w=12J

热

温度

• 在处理科学问题时，相同的温度也被称为什么术语？

Thermodynamic Equilibrium

• 水的沸点用开尔文表示为373度。求水的沸点用摄氏度表示。

373-273=100

• 如果温度为63摄氏度，那么相同的温度用开尔文表示是多少？

Formula: T Kelvin = T Celcius + 273

T Kelvin = 63 + 273
T = 336

• 什么是热膨胀？是什么导致它发生？

答案：热膨胀是指材料由于温度变化而引起的膨胀/收缩。当大多数材料被加热时，原子运动速度更快，导致材料膨胀；当材料被冷却时，则发生相反的情况。热膨胀是通过使用特定于该材料的“热膨胀系数”来计算的，因为每种材料的膨胀/收缩情况各不相同。

• 一根长10英寸的铜棒从70°F加热到180°F。铜的热膨胀系数为9.3×10^-6 in./°F。加热后，铜棒的长度是多少？

ΔL = α×L×ΔT
Where α=coefficient, L=original length, ΔT=change in Temperature
ΔL=(9.3×10^-6)(10 inches)(180-70°F)
ΔL=(9.3×10^-6)(1100 in./°F)
ΔL=(0.01 inches)
10 inches + 0.01 inches = 10.01 inches

热传递

• 热量可以传递多少种方式？具体

方式有哪些？

 -3
 -Conduction
 -Convection
 -Radiation

• 假设你有一面墙，中间有一个窗户。窗户

尺寸为90厘米x 60厘米。窗户玻璃厚度为0.35厘米。室外温度为5摄氏度，室内温度为20摄氏度。通过窗户的热量损失率是多少？记住K= 0.63 w/mk

Icd=Q/t=KAΔT/d

.63w/mk(90x10 raised to the negative 2)(60x10 raised to the -2)(20-5)
divided by .35x 10 raised to the negative 2 m

the answer is 1458 w

1. 吉米正在更换他厨房里17英尺x 14英尺的窗户。他购买的玻璃厚度为0.34厘米。吉米家里的当前温度为23摄氏度，室外温度为7摄氏度。K为0.63w/mK。什么是温度梯度？

               Solution: ΔT/d  Change in temp= 23-7 =16.0
               D = 0.34
               ΔT/d = 16/0.34 = 47.06

• 什么是ΔT/d？

It is the thermal gradient.

• 琼斯夫妇正在为他们的客厅安装新的窗户。窗户尺寸为50厘米x 45厘米。玻璃厚度为0.42厘米。室外温度为10°C，室内温度为21.1°C。K为0.63w/mK。什么是温度梯度？

T=21.1-10=11.1  D=0.42     ΔT/d.... 11.1/.42= 26.4

• 列举三种热传递类型。

Conduction, Convection, and Radiation

• 我们正在为教室安装新窗户。根据课堂上的例子，20厘米x 15厘米，

the glass is .32cm outside temp. is -15°C inside temp. is 22°C and K is 0.63w/mK. 
Using this information what is the Thermal gradient?

ΔT/d 22-(-15)= 37 d=.32 37/.32= 115.62

• 以下所有选项都是改善窗户的方法，除了

A. 使用多层玻璃 B. 使用惰性气体--真空 C. 使用低导热率的隔条，塑料或木头 D. 使用单层玻璃 E. 使用低辐射涂层

D is the correct answer.

• 一块30厘米x 25厘米的单层玻璃窗，厚度为0.45厘米，当室外温度为-10摄氏度，室内温度为25摄氏度时，热量损失率是多少？如果给定K=0.63 W/mK，热量损失率是多少？

Icd=KA(change in temp)/d
Plug in the numbers and the answer is 368 W.

• 描述三种不同的热传递类型。

Conduction-a collision of molecules
Convection- energy transfer by movement of material (forced air)
Radiation-energy transfer with electromagnetic waves

• 一位棒球运动员的表面积为1.2m²，皮肤温度为34摄氏度。他站在中场。空气温度为28摄氏度，风速为4m/s。对流系数为32。I_cv=？

Icv=(h)(A)(change in temperature)
Icv=(32)(1.2m2)(6 degrees celcius)
Icv=230.4 W

• 一名遇难的水手躺在沙滩上。水手的皮肤面积为1.8m²，空气温度为25°c，

  the windspeed is 3m/s, and the sailors skin temp is 30°c.  What is the Icv? ( h=26)                                                             -  

   use the formula Icv = hAΔT = 26(1.8m²)(30 - 25) = 234w

• 一名曲棍球运动员的表面积为1.6 m2，皮肤温度为35摄氏度，他在为一场重要的比赛热身。体育馆内的温度为45摄氏度，顶部敞开，有微风，风速为2 m/s。Icv是多少？（h=37）

-使用公式Icv=(h)(a)(温度变化) 将数字代入正确的位置。Icv= (37)(1.6 m2) (45-35) iCV= (37)(1.6 m2) (10) Icv=592 w

1. 哪种热传递形式涉及电磁波？

Radiation

• 温度从___________物体转移到____________物体，直到两个物体的温度相等。

Hot to cold

热力学

1. 热力学第二定律是什么？

  No refrigerator or heat pump can have an inefficiency of zero.

1. 热力学第三定律是什么？

 It is impossible to cool a system to absolute 0.

热机

• 一台热机的效率为85%。如果热输入为500W，那么功输出是多少才能使效率成立？

  E=work output/Q input
  .85=output/500W
  .85x500=425W
  output=425W

冰箱

• 你厨房里的冰箱的热输出为60，功输入为250。冰箱的无效性是多少？

    Answer: The answer is 4.2
               The inefficienct of the fridge is ein = work input / heat output
                                                                = 250 / 60
                                                                =  4.2

• 热力学第二定律关于冰箱或热泵说明了什么？

   Answer: The 2nd Law of Thermodynamics states that No refrigerator or heat pump can have an efficiency of 0 (zero).

• 热力学第三定律指出，不可能将系统冷却到_________。

Absolute zero (or, 0 degrees Kelvin)

热泵

1. 。热力学第二定律指出，任何冰箱或热泵都不可能具有为零的下划线文本。

inefficiency

1. 。你有一台空调，其热输出为100，无效性为6.5。功输入是多少？

ein= work input/heat output
work input= 100 x 6.5
work input= 650

微型涡轮机

什么是微型涡轮机？

A Small Electric generation systems based on turbine technology.

如果你输入100个单位，它将输出多少个单位？150个单位？

85 units, it is 85% efficient 150 x .85= 85% ... 150 x .85= 127.5 units 

• 热力学第一定律涉及什么？

Energy conservation

• 改善窗户的五种方法中，列举两种。

    Multiple layers of glass, no frames of metal, insulate frames, fill glass with inert      gas,Low emissivity coating