一、填空題(每題5分,共20分)
1(c為任意常數)。
2. 3.
4.,式中e為電子電量的絕對值,k為波爾茲曼常量,t為絕對溫度,為p-n結的反向飽和電流。
評分標準:本題共20分。
第1、2題每題填對均得5分,第3題只要答案在27-30之間即得5分,否則0分。第4題第一空格佔4分,第二空格佔1分。
二、1.設位矢、時間縮放分別為故速度、加速度滿足關係
1)2)
縮放前後質點均滿足牛頓運動方程,即
3)4)
利用(2)式及,(4)式化簡為
5)對照(3)式,得
6)2.萬有引力場中,有,設想軌道尺寸按
7)縮放,則週期按
8)縮放,故有
9)評分標準: 本題共15分
第一小題佔10分,正確得出(6)式得得10分,其中正確得出(5)式得5分。
第二小題佔5分。正確得出(9)式得5分。
三、 兩質點的相對位矢為,記其單位向量為。由於質點約束在管內運動,所受合力必定沿運動方向,即靜電力沿運動方向的分力,兩質點運動方程
1)相減可得
2)其中為b相對於a的加速度。(2)式表明,b相對於a的運動即力心固定之庫侖勢場中質點的m運動,其電勢能為:
3)中心力場中運動質點的角動量、能量守恆。此處角動量與能量均應為b相對a的運動的值,可由初始條件定出:
4)5)
所求量即近力心點到力心的距離,該點速度必與矢徑垂直,故有:
6)7)
從而解得
8)評分標準: 本題共20分
正確得出(3)式得10分;(4)、(5)、(6)、(7)與(8)各佔2分。
四、 為表述方便,以下熱量均用絕對值表示。
可以採用熱機熱幫浦聯合供暖方案:利用熱機從鍋爐吸收熱量,轉化為功;此功驅動熱幫浦,從戶外吸熱,向室外放熱。
熱機的高溫熱源鍋爐,低溫熱源可選室內或戶外環境。以室外為例,設熱機從鍋爐吸熱,向室外放熱,則有
1)熱幫浦的高、低溫熱源分別為室內、戶外環境。設熱幫浦從戶外吸熱向室外放熱則有
(2)通過熱機、熱幫浦聯合工作,室內獲得的總能量為
3)將(1)、(2)兩式相加,得
4)若熱機以戶外環境為低溫熱源,同理可得上式。
由能量守恆定律給出
5)直接供暖時,給室內供熱鍋爐所釋放的熱量為
6)聯立(4)(5)兩式,可得熱機熱幫浦供暖鍋爐釋放的熱量為
7)能耗下降率為
8)理論極限為上式取等號。
本題共10分,其中(4)式佔4分。
五、列出x和y方向的二維電子的牛頓方程如下:
1)2)
在穩態,不隨時間變化,電子無加速度,。因此由(2)式得
3)代入(1)式得
4)根據定義
5)6)
可見在垂直於電場的方向上也產生電流。
評分標準:本題共15分
其中(1)式與(2)式各佔2分,其中各佔2分,(3)式與(4)式各佔1分;(5)式(6)式共佔3分;(7)式與(8)各佔1分。
六、1.已知兩板間的電磁波的電場強度e為
1)由於是理想導體板,當z=0和d時應有e=0。從而
2)2.對於(1)式描述的電磁波,可以通過
3)表達為兩列平面電磁波的疊加,
4)式中兩列電磁波的波長都可表達為
5) 當m=1,
6)3.因此,x方向的波速為
7)如圖所示,設板堆左端任一點p到波源的距離op=r,op與水平線的交角為。要使得輸出為沿水平方向的平面波,應滿足,
8)由此可得,
9)評分標準:本題共25分
第一小題5分,第二小題10分,第三小題10分;
其中(2)式佔5分,(5)式佔6分,(6)式佔4分;(8)式佔6分。
七、由方程1)
2)3)
可推導出電子的總能量為
4)由條件推導出氫原子的軌道半徑和運動速度分別為:
5)6)
由拉莫爾公式得初始發射功率
7)在微小的時間間隔中,輻射使電子的總能量u減少
8)9)
其中為電子軌道半徑的減少量,由此可匯出時間和半徑r的變化方程:
10)其中。
構造乙個半徑為r0 的球體,則即為距離球心為r的薄球殼的體積,在到0的求和過程中可以算出球的體積為。對應本題情況解出電子軌道從減少到0所需的時間為
11)代入資料,得:12)
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