激光原理及应用(第二版)课后习题答案(全)
思考练习题1
1. 试计算连续功率均为1W 的两光源,分别发射λ=0.5000μm ,ν=3000MHz 的光,每秒
从上能级跃迁到下能级的粒子数各为多少?
答:粒子数分别为:18
8
346341105138.21031063.6105.01063.61?=????=?
?==---λ
ν
c h q n 23
9342100277.510
31063.61?=???==-νh q n
2.热平衡时,原子能级E 2的数密度为n 2,下能级E 1的数密度为n 1,设21g g =,求:(1)当原子跃迁时相应频率为ν=3000MHz ,T =300K 时n 2/n 1为若干。(2)若原子跃迁时发光波长λ=1μ,n 2/n 1=0.1时,则温度T 为多高?
答:(1)(//m n E E m m kT
n n n g e n g --=)
则有:1]300
1038.11031063.6exp[23
93412≈?????-==---kT h e n n ν
(2)K T T
e n n kT h 3
6
23834121026.61.0]1011038.11031063.6exp[?=?=???????-==----ν
3.已知氢原子第一激发态(E 2)与基态(E 1)之间能量差为1.64×l0-
18J ,设火焰(T =2700K)中含有1020个氢原子。设原子按玻尔兹曼分布,且4g 1=g 2。求:(1)能级E 2上的原子数n 2为多少?(2)设火焰中每秒发射的光子数为l08 n 2,求光的功率为多少瓦?
答:(1)1923
181221121011.3]2700
1038.11064.1exp[4----?=???-?=?=??n n e g n g n kT
h ν
且20
2110=+n n 可求出312≈n
(2)功率=W 918
8
10084.51064.13110--?=???
4.(1)普通光源发射λ=0.6000μm 波长时,如受激辐射与自发辐射光功率体密度之比
q q 激自1
=
2000
,求此时单色能量密度νρ为若干?(2)在He —Ne 激光器中若34/100.5m s J ??=-νρ,λ为0.6328μm ,设μ=1,求
q q 激
自
为若干? 答:(1)
3
1734
36333/10857.31063.68)106.0(2000188m s J h h c q q ??=????=?=---ννννρρπρπλρνπ=自激
(2)9434
36333106.710510
63.68)106328.0(88?=?????==---πρπλρνπννh h c q q =自激
5.在红宝石Q 调制激光器中,有可能将全部Cr 3+
(铬离子)激发到激光上能级并产生巨脉冲。
设红宝石直径0.8cm ,长8cm ,铬离子浓度为2×1018cm -
3,巨脉冲宽度为10ns 。求:(1)
输出0.6943μm 激光的最大能量和脉冲平均功率;(2)如上能级的寿命τ=10-
2s ,问自发辐射功率为多少瓦? 答:(1)最大能量
J c
h d r h N W 3.210
6943.010
31063.61010208.0004.06
8
3461822=??????????=?
???=?=--πλ
ρπν
脉冲平均功率=瓦8
961030.210
10103.2?=??=--t W (2)瓦自
自自145113.211200
2021=??
?
??-?==?
?
?
??-==?-e h N P e n dt e n N t A τνττ
6.试证单色能量密度公式,用波长λ来表示应为5
811
hc kT
hc e
λλπρλ
=-
证明:
1
1
811852322-?=?-?=?=?==
kT
h kT h e hc c e h c c dVd dw dVd dw ν
ννλλπλλπλρλνλρ 7. 试证明,黑体辐射能量密度()ρν为极大值的频率m ν由关系112.82m T kh ν--=给出,并求出辐射能量密度为极大值的波长m λ与m ν的关系。
答:(1)由 3
3
811
hv kT
h c e
νπνρ=
-可得:
0))1(11
3(82323=??--?+-=??kT h
e e e c h kT h kT h kT h ν
νννννπνρ 令kT
h x ν=,则上式可简化为:x
x xe e =-)1(3
解上面的方程可得:82.2≈x 即:
1182.282.2--=?≈kh T kT
h m m
νν (2)辐射能量密度为极大值的波长m λ与m ν的关系仍为
m
m c λν=
8.由归一化条化证明(1-65a)式中的比例常数1
A τ
=
证明: 2
202)
2/1()(4)(τννπν+-=
A
f N ,由归一化条件且0ν是极大的正数可得: ?=+-?
∞
1)2/1()(40
2202ντννπd A ?=+-?∞1)
2/1()(4202202ντννπνd A
?='+'?
∞
1)
41(1
20
2
22νπτνπd A τ
πτνπτπ1
1]'4[4202
=
?=??∞A arctg A
9.试证明:自发辐射的平均寿命21
1
A =
τ,21A 为自发辐射系数。 证明:自发辐射时在上能级上的粒子数按(1-26)式变化:
t A e n t n 21202)(-=
自发辐射的平均寿命可定义为
()dt t n n ?
∞
=
220
1
τ
式中()dt t n 2为t 时刻跃迁的原子已在上能级上停留时间间隔dt 产生的总时间,因此上述广义积分为所有原子在激发态能级停留总时间,再按照激发态能级上原子总数平均,就得到自发辐射的平均寿命。将(1-26)式代入积分即可得出 21
121A dt e t A =
=?
∞
-τ
10.光的多普勒效应中,若光源相对接收器的速度为c υ<<
,证明接收器接收到的频率
0ν=
,在一级近似下为:0(1)c υνν≈+
证明:0022021
220)1()211)(1()1)(1(11υυ
υυυυυυυυυν?+≈??++≈?-+=?-+=-c c c c c c c
即证
11.静止氖原子的3S 2→2P 4谱线的中心波长为0.6328μm ,设氖原子分别以±0.1c ,±0.5c 的
速度向着接收器运动,问接收到的频率各为多少? 答:Hz c c c c 146
8
1.010241.510
6328.01039.01.19.01.111?=???=?=-+=-+λυυνν 同理可求:Hz c 141.010288.4?=-ν;
Hz c 145.010211.8?=+ν;Hz c 145.010737.2?=-ν
12.设氖原子静止时发出0.6328μm 红光的中心频率为4.74×1014Hz ,室温下氖原子的平均速率设为560m/s 。求此时接收器接收频率与中心频率相差若干?
答:
Hz
c 814606
8
0010848.81074.4108667.1)108667.11()10
35601()1(?=???=???+=?+=+=--νννυνν
13.(1) 一质地均匀的材料对光的吸收为0.01mm -1、光通过10cm 长的该材料后,出射光强为入射光强的百分之几? (2) —光束通过长度为1m 的均匀激活的工作物质,如果出射光强是入射光强的两倍,试求该物质的增益系数。 答;(1)368.01
)0()()0()(10001.0===?
=?--e
e I z I e
I z I Az
(2)11693.02ln 2)
0()
()0()(-?==?==?
=m G e I z I e I z I G Gz
思考练习题2
1. 利用下列数据,估算红宝石的光增益系数n 2-n 1=5?1018cm -3,1/f (ν)=2×1011 s -
1,t 自发
=211A -≈3?10-
3s ,λ=0.6943μm ,μ=l.5,g 1=g 2。
答:
)(8)(8)(8)()(2
22133321333212121
νπμλννμνπμννπμννμ
νf A n f h c h c A n G c h B A f h c nB G ???=???=????
?
???
=
?=1
11
224318
71.010
215.18)106943.0(1031105)(---=???????=cm G πν 2. He-Ne 激光器中,Ne 原子数密度n 0=n 1+n 2=l012 cm -3,1/f (ν)=15×109 s -
1,λ=0.6328μm ,
t 自发=211
A -=10-17s ,g 3=3,g 2=5,11μ≈,又知E 2、E 1能级数密度之比为4,求此介质
的增益系数G 值。
答:11
112211
2
11
1123
12210103141081021410?=-=????????=?=????=+=-n g g n n n n E E cm n n n 比能级数密度之比为和 3
3
2121333332121888ν
πνπνπμh c A B c h c h B A =?== 19
2617112212172.0105.118)106328.0(1010314)(8)()(--=?????=?=?=cm
f A n f h c nB G πνπλννμ
ν
3. (a)要制作一个腔长L =60cm 的对称稳定腔,反射镜的曲率半径取值范围如何?(b)稳定
腔的一块反射镜的曲率半径R 1=4L ,求另一面镜的曲率半径取值范围。 答:(a )R R R ==21;cm R R
L
R L 301)1)(1(0≥?≤--≤ (b )L R L R R L
R L R L 31)1(4301)1)(1(0222
21-≤≥?≤-?≤?≤--
≤或 4. 稳定谐振腔的两块反射镜,其曲率半径分别为R 1=40cm ,R 2=100cm ,求腔长L 的取值
范围。 答:
cm L cm L L L R L R L 1401004001)100
1)(401(01)1)(1(021≤≤≤≤?≤--≤?≤--
≤或
5. 试证非均匀增宽型介质中心频率处的小讯号增益系数的表达式(2-28)。
证明:2
1021
000
2
100021
000
21
00)ln2
( 2)()2
ln (
2)()( )()( )(π
ννμνπ
ννννμ
νννμ
νh c B n G f f h c B n G f h c
B n G D D D
D D D D D ??=????
?
???
?=
?=??= 即证。
6. 推导均匀增宽型介质,在光强I ,频率为ν的光波作用下,增益系数的表达式(2-19)。
证明:2
200
22000
)2
)(1()()
(])2(
)[()()(1 )()(ννννννννννν?++-?+-=+=s s I I G f f I I G G 而:
())
()(2)2()(12)()()(2)()( )()( )(002200000
00021000021
00ννπνννπννννννπνννμνννμ
νG G f f G f f h c B n G f h c
B n G ??+-?==???
?
???
?
???=?=?≈依据上面两式可得:2
2000
2)2
)(1()()()2(
)(ν
ννννν?++-?=s I I G G ;即证。
7. 设均匀增宽型介质的小讯号增益曲线的宽度为ν?,求证,I =I S 时的稳定工作时讯号增
ν,并说明其物理意义。 证明:(1)
22000
2220022000)2
)(1()()
()2()2)(1()()(])2(
)[()()(1 )()(ννννννννννννν?++-?=?++-?+-=+=s s s I I G I I G f f I I G G 当1=s I I 时,增益系数的最大值为:2
)()(000ννG G =;
当增益系数的最大值为增益系数的最大值的一半时,即
4)()2
(2)()()2(
)()(1 )()(00
2
2000
200ννννννννννG G f f G G =??+-?=+=时,对应有两个频率为:
ν
νννν
ννννν?'?∴
?=?+=2)2(2)2(
2210201=-=-以及
(2)物理意义:当光强s I I =时,介质只在ν?2范围内对光波有增益作用,在此范围外增益可忽略不计,而光波也只在这个线宽范围内对介质有增益饱和作用。
8. 研究激光介质增益时,常用到“受激发射截面”()e σν(cm 2)概念,
它与增益系数()G ν(cm -1
)的关系是()
()e G n
νσν=
?,n ?为反转粒子数密度,试证明:具有上能级寿命为τ,线型函数为()f ν的介质的受激发射截面为222
(()8e c f νσνπνμτ=)
。 证明:τ
μπνννμπντννμνπμνσννσνπμννμ
ν22222233321333212121
8)
()(81)(8)()
()(8)()(f c f c f h c h c A n G c h B A f h c
nB G e e =
?=?=??
???
?
?
????==?=
9. 饱和光强()s I ν是激光介质的一个重要参数。证明均匀增宽介质在中心频率0ν处的饱和光强0
00()()s e h I ννσντ
=
,并计算均匀增宽介质染料若丹明6G 在0λ=0.5950μm 处的饱和光
强。(已知τ=5.5×l 0—
9s ,ν?=4.66×1013Hz ,μ=1.36)
答:(1)τνσνννπννσννμμτνπνννμνννστμνπν)()(2
)()()(2)()()()
()(2)(000
0000
021210e s e s e s h I f f h c c I f h c nB G n G B c I =????
?????=
?=
?????
???
??
?=?=?=
(2) 2
53
2200022002
0000/10213.34)()(8)()()()(cm
W hc h I f c h I e s e e s ?=?==??
?
?????==
λνμπτνσνντμπνννστ
νσνν
10. 实验测得He -Ne 激光器以波长λ=0.6328μ工作时的小讯号增益系数为G 0=3?10-
4
/d(cm -1),d 为腔内毛细管内径(cm)。以非均匀增宽计算腔内光强I =50W /cm 2的增益系数G(设饱和光强I s =30W /cm 2时,d =1mm),并问这时为保持振荡稳定,两反射镜
的反射率(设r 1=r 2,腔长0.1m)最小为多少(除透射损耗外,腔内其它损耗的损耗率a 内=9?10-
4cm -1
)?又设光斑面积A =0.11mm 2,透射系数τ=0.008,镜面一端输出,求这时输出功率为多少毫瓦。
答:(1)132
11
421010837.1)30
501(10103)1()()(----?=+?=+=cm I I D G s D D νν
(2)99.0120)10910
837.1exp(12)exp(43
221≥?≥??-??≥-=--r r L a G r r K 内
(3)mW I A P 44.010501011.0008.0320=????=??=-τ
11. 求He -Ne 激光的阈值反转粒子数密度。已知λ=6328?,1/f (ν)ν≈?=109Hz ,μ=1,
设总损耗率为a 总,相当于每一反射镜的等效反射率R =l -L a 总=98.33%,τ=10—
7s ,
腔长L =0.1m 。
答: 31592
67222
2
2/10048.110)106328.0(1.00167.0108)(18)
(8m f L R
f c a n ?=???
?=
-=
?--πνλτπμντμπν总
阈=
12. 红宝石激光器是一个三能级系统,设Cr 3+的n 0=1019/cm 3,τ21=3?10-3
s ,今以波长λ=
0.5100μm 的光泵激励。试估算单位体积的阈值抽运功率。
答:3
3
41910342102103/65010
31051.021********.622cm W hcn V n h P =????????==---λττν=阈
13. Y AG 激光器为四能级系统。已知n ?阈=1.8×1016cm -
3,τ32=2.3?10-4
s 。如以波长0.75μm
的光泵激励。求单位体积的阈值功率并与上题比较红宝石的阈值功率是它的几倍。
答:(1)3
4
434101632
32144/2110
3.21075.01063.6103108.1/cm W hc
n V h n P =????????=?=?---λττν阈阈阈= (2)倍数=65/2.1=31
思考练习题3
1.腔长为0.5m 的氩离子激光器,发射中心频率0ν=5.85?l014Hz ,荧光线宽ν?=6?l08 Hz ,问它可能存在几个纵模?相应的q 值为多少? (设μ=1)
答:Hz L c
q 881035
.0121032?=???==?μν,
21031068
8
=??=??=q n νν,则可能存在的纵模数有2+1=3个,它们对应的q 值分别为: 6
8
141095.110
31085.522?=??=?=?=νμμνc L q L qc ,q +1=1950001,q -1=1949999
2.He —Ne 激光器的中心频率0ν=4.74×1014Hz ,荧光线宽ν?=1.5?l09Hz 。今腔长L =lm ,问可能输出的纵模数为若干?为获得单纵模输出,腔长最长为多少?(设μ=1)
答:Hz L c
q 8
8105.11121032?=???==?μν,10105.1105.18
9=??=??=q n νν
即可能输出的纵模数为10+1=11个,要想获得单纵模输出,则:
m c L L
c
q 2.010
5.110329
8
=??=?<∴=
?
3.(1)试求出方形镜对称共焦腔镜面上30TEM 模的节线位置的表达式(腔长L 、光波波长λ、方形镜边长a )(2)这些节线是否等间距?
答:(1)πλλπ43,02128)1()(0
)(X F 2133
33
32
332
2
L x x L
x
X X X e
dX d e X H e
X H X X
X ±==????
?
?
?
???=-=-==--
)=( (2)这些节距是等间距的
4.连续工作的CO 2激光器输出功率为50W ,聚焦后的基模有效截面直径2w =50μm ,计算(1)每平方厘米平均功率(50W 为有效截面内的功率) (2)试与氩弧焊设备(104W /cm 2)及氧乙炔焰(103W /cm 2)比较,分别为它们的多少倍? 答:(1)每平方厘米的平均功率为:
262
42
/10546.2)
1025(50
W
50cm W ?=?=
-ππω
(2)6.25410
10546.24
6
=?;是氩弧焊的6.254倍。 3
8
610546.210
10546.2?=?;是氧乙炔焰的2546倍。
5.(a)计算腔长为1m 的共焦腔基横模的远场发散角,设λ=632.8nm ,10km 处的光斑面积多大。(b)有一普通探照灯,设发散角为2?,则1km 远处的光斑面积多大?
答:(1)基横模的远场发散角rad L 310
10269.110632822222--?=??==π
πλθ
(2)10km 处的光斑尺寸m L z L z 347.6]1041[2106328])2(1[2810
210
=?+?=+=-=π
πλω
10km 处的光斑面积2
2
2
5572
.126347.6m S =?==ππω (3)1km 处的光斑尺寸m tg r o 455.1711000=?=
1km 处的光斑面积2
221711
.957455.17m r S =?=?=ππ
6.激光的远场发散角θ(半角)还受到衍射效应的限制。它不能小于激光通过输出孔时的衍射极限角θ衍(半角)=1.22λ/d 。在实际应用中远场发散角常用爱里斑衍射极限角来近似。 试计算腔长为30cm 的氦氖激光器,所发波长λ=6328?的远场发散角和以放电管直径d =2mm 为输出孔的衍射极限角。
答:(1)远场发散角rad L 3
2
10101588.110
3010632822---?=????==ππλθ (2)衍射极限角rad d 4
3
101086.310
210632822.122.1---?=???==λθ
7.一共焦腔(对称)L =0.40m ,λ=0.6328μm ,束腰半径mm w 2.00=,求离腰56cm 处的光束有效截面半径。 答:mm z z 6.0))
102(56.0106328(1102.0)(122
4103
2200
56.0=????+?=+=---=ππωλωω
8.试讨论非共焦腔谐振频率的简并性、纵模间隔及横模间隔,并与共焦腔进行比较。 答:非共焦腔的谐振频率表达式为:()??
????+++=
-211
cos 112g g n m q L c mnq πμν
1)简并性:对于纵模来说非共焦腔的谐振频率一般不具有简并性,除非
)(cos 211为整数k k
g g π
=
-时才出现纵模的简并;如果纵模序数一定,不同的横模可以
存在一定的简并,只要m +n 不变,谐振频率就相同。 2)纵模间隔:L
c μν2=
纵?,与共焦腔是一致的;
3)横模间隔:L
g g c πμν2cos 2
11-横=
??,不仅与腔长有关,还与介质的折射率、镜面的曲
率半径有关,这与共焦腔是不同的。
9.考虑一用于氩离子激光器的稳定球面腔,波长λ=0.5145μm ,腔长L =1m ,腔镜曲率半径R 1=1.5m ,R 2=4m 。试计算光腰尺寸和位置,两镜面上的光斑尺寸,并画出等效共焦腔的位置。 答:(1)束腰半径
mm L R R L R R L R L R L 348666.0]5
.35.45.1)105145.0[(])2())()(()[(4
1
2
2641221212120=??=-+-+--=-ππλω(2)束腰位置7
6
5.33)2()(2121==-+-=
L R R L R L z m ;m z L z 7176112=-=-=
(3)两镜面上的光斑尺寸分别为:
mm L R R L R L L R R L s 532596.0]5.45.0325.2[105145.0]))(()([4
1
6
41
2112211=????=-+--=-ππλω
mm L R R L R L L R R L s 355064.0]5
.435.016[105145.0]))(()([4
164
121212
22=????=-+--=-ππλω
(4)m L
R R L R R L R L R L f 7
2
.55.36.25.35.435.02)
)()((212121==??=
-+-+--=
10.欲设计一对称光学谐振腔,波长λ=10.6μm ,两反射镜间距L =2m ,如选择凹面镜曲率半径R =L ,试求镜面上光斑尺寸。若保持L 不变,选择L R >>,并使镜面上的光斑尺寸
s w =0.3cm ,问此时镜的曲率半径和腔中心光斑尺寸多大?
答:(1)镜面光斑尺寸(此时可把它看作对称共焦腔):
mm L s s 5977.22106.10621=??===-π
πλωω
(2)此时不能当作对称共焦腔,但是仍然是对称光学谐振腔,只是L R R R >>==21,根
据(3-50)式可得镜面光斑尺寸为(舍去一个与L 近似相等的解):
()()m
R R R L R L R L L R L R L L R R L s 91.53])
22(2[5977.2])2([)2(4
124
1
24
12
≈?=-??=-=?
?
?
???---=
πλπλω
(3)
()()()()()m m
L R L L R R L R R L R L R L w 734.2]4
)2911.52(2)106.10[(42241
264
12412
21212120=-???=????????-??? ??=????????-+-+--??? ??=-ππλπλ
11.试从(3-81)式出发,证明非均匀增宽激光器最佳输出功率若用最佳透射率表示有:
2()
m
m s
m t P AI a t =-。 证明:由(3-82)有:201112()1()12D
s LG P At I a t νν??????=- ?+??????
0]])(2[22[21]1)2[(212
2=+-?+?+-+=??t a LG
t a LG AtI t a LG AI t P s s 整理上式可得:t
a t a LG t a t a G L -+=?+=-32
3
2
2
)()2()()(4,式中t 即为最佳透射率t m
则最佳输出功率
m
m
s
m m m s m m s m m t a t AI t a t a t a I At t a LG I At P -=-+-+=-+=22
32]1)()()([21
]1)2[(21
12.考虑如图(3-18)所示的He -Ne 激光器,设谐振腔的腔镜为圆形镜。试求TEM 00
和TEM 10模之间的频率差。假定TEM 00q 模的单程衍射损耗δ00<0.1%,试问:维持该激光
器振荡的最小增益系数为多大?
?
?
激活长度
激活长度
??
??
?
图(3-18) 习题三 第12题
答:1)因为175.0)75
.01)(375.01()1)(1(21<=∞
--=-
-
R L R L ,因此该谐振腔为稳定腔; 圆形镜一般稳定球面腔的谐振频率为:
()??
????+++=
-211
cos 112g g n m q L c mnq πμν(此公式有误),应为:()1
121cos 2mnq c q m n L νμπ-?=
+++??(课本P63,3-54式) 所以TEM 00与TEM 10之间的频率差为:
718211
106.475.0cos 1
75.02103cos
1
2?=????=??
=
?--π
π
μνg g L c
2)考虑激光器的内部损耗完全由单程衍射损耗造成,由(2-36)式有:
()21ln 21
r r L
a G -
≥内 ()
121
2ln 20.001ln 0.950.0533220.5
La r r G m
L
--?-∴≥
==?内
思考练习题4
1.腔长30 cm 的氦氖激光器荧光线宽为1500MHz ,可能出现三个纵模。用三反射镜法选取单纵模,问短耦合腔腔长(23L L +)应为若干。
答:L
L L c
??=
+?2103)(28
32μν=短; m L L L 2.02105.1329<+=??短ν
2.He -Ne 激光器辐射632.8nm 光波,其方形镜对称共焦腔,腔长L =0.2m 。腔内同时存在
00TEM ,11TEM ,22TEM 横模。若在腔内接近镜面处加小孔光阑选取横模,试问:
(1)如只使00TEM 模振荡,光阑孔径应多大?
(2)如同时使00TEM ,11TEM 模振荡而抑制22TEM 振荡,光阑孔径应多大?
答:(1)TEM 00模在镜面处的光斑半径为mm L s 20.02
.0106328.06=??==-π
πλω
所以光阑孔径应该为0.2mm
(2)TEM 11模在镜面处的光斑半径为mm m s s
35.02.0312=?=+='ωω
所以光阑孔径为0.35mm
3.一高斯光束束腰半径0w =0.2mm ,λ=0.6328μ,今用一焦距f 为3cm 的短焦距透镜聚焦,已知腰粗0w 离透镜的距离为60cm ,在几何光学近似下求聚焦后光束腰粗。
答:mm s f 01.02.060
3
00
=?=='ωω
4.已知波长λ=0.6328μ的两高斯光束的束腰半径10w ,20w 分别为0.2mm ,50μ,试问此二光束的远场发散角分别为多少?后者是前者的几倍? 答:rad 33
1100.210
2.06328
.0222-?=???ππωλ
θ=
=
r a d 30
2100.8506328
.0222-?=??ππωλ
θ=
=; 4
12221=θθ
5.用如图(4-33)所示的倒置望远镜系统改善由对称共焦腔输出的光束方向性。已知二透镜的焦距分别为f 1=2.5cm ,f 2=20cm ,0w =0.28mm ,11
f l >> (L l 紧靠腔的输出镜面),
求该望远镜系统光束发散角的压缩比。
图(4-33) 第5题
答:31.1125
.220
012=?==
'ωωf f M
7.设一声光偏转器,声光材料为碘酸铅晶体,声频可调制度为ν?=300MHz 。声波在介质中的速度s υ=3×103m/s ,而入射光束直径D =1mm ,求可分辨光斑数。 答:当声频改变ν?时,衍射光偏转的角度为:νμυλ
φ?=
?s
; 而高斯光束的远场发散角为:0
μπωλ
θ=
; 可分辨光斑数为:157103105.0103003
360
=?????=???=
?=-πνωπνφ
φ
s
n
8.有一多纵模激光器纵模数是1000个,腔长为1.5m ,输出的平均功率为1W ,认为各纵模振幅相等。 (1)试求在锁模情况下,光脉冲的周期、宽度和峰值功率各是多少?
(2)采用声光损耗调制元件锁模时,调制器上加电压0cos2u V ft π=。试问电压的频
率f 为多大?
答:(1)周期s c L T 88101035.122-=??==;宽度s N T 12
8100.51
100021012--?≈+?=+=τ 峰值功率w I N I 6
2
02
100.412001)12(?≈?=+=
(2)频率Hz L c f 88105
.121032=??==
9.钕玻璃激光器的荧光线宽F ν?=7.5×1012Hz ,折射率为1.52,棒长l =20cm ,腔长L =30cm ,如果处于荧光线宽内的纵模都能振荡,试求锁模后激光脉冲功率是自由振荡时功率的多少倍。
答:Hz L c
88
107.3)
1.02.052.1(21032?=+??==?μν;4100.2?≈??=ννF N 倍数=N =20000倍
思考练习题6
1.图6-2a 所示的角锥棱镜反射器中,O 为三面直角的顶点,OA=OB=OC 。(1)试证明当三直角均没有误差时,由斜面ABC 上入射的光线的出射光线与原入射光线反向平行;(2)若一个
直角误差为δα试计算出射光线与原入射光线的夹角。
答:1)在棱镜内部入射的光r 1经过三次反射后由r 4射出 (也是在棱镜内部),只要能证明r 1和r 4平行,则它们在棱
面的法线方向分别为:
y a n =1;x a n =2;z a n =3;z z y y x x a r a r a r r
1111++=
经过第一次反射:112)(2r a a r r y y
+?-=
所以z
z y y x x y
y z z y y x x a r a r a r a r a r a r a r r
11111112 )(2)(+-=-+++= 经过第二次反射后:
z z y y x x x x z z y y x x x x a r a r a r a r a r a r a r a a r r r 11111112232)()(2+--=-+-=?-+=
经过第三次反射:
z z y y x x z z z z y y x x z z a r a r a r a r a r a r a r a a r r r 1111111334)(2)()(2---=-++--=?-+=
因此经过三次反射后矢量r 1和矢量r 4是反向平行的,说明角锥棱镜的入射和出射光肯定是反向平行的。
2)假设y 轴和z 轴的直角有一点偏差δα,则第三个反射面的法线就变成:
()z y z y a a a a n +?+=δαδαδαsin )cos()sin(3
则经过第三次反射后:
z
y z y z y y x x z
z y z y z y y x x z y z y z z y y x x z y z z y y x x z z y y x x a r r a r r r a r a r r r a r r r a r a a r r a r a r a r n a a a r a r a r a r a r a r n n r r r
)2()22( )2)sin(2())sin(2)(sin 2( )
)))(sin()sin((2 ])[sin()(2)()(2111211111112111111113
11111133334δαδαδαδαδαδαδαδαδα+-+-+-+-?-++-+-+-=+-++--=+?-+++--=?-+=则入射光束r 1与出射光束r 4的夹角θ应满足:
()
()δα
θδα
δα
δαδαδαθ2
121212
112121212
212121212
2121212121212111112
111214141)
(2)
(2
1)
(2)()(222cos z
y
x
y
z
y x y z
y x y z y x z y x y z z z y y y x r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r ++=∴+++-=+++++-=
++--+---=?=
y
3.在图6-8 双频激光干涉仪测量空气折射率装置中,真空室长度为L ,激光在真空中的波长为0λ,记录下来的累计条纹数N ,试证明被测气体折射率可以用(6-8)式表示。 证明:图6-8 双频激光干涉仪可测量出真空室内外气体折射率不同造成的光程差,若被测气体折射率为m n ,真空折射率为1,长为L 的真空室造成的光程差为 ()12-n L 根据(6-6)式有:()N n L m 2
10
λ=
-;
故被测气体折射率为:120
+=N L
n m λ
4.分离间隙法的测量原理如图6-13所示,试证明狭缝宽度b 和间隔z 、级次1k 、2k 、暗条纹的位置1k x 、2k x ,以及工作距离之间的关系为(6-19)式。
证明:对于产生1k 暗条纹的P 1点来讲,在平行光照明下,下边沿与上边沿衍射时对应的光程差为由虚拟的对称下边沿衍射边出发通过实际的下边沿再衍射到P 1点的光程和直接由上边沿衍射到P 1点的光程之差:
()2
2
11121111111422sin 2sin cos sin L x z L x b z b z z b AP P A A k k +=??
? ??+=-+=-'???? 同理,对于产生2k 暗条纹的P 2点来讲,在平行光照明下,有
22
2222
22211
422sin 2sin L x z L x b z b AP P A A k k -=??
?
??-=-'??
上两式对应的光程差分别等于λ1k ,λ2k ,因而在分离间隙时狭缝宽度可以用(6-19)式表示。
5.在一拉制单模光纤生产线上测量光纤直径,若光纤外径为125微米,外径允差为±1微米,不考虑光纤芯的折射率变化的影响,用图(6-10)右半部所示的检测系统,若接收屏处放置的2048元线阵CCD 象素间距为14微米,为保证测量系统的分辨率为允差的五分之一,所用的透镜焦距至少为多大?
答:设光纤的外径为b ,第k 个暗条纹的位置为k x ,透镜焦距为f ,光波波长为λ,则有:
m f kf x kf b b x kf b x x kf b k k k k 73.1146328
.012551222≤???=?=
???
???==
δλδλδλδ
6.用如图6-18所示的激光脉冲测距方法测量地球到月球之间的准确距离。若使用调Q 技术得到脉宽为10-9S 而脉冲峰值功率达到109W 的激光巨脉冲,激光的发散角通过倒置望远镜压缩到0.01毫弧度,光电接收器最低可以测量的光功率为10-6W ,大气层的透过系数为5×10-2,试问,送上月球的角锥棱镜反射器的通光口径至少要有多大(不考虑角锥棱镜的角度加工误差)?
答:激光束达到月球上的光斑半径为:m 3800
00001.0108.38
=??=ω 激光束达到月球上的脉冲峰值功率为:W P 72
9
10510510?=??=-
设角锥棱镜的通光口径的直径为a ,则有:
激光束达到月球上后再被反射回接收器的总功率为:
m a a P 3622
2
7108.4101054
3800105'---?=?=?????=ππ 这里没有考虑角锥棱镜的角度加工误差,实际上角锥棱镜的角度加工误差至少要有0.1弧秒,对应返回地球的光束发散角在5×10-8以上,即使接收透镜的口径达到半米以上,实际送上月球的角锥棱镜反射器的通光口径至少还要再大一到两个数量级。
7. 试说明相位测距的原理。若激光相位测距量程要求达到5Km ,测量最小可分辨距离为1mm ,而测相灵敏度为2π/1000,那么至少要几个调制频率才能满足上述技术要求? 答:
m km 510005=;增加一个测距频率的测相灵敏度可达:mm m
51000
5=;如果要求1的测距分辨率,则测距信号调制频率至少要有三个。 8.一台激光隧道断面放样仪,要在离仪器50米远的断面处生成一个激光光斑进行放样工作,要求放样光斑的直径小于3厘米。(1)如果使用发散(全)角为3毫弧度的氦氖激光器,如何
设计其扩束光学系统以实现这个要求?(2)如果使用发光面为1×3μ2
的半导体激光器,又如何设计其扩束光学系统? 答:(1)在远场情况下,光斑半径可以表示为
02
1
00z f f z z θθω== 其中
1
2
f f 为倒置望远镜的发散角压缩比。代入有关参数可计算出所要求的最小压缩比为: 530
1050003.03
00012=??==z z f f ωθ
第三章作业及答案 一、单项选择题 1. 标志着以慈禧太后为首的清政府彻底放弃抵抗外国侵略者的事件是() A .《南京条约》的签订 B .《天津条约》的签订 C .《北京条约》的签订 D .《辛丑条约》的签订 2 .清末“预备立宪”的根本目的在于() A .仿效欧美政体 B .发展资本主义 C .延续反动统治 D .缓和阶级矛盾 3.1903年6月,()在上海《苏报》发表《驳康有为论革命书》,批驳康有为所谓“中国之可立宪,不可革命”的谬论 A.陈天华 B.邹容 C.章炳麟 D.梁启超 4.1903年邹容写的()是中国近代史上第一部宣传革命和资产阶级共和国思想的着作 A.《猛回头》 B.《警世钟》 C.《革命军》 D.《驳康有为论革命书》 5.中国近代第一个资产阶级革命的全国性政党是( ) A.强学会 B.兴中会 C.同盟会 D.国民党 6. 孙中山民权主义思想的主张是( ) A.驱除鞑虏 B.恢复中华 C.创立民国 D.平均地权 7.1905年11月,孙中山在《民报》发刊词中将中国同盟会的政治纲领概括为() A.创立民国、平均地权 B.驱除鞑虏、恢复中华、创立合众政府 C.民族主义、民权主义、民生主义 D.联俄、联共、扶助农工 8.武昌起义前同盟会领导的影响最大的武装起义是( )
A.浙皖起义 B.萍浏醴起义 C.镇南关起义 D.黄花岗起义 9.中国历史上第一部具有资产阶级共和国宪法性质的法典是() A.《钦定宪法大纲》 B.《中华民国临时约法》 C.《中华民国约法》 D.《试训政纲领》 10.南京临时政府中占领导和主体地位的派别是() A .资产阶级维新派 B .资产阶级保皇派 C .资产阶级立宪派 D .资产阶级革命派 11. 辛亥革命取得的最大成就是() A.推翻了封建帝制 B.促进了资本主义的发展 C.使人民获得了一些民主自由权利 D.打击了帝国主义的殖民势力 12.清帝被迫退位,在中国延续两千多年的封建帝制终于覆灭的时间是()。 A、1911年10月10日 B、1912年1月1日 C、1912年2月12日 D、1912年4月1日 13.中国第一次比较完全意义上的资产阶级民主革命是指()。 A、辛亥革命 B、国民革命 C、北伐战争 D、抗日战争 14.1915年,()在云南率先举起反袁护国的旗帜,发动护国战争 A.黄兴 B.段祺瑞 C.蔡锷 D.孙中山 15.资产阶级革命派开展护国运动的主要原因是 ( ) A.袁世凯指使刺杀宋教仁 B.袁世凯强迫国会选举他为正式大总统 C.袁世凯解散国会 D.袁世凯复辟帝制 16.袁世凯为复辟帝制不惜出卖主权,与日本签订了卖国的() A.中日共同防敌军事协定 B.承认外蒙自治
第一章纸质作业答案 一、调节阀的流量特性是指通过调节阀的流量与阀杆行程之间的关系。 调节阀的流量特性有线性型,等百分比型,快开型,抛物线型 调节阀流量特性选择的目的主要是从非线性补偿的角度来考虑,利用调节阀的非线性来补偿广义对象中其它环节的非线性,从而使整个广义对象的特性近似为线性。 二、简单控制系统是由一个被控对象、一个测量元件及变送器、一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统,也成为单回路控制系统。 简单控制系统的典型方块图为 三.按照已定的控制方案,确定使控制质量最好的控制器参数值。 经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法 四、解: (1) 选择流出量 Q为操纵变量,控制阀安装在流出管线上, o 贮槽液位控制系统的控制流程图为 (2) 被控对象:液体贮槽
被控变量:贮槽液位 操纵变量:贮槽出口流量 主要扰动变量:贮槽进口流量 五、解: (1) 选择流入量 Q为操纵变量,控制阀安装在流入管线上, i 贮槽液位控制系统的控制流程图为 为了防止液体溢出,在控制阀气源突然中断时,控制阀应处于关闭状态,所以应选用气开形式控制阀,为“+”作为方向。 操纵变量即流入量 Q增加时,被控变量液位是上升的,故对象为“+”作用方向。由于 i 控制阀与被控对象都是“+”作用方向,为使控制系统具有负反馈作用,控制器应选择反作用。 (2) 选择流出量 Q为操纵变量,控制阀安装在流出管线上, o 贮槽液位控制系统的控制流程图为
为了防止液体溢出,在控制阀气源突然中断时,控制阀应处于全开状态,所以应选用气关形式控制阀,为“-”作为方向。 操纵变量即流出量 Q增加时,被控变量液位是下降的,故对象为“-”作用方向。由于 o 控制阀与被控对象都是“-”作用方向,为使控制系统具有负反馈作用,控制器应选择反作用。 六、(1)加入积分作用后,系统的稳定性变差,最大动态偏差增大、余差减小 加入适当的微分作用后,系统的稳定性编号,最大动态偏差减小,余差不变。 (2)为了得到相同的系统稳定性,加入积分作用后应增大比例度,加入微分作用后应适当的减小比例度。 第二章纸质作业答案 一.由两个控制器组成,分别接受来自被控对象不同部位的测量信号。一个控制器的输出作为下一个控制器的给定值,后者的输出去控制执行器以改变操纵变量。从系统的结构来看,两个控制器是串级工作的,称为串级控制系统。 方框图如下 二.答: 前馈控制系统方块图
激光原理及应用 考试时间:第 18 周星期五 ( 2007年1 月 5日) 一单项选择(30分) 1.自发辐射爱因斯坦系数与激发态E2平均寿命τ的关系为( B ) 2.爱因斯坦系数A21和B21之间的关系为(C ) 3.自然增宽谱线为( C ) (A)高斯线型(B)抛物线型(C)洛仑兹线型(D)双曲线型 4.对称共焦腔在稳定图上的坐标为(B ) (A)(-1,-1)(B)(0,0)(C)(1,1)(D)(0,1) 5.阈值条件是形成激光的( C ) (A)充分条件(B)必要条件(C)充分必要条件(D)不确定 6.谐振腔的纵模间隔为(B ) 7.对称共焦腔基模的远场发散角为(C ) 8.谐振腔的品质因数Q衡量腔的(C ) (A)质量优劣(B)稳定性(C)储存信号的能力(D)抗干扰性 9.锁模激光器通常可获得( A )量级短脉冲 10.YAG激光器是典型的( C )系统 (A)二能级(B)三能级(C)四能级(D)多能级 二填空(20分) 1.任何一个共焦腔与等价,
而任何一个满足稳定条件的球面腔地等价于一个共焦腔。(4分) 2 .光子简并度指光子处于、 、、。(4分)3.激光器的基本结构包括三部分,即、 和。(3分) 4.影响腔内电磁场能量分布的因素有、 、。(3分) 5.有一个谐振腔,腔长L=1m,在1500MHz的范围内所包含的纵模个数为 个。(2分) 6.目前世界上激光器有数百种之多,如果按其工作物质的不同来划分,则可分为四大类,它们分别是、、和。(4分) 三、计算题(42分) 1.(8分)求He-Ne激光的阈值反转粒子数密度。已知=6328?,1/f( ) =109Hz,=1,设总损耗率为,相当于每一反射镜的等效反射率R=l-L =98.33%,=10—7s,腔长L=0.1m。 2.(12分)稳定双凹球面腔腔长L=1m,两个反射镜的曲率半径大小分别为R 1=3m求它的等价共焦腔腔长,并画出它的位置。 =1.5m,R 2 3.(12分)从镜面上的光斑大小来分析,当它超过镜子的线度时,这样的横模就不可能存在。试估算在L=30cm, 2a=0.2cm 的He-Ne激光方形镜共焦腔中所可能出现的最高阶横模的阶次是多大? 4.4.(10分)某高斯光束的腰斑半径光波长。求与腰斑相距z=30cm处的光斑及等相位面曲率半径。 四、论述题(8分) 1.(8分)试画图并文字叙述模式竞争过程
1、怎样理解鸦片战争是中国近代史的起点? 鸦片战争是中国近代史的开端,原因有四: 第一,战争后中国的社会性质发生了根本性变化,由一个落后封闭但独立自主的封建国家沦为一个半殖民地半封建社会。 第二,中国的发展方向发生变化,战前中国是一个没落的封建大国,封建制度已经腐朽,在缓慢地向资本主义社会发展;而鸦片战争后中国的民族资本主义不可能获得正常发展,中国也就不可能发展为成熟的资本主义社会,而最终选择了社会主义道路。 第三,社会主要矛盾发生变化,战前中国的主要矛盾是农民阶级与封建地主阶级的矛盾,而战后主要矛盾则包括农民阶级和地主阶级的矛盾及中华民族与外国殖民侵略者的矛盾,也就是社会主要矛盾复杂化。 第四,是革命任务发生变化,原先的革命任务是反对本国封建势力,战后则增加了反对外国殖民侵略的任务,革命的性质也由传统的农民战争转为旧民族主义革命。 2、怎样认识近代中国的主要矛盾、社会性质及其基本特征? (1)近代中国的主要矛盾 帝国主义和中华民族的矛盾;封建主义和人民大众的矛盾是近代中国的主要矛盾。 (2)社会性质:半殖民地半封建的性质。 中国社会的半殖民地半封建社会,是近代以来中国在外国资本主义势力的入侵及其与中国封建主义势力相结合的条件下,逐步形成的一种从属于资本主义世界体系的畸形的社会形态。(3)基本特征 第一,资本——帝国主义侵略势力日益成为支配中国的决定性力量。 第二,中国的封建势力日益衰败并同外国侵略势力相勾结,成为资本——帝国主义压迫、奴役中国人民的社会基础和统治支柱。 第三,中国的自然经济基础虽然遭到破坏,但是封建剥削制度的根基——封建地主的土地所有制成为中国走向近代化和民主化的严重障碍。 第四,中国新兴的民族资本主义经济虽然已经产生,但是发展很缓慢,力量很软弱,且大部分与外国资本——帝国主义和本国封建主义都有或多或少的联系。 第五,由于近代中国处于资本——帝国主义列强的争夺和间接统治之下,近代中国各地区经济、政治和文化的发展是极不平衡的,中国长期处于不统一状态。 第六,在资本——帝国主义和封建主义的双重压迫下,中国的广大人民特别是农民日益贫困化以致大批破产,过着饥寒交迫和毫无政治权力的生活。 3、如何理解近代中国的两大历史任务及其相互关系? (1)近代中国的两大历史任务: 第一,争取民族独立,人民解放;第二,实现国家富强,人民富裕。 (2)近代中国的两大历史任务的相互关系: 争取民族独立,人民解放和实现国家富强,人民富裕这两个历史任务,是互相区别又互相紧密联系的。 第一,由于腐朽的社会制度束缚着生产力的发展,阻碍着经济技术的进步,必须首先改变这种制度,争取民族独立和人民解放,才能为实现国家富强和人民富裕创造前提,开辟道路。第二,实现国家富强和人民富裕是民族独立,人民解放的最终目的和必然要求。 第一章 1、资本-帝国主义侵略给中国带来了什么?
过程控制工程课后习题参考答案-前三章
过程控制工程 第一章单回路控制系统 1.1 何谓控制通道?何谓干扰通道?它们的特性对控制系统质量有什么影响? 控制通道——是指操纵变量与被控变量之间的信号联系; 干扰通道——是指干扰作用与被控变量之间的信号联系。 (1)控制通道特性对系统控制质量的影响:(从K、T、τ三方面) 控制通道静态放大倍数越大,系统灵敏度越高,余差越小。但随着静态放大倍数的增大,系统的稳定性变差。 控制通道时间常数越大,经过的容量数越多,系统的工作频率越低,控制越不及时,过渡过程时间越长,系统的质量越低,但也不是越小越好,太小会使系统的稳定性下降,因此应该适当小一些。 控制通道纯滞后的存在不仅使系统控制不及时,使动态偏差增大,而且还还会使系统的稳定性降低。 (2)干扰通道特性对系统控制质量的影响:
(从K、T、τ三方面) 干扰通道放大倍数越大,系统的余差也越大,即控制质量越差。 干扰通道时间常数越大,阶数越高,或者说干扰进入系统的位置越远离被控变量测量点而靠近控制阀,干扰对被控变量的影响越小,系统的质量则越高。 干扰通道有无纯滞后对质量无影响,不同的只是干扰对被控变量的影响向后推迟一个 。 纯滞后时间τ 1.2 如何选择操纵变量? 1)考虑工艺的合理性和可实现性; 2)控制通道静态放大倍数大于干扰通道静态放大倍数; 3)控制通道时间常数应适当小一些为好,但不易过小,一般要求小于干扰通道 时间常数。干扰动通道时间常数越大 越好,阶数越高越好。 4)控制通道纯滞后越小越好。 1.3 控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响?对控制系统的动态质量有何影响? 比例度δ越小,系统灵敏度越高,余差越小。
激光原理及应用[陈家璧主编] 一、填空题(20分,每空1分) 1、爱因斯坦提出的辐射场与物质原子相互作用主要有三个过程,分别是(自发辐射)、(受激吸收)、(受激辐射)。 2、光腔的损耗主要有(几何偏折损耗)、(衍射损耗)、(腔镜反射不完全引起的损耗)和材料中的非激活吸收、散射、插入物损耗。 3、激光中谐振腔的作用是(模式选择)和(提供轴向光波模的反馈)。 4、激光腔的衍射作用是形成自再现模的重要原因,衍射损耗与菲涅耳数有关,菲涅耳数的近似表达式为(错误!未找到引用源。),其值越大,则衍射损耗(愈小)。 5、光束衍射倍率因子文字表达式为(错误!未找到引用源。)。 6、谱线加宽中的非均匀加宽包括(多普勒加宽),(晶格缺陷加宽)两种加宽。 7、CO2激光器中,含有氮气和氦气,氮气的作用是(提高激光上能级的激励效率),氦气的作用是(有助于激光下能级的抽空)。 8、有源腔中,由于增益介质的色散,使纵横频率比无源腔频率纵模频率更靠近中心频率,这种现象叫做(频率牵引)。 9、激光的线宽极限是由于(自发辐射)的存在而产生的,因而无法消除。 10、锁模技术是为了得到更窄的脉冲,脉冲宽度可达(错误!未找到引用源。)S,通常有(主动锁模)、(被动锁模)两种锁模方式。 二、简答题(四题共20分,每题5分) 1、什么是自再现?什么是自再现模? 开腔镜面上的经一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的自在现摸 2、高斯光束的聚焦和准直,是实际应用中经常使用的技术手段,在聚焦透镜焦距F一定的条件下,画出像方束腰半径随物距变化图,并根据图示简单说明。 3、烧孔是激光原理中的一个重要概念,请说明什么是空间烧孔?什么是反转粒子束烧孔? 4、固体激光器种类繁多,请简单介绍2种常见的激光器(激励方式、工作物质、能级特点、可输出光波波长、实际输出光波长)。 三、推导、证明题(四题共40分,每题10分)
1.怎样认识近代中国的主要矛盾、社会性质及其基本特征? (1)近代中国的主要矛盾 帝国主义和中华民族的矛盾;封建主义和人民大众的矛盾是近代中国的主要矛盾。中国近代社会的两对主要矛盾是互相交织在一起的,而帝国主义和中华民族的矛盾,是最主要的矛盾。 (2)社会性质:半殖民地半封建的性质。 中国社会的半殖民地半封建社会,是近代以来中国在外国资本主义势力的入侵及其与中国封建主义势力相结合的条件下,逐步形成的一种从属于资本主义世界体系的畸形的社会形态。 鸦片战争前的中国社会是封建社会。鸦片战争以后,随着外国资本-帝国主义的入侵,中国社会性质发生了根本性变化:独立的中国逐步变成半殖民地的中国;封建的中国逐步变成半封建的中国。 (3)基本特征 第一,资本--帝国主义侵略势力不但逐步操纵了中国的财政和经济命脉,而且逐步控制了中国的政治,日益成为支配中国的决定性力量。 第二,中国的封建势力日益衰败并同外国侵略势力相勾结,成为资本--帝国主义压迫、奴役中国人民的社会基础和统治支柱。 第三,中国的自然经济基础虽然遭到破坏,但是封建剥削制度的根基--封建地主的土地所有制依然在广大地区内保持着,成为中国走向近代化和民主化的严重障碍。 第四,中国新兴的民族资本主义经济虽然已经产生,并在政治、文化生活中起了一定作用,但是在帝国主义封建主义的压迫下,他的发展很缓慢,力量很软弱,而且大部分与外国资本--帝国主义和本国封建主义都有或多或少的联系。 第五,由于近代中国处于资本--帝国主义列强的争夺和间接统治之下,近代中国各地区经济、政治和文化的发展是极不平衡的,中国长期处于不统一状态。 第六,在资本--帝国主义和封建主义的双重压迫下,中国的广大人民特别是农民日益贫困化以致大批破产,过着饥寒交迫和毫无政治权力的生活。 中国半殖民地半封建社会及其特征,是随着帝国主义侵略的扩大,帝国主义与中国封建势力结合的加深而逐渐形成的。 2.如何理解近代中国的两大历史任务及其相互关系? (1)近代中国的两大历史任务: 第一,争取民族独立,人民解放;第二,实现国家富强,人民富裕。 (2)近代中国的两大历史任务的相互关系: 争取民族独立,人民解放和实现国家富强,人民富裕这两个历史任务,是互相区别又互相紧
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点?为什么说过程控制多属慢过程参数控制? 解答: 1.控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3.控制多属慢过程参数控制 4.定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5.过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统?典型过程控制系统由哪几部分组成? 解答: 过程控制系统:一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成:参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法,通常过程控制系统可分为哪几类? 解答: 分类方法说明: 按所控制的参数来分,有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等;按控制系统所处理的信号方式来分,有模拟控制系统与数字控制系统;按控制器类型来分,有常规仪表控制系统与计算机控制系统;按控制系统的结构和所完成的功能来分,有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等;按其动作规律来分,有比例(P)控制、比例积分(PI)控制,比例、积分、微分(PID)控制系统等;按控制系统组成回路的情况来分,有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统;按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类: 1.按设定值的形式不同划分:(1)定值控制系统 (2)随动控制系统 (3)程序控制系统 2.按系统的结构特点分类:(1)反馈控制系统 (2)前馈控制系统 (3)前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解答: 在定值控制系统中设定值是恒定不变的,引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性?什么是被控对象的动态特性?二者之间有什么关系? 解答: 被控对象的静态特性:稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性:。系统在动态过程中,被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系: 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性? 解答: 稳态: 对于定值控制,当控制系统输入(设定值和扰动)不变时,整个系统若能达 到一种平衡状态,系统中各个组成环节暂不动作,它们的输出信号都处于相对静 止状态,这种状态称为稳态(或静态)。 动态: 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作,到整个系统 又建立新的稳态(达到新的平衡)、调节过程结束的这一段时间,整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中,这种状态称为动态。 在实际的生产过程中,被控过程常常受到各种振动的影响,不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性,才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些?各自的定义是什么? 解答: 单项性能指标主要有:衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比:等于两个相邻的同向波峰值之比n; 过渡过程的最大动态偏差:对于定值控制系统,是指被控参数偏离设定值的最大值A; y与最终稳态值y(∞)之比的百分数σ; 超调量:第一个波峰值 1
第二章内燃机的工作指标 一、填空题(任选10 题) 1. 内燃机指标体系中主要有动力性能指标、经济性能指标、运转性能指标、耐久可靠性指标、排放性指标、强化指标等几类指标。 2. 内燃机强化指标主要有:、、 等。 3. 造成内燃机有效指标与指示指标不同的主要原因是 。 4. 平均有效压力可以看作是一个假想不变的力作用在活塞顶上,使活塞移动一个冲程所做的功等于每循环所做的有效功 5. 在标定工况下,高速四冲程柴油机的有效燃油消耗率的一般范围为210~285 g/kW.h。 6.汽油机有效效率的一般区间为:0.15~0.32 ;柴油机有效效率的一般区间为:0.3~0.42 。 7.从内燃机示功图上可以得到的信息包括:内燃机工作循环不同阶段中的压力变化、进气行程中的压力变化、排气行程中的压力变化等。 8. 增压柴油机的示功图与非增压相比,主要不同点有:、等。 9. 什么动力机械应该用持续功率?;什么动力机械应该用十五分钟功率?。 10. 给出几个能反映普通汽油机特点的性能指标值:、、等。 11. 内燃机的指示指标是指工质对活塞做功为基础的指标;指示功减有效功等于机械损失功。
12. 平均指示压力是一个假想不变的压力,这个压力作用在活塞顶上,使活塞 运动一个膨胀行程 所做的功。 13.发动机转速一定,负荷增加时,机械效率 。 14.测量机械损失的方法主要有 示功图法 、 倒拖法 、 灭缸法 、 油耗线法 几种。 15. 内燃机中机械损失最大的是: 活塞、活塞环与气缸套之间的摩擦损失 。 16. 活塞和活塞环的摩擦损失大约占机械损失功率的 45%~65% 。 17. 机械损失的测量方法有: 、 、 等。 18. 当发动机负荷一定,转速降低时,平均机械损失压力 , 机械效率。 19. 过量空气系数的定义为 燃烧单位质量燃料的实际空气量与理论空气量之比,即:10a b m g l φ= 。 20. 过量空气系数a φ=1 表示: 燃烧单位质量燃料的实际空气量与理论空气量相等 。 21. 内燃机的燃油消耗率和哪两个因素成反比:et η、u H 。 22. 燃料化学能在柴油机内最终分配情况大致为: 热损失 , 机械损失 , 输出功 等。 23. 提高内燃机经济性的主要措施有: 采用增压技术 、 合理组织燃烧过程,提高循环指示效率 、 改善换气过程,提高气缸充量系数 、 提高发动机转速 、 提高内燃机机械效率 、 采用二冲程提高升功率 等。
2-4 平均有效压力和升功率在作为评定发动机的动力性能方面有何区别? 答平均有效压力是一个假想不变的压力,其作用在活塞顶上使活塞移动一个行程所做的功等于每循环所做的有效功,升功率是在标定的工况下,发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。区别:前者只反应输出转矩的大小,后者是从发动机有效功率的角度对其气缸容积的利用率作出的总评价,它与 Pme 和 n 的乘积成正比。(Pl=Pme·n/30T) 2-6 提升途径:1)采用增压技术,2)合理组织燃烧过程,提高循环指示效率,3) 改善换气过程,提高气缸的充量系数,4)提高发动机的转速,5)提高内燃机的机械效率,6)采用二冲程提高升功率,7)增加排量 2-9 内燃机的机械损失由哪些部分组成?详细分析内燃机机械损失的测定方法,其优缺点及适用场合。 答(1)机械损失组成:1 活塞与活塞环的摩擦损失。2 轴承与气门机构的摩擦损失。3.驱动附属机构的功率消耗。4 风阻损失。5 驱动扫气泵及增压器的损失。 (2)机械损失的测定:1 示功图法:由示功图测出指示功率 Pi,从测功器和转速计读数中测出有效功率 Pe,从而求得 Pm,pm 及ηm 的值。优:在发动机真实工作情况下进行,理论上完全符合机械损失定义。缺:示功图上活塞上止点位置不易正确确定,多缸发动机中各缸存在一定的不均匀性。应用:上止点位置能精确标定的场合。 2 倒拖法:发动机以给定工况稳定运行到冷却水,机油温度达正常值时,切断对发动机供油,将电力测功器转换为电动机,以给定转速倒拖发动机,并且维持冷却水和机油温度不变。这样测得的倒拖功率即为发动机在该工况下的机械损失功率。缺点:1 倒拖工况与实际运行情况相比有差别 2 求出的摩擦功率中含有不该有的 Pp 这一项。 3 在膨胀,压缩行程中,p-v 图上膨胀线与压缩线不重合。 4 上述因素导致测量值偏高。应用:汽油机机械损失的测定。 3 灭缸法:在内燃机给定工况下测出有效功率 Pe,然后逐个停止向某一缸供油或点火,并用减少制动力矩的办法恢复其转速。重新测定其有效功率。则各缸指示功率为(Pr)x=(Pe-Pe)x。总指示功率。Pi=∑(Pi)x。然后可求出Pm 和ηm.优点:无须测示功图,也无须电力测功器。缺点:要求燃烧不引起进排气系统的异常变化。应用:只适用于多缸发动机,且对增压机及汽油机不适用。 4 油耗线法:将负荷特性实验时获得的燃油消耗率曲线延长并求出横坐标的交点,就可得到 Pmm。优点:无须电力测功器和燃烧分析仪。缺点:只是近似方法,低负荷附近才可靠。应用:除节气门调节的汽油机和中高增压的柴油机 3-3.4试述汽油辛烷值和柴油十六烷值的意义。答:辛烷值用来表示汽油的 抗爆性,抗爆性时指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力。辛烷值是代
思考练习题1 1.答:粒子数分别为:188346 341105138.210 31063.6105.01063.61?=????=? ?==---λ ν c h q n 239342100277.510 31063.61?=???== -νh q n 2. 答:(1)(//m n E E m m kT n n n g e n g --=) 则有:1]300 1038.11031063.6exp[23 93412≈?????-==---kT h e n n ν (2)K T T e n n kT h 3 6 23834121026.61.0]1011038.11031063.6exp[?=?=???????-==----ν 3. 答:(1)1923 18 1221121011.3]2700 1038.11064.1exp[4----?=???-?=?=??n n e g n g n kT h ν 且202110=+n n 可求出312≈n (2)功率=W 918810084.51064.13110--?=??? 4.答:(1) 3 1734 3 6333/10857.310 63.68)106.0(2000188m s J h h c q q ??=????=?=---ννννρρπρπλρνπ=自激 (2)9434 36333106.71051063.68)106328.0(88?=?????==---πρπλρνπννh h c q q =自激 5. 答:(1)最大能量 J c h d r h N W 3.210 6943.01031063.61010208.0004.06 83461822=??????????=? ???=?=--πλ ρπν 脉冲平均功率=瓦8 9 61030.210 10103.2?=??=--t W (2)瓦自 自自145113.211200 2021=?? ? ??-?==? ? ? ??-==?-e h N P e n dt e n N t A τνττ
上篇综述作业及答案 一、单项选择题 1.中国封建社会的基本生产结构是:() A.手工业 B.农业经济 C.工业 D.小农经济 2.19世纪初,大肆向中国走私鸦片的国家是( ) A.美国 B.英国 C.日本 D.俄国 3.中国近代史上的第一个不平等条约是:() A.《望厦条约》B.《南京条约》C.《辛丑条约》 D.《马关条约》 4.《南京条约》中割让的中国领土是:() A.香港岛 B.九龙 C.新界 D.台湾 5.第一次鸦片战争中,美国强迫清政府签订的不平等条约是() A.《黄埔条约》 B.《虎门条约》 C.《望厦条约》 D.《瑷珲条约》 6.中国近代史的起点是:() A. 第一次鸦片战争 B. 第二次鸦片战争 C. 中日甲午战争 D. 八国联军侵华战争 7. 第一次鸦片战争后,中国逐步演变为:() A. 封建主义性质的国家 B. 半殖民地半资本主义性质的国家 C. 资本主义性质的国家 D. 半殖民地半封建性质的国家 8.标志着中国半殖民地半封建社会起点的事件是() A.英国的鸦片走私 B. 林则徐的虎门禁烟 C.1840年第一次鸦片战争 D.第二次鸦片战争 9.鸦片战争后,中国社会最主要的矛盾是:() A.地主阶级和农民阶级的矛盾B.资本—帝国主义和中华民族的矛盾C.封建主义和人民大众的矛盾D.清朝统治和汉族的矛盾 10.鸦片战争前,中国社会经济中占统治地位的是:() A.商品经济B.封建经济C.半殖民地经济D.资本主义经济 11.近代中国的历史表明,要争取争得民族独立和人民解放必须首先进行:() A. 反对帝国主义侵略的斗争 B. 反帝反封建的资产阶级民主革命 C. 反对封建主义压迫的斗争 D. 反对资产阶级的社会主义革命 12.在近代中国,实现国家富强和人民富裕的前提条件是:() A. 反对帝国主义的侵略 B. 争得民族独立和人民解放 C. 推翻封建主义的统治 D. 建立资本主义制度 13.中国工人阶级最早出现于:() A.十九世纪四、五十年代 B.十九世纪六十年代 C.十九世纪六、七十年代 D.十九世纪七十年代 14.近代中国产生的新的被压迫阶级是:() A农民阶级B工人阶级C资产阶级 D民族资产阶级 15.中国的资产阶级出现于:() A.十九世纪四、五十年代 B.十九世纪六十年代 C.十九世纪六、七十年代 D.十九世纪七十年代 单项答案1. D 2.B 3. B 4. A 5. C 6. A 7.D 8. C 9. B 10. B 11.B 12. B 13. A 14. B 15. C
第3章 习题与思考题 3-1 什么是控制器的控制规律控制器有哪些基本控制规律 解答: 1)控制规律:是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。 2)基本控制规律:位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。 3-2 双位控制规律是怎样的有何优缺点 解答: 1)双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负,控制器的输出为最大或最小。 2)缺点:在位式控制模式下,被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡,无法稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有两个特定的输出值,相应的控制阀也只有两个极限位置,总是过量调节所致。 3)优点:偏差在中间区内时,控制机构不动作,可以降低控制机构开关的频繁程度,延长控制器中运动部件的使用寿命。 3-3 比例控制为什么会产生余差 解答: 产生余差的原因:比例控制器的输出信号y 与输入偏差e 之间成比例关系: 为了克服扰动的影响,控制器必须要有控制作用,即其输出要有变化量,而对于比例控制来讲,只有在偏差不为零时,控制器的输出变化量才不为零,这说明比例控制会永远存在余差。 3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差 解答: 1)积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分:? =edt T y 11 2)当有偏差存在时,输出信号将随时间增大(或减小)。当偏差为零时,输出停止变化,保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。 3-5 什么是积分时间试述积分时间对控制过程的影响。 解答:
1)?=edt T y 1 1 积分时间是控制器消除偏差的调整时间,只要有偏差存在,输出信号将随时间增大(或减小)。只有当偏差为零时,输出停止变化,保持在某一值上。 2) 在实际的控制器中,常用积分时间Ti 来表示积分作用的强弱,在数值上,T i =1/K i 。显然,T i 越小,K i 就越大,积分作用就越强,反之亦然。 3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4~20mA ,若将比例度设为100%、积分时间设为2min 、稳态时输出调为5mA ,某时刻,输入阶跃增加,试问经过5min 后,输出将由5mA 变化为多少 解答: 由比例积分公式:??? ? ??+=?edt T e P y 111分析: 依题意:%1001==p K p ,即K p =1, T I = 2 min , e =+; 稳态时:y 0=5mA , 5min 后:mA edt T e P y y )7.05()52.02 12.0(151110±=??±±?+=???? ??++ =? 3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响调整比例度时要注意什么问题 解答:P74 1)控制器的比例度P 越小,它的放大倍数p K 就越大,它将偏差放大的能力越强,控制力也越强,反之亦然,比例控制作用的强弱通过调整比例度P 实现。 2)比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数,还表示符合这个比例关系的有效输入区间。一表的量程是有限的,超出这个量程的比例输出是不可能的。 所以,偏差的变化使控制器的输出可以变化全量程(16mA ),避免控制器处于饱和状态。 3-8 理想微分控制规律的数学表达式是什么为什么常用实际为分控制规律 解答:
2-1 内燃机的动力性能和经济性能指标为什么要分为指示指标和有效指标两大类?表示动力性能的指标有哪 些?它们的物理意义是什么?它们之间的关系是什么?表示经济性能的指标有哪些?它们的物理意义是什么?它 们之间的关系是什么?答:(1)指示性能指标是以工质对活塞做功为基础的指标。能评定工作循环进行的好坏。有效性 能指标是以曲轴的有效输出为基础的指标,能表示曲轴的有效输出。 (2)动力性能指标:功率、转矩、转速、平均有效压力、升功率。 (3)功率:内燃机单位时间内做的有效功。转矩:力与力臂之积。转速:内燃机每分钟的转数。Pe=Ttq.n/9550 (4)经济性能指标:有效热效率,有效燃油消耗率be 。 (5)有效热效率:实际循环的有效功与为得到此有效功所消耗的热量之比值。 ηet=We/Q1 有效燃油消耗率:单位有效功的耗油量。关系:be=3.6*106/ηet 。Hu 2-4 平均有效压力和升功率在作为评定发动机的动力性能方面有何区别?答平均有效压力是一个假想不变的压力,其作用在活塞顶上使活塞移动一个行程所做的功等于每循环所做的有效功,升功率是在标定的工况下,发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。 区别:前者只反应输出转矩的大小,后者是从发动机有效功率的角度对其气缸容积的利用率作出的总评价,它与Pme 和n 的乘积成正比。(Pl=Pme ·n/30T ) 2-5充量系数的定义是什么?充量系数的高低反映了发动机哪些方面性能的好坏?答(1)充量系数每个循环吸入气缸的空气量换算成的进气管状态下的体积。V1与活塞排量Vs 之比(Φc =V1/Vs )(2)充量系数高地反映换气过程进行完善程度。 2-8 过量空气系数的定义是什么?在实际发动机上怎样求得? 1)过量空气系数:燃烧1kg 燃料的实际空气量与理论空气量之比。(2)实际发动机中Φa 可由废气分析法求得,也可用仪器直接测得;对于自然吸气的四冲程内燃机,也可由耗油量与耗气量按下式求的(Φa =Aa/BLo ) 2-9 内燃机的机械损失由哪些部分组成?详细分析内燃机机械损失的测定方法,其优、缺点及适用场合。答(1)机械损失组成:1活塞与活塞环的摩擦损失。2轴承与气门机构的摩擦损失。3.驱动附属机构的功率消耗。4风阻损失。5驱动扫气泵及增压器的损失。(2)机械损失的测定:1示功图法:由示功图测出指示功率Pi ,从测功器和转速计读数中测出有效功率Pe ,从而求得Pm,pm 及ηm 的值。优:在发动机真实工作情况下进行,理论上完全符合机械损失定义。缺:示功图上活塞上止点位置不易正确确定,多缸发动机中各缸存在一定的不均匀性。应用:上止点位置能精确标定的场合。 2倒拖法:发动机以给定工况稳定运行到冷却水,机油温度达正常值时,切断对发动机供油,将电力测功器转换为电动机,以给定转速倒拖发动机,并且维持冷却水和机油温度不变。这样测得的倒拖功率即为发动机在该工况下的机械损失功率。缺点:1倒拖工况与实际运行情况相比有差别2求出的摩擦功率中含有不该有的Pp 这一项。3在膨胀,压缩行程中,p-v 图上膨胀线与压缩线不重合。4上述因素导致测量值偏高。应用:汽油机机械损失的测定。 3灭缸法:在内燃机给定工况下测出有效功率Pe ,然后逐个停止向某一缸供油或点火,并用减少制动力矩的办法恢复其转速。重新测定其有效功率。则各缸指示功率为(Pr )x=(Pe-Pe )x 。总指示功率。Pi=∑(Pi)x 。然后可求出Pm 和ηm.优点:无须测示功图,也无须电力测功器。缺点:要求燃烧不引起进。排气系统的异常变化。应用:只适用于多缸发动机,且对增压机及汽油机不适用。 4油耗线法:将负荷特性实验时获得的燃油消耗率曲线延长并求出横坐标的交点,就可得到Pmm 。优点:无须电力测功器和燃烧分析仪。缺点:只是近似方法,低负荷附近才可靠。应用:除节气门调节的汽油机和中高增压的柴油机。 3-2 试推导混合加热理论循环热效率的表达式。答: ) /'/()//'(1/1)'()'(11/21Ta Tz Ta Tz k Ta Tc Ta Tz Ta Tb Tz Tz k Tc Tz Ta Tb Q Q t -+---=-+---=-=ηλρρελερλερλερλερλελεεεk k c k c k k c k c k c k c k c k c k c k vb vz Tz Tb Tz Tb Ta Tz Ta Tb vz vz Ta Tz Tz Tz Ta Tz pc pz Ta Tc Tc Tz Ta Tz vc va Ta Tc 010 10110101011111)/1()/(////'//''//)/'(//'/'; )/(/====?===?===?===-----------
中国近代史纲要课后习题答案 1怎样认识近代中国的主要矛盾、社会性质? (1)近代中国的主要矛盾 帝国主义和中华民族的矛盾;封建主义和人民大众的矛盾是近代中国的主要矛盾。中国近代社会的两对主要矛盾是互相交织在一起的,而帝国主义和中华民族的矛盾,是最主要的矛盾。(2)社会性质:半殖民地半封建的性质。 中国社会的半殖民地半封建社会,是近代以来中国在外国资本主义势力的入侵及其与中国封建主义势力相结合的条件下,逐步形成的一种从属于资本主义世界体系的畸形的社会形态。鸦片战争前的中国社会是封建社会。鸦片战争以后,随着外国资本-帝国主义的入侵,中国社会性质发生了根本性变化:独立的中国逐步变成半殖民地的中国;封建的中国逐步变成半封建的中国。 2.如何理解近代中国的两大历史任务及其相互关系? (1)近代中国的两大历史任务: 第一,争取民族独立,人民解放;第二,实现国家富强,人民富裕。 (2)近代中国的两大历史任务的相互关系: 争取民族独立,人民解放和实现国家富强,人民富裕这两个历史任务,是互相区别又互相紧密联系的。 第一,由于腐朽的社会制度束缚着生产力的发展,阻碍着经济技术的进步,必须首先改变这种制度,争取民族独立和人民解放,才能为实现国家富强和人民富裕创造前提,开辟道路。近代以来的历史表明,争得争取民族独立和人民解放,必须进行反帝反封建的民主革命。第二,实现国家富强和人民富裕是民族独立,人民解放的最终目的和必然要求。 第一章反对外国侵略的斗争 3.中国近代历次反侵略战争失败的根本原因是什么? 第一,近代中国社会制度的腐败是反侵略战争失败的根本原因。 在1840年以后中国逐渐沦为半殖民地半封建社会的过程中,清王朝统治者从皇帝到权贵,大都昏庸愚昧,不了解世界大势,不懂得御敌之策。由于政治腐败、经济落后和文化保守,一方面使清朝统治阶级封闭自守,妄自尊大,骄奢淫逸,盲目进攻;另一方面又使统治者和清军指挥人员在战争面前完全没有应变的能力和心态,不适应于近代战争,不少将帅贪生怕死,临阵脱逃,有的甚至出卖国家和民族的利益。清政府尤其害怕人民群众,担心人民群众动员起来会危及自身统治,所以不敢发动和依靠人民群众的力量。 清朝统治集团在对外战争中妥协退让求和投降的一系列做法,已经使他失去在中国存在的理由,不推翻他是不能取得反侵略战争胜利的。 第二,近代中国经济技术的落后是反侵略战争失败的另一个重要原因。 当时的英国已经历过工业革命,资本主义生产力获得突飞猛进的发展,而中国仍停留在封建的自然经济水平上。经济技术的落后直接造成军事装备的落后,军队指挥员不了解近代军事战术,从而造成军队素质和战斗力的低下。 经济技术落后是反侵略战争失败的重要原因,但并不表明经济技术落后就一定在反侵略战争中失败。正是因为当时的中国政府不能很好地组织反侵略战争,不能发动和利用人民群众的力量,甚至压制人民群众,其失败是不可避免的。 第二章对国家出路的早期探索 4、如何认识太平天国农民战争的意义和失败的原因、教训? (1)太平天国农民战争的意义 太平天国起义虽然失败了,但它具有不可磨灭的历史功绩和重大的历史意义。 第一,太平天国起义沉重打击了封建统治阶级,强烈震撼了清政府的统治根基,加速了清王
练习题 一、填空题1.定比值控制系统包括:(开环比值控制系统)、(单闭环比值控制系统)和(双闭环比值控制系统)。 2.控制阀的开闭形式有(气开)和(气关)。3.对于对象容量滞后大和干扰较多时,可引入辅助变量构成(串级)控制系统,使等效对 象时间常数(减少),提高串级控制系统的工作频率。 4.测量滞后包括测量环节的(容量滞后)和信号测量过程的(纯滞后)。5.锅炉汽包水位常用控制方案为:(单冲量水位控制系统)、(双冲量控制系统)、(三冲量控制系统)。 6.泵可分为(容积式)和(离心式)两类,其控制方案主要有:(出口直接节流)、(调节泵的转速)、(调节旁路流量)。 7.精馏塔的控制目标是,在保证产品质量合格的前提下,使塔的总收益最大或总成本最小。具体对一个精馏塔来说,需从四个方面考虑,设置必要的控制系统,分别是:物料平衡控制、(能量平衡控制)、(约束条件控制)和(质量控制)。 1.前馈控制系统的主要结构形式包括:单纯的前馈控制系统、(前馈反馈控制系统)和(多变量前馈控制系统)。 2.反馈控制系统是具有被控变量负反馈的闭环回路,它是按着(偏差)进行控制的;前馈控制系统是按(扰动)进行的开环控制系统。 3.选择性控制系统的类型包括:(开关型)、(连续型)和(混合型)。 4.常用控制阀的特性为(线性)、(快开)、(对数)、和(抛物线)特性。 5.阀位控制系统就是在综合考虑操纵变量的(快速性)、(经济性)、(合理性)、和(有效性)基础上发展起来的一种控制系统。 6.压缩机的控制方案主要有:(调速)、(旁路)和节流。 7.化学反应器在石油、化工生产中占有很重要的地位,对它的控制一般有四个方面,分别是:物料平衡控制、(能量平衡控制)、(质量控制)和(约束条件控制)。 二、简答题1.说明生产过程中软保护措施与硬保护措施的区别。 答:所谓生产的软保护措施,就是当生产短期内处于不正常情况时,无须像硬保护措施那样硬性使设备停车,而是通过一个特定设计的自动选择性控制系统,以适当改变控制方式来达到自动保护生产的目的。这样就可以减少由于停车而带来的巨大经济损失。而硬保护措施将使得生产设备停车。 2.前馈控制主要应用在什么场合?答:前馈控制主要用于下列场合: (1)干扰幅值大而频繁,对被控变量影响剧烈,单纯反馈控制达不到要求时;(2)主要干扰是可测不可控的变量; (3)对象的控制通道滞后大,反馈控制不及时,控制质量差时,可采用前馈一反馈控制系统,以提高控制质量。 3.怎样选择串级控制系统中主、副控制器的控制规律? 答:串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量,对主变量要求较高,一般不允许有余差,所以主控制器一般选择比例积分控制规律,当对象滞后较大时,也可引入适当的微分作用。 串级控制系统中对副变量的要求不严。在控制过程中,副变量是不断跟随主控制器的输出变化而变化的,所以副控制器一般采用比例控制规律就行了,必要时引入适当的积分作用,而微分作用一般是不需要的。