第7章习题解答

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第7章气体动理论习题解答

第7章气体动理论7.1基本要求1.理解平衡态、物态参量、温度等概念，掌握理想气体物态方程的物理意义及应用。

2.了解气体分子热运动的统计规律性，理解理想气体的压强公式和温度公式的统计意义及微观本质，并能熟练应用。

3.理解自由度和内能的概念，掌握能量按自由度均分定理。

掌握理想气体的内能公式并能熟练应用。

4.理解麦克斯韦气体分子速率分布律、速率分布函数及分子速率分布曲线的物理意义，掌握气体分子热运动的平均速率、方均根速率和最概然速率的求法和意义。

5.了解气体分子平均碰撞频率及平均自由程的物理意义和计算公式。

7.2基本概念1 平衡态系统在不受外界的影响下，宏观性质不随时间变化的状态。

2 物态参量描述一定质量的理想气体在平衡态时的宏观性质的物理量，包括压强p 、体积V 和温度T 3 温度宏观上反映物体的冷热程度，微观上反映气体分子无规则热运动的剧烈程度。

4 自由度确定一个物体在空间的位置所需要的独立坐标数目，用字母i 表示。

5 内能理想气体的内能就是气体内所有分子的动能之和，即2iE RT ν= 6 最概然速率速率分布函数取极大值时所对应的速率，用p υ表示，p υ==≈其物理意义为在一定温度下，分布在速率p υ附近的单位速率区间内的分子在总分子数中所占的百分比最大。

7 平均速率各个分子速率的统计平均值，用υ表示，υ==≈8 方均根速率各个分子速率的平方平均值的算术平方根，用rms υ表示，rms υ==≈ 9 平均碰撞频率和平均自由程平均碰撞频率Z 是指单位时间内一个分子和其他分子平均碰撞的次数；平均自由程λ是每两次碰撞之间一个分子自由运动的平均路程，两者的关系式为:Zυλ==或λ=7.3基本规律1 理想气体的物态方程pV RT ν=或'm pV RT M=pV NkT =或p nkT =2 理想气体的压强公式23k p n ε=3 理想气体的温度公式21322k m kT ευ==4 能量按自由度均分定理在温度为T 的平衡态下，气体分子任何一个自由度的平均动能都相等，均为12kT 5 麦克斯韦气体分子速率分布律（1）速率分布函数()dNf Nd υυ=表示在速率υ附近单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比或任一单个分子在速率υ附近单位速率区间内出现的概率，又称为概率密度。

大学电路习题解答第7章

第七章(一阶电路)习题解答一、选择题1．由于线性电路具有叠加性，所以 C 。

A ．电路的全响应与激励成正比；B ．响应的暂态分量与激励成正比；C ．电路的零状态响应与激励成正比；D ．初始值与激励成正比2．动态电路在换路后出现过渡过程的原因是 A 。

A ．储能元件中的能量不能跃变；B ．电路的结构或参数发生变化；C ．电路有独立电源存在；D ．电路中有开关元件存在3．图7—1所示电路中的时间常数为 C 。

A ．212121)(C C C C R R ++； B ．21212C C C C R +；C ．)(212C C R +；D ．))((2121C C R R ++解：图7—1中1C 和2C 并联的等效电容为21C C +，而将两个电容摘除后，余下一端口电路的戴维南等效电阻为2R ，所以此电路的时间常数为)(212C C R +。

４．图7—2所示电路中，换路后时间常数最大的电路是 A 。

解：图7—2（A ）、（B ）、（C ）、（D ）所示四个电路中的等效电感eq L 分别为M L L 221++、21L L +、M L L 221-+和M L L 221++。

0>t 时，将图6—2（A ）、（B ）、（C ）、（D ）中的电感摘除后所得一端口电路的戴维南等效电阻eq R 分别为2R 、2R 、2R 和21R R +。

由于RL 电路的时间常数等于eqeq R L ，所以图7—2（A ）所示电路的时间常数最大。

5．RC 一阶电路的全响应)e610(10tc u --=V ，若初始状态不变而输入增加一倍，则全响应c u 变为 D 。

A ．t10e1220--； B ．t10e620--；C ．t10e1210--；Ｄ．t10e1620--解：由求解一阶电路的三要素法 τtc c c c u u u u -+∞-+∞=e)]()0([)( 可知在原电路中10)(=∞c u V ，4)0(=+c u V 。

第7章习题解答

习题7-1为什么一般矩形波导测量线的槽开在波导宽壁的中线上？答：因为矩形波导一般工作于10TE 模，由10TE 模的管壁电流知，在矩形波导宽壁中线处只有纵向电流，因此沿波导宽壁的中线开槽不会切断高频电流的通路，不会破坏波导内的场结构，也不会引起波导内的电磁波向外辐射能量。

7-2 推导矩形波导中mn TE 波的场量表达式。

7-3 已知空气填充的矩形波导截面尺寸为21023mm b a ⨯=⨯，求工作波长mm 20=λ时，波导中能传输哪些模式？mm 30=λ时呢？解：矩形波导的截止波长22c 2⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=b n a m πππλ当0,1==n m 时，mm a C 462==λ，1,0==n m 时，mm b C 202==λ， 0,2==n m 时，mm a C 23==λ， 1,1==n m 时，mm b a 34.181********222c =⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=πππλ满足电磁波在波导中传播条件c λλ<的模式有10TE 、01TE ；当mm 30=λ时，只能传输10TE 模。

7-4 已知空气填充的矩形波导截面尺寸为248cm b a ⨯=⨯，当工作频率GHz 5=f 时，求波导中能传输哪些模式？若波导中填充介质，传输模式有无变化？为什么？解： cm f C 6105103910=⨯⨯==λ，矩形波导的截止波长22c 2⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=b n a m πππλ，当0,1==n m 时，cm a C 162==λ，1,0==n m 时，cm b C 82==λ， 0,2==n m 时，cm a C 8==λ， 2,0==n m 时，cm b C 4==λ 1,1==n m 时，mm b a 15.74181222222c =⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=πππλ满足电磁波在波导中传播条件c λλ<的模式有10TE 、01TE 、20TE 、11TE 、11TM ；若波导中填充介质，工作波长变短，所以传输模式增多。

第七章习题答案

第七章动态电路的时域分析习题一、选择题1. 一阶电路的时间常数取决于： C(A) 电路的结构(B) 外施激励(C) 电路的结构和参数(D) 电路的参数2. 图示电路中I S = 5 A恒定，电路原已稳定，t = 0时开关S打开。

在求解过渡过程中，下列式子中正确的是： D(A) u(∞) = 125 V (B) τ = 0.4 s (C) u(0+) = 100 V (D) i(∞) = 5AL3.在电路换路后的最初瞬间( t = 0+ )，根据换路定律，电路元件可作如下等效： C(A) 无储能的电容可看做开路(B) 无储能的电感可看做短路(C) 电容可看作具有其初值电压的电压源(D) 电压源可看作短路，电流源可看作开路(0+)的值为：D4. 图示电路在开关S合上前电感L中无电流，合上开关的瞬间uL(A) 0 V (B) 63.2 V (C) ∞(D) 100 V5. 图示电路中电压源电压恒定，且电路原已稳定。

在开关S闭合瞬间，i(0+)的值为：C(A) 0.2 A (B) 0.6 A (C) 0 A (D) 0.3 A6. 表征一阶动态电路的电压、电流随时间变化快慢的参数是：D(A) 电感L(B) 电容C(C) 初始值(D) 时间常数τ7. 图示正弦脉冲信号的数学表达式为：B (A) sin ω t ⋅ ε (t ) + sin ω ( t - T ) ⋅ ε ( t - T ) (B) sin ω t ⋅ ε (t ) - sin ω t ⋅ ε ( t - T ) (C) sin ω t ⋅ ε (t ) - sin ω ( t - T ) ⋅ ε ( t - T ) (D) sin ω t ⋅ ε (t ) + sin ω t ⋅ ε ( t - T )8. 图示电路中，原已达稳态， t = 0开关 S 打开，电路的时间常数为：D (A)s 41 (B) s 61(C) s 4 (D)s 69. 示电路中，t = 0 时开关打开，则 u (0+)为：C(A) 0V (B) 3.75V (C) – 6V (D) 6V10.图示电路中，开关打开已久，在 t = 0 时开关闭合，i (0+) 为：D(A) 0A (B) 0.8A(C) 2A (D)1A11.R 、C 串联电路，已知全响应()()10C 83V,0t u t e t -=-≥，其零状态响应为：(A )(A) 1088V te-- (B) 1083V t e -- (C) 103V t e -- (D) 105V t e -12. .一阶电路的全响应()()10C 106V,0tu t et -=-≥若初始状态不变而输入增加一倍，则全响应u C (t)为 ( D ) (Ａ) 20-12e -10t ; (Ｂ) 20-6e -10t ; (Ｃ) 10-12e -10t ; (Ｄ) 20-16 e -10t 。

第7章信号处理电路习题解答

综上所述，仪表放大器的特点是：具备足够大的放大倍数、高的输入电阻和高共模抑制比。
7.3简述电荷放大器有什么特点，应用于何种场合。
解：电荷放大器应用于压电式加速度传感器、压力传感器等的后端放大。
上述两种传感器属于电容性传感器，这类传感器的阻抗非常高，呈容性，输出电压很微弱；他们工作时，将产生正比于被测物理量的电荷量，积分运算电路可以将电荷量转换成电压量，电路如下图所示。
解：1）LBF；2）BPF；3）HPF；4）BEF。
二、判断下列说法是否正确，用 “√”（正）和“ ”（误）填入括号内。
1）高通滤波器的通频带是指电压的放大倍数不变的频率范围。（）
2）低通滤波器的截止频率就是电压放大倍数下降1/2的频率点。（）
3）带通滤波器的频带宽度是指电压放大倍数大于或等于通带内放大倍数0.707的频率范围。（）
其中；
该滤波器为二阶低通滤波电路，幅频特性如下图：
7.7试说明图P7－8所示各电路属于哪种类型的滤波电路，是几阶滤波电路。
（1）
（2）
图P7-7
解：
图（1）所示电路二阶带通滤波器或者二阶带阻滤波器。
前一个运放为高通滤波器（截止频率f1），后一个运放为低通滤波器（截止频率f2），如果，则f1<f2，该滤波器为二阶带通滤波器；如果，则f1>f2，该滤波器为二阶带阻滤波器。
电容性传感器可等效为因存储电荷而产生的电动势Ut与一个输出电容Ct串联，如图中虚线框内所示。根据集成运放的特点，可得到输出电压为：。
7.4简述隔离放大器有什么特点，应用于何种场合。
解：隔离放大器通常应用于远距离信号传输。
在远距离信号传输的过程中，常因强干扰的引入使放大电路的输出有很强的干扰背景，甚至将有用信号淹没，造成系统无法正常工作。隔离放大器将电路的输入侧和输出侧在电气上完全隔离，它既可切断输入侧和输出侧电路间的直接联系，避免干扰混入输出信号，又可使有用信号畅通无阻。目前集成隔离放大器有变压器耦合式、光电耦合式和电容耦合式三种。

第七章习题解答

计算图示各系统的动能：（1）偏心圆盘的质量为，偏心距OC m e =，对质心的回转半径为C ρ，绕轴O 以角速度0ω转动（图a ）。

（2）长为l ，质量为的匀质杆，其端部固结半径为，质量为的匀质圆盘。

杆绕轴O 以角速度m r m 0ω转动（图b ）。

（3）滑块A 沿水平面以速度移动，重块B 沿滑块以相对速度下滑，已知滑块A 的质量为，重块B 的质量为（图c ）。

1v 2v 1m 2m （4）汽车以速度沿平直道路行驶，已知汽车的总质量为0v M ，轮子的质量为m ，半径为R ，轮子可近似视为匀质圆盘（共有4个轮子）（图d ）。

解：(1) 222200111()222C C C T mv J m e 2ωρω=+=+(2) 2222111(83)326O J ml mr ml m l r =++=+2220011(83)212O T J m l r 22ωω==+(3) 22121122A B T m v m v =+2221121212221212221211(2cos150)2211()m v m v v v v m m v m v m v v °=+++=++(4) ()2222000211111(4)422222v T M m v mv mR M m v R ⎛⎞=−+⋅+⋅⋅=+⎜⎟⎝⎠20一常力矩M 作用在绞车的鼓轮上，轮的半径为r ，质量为。

缠在鼓轮上绳索的末端A 系一质量为的重物，沿着与水平倾斜角为1m 2m α的斜面上升，如图所示。

重物与斜面间的滑动摩擦系数为μ。

绳索的质量不计，鼓轮可看成为匀质圆柱体，开始时系统静止。

求鼓轮转过ϕ角时的角速度。

解：为一自由度理想约束系统。

取鼓轮、重物及绳索组成的系统为研究对象，受力图如下图所示。

鼓轮转过ϕ角时系统的动能为2222212111222T m r m r 2ωω=⋅⋅+ 重力、摩擦力和力矩M 在此有限路程上所做的功为122sin W M Fr m gr ϕϕϕ→α=−−根据动能定理，有()222212211sincos 42m r m r M m gr ωωαμ+=−+αϕ⎡⎤⎣⎦ ω=绞车提升一质量为m 的重物，如图所示。

第7章习题详细解答

第7章习题解答7—1判断题（对的打√，不对的打×)1。

数字电路分为门电路和时序逻辑电路两大类。

（× )2。

边沿触发器和基本RS触发器相比，解决了空翻的问题.（×）3. 边沿触发器的状态变化发生在CP上升沿或下降沿到来时刻，其他时间触发器状态均不变。

（√）4. 基本RS 触发器的输入端就是直接置0端和直接置1端。

（√)23 的计数器。

（×）5。

3位二进制计数器可以构成模为16。

十进制计数器最高位输出的周期是输入CP脉冲周期的10倍。

（√）7. 构成一个7进制计数器需要7个触发器。

（×）8．当时序电路存在无效循环时该电路不能自启动.( √)9。

寄存器要存放n位二进制数码时，需要n2个触发器。

(×）10．同步计数器的计数速度比异步计数器快。

（√）11。

在计数器电路中，同步置零与异步置零的区别在于置零信号有效时，同步置零还需要等到时钟信号到达时才能将触发器置零，而异步置零不受时钟的控制。

（√）12。

计数器的异步清零端或异步置数端在计数器正常计数时应置为无效状态。

（√）13。

自启动功能是任何一个时序电路都具有的。

（× )14。

无论是用置零法还是用置数法来构成任意N进制计数器时，只要置零或置数控制端是异步的,则在状态循环过程中一定包含一个过渡状态；只要是同步的，则不需要过渡状态。

（√）15。

用置零法或置位法可以设计任意进制的计数器.(×）7—2 由或非门组成的基本RS触发器如图7—38所示，已知R、S的电压波形，试画出与之对应的Q和Q的波形。

图7—38 题7-2图解:由或非门组成的基本RS触发器的特性表，可得该题的输出端波形如下图所示：或非门RS 触发器特性表题7—2 波形图7—3由与非门组成的基本RS 触发器如图7-39所示，已知R 、S 的电压波形,试画出与之对应的Q 和Q 的波形。

图7-39 题7-3图解：由与非门组成的基本RS 触发器的特性表，可得该题的输出端波形如下图所示:与非门RS 触发器特性表题7—3波形图7-4已知如图7-40所示的各触发器的初始状态均为0，试对应画出在时钟信号CP 的连续作用下各触发器输出端Q 的波形。

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第七章习题解答
一、填空
1．一个操作系统的可扩展性，是指该系统能够跟上先进计算技术发展的能力。

2．在引入线程的操作系统中，线程是进程的一个实体，是进程中实施调度和处理机分派的基本单位。

3．一个线程除了有所属进程的基本优先级外，还有运行时的当前优先级。

4．在Windows 2000中，具有1~15优先级的线程称为可变型线程。

它的优先级随着时间配额的用完，会被强制降低。

5．Windows 2000在创建一个进程时，在内存里分配给它一定数量的页帧，用于存放运行时所需要的页面。

这些页面被称为是该进程的“工作集”。

6．Windows 2000采用的是请求调页法和集群法相结合的取页策略，把页面装入到内存的页帧里的。

7．分区是磁盘的基本组成部分，是一个能够被格式化和单独使用的逻辑单元。

8．MFT是一个数组，是一个以数组元素为记录构成的文件。

9．只要是存于NTFS卷上的文件，在MFT里都会有一个元素与之对应。

10．在Windows 2000的设备管理中，整个I/O处理过程都是通过I/O请求包（IRP）来驱动的。

二、选择
1．在引入线程概念之后，一个进程至少要拥有D 个线程。

A． 4 B．3 C．2 D．1
2．在Windows 2000中，只有A 状态的线程才能成为被切换成运行状态，占用处理器执行。

A．备用B．就绪C．等待D．转换
3．Windows 2000是采用C 来实现对线程的调度管理的。

A．线程调度器就绪队列表
B．线程调度器就绪队列表、就绪位图
C．线程调度器就绪队列表、就绪位图、空闲位图
D．线程调度器就绪队列表、空闲位图
4．在Windows 2000里，一个线程的优先级，会在A 时被系统降低。

A．时间配额用完B．请求I/O C．等待消息D．线程切换5．在单处理机系统，当要在进程工作集里替换一页时，Windows2000实施的是B 页面淘汰策略。

A． FIFO（先进先出）B．LRU（最近最久未用）
C．LFU（最近最少用）D．OPT（最优）
6．在页帧数据库里，处于下面所列A 状态下的页帧才可以变为有效状态。

A．初始化B．备用C．空闲D．修改7．当属性值能够直接存放在MFT的元素里时，称其为B 。

A．非常驻属性B．常驻属性C．控制属性D．扩展属性8．在NTFS文件系统中，文件在磁盘上存储时的物理结构是采用C 的。

A．连续式B．链接式C．索引式D．组合式9．在Windows 2000的设备管理中，I/O请求包（IRP）是由D 建立的。

A．用户应用程序B．文件系统驱动程序
C．设备驱动程序D．I/O管理器
10．Windows2000处理机调度的对象是B 。

A．进程B．线程C．程序D．进程和线程
三、问答
1．何谓操作系统的‘微内核’设计模式？
答：所谓操作系统的‘微内核’设计模式，其中心思想是将操作系统划分成两个部分：系统的非基本部分和系统的核心部分。

系统的非基本部分以单一功能的进程形式，在用户态下运行；把最为关键的进程管理、内存管理、以及进程通信等功能，留存下来组成系统的内核，在核心态下运行。

2．用微内核模式构造的操作系统，为什么具有可扩展性、可移植性、以及更好的安全性和可靠性？
答：用微内核模式构造操作系统，要增加新的服务时，是增加到用户空间中，而不是修改内核。

当内核确实需要变动时，因为内核本身很小，因此所要做的修改也会很小。

所以说，这样的操作系统能够跟上先进计算技术的发展，具有可扩展性；由于很小，因此稍加改动，就能够从一种硬件平台移到另一种硬件平台，从而具有可移植性；再有，绝大多数服务都运行在用户态，不以内核进程的面目出现，即使一种服务失败，也不会导致整个系统的崩溃或瘫痪，因此使内核具有更好的安全性和可靠性。

3．什么是对称多处理器系统（SMP）？
答：一个计算机系统是所谓的“对称多处理器系统（SMP）”，即该系统具有多个处理器，每个处理器都运行同一个操作系统的拷贝，这些拷贝根据需要可以互相通信。

4．何谓“处理机饥饿”线程？为何要极大地提升它的优先级？
答：所谓“处理机饥饿”，是指在就绪队列里长期等待而一直没有得到运行机会的那种线程。

由于它长时间的等待，得不到CPU，这显然是不公平的。

为了平衡线程间的这种关系，Windows 2000就专门有一个系统线程，定时检查是否存在这样的线程（比如，它们在就绪队列里已经超过了300个时钟中断间隔，相当3~4秒钟）。

如果有，就把该线程的优先级一下提升到15，分配给它长度为正常值两倍的时间配额。

在它用完这个时间配额后，其优先级立即衰减到它原来的基本优先级。

5．何为“置页策略”？Windows 2000具体是怎么做的？
答：当缺页中断时，系统必须确定把虚拟页面放入到物理内存的什么地方。

这就是所谓的“置页策略”。

在Windows 2000，内存中可分配的页帧对象，只能从页帧号数据库的初始化帧链表、空闲帧链表、后备帧链表和修改帧链表里得到。

具体的做法是：
（1）在要求存储分配时，如果需要的是一个零初始化的页帧，那么系统首先试图从初始化帧链表中得到一个可分配的页帧；如果这个链表为空，则从空闲帧链表中选取一帧并将其初始化；如果空闲帧链表也为空，那么就改为从后备帧链表中选取一帧并将其初始化；如此等等。

（2）如果所需要的并不是一个零初始化页帧，那么首先去查看空闲帧链表；如果空，则去查看后备帧链表。

在决定要把后备帧链表里记录的一帧分配出去之前，必须从该元素回溯，找到进程页表里相关的表项，清除其里面的“页帧号”，断绝这个页表项与该页帧的联系。

这样，才能保证分配的安全。

（3）如果必须要把一个处于修改状态的页帧分配出去，那么首先要将该页帧的内容写入磁盘，然后将它链到后备帧链表里去，以便使用。

6．为什么要把一个磁盘划分为若干个分区：
答：把磁盘格式化为若干个分区，主要的目的有三个：第一，使磁盘初始化，以便将其
格式化后用于存储数据；第二，通过一个个分区，可以将不同的操作系统分开，以保证多个操作系统可以在同一个磁盘上得到正常的运行；第三，便于更好地对磁盘进行管理，达到充分利用磁盘空间的目的。

7．什么是NTFS文件系统中的VCN和LCN？
答：在NTFS文件系统中，簇是文件存储的分配单位。

系统按照簇的尺寸来划分文件的虚拟空间，这样形成的顺序号，称为虚拟簇号，即VCN；把整个卷中所有的簇从头到尾进行顺序编号，称为逻辑簇号，即LCN。

8．在NTFS中是如何实现其可恢复性的？
答：为了实现可恢复性，NTFS在主控文件表（MFT）里设置了一个日志文件。

在系统运行过程中，随时向日志文件里存储更新记录，定时地向日志文件里存储检查点记录、事务表记录以及脏页表记录。

为系统的恢复积累所需要的信息。

在系统崩溃而重新启动时，NTFS将对日志文件进行分析扫描、重做扫描和撤消扫描，完成重做和撤消，使系统恢复到发生崩溃之前。

9．Windows 2000为什么采用两级中断处理方式？
答：Windows 2000采用的是中断服务程序（ISR）和延迟过程调用程序（DPC）两级处理中断。

之所以这样，是为了提高系统的并行工作能力，防止因中断服务程序占用较长的处理机时间，引起不必要的阻塞。

因此，中断服务程序（ISR）部分执行尽可能少的关键性操作，并运行在高中断请求级上；余下的中断处理部分称为延迟过程调用程序（DPC），运行在低中断请求级上。

四、计算
1．FAT16文件系统的簇号应该用多少个二进制位标识？如果一簇的尺寸最大为16KB，那么这种卷的尺寸最多为多少？
答：由FAT16表明，这种文件系统的簇号应该用16个二进制位来标识。

也就是说，这种卷最多可以含216（=65536）个簇。

题目中给出一个簇的最大尺寸为16KB，因此这种卷的最大尺寸为216*16KB=1GB。

第7章习题解答

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