第7章习题解答
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
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。
第7章输入输出习题参考解答
第7章思考题与习题参考答案1．计算机的I/O系统的功能是什么？它由哪几个部分组成？答：计算机的I/O系统，主要用于解决主机与外部设备间的信息通讯，提供信息通路，使外围设备与主机能够协调一致地工作。
计算机的I/O系统由I/O硬件和I/O软件两大部分组成。
其中I/O硬件包括：系统总线、I/O接口、I/O设备及设备控制器。
I/O软件包括：用户的I/O程序、设备驱动程序、设备控制程序。
2．I/O硬件包括哪几个部分？各部分的作用是什么？答：I/O硬件包括：系统总线、I/O接口、I/O设备及设备控制器。
系统总线的作用是为CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输提供通路。
I/O接口通常是指主机与I/O设备之间设置的一个硬件电路及其相应的控制软件。
它用于在系统总线和外设之间传输信号，并起缓冲作用，以满足接口两边的时序要求。
I/O设备的作用是为主机与外部世界打交道提供一个工具。
设备控制器用来控制I/O设备的具体动作，不同的I/O设备需要完成的控制功能不同。
3．什么是用户I/O程序？什么是设备驱动程序？什么是设备控制程序？答：用户I/O程序是指用户利用操作系统提供的调用界面编写的具体I/O设备的输入输出程序。
例如用户编写的用打印机输出文本的程序。
设备驱动程序是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序。
可以说相当于操作系统与硬件的接口，操作系统只有通过这个接口，才能控制硬件设备的工作，假如某设备的驱动程序未能正确安装，便不能正常工作。
设备控制程序就是驱动程序中具体对设备进行控制的程序。
设备控制程序通过接口控制逻辑电路，发出控制命令字。
命令字代码各位表达了要求I/O设备执行操作的控制代码，由硬件逻辑解释执行，发出控制外设的有关控制信号。
4．说明设计I/O系统的三个要素的具体内容。
答：设计I/O系统应该考虑如下三个要素：①数据定位： I/O系统必须能够根据主机提出的要求进行设备的选择，并按照数据在设备中的地址找到相应的数据。
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第7章思考题及习题7参考答案
一、填空
1. AT89S52单片机任何一个端口要想获得较大的驱动能力，要采用电平输出。
答：低
2.检测开关处于闭合状态还是打开状态，只需把开关一端接到I/O端口的引脚上，另一端接地，然后通过检测来实现。
答： I/O端口引脚的电平
3. “8”字型的LED数码管如果不包括小数点段共计段，每一段对应一个发光二极管，有和两种。
答：7，共阳极，共阴极
4. 对于共阴极带有小数点段的数码管，显示字符“6”（a段对应段码的最低位）的段码为
，对于共阳极带有小数点段的数码管，显示字符“3”的段码为。
答：7DH，B0H
5. 已知8段共阳极LED数码显示器要显示某字符的段码为A1H(a段为最低位)，此时显示器显示的字符为。
答：d
6. LED数码管静态显示方式的优点是：显示闪烁，亮度，比较容易，但是占用的线较多。
答：无，较高，软件控制，I/O口
7. 当显示的LED数码管位数较多时，一般采用显示方式，这样可以降低，减少的数目。
答：动态，成本，I/O端口
8. LCD 1602是型液晶显示模块，在其显示字符时，只需将待显示字符的由单片机写入LCD 1602的显示数据RAM（DDRAM），内部控制电路就可将字符在LCD上显示出来。
答：字符，ASCII码
9. LCD 1602显示模块内除有字节的 RAM外，还有字节的自定义，用户可自行定义个5×7点阵字符。
答：80，显示数据，64，字符RAM，8
10．当按键数目少于8个时，应采用式键盘。
当按键数目为64个时，应采用式键盘。
答：独立，矩阵
11．使用并行接口方式连接键盘，对独立式键盘而言，8根I/O口线可以接个按键，而对矩阵式键盘而言，8根I/O口线最多可以接个按键。
答：8，64
12．LCD 1602显示一个字符的操作过程为：首先，然后，随后，最后。
答：读忙标志位BF，写命令，写显示字符，自动显示字符
13．由于微型打印机TPµP-40A/16A是一种外设，因此单片机与微型打印机的的命令与数据传送，必须采用方式。
应答信号可与信号作为一对应答联络信号，也可使用和作为一对应答联络信号。
答：慢速，ACK，STB，STB，BUSY
二、判断对错
1．P0口作为总线端口使用时，它是一个双向口。
对
2．P0口作为通用I/O端口使用时，外部引脚必须接上拉电阻，因此它是一个准双向口。
对3．P1～P3口作为输入端口用时，必须先向端口寄存器写入1。
对
4．P0～P3口的驱动能力是相同的。
错
5．当显示的LED数码管位数较多时，动态显示所占用的I/O口多，为节省I/O口与驱动电路的数目，常采用静态扫描显示方式。
错
6．LED数码管动态扫描显示电路只要控制好每位数码管点亮显示的时间，就可造成“多位同时亮”的假象，达到多位LED数码管同时显示的效果。
错
7．使用专用的键盘/显示器芯片, 可由芯片内部硬件扫描电路自动完成显示数据的扫描刷新，和键盘扫描。
对
8．控制LED点阵显示器的显示，实质上就是控制加到行线和列线上的电平编码来控制点亮某些发光二极管（点），从而显示出由不同发光的点组成的各种字符。
对
9．16×16点阵显示屏是由4个4×4的LED点阵显示器组成。
错
10．LCD 1602液晶显示模块，可显示2行，每行16个字符。
对
11．HD7279是可自动获取按下键盘按键的键号以及自动对LED数码管进行动态扫描显示用于键盘/LED数码管的专用接口芯片可，为并行接口芯片。
错
12．LED数码管的字型码是固定不变的。
错
13．为给扫描法工作的8×8的非编码键盘提供接口电路，在接口电路中需要提供两个8位并行的输入口和一个8位并行的输出口。
错
14．LED数码管工作于动态显示方式时，同一时间只有一个数码管被点亮。
15．动态显示的数码管，任一时刻只有一个LED数码管处于点亮状态，是LED的余辉与
人眼的“视觉暂留”造成数码管同时显示的“假象”。
对
16．在微型打印机之所以称其为“智能”微型打印机，是其内部带有控制打印的单片机
固化有控打程序。
对
三、简答
1．分别写出表7-1中共阴极和共阳极LED数码管仅显示小数点“.”的段码。
答： 80H（共阴极）；7FH（共阳极）。
2．LED的静态显示方式与动态显示方式有何区别？各有什么优缺点？
答：静态显示时，欲显示的数据是分开送到每一位LED上的。
而动态显示则是数据是同时送到每一个LED上，再根据位选线来确定是哪一位LED被显示。
静态显示亮度很高，但口线占用较多。
动态显示口线占用较少，但是需要编程进行动态扫描，适合用在显示位数较多的场合。
3．对下图所示的键盘，采用线反转法原理编写出识别某一按键被按下并得到其键号的程序。
答：先对P1口高四位送低电平，读取P1口低四位的值；再对P1口低四位送低电平，读取P1口高四位的值，将两次读到的值组合在一起就得到了按键的特征码，再根据特征码查找键值。
KEYIN: MOV P1,#0FH ；反转读键
MOV A,P1
ANL A,#0FH
MOV B,A
MOV P1,#0F0H
MOV A,P1
ANL A,#0F0H
ORL A,B
CJNE A,#0FFH,KEYIN1
RET ；未按键
KEYIN1: MOV B,A ；暂存特征码
MOV DPTR,#KEYCOD ；指向特征码表
MOV R3,#0FFH ；顺序码初始化
KEYIN2: INC R3
MOV A,R3
MOVC A,@A+DPTR
CJNE A,B,KEYIN3
MOV A,R3 ；找到，取顺序码
RET
KEYIN3: CJNE A,#0FFH，KEYIN2 ；未完，再查
RET ；已查完，未找到，以未按键处理 KEYCOD: DB 0E7H,0EBH,0EDH,0EEH ；特征码表
DB 0D7H,0DBH,0DDH,0DEH
DB 0B7H,0BBH,0BDH,0BEH
DB 77H,7BH,7DH,7EH
4. 非编码键盘分为独立式键盘和矩阵式键盘，什么场合用？
答：独立式键盘是一键一线，按键数目较少时使用，矩阵式键盘适于键盘数目较多的场合。
5. 使用专用键盘/显示器接口芯片HD7279方案实现的键盘/显示器接口的优点是什么？
答：使用专用接口芯片HD7279实现的键盘/显示器接口设计，优点是按键按下后，可直接得到键号，另外，可控制处理的键盘按键以及LED数码管的数目较多，对键盘/显示器的扫描是由HD7279的内部电路自动完成。