物理科學導論/A.2

練習題考試2

親愛的使用者 - 請注意，學生目前正在處理這些習題集 - 在他們的簽名標籤被移除之前，請不要編輯 --J.M.Pearce (討論) 2008年4月3日 (UTC) 23:25

學生們 - 請為複習提供兩個問題並解答整個示例。

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

確保包含所有方程式和單位。確保用 --~~~~ 標記你的問題。

謝謝。

波

• 一個聲波從音叉發出，以340 m/s的速度傳播。它的波長為2.43m。它的頻率是多少？

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

• 說出並描述我們在課堂上討論的兩種型別的波。

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

• 一個波以70.0 Hz的頻率傳播，波長為50 m。這個波的速度是多少？

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

• 當波傳播時，強度隨著距離_________，並且當它穿過材料時_________。

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

• 波的定義是什麼？

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

• 一個波的波長為70m，頻率為80Hz。這個特定波的傳播速度是多少？

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

• 說明衍射

• 說明惠更斯原理？

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

• 波的最高點和最低點分別叫什麼？

 crest and trough

聲音

1. 對於聲音波，隨著材料的_________增加，_________增加

Density and Velocity 

2. 海豚可以聽到250 kHz頻率的聲音。如果海豚聽到一個以1700 m/s速度傳播的、頻率為250 kHz的聲音，它的波長是多少？

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. 聲音不能在真空中傳播，因為它需要什麼？

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

4. 處理聲波時，什麼是折射？

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

5. 折射的公式是什麼？

f = v1/wavelength = v2/wavelength2

電磁波

• 電磁波譜中的七種波的型別，按波長大小（從大到小）的順序排列是什麼？

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

• 電磁輻射的波狀特性是由於什麼？

The periodic oscillations in the electric and magnetic components.

1. 如果一個波以3.8m/s的速度傳播，並且波的末端在15s內到達波的起始位置。

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

• 如果一個AM無線電波的波長為300 m，它的頻率是多少？

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

• 一個電磁波的頻率為1.5x10^7 Hz，波長是多少？

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

光

• 凸面鏡和凹面鏡有什麼區別？

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

• 紅外光波的大小可以用什麼物理物體來比較？（例如，麵包箱、原子等）。

a pinhead

反射

1. 一束光線以45度角照射到地板上，並照射到一個以90度角放置在地板上的鏡子上，如果鏡子旋轉45度，使光線指向它，並且光線保持在相同的位置，新的反射角是多少？（提示：遵循措辭，僅將圖作為指導）

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

折射

空

照明

CFL

• 緊湊型熒光燈泡（或CFL）大約使用白熾燈泡產生相同光量所需的電功率的____百分比。

Answer: 25%

• CFL比標準白熾燈泡更經濟嗎？正確或錯誤

 Answer: True

• 如果一個房子有20個燈具，並且它們都換成了CFL燈泡，每個燈泡可以節省32美元，那麼這個家庭可以節省多少錢？

 Answer: 20 x 32
         $640

• 與60瓦白熾燈泡功率相當的CFL燈泡有____瓦。

  Answer: 15 watts

• 如果您有10個燈具需要更換為CFL燈泡，並且在Clarion費率為每千瓦時0.0615美元的情況下，8000小時照明的總成本為每個燈具18.30美元。更換節能燈泡的初始成本是多少？

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

• CFL燈泡與白熾燈泡有什麼區別？

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.  

• 如果一個CFL燈泡的投資回收期為5.4個月，每月節省1.12美元，使用壽命為3年，那麼您的投資回報總額是多少？

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

LED

無

能量

• 電能的公式是什麼？

Answer: Energy=Power(Time)

• 列舉5種能量形式。

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

• 使用3000瓦的功率5小時，消耗多少能量？

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

• 如果您使用一個500瓦的電加熱器來加熱您的客廳8小時。它使用多少千瓦時的能量？1000w= 1kw-hr

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

• 化學能的3個例子是什麼？

  Gasoline, fossil fuels, batteries

• 在特定任務中使用能量時，能量會損失嗎？

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

• 一個120瓦的捲髮器插電1小時，消耗多少電能？

.12[kw-hrs]            

• 一千瓦中有多少瓦？

       1000

11. 一個6牛頓的力使一個箱子移動了2米。物體上施加了多少功？

      w=6x2; w=12J

熱

溫度

• 在處理科學問題時，相同的溫度也被稱為什麼術語？

Thermodynamic Equilibrium

• 水的沸點用開爾文表示為373度。求水的沸點用攝氏度表示。

373-273=100

• 如果溫度為63攝氏度，那麼相同的溫度用開爾文表示是多少？

Formula: T Kelvin = T Celcius + 273

T Kelvin = 63 + 273
T = 336

• 什麼是熱膨脹？是什麼導致它發生？

答案：熱膨脹是指材料由於溫度變化而引起的膨脹/收縮。當大多數材料被加熱時，原子運動速度更快，導致材料膨脹；當材料被冷卻時，則發生相反的情況。熱膨脹是透過使用特定於該材料的“熱膨脹係數”來計算的，因為每種材料的膨脹/收縮情況各不相同。

• 一根長10英寸的銅棒從70°F加熱到180°F。銅的熱膨脹係數為9.3×10^-6 in./°F。加熱後，銅棒的長度是多少？

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

熱傳遞

• 熱量可以傳遞多少種方式？具體

方式有哪些？

 -3
 -Conduction
 -Convection
 -Radiation

• 假設你有一面牆，中間有一個窗戶。窗戶

尺寸為90釐米x 60釐米。窗戶玻璃厚度為0.35釐米。室外溫度為5攝氏度，室內溫度為20攝氏度。透過窗戶的熱量損失率是多少？記住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. 吉米正在更換他廚房裡17英尺x 14英尺的窗戶。他購買的玻璃厚度為0.34釐米。吉米家裡的當前溫度為23攝氏度，室外溫度為7攝氏度。K為0.63w/mK。什麼是溫度梯度？

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

• 什麼是ΔT/d？

It is the thermal gradient.

• 瓊斯夫婦正在為他們的客廳安裝新的窗戶。窗戶尺寸為50釐米x 45釐米。玻璃厚度為0.42釐米。室外溫度為10°C，室內溫度為21.1°C。K為0.63w/mK。什麼是溫度梯度？

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

• 列舉三種熱傳遞型別。

Conduction, Convection, and Radiation

• 我們正在為教室安裝新窗戶。根據課堂上的例子，20釐米x 15釐米，

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

• 以下所有選項都是改善窗戶的方法，除了

A. 使用多層玻璃 B. 使用惰性氣體--真空 C. 使用低導熱率的隔條，塑膠或木頭 D. 使用單層玻璃 E. 使用低輻射塗層

D is the correct answer.

• 一塊30釐米x 25釐米的單層玻璃窗，厚度為0.45釐米，當室外溫度為-10攝氏度，室內溫度為25攝氏度時，熱量損失率是多少？如果給定K=0.63 W/mK，熱量損失率是多少？

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

• 描述三種不同的熱傳遞型別。

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

• 一位棒球運動員的表面積為1.2m²，皮膚溫度為34攝氏度。他站在中場。空氣溫度為28攝氏度，風速為4m/s。對流係數為32。I_cv=？

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

• 一名遇難的水手躺在沙灘上。水手的皮膚面積為1.8m²，空氣溫度為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

• 一名曲棍球運動員的表面積為1.6 m2，皮膚溫度為35攝氏度，他在為一場重要的比賽熱身。體育館內的溫度為45攝氏度，頂部敞開，有微風，風速為2 m/s。Icv是多少？（h=37）

-使用公式Icv=(h)(a)(溫度變化) 將數字代入正確的位置。Icv= (37)(1.6 m2) (45-35) iCV= (37)(1.6 m2) (10) Icv=592 w

1. 哪種熱傳遞形式涉及電磁波？

Radiation

• 溫度從___________物體轉移到____________物體，直到兩個物體的溫度相等。

Hot to cold

熱力學

1. 熱力學第二定律是什麼？

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

1. 熱力學第三定律是什麼？

 It is impossible to cool a system to absolute 0.

熱機

• 一臺熱機的效率為85%。如果熱輸入為500W，那麼功輸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

• 你廚房裡的冰箱的熱輸出為60，功輸入為250。冰箱的無效性是多少？

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

• 熱力學第二定律關於冰箱或熱泵說明了什麼？

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

• 熱力學第三定律指出，不可能將系統冷卻到_________。

Absolute zero (or, 0 degrees Kelvin)

熱泵

1. 。熱力學第二定律指出，任何冰箱或熱泵都不可能具有為零的下劃線文字。

inefficiency

1. 。你有一臺空調，其熱輸出為100，無效性為6.5。功輸入是多少？

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

微型渦輪機

什麼是微型渦輪機？

A Small Electric generation systems based on turbine technology.

如果你輸入100個單位，它將輸出多少個單位？150個單位？

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

• 熱力學第一定律涉及什麼？

Energy conservation

• 改善窗戶的五種方法中，列舉兩種。

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