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1、东财21春建筑力学B离线作业一辅导答案1. 对于氢原子的各s态(n/m=n00)，计算x、px，并讨论的情形对于氢原子的各s态(n/m=n00)，计算x、px，并讨论的情形由于s态各向同性，所以 x=0，px=0 ， (1) r2平均值已算出，对于s态，为 (2) 因此 (3) 当， (3) p2平均值可以利用位力定理和能级公式求出 (4) (5) 因此 (6) (7) 当， (7) 差不多是不确定度关系规定的下限h/2的n倍 2. 试用弹性力学方法求圆截面直杆扭转时的剪应力(体力不计)，并用材料力学中圆截面直杆扭转的剪应力公式进行校试用弹性力学方法求圆截面直杆扭转时的剪应力(体力不计)，并用
2、材料力学中圆截面直杆扭转的剪应力公式进行校核，式中M为扭矩，R为半径，为径向坐标。解法一：考察在两端承受扭矩M且不计体力的圆柱体。 先按材料力学的方法，在圆柱体扭转时，截面上发生与半径垂直且与该点到圆心的距离成正比例的剪应力，即： =G (1) 其中，为单位长度的扭转角。将剪应力沿坐标x轴和y轴分解，可得： (2) 同时，假定其他应力分量均为零，从而得到一组应力分量： xz=-Gy，yz=Gx，x=y=z=xy=0 (3) 容易验证，在体力为零时，式(3)满足平衡微分方程和以应力表示的相容力程，即： (4) 现在校核它们是否满足边界条件。对于应力边界条件： (5) 在圆柱体的侧面上，面力分量，
3、外法线的方向余弦，将式(3)代入式(5)中，侧面处的边界条件显然是满足的。 在圆柱体的两个端面上，由于外力为静力等效的扭矩M，因此，需按圣维南原理进行放松，即在边界z=0，h处： (6) 将式(3)代入式(6)中，由于坐标原点位于横截面的形心，故式(6)的前二式自然满足，第三式变为： (7) 于是 (8) 其中，I为横截面的极惯性矩。将式(8)代入式(1)中，得到圆柱体扭转时的剪应力为： (9) 其中，R为横截面的半径。显然，这与材料力学方法获得的结果是一致的。 解法二：用半逆解法求解，因为圆的方程为： x2+y2=R2 而应力函数在横截面的边界上为零，所以，可假设应力函数为： (x，y)=A
4、(x2+y2-R2) (10) 其中，A为待定常数。 将式(10)代入方程2(x，y)=C中，可得： A=C/4 于是，应力函数为： 由应力函数在端部边界上满足的方程，即： 可求得待定常数为： 所以，应力函数为： (11) 从而，应力分量为： 故横截面上的剪应力为： 3. 两截面不同，材料相同的拉杆，受到相同的轴力作用时则其( )A.应变不同B.应变相同C.应力相同D.应力不同E.内力相同参考答案：ADE4. 考虑谐振子升、降算符a+、a的线性变换 b=a+a+， b+=a+a+ (1) 、为实数，并满足关系2-2=1试证明：对于考虑谐振子升、降算符a+、a的线性变换b=a+a+，b+=a+a
5、+(1)、为实数，并满足关系2-2=1试证明：对于算符b的任何一个本征态，xp=h/2利用a与a+的基本对易式a，a+=1，可得 b，b+=(2-2)a，a+=2-2=1 (2) 式(1)的逆变换为 a=b-b+， a+=-b+b+ (3) 根据关系 ， (4) ， (5) 容易将Q、P表示成b和b+： (6) (7) 设|为算符b的本征态，满足本征方程 b|=| (8) 取共轭，即得 |b+=*| (8) 在|态中计算Q、Q2、P、P2平均值，即得 (9) Q、P的统计涨落为 (10) 由式(4)即得 (11) (12) 证明完毕 注意，x和p虽与之值无关，但与、的取值有关在条件2-2=1下
6、调节、的取值，可以使x任意缩小(p则相应增大)这一点和算符a的本征态不同，后者x和p均为常数当然，|也可表示成谐振子能量本征态的线性叠加，称为相干压缩态 5. 梁的刚度校核是为了保证梁的正常使用。( )A.错误B.正确参考答案：B6. ( )的最高点所对应的应力称为强度极限。A.强化阶段B.颈缩阶段C.屈服阶段D.弹性阶段参考答案：A7. 汽车左转弯时，已知车身作定轴转动，汽车左前灯A的速度大小为vA，汽车右前灯的速度大小为vB。A、B之间的距离为b，则汽车定轴转动的角速度的大小为( )。A.vAbB.vBbC.(vA+vB)bD.(vA-vB)b参考答案：D8. 当质点的动量与某轴平行，则质
7、点对该轴的动量矩恒为零。( )A.正确B.错误参考答案：B9. 刚体绕定轴转动，知道刚体上任意点的速度的方位，即可确定转轴的位置。( )A.对B.错参考答案：B10. 质点系对于某定点O的动量矩对时间的导数，等于作用于质点系的外力对于同一点的矩的矢量和。( )A.对B.错参考答案：A11. 建筑结构只能采用的是( )。A.几何不变体系B.瞬变体系C.几何可变体系D.机构参考答案：A12. 简支梁在不对称荷载作用下，其两端支座反力必与荷载中心距支座的距离( )。A.成反比B.成正比C.反对称相等D.不一定参考答案：A13. ( )是指杆件在外力作用下发生变形，外力卸除后能完全恢复的变形。A.弹性
8、变形B.塑性变形C.弹塑性变形D.拉伸变形参考答案：A14. 下列关于粘性系数的描述正确的是( )。 A温度变化，气体粘性系数随之变化，而液体粘性系数则保持不变 B流下列关于粘性系数的描述正确的是()。A温度变化，气体粘性系数随之变化，而液体粘性系数则保持不变B流体动力粘性系数等于流动粘性系数与密度的比C运动粘性系数大的流体，动力粘性系数也大D运动粘性系数的单位为m2/sD15. 设半径为r0的有压圆管的流速分布u=a+br+cr2，若过流断面上的最大流速为umax，试求系数a、b、c。设半径为r0的有压圆管的流速分布u=a+br+cr2，若过流断面上的最大流速为umax，试求系数a、b、c。
9、考虑粘性流体的定解条件。 (1)由r=0时，u=umax，可得：a=umax (2)由r=0时，可得：b=0 (3)由r=r0时，u=0，可得： 16. 三个质量、半径相同的圆盘A、B和C，放在光滑的水平面上;同样大小、方向的力F分别作用于三个圆盘的不同点，则惯性力分别向各自质心简化的结果是( )。A.惯性力主矢、主矩都相等B.惯性力主矢相等、主矩不相等C.惯性力主矢不相等、主矩相等D.惯性力主矢、主矩都不相等参考答案：B17. 求下列矩阵的逆矩阵：(1)1+2； (2)0-22，其中0为22单位矩阵，i=(i=1、2，3)均是Pauli矩阵求下列矩阵的逆矩阵：(1)1+2；(2)0-22，其
10、中0为22单位矩阵，i=(i=1、2，3)均是Pauli矩阵解法一 (1)由于(=0，1，2，3)是22矩阵的完备基，可设(1+2)-1=，其中(=0，1，2，3)是待定常数这样 0=(1+2)(00+11+22+33) =01+02+10-i13+i23+20+i32-i31 =(1+2)0+(0-i3)1+(0+i3)2+(-i1+i2)3 上式1，2，3的系数都应等于零，而l+_2=1联立求解即有1=2=12，0=3=0于是 (2)设(0-22)-1=，其中(=0，1，2，3)是待定常数这样 (0=(0-22)(00+11+22+33) =00+11+22+33-202+2i13-220
11、-2i31 =(0-22)0+(1-2i3)1+(-20+2)2+(3+2i1)3 上式1，2，3的系数都应等于零，而0-22=1联立求解即有1=3=0，0=-13，2=-23于是 解法二 (1)由于 其中，满足自逆条件这佯 (2)由于 若令，则 即有，这样 上式的第一个等号用了2的自逆条件 18. 力的三要素中任何一个因素发生了改变，力的作用效果都会随之改变。( )A.错误B.正确参考答案：B19. 低碳钢试件在整个拉伸过程中，应力应变曲线变化分为( )阶段。A.比例B.颈缩C.屈服D.强化E.弹性参考答案：BCDE20. 轴向受拉压杆件截面上的应力是( )A.间断性分布B.不均匀分布C.线性分布D.均匀分布参考答案：D21. 梁的高度越大，则梁的抗弯能力也越大。( )A.错误B.正确参考答案：B22. 平移刚体的惯性力系可以简化为通过质心的( )，其大小等于刚体的( )与加速度的乘积，合力方向与加速度的方向( )。A.合力、质点、相反B.合力、质量、相反C.合力、质点、相同D.合力、质量、相同参考答案：B23. 宽顶堰淹没溢流的堰上水深_临界水深。宽顶堰淹没溢流的堰上水深_临界水深。大于24. 可提高梁弯曲强度的有效措施有( )。A.增大梁的抗弯截面模量B.选择
