大学普通物理课后习题.doc

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1、113 由于风向变化，一帆船不断改变航向。它先沿北偏东 行驶 ，然后北偏西 行驶 ，最后又沿北偏东 行驶 。上述航程经历了 h min 。 求：(1) 此期间帆船的总位移； (2) 此期间帆船的平均速度；(3) 如果在整个航程中速率不变，求速率。 指导： 解此题应先建立平面直角坐标系，将每一段位移用坐标分量 、 表示，然后叠加 总位移为 ；再由定义式求平均速度 和速率 ，式中 。 114 根据例11算出的运动学方程，计算小船在该坐标系中的速度和加速度。指导： 此题由例11算出的运动学方程 对时间求一阶导数 二阶导数 可得速度和加速度。 115 一质点的初始位置为 ，它的初速度 。此质点以恒加速

2、度 运动。 (1) 什么时刻质点的 坐标为最大值？ (2) 求该时刻质点的位置矢量。 提示： 此质点在 和 坐标轴上的投影点都是匀变速直线运动。指导：(1)这是求极值的问题，要求坐标的最大值，则，即，由匀变速直线运动的公式 解出坐标为最大值时的时间。 (2)将代入式，中，求出时刻和质点的位置 。116 某质点的运动学方程为 (1) 写出此质点的速度矢量式；(2) 求它的速率表达式； (3) 求此质点在前 内走过的路程；(4) 求它的加速度矢量式； (5) 求该质点的法向加速度和切向加速度。指导： 从运动方程可知，质点作圆周运动。可直接由定义式 ， ， ， ， 求出各量。 117(1)设题114

3、中船的质量为 ，求船所受的合力的大小； (2)设题115中质点的质量为 ，求该质点所受的合力的矢量式； (3)设题116中质点的质量为 ，求该质点所受的法向力和切向力。指导：由于各物体的加速度均已知，所以可直接由 ， 求解。 118 有一定滑轮，半径为 ，沿轮周绕着一根绳子，设悬在绳子一端的物体按 的规律运动，绳子和滑轮之间没有滑动。求轮周上任一点 在 时刻的速度、切向加速度、法向加速度和总加速度。指导： 由于轮周上任一点速度大小和物体的速率相同，所以可由定义式速度 ，切向加速度 ， 法向加速度 ， 总加速度 求解。 119 将质量为 小球系在倾角 为 的光滑斜面上，如图所示 。当斜面以加速度

4、 沿水平向左运动时,求：(1) 绳的张力；(2) 斜面对球的支持力；(3) 当加速度至少多大时,斜面对球的支持力为零；(4) 当加速度至少多大时,绳的张力为零。指导： 显然，此题应以地面为参照系由牛顿第二定律求解。应先受力分析，在平行于斜面和垂直于斜面两个方向列出动力学方程 式中重力 ，可 (1)求解出绳的张力 ，(2)解出斜面给小球的正压力，(3)将 代入可得斜面运动的加速度，(4)将 代入可得绳的张力为零时斜面运动的最小加速度。 120 质量为 的物体系于长度为 的绳的一端，在竖直平面内绕绳子的另一端作圆周运动。设 时刻物体速度的大小为 ,绳子与竖直方向成 角,如图所示。求 时刻绳中的张力

5、和物体的切向加速度。指导： 此题应以小球为研究对象，小球作圆周运动，用切向坐标和法向坐标讨论较为方便。在切向和法向上列出动力学方程 和 ，解出 与 ，绳对小球的拉力与绳中的张力是一对作用力和反作用力，大小相等方向相反 。 121 有一飞机在俯冲后沿一竖直圆周轨道飞行，设飞机的速率恒定为 。为使飞机的加速度不超过重力加速度的 倍 ，此圆周轨道的最小半径应为多少？设驾驶员的质量为 ，在最小圆周轨道的最低点，他对座椅的压力为多大？指导： (1)飞机在竖直平面作匀速圆周运动，其加速度沿法向，由可知， 当飞机的加速度取最大值时，圆周轨道半径最小，为； (2)在轨道最低点驾驶员受的正压力(支撑力)和重力都

6、沿法向，由 求出正压力 ，它与驾驶员对座椅的压力大小相等，是一对作用力与反作用力。 *122 一质量为的质点沿直线运动。开始时刻速度为 。设它所受阻力与速度的大小成正比，即 为正的常量 。求速度 随时间变化的函数关系。 提示： 由牛顿第二定律，得，再将上式变换为，然后等式两边分别积分。指导： 此题质点受变力运动，其加速度是变量，不可用匀变速直线运动的公式求解。应由牛顿第二定律 ，得，再将上式变换为，因时速度为，上式两边分别积分，得， 。 215 用蒸汽锤对金属加工，锤的质量为 ，打击时的速度为 ，打击时间为 。求汽锤对金属的打击力。 指导： 在打击中，锤因受到工件的反冲击，速度发生了变化，打击

7、结束时速度为零,由质点的动量定理 ，可求得锤受到的冲击力 ，汽锤对金属的打击力与锤受到的冲击力是一对作用力与反作用力， 。 216 一质量为 的人，以的速度跳上一辆迎面开来速度为的小车，小车的质量为 。求人跳上小车后，人和车共同运动的速度。指导： 显然，此题用动量守恒定律解，但解此题需先选定坐标轴的正方向，确定各物体速度的正负，若以人的动量 的指向为坐标轴的正方向，由动量守恒定律 ，式中 ， ，可解出结果。式中“”表示方向与人上车前的速度的方向相反，而与小车原来的运动方向相同。 217 高空走钢丝演员的质量为 ，为安全起见,演员腰上系一根 长的弹性的安全带，弹性缓冲时间为 ，当演员不慎跌下时，

8、在缓冲时间内安全带给演员的平均作用力有多大？若缓冲时间为 ,平均作用力为多大？指导： 该题分两个过程讨论，演员先从高度为 处作自由落体运动，由 求出安全带刚拉直时演员的速度 ，再由动量定理 求出演员所受的合力，注意，此时演员受向上的拉力 和向下的重力 作用，以速度的方向为正方向，合力 ，所以 ，题中要求的平均作用力仅为安全带给演员的平均拉力为 。 218 一静止物体，由于内部作用而炸裂成三块，其中两块质量相等，并以相同的速率 沿互相垂直的方向分开，第三块的质量 倍于其他任一块的质量。求第三块的速度大小和方向。 指导： 物体炸裂时的内力远大于物体所受的外力重力，所以系统动量守恒。三块的动量和为

9、。可用两种方法求解，一是解析法：以互相垂直的两块的动量方向为坐标轴的 、 轴方向，则第三块的动量 ， 得 第三块的速度大小为 ，其方向用动量与 轴夹角 表示 。二是矢量法：用矢量三角形解，如图，第三块速度的方向与其他两块的速度方向均成 角，由矢量图可得 ，可求出第三块的速度大小。 219 一个不遵守虎克定律的实际弹簧,它的弹性力 与形变的关系为 式中 ，。 求弹簧由 伸长到 时，弹性力所作的功。指导： 这是一道典型的变力作功的问题，应用定义 代入数据即可。 220 一人从 深的井中提水，起始时，桶中装有 的水，桶的质量为 ，由于水桶漏水，每升高 要漏去 的水，求水桶匀速地从井中提到井口，人所作

10、的功。指导： 水桶匀速上升，由牛顿第二定律，水桶所受合力为0，人的拉力等于水桶的重力 ，但因水的质量随高度减少，所以这是变力作功问题。选井中水面为坐标原点，向上为 轴正向，在 处水桶和水的总质量为 ，由定义 积分 ，可求出人所作的功。 221 质量为 的物体沿 轴作直线运动，所受合外力 ，如果在 处时速度 ，试求该物体移动到 处时速度的大小。指导： 已知物体受力与位置的关系，求运动速度，可用动能定理 求解。其中 ， ，故可得 。 222 质量为 的小球系于绳的一端，另一端固接于 点。绳长 。将小球拉至水平位置 ，然后放手。求小球经过圆弧上 、 、 点时的 (1)速度； (2)加速度； (3)绳

11、中的张力。假定不计空气阻力,并且已知 指导： (1)取小球和地球为研究系统，系统所受外力为绳的拉力，但在小球运动过程中，小球的位移与外力垂直，拉力不作功，系统机械能守恒， ，即 ， 为 时刻绳与水平 方向的夹角，由此可求出小球在各位置的速率 。(2)由牛顿第二定律，切向力 ， 。法向力 ，而 ，(3)绳中的张力 。代入数据可得小球经过 、 、 各点时的速度、 加速度和绳中的张力 223 质量为 的子弹，在枪筒中前进时受到的合力大小为 子弹在枪口的速度是 。计算枪筒的长度。指导： 此题是已知物体受力与位置的关系和物体速度变化求物体所走过的距离 的问题，可用动能定理解。由功的定义式 求出功与距离

12、的关系，再由 ， ，解出距离 。 224 一弹簧，原长 ，劲度系数为 ，上端固定，下端挂一质量为 的物体。先用手托住，使弹簧保持原长。 (1) 如将物体托住慢慢放下，达静止(平衡位置)时，弹簧的最大伸长和弹性力是多少？ (2)如突然松手释放物体，物体达到最大位移，弹簧的最大伸长和弹性力是多少？物体经平衡位置时的速度时多少？提示： (1)平衡位置，合力等于零；(2) 最大位移时，瞬时速度等于零，也就是动能等于零。指导： 取弹簧、物体和地球为研究系统，系统所受合外力为0，机械能守恒。此题中势能有两部分，一是物体、地球系统的重力势能，另一是弹簧、物体系统的弹性势能。(1)由平衡位置合力为零 ， ，求

13、出物体在平衡位置时 弹性力 和弹簧伸长量 ；(2)由物体从突然松手时到最大位移时机械能守恒 ，其中 ， 求出弹簧的最大伸长 和弹性力 ；(3)由物体从初始位置到平衡位置机械能守恒 ， 即 ，且 ，即 求出物体经 平衡位置时的速度 。 225 弹簧下面悬挂质量分别为 和 的两个物体。最初，它们处于静止状态，突然剪断 和 之间的连线，使 脱落。试用动能定理或功能原理计算， 的最大速率是多少？已知 ， ， 。指导： 先建坐标，若以弹簧的原长端点的位置为原点，向下为 轴正向， 的初始位置为 ， 剪断后， 到达新的平衡位置 时速度最大， 受力 ，由动能定理 ，式中 ，可得 解出最大速率 。 *226 如

14、图所示，质量为 的小球，系在绳的一端，绳的另一端固定在 点，绳长 。今将小球以水平初速 从 点抛出，使小球在竖直平面内绕一周(不计空气阻力)。(1)求证 必须满足的条件： 。(2)设 ，求小球在圆周上 点 ( )时, 绳子对小球的拉力。 指导： 取小球和地球为系统，系统所受外力为绳的拉力，但在小球运动过程中，小球的位移与拉力垂直，拉力不作功，系统机械能守恒，设绳与 成角时，小球的速度为，则，由此求出小球速度与初速度的关系。(1)小球在最高点处有 ，而 ，从而证出 ，(2)由机械能守恒 代入已知条件 时,在 的 点 ，由牛顿第二定律, 在法向 ，可得绳子对小球的拉力 。 316 细棒长为,质量为，设转轴通过棒上离中心为 一点并与棒垂直，则棒对此轴的转动惯量为(用平行轴定理计算)指导： 细棒对过质心的垂直轴的转动惯量为 ，由平行轴定理 ，, 可求出结果。 317 在半径为 的均匀薄圆盘中挖出一直径为 的圆形面积，所剩部分质量为 ，圆形空面积的中心距圆盘的中心为 ，求所剩部分对通过盘心且与盘面垂直的轴的转动惯量。指导： 此题用补偿法解，先求未挖过的半径为实心大圆盘对轴线的转动惯量，再由平行轴定理求半径为的小圆盘对边缘且垂直于盘的轴的转动惯量 （ ），即 两者之差即为所要求的剩余部分转动惯量。式中各部分质量可这样求： 小圆盘的面积 ，实心大圆盘的面积 ，