大学物理第三章习题答案

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1、 解:解:以以每每秒秒燃燃烧烧的的气气体体为为研研究究对对象象,飞飞行行方方向向为为正正方方向向,根根据据动量定理:动量定理: 3.1 某某喷喷气气式式飞飞机机以以200ms-1的的速速率率在在空空中中飞飞行行,引引擎擎中中吸吸入入50kgs-1的的空空气气与与飞飞机机内内2kgh-1的的燃燃料料混混合合燃燃烧烧,燃燃烧烧后后的的气气体体相相对对于于飞飞机机以以400ms-1的的速速度度向向后后喷喷出出试试求求此此喷喷气气式式飞飞机机引擎的推力。引擎的推力。其中其中可求得可求得精选ppt3.3 如图所示,传递带以恒定的速度如图所示,传递带以恒定的速度 v 水平运动,传递带上方高水平运动,传递带

2、上方高为为H 处有一盛饲料的漏斗,它向下释放饲料,若单位时间的落料处有一盛饲料的漏斗,它向下释放饲料,若单位时间的落料量为量为 r r ,试求传递带受到饲料的作用力的大小和方向(不计相对,试求传递带受到饲料的作用力的大小和方向(不计相对传送带静止的饲料质量)传送带静止的饲料质量)Hv解解以以 tt+dt 内落到传递带上的饲内落到传递带上的饲料为研究对象,它的质量为料为研究对象,它的质量为 dm = r rdt ,在与传递带接触之前的,在与传递带接触之前的速度大小为:速度大小为:与传递带接触之后的末动量为:与传递带接触之后的末动量为:则初动量为:则初动量为:该研究对象受到传递带的弹力和自身重力,

3、分别为:该研究对象受到传递带的弹力和自身重力,分别为:根据根据动量定理动量定理精选ppt忽略微小量忽略微小量得:得:由矢量三角形可知:由矢量三角形可知:与传递带的夹角为:与传递带的夹角为:所以,传递带受到饲料的作用力所以,传递带受到饲料的作用力与与互为作用力和反作用力互为作用力和反作用力的大小:与的大小:与的大小相同;方向:与的大小相同;方向:与的方向相反。的方向相反。精选ppt,人相对转台的角速度为,人相对转台的角速度为 ,设转台相对轴的角速度为设转台相对轴的角速度为3.7 一水平均质圆台的质量为一水平均质圆台的质量为200200kg,半径为,半径为2 2m,可绕通过其中,可绕通过其中心的铅

4、直轴自由旋转心的铅直轴自由旋转( (即轴摩擦忽略不计即轴摩擦忽略不计) )今有一质量为今有一质量为6060kg的的人站在圆台边缘开始时,人和转台都静止,如果人在台上以人站在圆台边缘开始时,人和转台都静止,如果人在台上以1.21.2ms-1的速率沿台边缘逆时针方向奔跑,求此圆台转动的角的速率沿台边缘逆时针方向奔跑,求此圆台转动的角速度速度则人对轴的角速度为则人对轴的角速度为系统角动量守恒系统角动量守恒解:解:其中其中精选ppt3.10 在一光滑水平面上固定半圆形滑槽,质量为在一光滑水平面上固定半圆形滑槽,质量为m的滑块以初速的滑块以初速度度v0沿切线方向进入滑槽端,滑块与滑槽的摩擦系数为沿切线方

5、向进入滑槽端,滑块与滑槽的摩擦系数为 ,滑,滑块块运动情况及受力分析如图所示试求当滑块从滑槽另一端滑出时,运动情况及受力分析如图所示试求当滑块从滑槽另一端滑出时,摩擦力所做的功摩擦力所做的功 由动能定理有:由动能定理有:解解:精选ppt3.12、如图所示,有一表面光滑的圆柱体和一弹簧、如图所示,有一表面光滑的圆柱体和一弹簧T,圆柱体的,圆柱体的底面半径为底面半径为R,弹簧的质量为弹簧的质量为m,劲度系数为劲度系数为k.开始时质量为开始时质量为m的的物体在物体在A处,弹簧无伸长,如果在拉力处,弹簧无伸长,如果在拉力F的作用下,它沿柱面切的作用下,它沿柱面切向匀速地由向匀速地由C运动到运动到B处,

6、试计算处,试计算F所做的功。(假定所做的功。(假定F始终与柱始终与柱面相切)面相切)重力所作的功为:重力所作的功为: 弹力所作的功为:弹力所作的功为:解:解:由题意,在整个过程中,由题意,在整个过程中,精选ppt对物体,由动能定理,得对物体,由动能定理,得可求得可求得整个过程中,拉力所做的功为整个过程中,拉力所做的功为A,精选ppt3.17、氢原子中的电子在圆形轨道上绕核运动,速率为、氢原子中的电子在圆形轨道上绕核运动,速率为v,电子受,电子受到大小为到大小为 的向心力(电相互作用)的作用,其中的向心力(电相互作用)的作用,其中e为电为电子和质子的电量,子和质子的电量,r为轨道半径,为轨道半径

7、, 为恒量。为恒量。(1)试证明轨道半径为)试证明轨道半径为 ;(2)假设电子对核的角动量只能取)假设电子对核的角动量只能取h/2的整数倍,其中的整数倍,其中h为为 普朗克常量。试证明电子可能的轨道半径满足下式普朗克常量。试证明电子可能的轨道半径满足下式式中式中n为正整数;为正整数;(3)试证明符合以上两个要求的轨道半径必须满足下式)试证明符合以上两个要求的轨道半径必须满足下式 ,式中,式中n为正整数为正整数精选ppt解:解:由题意可知由题意可知(1)(2)电子做圆周运动,其对核的角动量为)电子做圆周运动,其对核的角动量为L=rmv,依题意有依题意有(3)由)由可得带入带入整理可得整理可得精选

8、ppt3.18、两个溜冰爱好者的质量都为、两个溜冰爱好者的质量都为70kg,都以,都以4m/s的速度在的速度在相距为相距为1.5m的平行线上相对滑行,相遇时互相拉起手,绕的平行线上相对滑行,相遇时互相拉起手,绕它们的对称中心做圆周运动,将此二人视为一个系统。试它们的对称中心做圆周运动,将此二人视为一个系统。试求:(求:(1)该系统的总动量和总角动量;()该系统的总动量和总角动量;(2)圆周运动的)圆周运动的初始角速度。初始角速度。解:解:由题意可知由题意可知(1)由于二人的质量、速率相等,但速度方向相反,故总由于二人的质量、速率相等,但速度方向相反,故总 动量为零,即动量为零,即P = P1+

9、 P2= m v - m v = 0总角动量为:总角动量为:(2)根据角动量定理有:根据角动量定理有:其中:其中:w0=16/3(rad/s)精选ppt3.20 如图所示,质量为如图所示,质量为 2m ,长,长 l 的均匀细杆可绕通过其上端的的均匀细杆可绕通过其上端的水平光滑固定轴水平光滑固定轴 O 转动,另一质量为转动,另一质量为 m 的小球,用长也为的小球,用长也为 l 的的轻绳系于轻绳系于O 轴上。开始时杆静止在竖直位置,现将小球在垂直于轴上。开始时杆静止在竖直位置,现将小球在垂直于轴的平面内拉开一角度轴的平面内拉开一角度,然后使其自由摆下与杆端相碰撞(设,然后使其自由摆下与杆端相碰撞(

10、设为为弹性碰撞弹性碰撞),结果使杆的最大偏角为),结果使杆的最大偏角为/ 3,求小球最初被拉开,求小球最初被拉开的角度的角度。Oll解解设小球与杆端碰前的速度为设小球与杆端碰前的速度为 v ,对小球由对小球由机械能守恒机械能守恒得:得:小球与杆端碰撞瞬间,系统的小球与杆端碰撞瞬间,系统的角动量守恒角动量守恒,得得精选pptOll小球与杆端碰撞是完全弹性碰撞,碰撞过小球与杆端碰撞是完全弹性碰撞,碰撞过程中程中动能守恒动能守恒,得:,得:碰后,杆上升,只有重力做功,对杆,碰后,杆上升,只有重力做功,对杆,机械能守恒机械能守恒,得:,得:联立以上各式,解得:联立以上各式,解得:精选ppt3.24、在

11、一圆柱容器底部有一圆孔,孔的直径为、在一圆柱容器底部有一圆孔,孔的直径为d,圆柱体直圆柱体直径为径为D,容器中水的高度随着水的流出而下降,试找出小孔,容器中水的高度随着水的流出而下降,试找出小孔中水的流速中水的流速v和水面高度和水面高度h之间的关系。之间的关系。解解:由题意可得:由题意可得设设S1与与S2分别为容器与小孔横截面积,分别为容器与小孔横截面积,v1为为容器水面下降速度,容器水面下降速度, v2为水流从小孔中流出为水流从小孔中流出速度,则速度,则又根据连续性方程:又根据连续性方程:规定小孔所在平面为参考平面,据伯努利方程:规定小孔所在平面为参考平面,据伯努利方程:精选ppt3.26、若桶内水深为、若桶内水深为H,在它的一侧低于水面,在它的一侧低于水面h处开一小孔处开一小孔。(1)求射程求射程;(2)在其一侧再开一小孔)在其一侧再开一小孔,求与(求与(1)中射程相同的孔高。)中射程相同的孔高。解:解:由题意可知由题意可知 射程即为水到达地面时距桶的水平距离射程即为水到达地面时距桶的水平距离所以,由伯努利方程:所以,由伯努利方程:小孔距离地面的高度为:小孔距离地面的高度为:所以可求得时间所以可求得时间t: 射程为:射程为:同理,另一小孔的孔高也为同理,另一小孔的孔高也为h精选ppt

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