第二章《质点运动学》习题答案

发布 2022-07-15 14:49:28 阅读 6915

2.1.1解:⑴轨迹方程为的直线。,消去参数t得轨迹方程。

2.1.2 解:⑴由运动学方程可知:,所以,质点是在z=2平面内的第一像限的一条双曲线上运动。

所以,位移大小:

2.1.3解:⑴,消去参数t得:

解:,在图示的矢量三角形中,应用余弦定理,可求得:

据正弦定理:

2.2.2 解:由于δt很小,所以,其中,

其大小。与x轴夹角。

2.2.3.解:声音传播情况如图所示,北京人听到演奏声音。

所需时间:广州人听到演奏声音所需时间:

2.2.5解:

对矢量三角形应用余弦定理:

由正弦定理:

2.2.6解:⑴

2.3.3解:

因为v>0,a>0,所以,跳伞员做加速直线运动,但当t→∞时,v→β,a→0,说明经过较长时间后,跳伞员将做匀速直线运动。

2.3.4 解:

将v0=180km/h,x=1.5km代入。

2.3.5解:设整个绳长为l,取图示坐标o-x,则3xa+(-4xb) =l

对时间求两次导数,3aa=4ab,所以ab = 3aa/4=3×0.5g/4 = 3g/8

2.3.6解:x=10t+3t2,v=dx/dt=10+6t,a=dv/dt=6,t=0时,x=0,v=10

将坐标原点向x轴正向移动2m,即令x'=x-2,x=x'+2,则运动学方程为:x'=10t+3t2-2,∵v'=dx'/dt=10+6t,∴v'=v

将计时起点前移1s,即令t'=t+1,t=t'-1,则运动学方程变为:x=10(t'-1)+3(t'-1)2= 10t'-10+3t'2- 6t'+3= 4t'+ 3t'2 -7

v'=dx/dt'=4+6t',t'=0时,x= -7,v'=4,加速度a不变。

2.4.1解:

令vx=0,由速度表达式可求出对应时刻t=3,由于3秒前质点沿x轴反向运动,3秒后质点沿x轴正向运动,所以路程:

2.4.2解:

2.4.3解:,2.4.4 解:

2.4.5解:以上坡者出发点为原点沿其前进方向建立坐标o-x,用脚标1表示上坡者,用脚标2表示下坡者。

两人的加速度实际上是相同的:

根据匀变速直线运动公式:

令x1=x2,可求得相遇时间:5t=195-1.5t, t=195/6.5=30s

对于上坡者,在相遇期间做的不一定是单方向直线运动,据上坡者的速度表达式:v1=5-0.2t,令v1=0,求得对应时刻t=25s,所以,上坡者在25s前是在上坡,但25s后却再下坡。

因此,上坡者在30s内走过的路程:

对于下坡者,因为做单方向直线运动,所以30s内走过的路程:

2.4.6解:设每节车厢长为l,以地为参考系,以人所在点为原点建立图示坐标o-x,以第一节车厢的前端点为研究对象,t=0时,前端点的坐标x=0,速度v=0,据匀加速运动公式:

令x=l,求得:,∴

令x=6l,可求得第6节车厢尾端通过人时所需时间t6:

令x=7l,可求得第7节车厢尾端通过人时所需时间t7:

因此,第7节车厢通过人所需时间:

2.4.7 解:以地为参考系,建立图示坐标o-y。据题意,设t=0时,上面石子坐标y1=h,速度v1=v0;t=t0时,下面石子坐标y2=0,v2=v0

根据匀变速直线运动的规律,可知。

2.4.8解:

以电梯为参考系,小孩相对电梯做竖直上抛运动,他从起跳到再次落到地板所需时间,是他从最高处自由下落到地板所需时间的2倍。由自由落体运动公式:,可求得从最高出落到地板所需时间:

,所以小孩做竖直上抛所需时间为0.64s,在此时间内电梯对地下落距离:

l = 1.0×0.64 = 0.64 m

2.5.1解:

2.5.2解:以a点为原点建立图示坐标系,取发射时刻为计时起点,两点间距离为s,初始条件如图所示。

y vaovbo

a s bx

据斜抛规律有:

满足题中条件,在最高点相遇,必有vay=vby=0,xa=xb

2.5.3解:以发射点为原点,建立图示坐标o-x,斜抛物体的轨迹方程为:

本题,α=60°,v0=150m/s,a点坐标xa,ya应满足轨迹方程,所以:

另外,根据图中几何关系,可知:

代入①中,有:

2.6.1 解:s=80t-t2

v=ds/dt=80-2t ②

令s=1200,由①可求得对应时间:

将t=60代入②中,v=-40,不合题意,舍去;将t=20代入②中,v=40m/s,此即列车前进到1200m处的速率。

2.6.2解:

沿火车运动的圆形轨道建立弧坐标o-s,t=0时,s=0,v=v0=200km/h=55.56m/s。据题意aτ= 2g,v=v0+aτt=v0 -2g t,an=v2/r=(v0-2gt)2/r。

∴a=(aτ2+an2)1/2=[4g2+(v0 -2gt)4/r2]1/2,显然,t=0时,a最大,2.6.3解:

加速度与切向单位矢量夹角:

2.8.1 解:,由矢量图可知,,其中,v风地=100km/h=27.78m/s,∴可求得:

2.8.3解:

以卡车为参考系,设抛体初速为v0,由于要落回原抛出点,故方向只能竖直向上,即抛体相对车只能作竖直上抛运动。取向上方向为正,抛体相对车任意时刻速度 v = v0 - g t ⑴

由题意,抛体落回原地所需时间 t = 60/30 = 2(s),落到车上时的速度 v = v0 ,把数值代入⑴中,可求得 v0 = 9.8 m/s.

b 120m cbvul v

1u α 2

aa第一次渡河矢量图第二次渡河矢量图。

2.8.4 解:以船为运动质点,水为动系,岸为静系,由相对运动公式。

由第一次渡河矢量图可知:

v=bc/t1=120/600=0.2m/s, ⑴

u = l / t1l = u t1 ⑶.由第二次渡河矢量图可知:

2 = l / t2cosα= 2/ u ⑸,v = u sinα ⑹

把⑵、⑷代入⑸,求得 cosα=t1/t2=600/750=4/5, sinα=(1-cos2α)1/2=3/5 ⑺

把⑴、⑺代入⑹,求得 u = 0.2×5/3 = 1/3 (m/s). 再把u的数值代入⑶,求得l = 600/3 = 200(m).

答:河宽200米,水流速度0.2米/秒;第二次渡河时,船对水的速度是1/3米,与河岸垂直方向所成角度α=arccos(4/5)=3652’.

2.8.5解:由相对运动公式:,显然矢量三角形为等边三角形,所以,v12=20km/h,方向向东偏南60°

第01章质点运动学作业题答案

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