一、 质点运动。
一。选择题:
1.解:选b。运动到最高点时速度为零,故有:,得t = 2s。
2.解:选c。船速:
收绳速率:
得。故船为变加速直线运动。
3. 解:选b。区分平均速度和平均速率的定义。
4.解:选a。
5. 解:选c。
方法一对题中给出的四个备选方程进行计算,通过微分得出速度的表达式m/s及将t =3s代入方程可得 x = 9m,符合这两个条件的方程就是要选的方程。有速度,看出只有c和d可得,将t =3s代入各运动方程中,c可得x = 9m,所以选c。
方法二选用积分法。一般方法是已知速度的表达式和初始条件,即t =0时的质点位置x0,通过对速度积分,可得质点的运动方程。
二。填空题:
1.解: ∵
2.解。两边积分有:
3.解: 总加速度与半径夹45°角时,总加速度与圆周的正切线方向也成45°,即=45°。
切向加速度大小等于向心加速度大小,所以a n = a ,质点从高静止出发,切向加速度为常量,速度的表达式应为,故有:
将r = 3.0 m和代入,可得:
t = 1s
此时,质点的速度大小为。
质点的加速度大小为。
4.解: x ( t ) 作初速度为零的加速直线运动。
积分得: 得:
双方积分有:,得:
y(t)作初速度为2ms-1的匀速直线运动:
5. 解: 河水的流速表示为1=20m/s,船在静水中的速度表示为2=15m/s,水的流速方向和船在静水中的速度相互垂直,所以船的速度大小为。
船的速度方向与河岸的夹角为:
三。计算题:
1.解: ∵时 ∴
即后, 由 , 有: ,得:
由, ,得:
后: 2.解:如图以表示质点对地的速度。
则 当时,的大小为。
的方向与轴的夹角γ
3. 解:以地面为参考系,以螺钉松落时升降机底板的位置为坐标原点,向上为x轴正方向,以此时为t = 0时刻。以x1和x2分别表示任一t时刻螺钉和底板的位置,则。
螺钉的运动 :
底板的运动 : 0为t = 0时刻升降机(及螺钉)的速度。
x0 = d = 20m,螺钉落到底板上,即x1=x2,将两式联立。
四。证明题:
得: 两边积分 , 得:
二、 质点动力学。
一。选择题:
1. 解:选(c)。当紧靠在圆筒内壁而不下落时,受到的摩擦力与重力平衡,又因为与筒壁提供给的向心力的反作用力的大小成正比,如图所示,故:
2. 解:选(a)。如图所示:
12.78rad·s-1≈13 rad·s-1
3. 解:选(b)。质点m越过a角前、后的速度如图所。
由题知: 由动量定理知:
所以: 4.解:选(b)。初始位置矢量,末位置矢量。
则: 5. 解:选(a)。设质点在点的速率为,则由动能定理知:
其中 当质点运动到点时下式满足:
6. 解:选(b)。
题目所求的是小球对木板的压力,本应以木板为研究对象,但木板必定还要受到未知的其它力的作用才能平衡,所以不能以木板为研究对象。
根据牛顿第三定律,此题以小球为研究对象,用t1表示木板对小球的支持力,它是小球对木板的压力的反作用力。
这三个力平衡,
则有: 当角缓慢增大时,sin增大,t1减小,小球对木板。
的压力将减小,选b。
二。填空题。
1.选沿着、的运动方向为x轴正向,则。
由受力图知:
因为绳不伸长:
2.(1). 当弹簧长度为原长时,系统的重力势能为。又因为在o点重物平衡,即:,所以系统在o'点的重力势能又可表为:。
2). 系统的弹性势能为:。
3). 系统的总势能为。
3.坐标系和受力分析如图所示,设摩擦力为,物体沿斜面向上方运动的距离为,则:
4.选弹簧压缩最大距离即o点为重力势能的零点,弹簧的自然长o'为弹性势能的零点。视物体和弹簧为物体系。
初态体系总能量为:
末态体系总能量为:
体系由初态到末态的全过程中只有保守力作功。故机械能守恒。所以
三。计算题:
1. 解:在最高点和最低点绳中张力分别用t1和t2表示,在最高点的运动方程为:
令t1 = 0,得:
即至少为时,才能保证水不流出来,在最高点绳中的张力t1=0。
在最低点的运动方程为:
将角速度代入上式,在最低点绳中的张力为:
2. 解:设木块与弹簧接触时的动能为。当弹簧压缩了时,木块的动能为零。
根据动能原理:
3. 解:设炮车自斜面顶端滑至l处时,其速率为。由机械能守恒定律知:
以炮车、炮弹为物体系,在l处发射炮弹的过程中,系统沿斜面方向的外力可以忽略,则系统沿斜面方向动量守恒。故。
第三章刚体的定轴转动。
一。选择题:
1. 解:选(c)。
∵的方向不断改变,而大小不变。
∴ 不断改变。
质点所受外力通过圆心,所以产生的力矩为零则角动量守恒。
2. 解:选(c)。
根据开普勒定律得出。
3. 解:选(d)。
根据匀质圆盘对中心垂直轴的转动惯量计算式,半径为r的匀质圆盘转动惯量。
当质量不变而半径变成2r时,转动惯量。
4. 解:选(b)。
选子弹和棒为系统系统对转轴的力矩为零,所以系统角动量守恒。设所求棒的角速度为ω以俯视图的逆时针方向为正方向。
初角动量: 末角动量:
所以由角动量守恒定律:
5. 解:选(b)。
用0和分别表示三个轮子啮合前后的角速度的大小,每个轮子对转轴的转动惯量都用j表示。在啮合前,以转动方向相同的两个轮子的转动方向为转动正方向,三个轮子组成的系统对转轴的角动量为2j0- j0= j0;在啮合后它们对转轴的角动量为3j。
在啮合过程中,它们受到的力都通过转轴,力矩为零,对转轴角动量守恒。
j0 = 3j
可得 = 0/3
啮合后系统的角速度大小是原角速度的1/3。
二。填空题:
1.解: ∵角动量为,系统的转动惯量为:
系统的角速度为:
2.解:如图。
距转轴处选线元。
其线元所受重力为:
所以杆转动时线元所受摩擦力矩大小为:
所以杆转动时所受摩擦力矩大小为:
3.解:选人、转椅和双手各持的哑铃为系统,系统变化过程中所受外力矩为零,所以系统的角动量守恒。由角动量守恒定律有:
初角动量。其中,,
末角动量。其中, i’2=2×5×(0.2)2 kg·m2 ,ω为所求。
则。8 rad·s-1
4.解:选子弹和杆为系统,在子弹射入前后瞬间,系统对转轴所受外力矩为零,所以系统动量矩守恒。
初角动量为:
末角动量为。
5.解:① 由已知及转动定律有:
当时。② 由动量矩定理有:
6.解:细杆置于水平位置时,重力对转轴的力矩为,细杆对转轴的转动惯量为。根据转动定理,可得在释放的瞬间,杆的角速度的大小为:
当细杆转到竖直位置时,重力的反向延长线通过转轴,对转轴的力矩为0,根据转动定理,其角加速度的大小为0。
7.解:∵ ,即,则。而。
圈。三。计算题:
1.解:在第一分钟内的角位移rad。
由于飞轮从静止开始转动,所以飞轮的运动方程为:
飞轮的角加速度为:
rad/s2
第15秒末的角速度为:
rad/s2.解:
分两个过程求解。
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