第2章答案

发布 2023-05-18 19:47:28 阅读 3602

习题。1、已知一质量为 m 的质点在 x 轴上运动,质点只受到指向原点的引力作用,引力大小与质点离原点的距离 x 的平方成反比,即 , k 是比例常数,设质点在 x = a 时的速度为零,求 x = a / 2 处的速度大小。

2、铅直平面内的圆周运动。如图所示,长为 l 的轻绳,一端系质量为 m 的小球,另一端系于定点 o 。开始时小球处于最低位置。

若使小球获得如图所示的初速 v0,小球将在铅直平面内作圆周运动。求小球在任意位置的速率 v 及绳的张力 t。

解: 由题意知,在 t=0 时,小球位于最低点,速率为 v0。在时刻 t 时,小球位于 p 点,轻绳与铅直成角,速率为 v。

此时小球受重力 mg 和绳的拉力 t 作用。由于绳的质量不计,故绳的张力就等于绳对小球的拉力。建立自然坐标系,由牛顿第二定律。

由(1)式右边上下同乘。

两边同乘l:

将上式代入(2)式:

3、质量为 m 的物体,在的外力作用下沿 x 轴运动,已知 t=0 时,, 求:物体在任意时刻的加速度 a,速度 v 和位移 x 。

4、如图,一条长为l的匀质柔软链条开始时静止于水平ab上,其一端至d至b的距离为l—,余下部分放在倾角为的光滑斜面上,水平面与链条之间的滑动摩擦系数为,求d端滑至b点时链条的速度。

解:选b点为轴的坐标原点,轴平行斜面,向下为正。牵引整条链子运动的下滑是位于斜面上的链子所受的重力沿斜面方向的分力,阻力为水平面与链条之间的滑动摩擦力。

下滑力和摩擦力均为变力,两者之差为合力。设链条线密度为。

下滑力的大小p和摩擦力的大小f分别为。

由牛顿第二定律有。

两边积分得。

ad b五、光滑水平面上固定一个半径为的圆环,一个质量为的物体以初速度靠着圆环内壁,做圆周运动。物体与环壁的摩擦系数为,求物体任意时刻的速率。

解:建立自然坐标,切向。法向。而。

分离变量积分

得 六质量为的质点,在外力作用下,沿轴运动,已知,质点位于原点,这是速度为0,力随着距离线性的减少,且时,时,。求:质点在处的速率。

解: 由题意。

由牛顿第二定律有。

七、一质量为10kg的物体沿轴无摩擦的运动,时,物体位于原点,速度为0,问(1)设物体在力作用下,运动了3s,它的速度和加速度为多大?(2)设物体在力作用下,运动了3m,它的速度和加速度为多大?

解:(1)由牛顿第二定律有。

2)由牛顿第二定律有。

八、如图,长为的软绳,挂在半径忽略不计的光滑销钉上,开始时。试证:当时,加速度和速度分别为。

解:选b点为轴的坐标原点。设软绳质量为m线密度为所受合外力为。

当时。证毕。

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