大学物理刚体的定轴转动习题及答案完整版
刚体定轴转动 大学物理习题答案

薄圆盘对过球心轴的转动惯量为 d J 1 r 2 d m 1 R5 cos 5 d
2
2
J 2
/2 1 r2 dm
/2
R5 cos 5d
8
R 5
8
m R5 2 mR 2
02
0
15
15 4 R 3
5
3
由平行轴定理, J J mR 2 2 mR 2 mR 2 7 mR 2
5
5
悬垂。现有质量 m=8g 的子弹,以 v=200m/s 的速率从 A 点射入棒中,假定 A 点与 O 点的距离为 3 l , 4
如图 4-11 所示。求:(1)棒开始运动时的角速度;(2)棒的最大偏转角。
解:(1) 子弹射入前后系统对 O 点的角动量守恒
mv 3 l J , J 1 Ml 2 m ( 3 l)2 1 1 0.42 0.008 9 0.42 0.054 kg m2
计小球大小)
A
解:M (3m m)g l cos l mg cos ,J 3m( l )2 1 ml2 m( l )2 1 ml 2
4
2
4 12
43
l/4 O
l
图 4-5
13
大学物理练习册—刚体定轴转动
M
l mg cos 2
3g
cos
J
1 ml 2
2l
3
4-6 一均匀圆盘,质量为 m,半径为 R,可绕通过盘中心的光滑竖直轴在水平桌面上转动,如图 4-6 所示。 圆盘与桌面间的动摩擦因数为 ,若用外力推动使其角速度达到 0 时,撤去外力,求(1)转动过程 中,圆盘受到的摩擦力矩;(2)撤去外力后,圆盘还能转动多少时间?
dt d 0
0
大学物理05刚体的定轴转动习题解答

第五章 刚体的定轴转动一 选择题1. 一绕定轴转动的刚体,某时刻的角速度为ω,角加速度为α,则其转动加快的依据是:( )A. α > 0B. ω > 0,α > 0C. ω < 0,α > 0D. ω > 0,α < 0 解:答案是B 。
2. 用铅和铁两种金属制成两个均质圆盘,质量相等且具有相同的厚度,则它们对过盘心且垂直盘面的轴的转动惯量。
( )A. 相等;B. 铅盘的大;C. 铁盘的大;D. 无法确定谁大谁小 解:答案是C 。
简要提示:铅的密度大,所以其半径小,圆盘的转动惯量为:2/2Mr J =。
3. 一轻绳绕在半径为r 的重滑轮上,轮对轴的转动惯量为J ,一是以力F 向下拉绳使轮转动;二是以重量等于F 的重物挂在绳上使之转动,若两种情况使轮边缘获得的切向加速度分别为a 1和a 2,则有: ( )A. a 1 = a 2B. a 1 > a 2C. a 1< a 2D. 无法确定 解:答案是B 。
简要提示:(1) 由定轴转动定律,1αJ Fr =和11αr a =,得:J Fr a /21=(2) 受力分析得:⎪⎩⎪⎨⎧===-2222ααr a J Tr ma T mg ,其中m 为重物的质量,T 为绳子的张力。
得:)/(222mr J Fr a +=,所以a 1 > a 2。
4. 一半径为R ,质量为m 的圆柱体,在切向力F 作用下由静止开始绕轴线作定轴转动,则在2秒内F 对柱体所作功为: ( )A. 4 F 2/ mB. 2 F 2 / mC. F 2 / mD. F 2 / 2 m 解:答案是A 。
简要提示:由定轴转动定律: α221MR FR =,得:mRF t 4212==∆αθ 所以:m F M W /42=∆=θ 5. 一电唱机的转盘正以ω 0的角速度转动,其转动惯量为J 1,现将一转动惯量为J 2的唱片置于转盘上,则共同转动的角速度应为: ( )A .0211ωJ J J +B .0121ωJ J J +C .021ωJ JD .012ωJ J 解:答案是A 。
刚体定轴转动练习题及答案

刚体定轴转动练习题一、选择题1、一刚体以每分钟60转绕Z 轴做匀速转动(ωϖ沿Z 轴正方向)。
设某时刻刚体上一点P 的位置矢量为k j i r ϖϖϖϖ543++=,其单位为m 210-,若以s m /102-为速度单位,则该时刻P 点的速度为:( ) A υϖ=94.2i ϖ+125.6j ϖ+157.0k ϖ; B υϖ=34.4k ϖ; C υϖ=-25.1i ϖ+18.8j ϖ; D υϖ=-25.1i ϖ-18.8j ϖ;2、一均匀细棒OA 可绕通过其一端O 而与棒垂直的水平固定光滑轴转动,如图所示。
今使棒从水平位置由静止开始自由下落,在棒摆动到竖直位置的过程中,下述说法哪一种是正确的?( )A 角速度从小到大,角加速度从大到小。
B 角速度从小到大,角加速度从小到大。
C 角速度从大到小,角加速度从大到小。
D 角速度从大到小,角加速度从小到大。
3、刚体角动量守恒的充分而必要的条件是:( )A 刚体不受外力矩的作用B 刚体所受合外力矩为零C 刚体所受的合外力和合外力矩均为零D 刚体的转动惯量和角速度均保持不变4、某刚体绕定轴做匀变速转动时,对于刚体上距转轴为r 出的任一质元m ∆来说,它的法向加速度和切向加速度分别用n a 和t a 来表示,则下列表述中正确的是 ( )(A )n a 、t a 的大小均随时间变化。
(B )n a 、t a 的大小均保持不变。
(C )n a 的大小变化, t a 的大小恒定不变。
(D )n a 的大小恒定不变, t a 的大小变化。
5、有两个力作用在一个有固定转轴的刚体:(1)这两个力都平行于轴作用时,它们对轴的合力矩一定是零;(2)这两个力都垂直于轴作用时,它们对轴的合力矩可能是零;(3)当这两个力的合力为零时,它们对轴的合力矩也一定是零;(1) 当这两个力对轴的合力矩为零时,它们的合力也一定是零。
A 只有(1)是正确的。
B (1),(2)正确,(3),(4)错误。
大学物理AⅠ刚体定轴转动习题答案及解法

《大学物理A Ⅰ》2010 刚体定轴转动习题、答案及解法一.选择题1.两个匀质圆盘A 和B 相对于过盘心且垂直于盘面的轴的转动惯量分别为A J 和B J ,若A B J J >,但两圆盘的的质量和厚度相同,如两盘的密度各为A ρ和B ρ,则( A )(A )B A ρρ> (B )B A ρρ<(C )B A ρρ= (D )不能确定B A ρρ的大小参考答案: B B A Ah R h R M ρπρπ22== A A A h M MR J ρπ222121== BB B h M MR J ρπ222121== 2.有两个半径相同、质量相等的细圆环。
1环的质量分布均匀。
2环的质量分布不均匀,它们对通过圆心并与环面垂直的轴的转动惯量分别为A J 和B J ,则( C )(A )21J J > (B )21J J <(C )21J J = (D )不能确定21J J 的大小 参考答案:∵ ⎰=Mdm r J 2 ∴ 21J J =3.一圆盘绕过圆心且于盘面垂直的光华固定轴O 以角速度1ω按图所示方向转动,将两个大小相等,方向相反的力F 沿盘面同时作用到圆盘上,则圆盘的角速度变为2ω,那么( C )(A )21ωω> (B )21ωω=(C )21ωω< (D )不能确定如何变化 参考答案:()12ωωJ J t r R F -=∆⋅- ()12ωω+∆⋅-=t r R JF4.均匀细棒OA 的质量为m 。
长为L ,可以绕通过其一端O 而与棒垂直的水平固定光滑轴转动,如图2所示,今使棒从水平位置由静止开始自由下落,在棒摆到竖直位置的过程中,下述说法那一种是正确的[ A ](A )合外力矩从大到小,角速度从小到大,角加速度从大到小。
(B )合外力矩从大到小,角速度从小到大,角加速度从小到大。
(C )合外力矩从大到小,角速度从大到小,角加速度从大到小。
(D )合外力矩从大到小,角速度从大到小,角加速度从小到大。
大学物理习题答案解答第五章刚体的定轴转动

(2)对飞轮应用角动量定理,即
则图5-4
又
从开始制动到停止,飞轮转过的转数为
所花的时间为
(3)从开始制动到停止,对飞轮应用动能定理,有
5、解:分别对定滑轮和物体进行受力分析并如图5-5(a),(b)所示,对物体,有
而对定滑轮,有
其中定滑轮绕轴的转动惯量
注意到 和 ,由以上三式可以得到物体与滑轮之间的绳子的张力为
第五章刚体的定轴转动
二、填空题
1、飞轮的角加速度为
轮边缘切向加速度为
因为
开始制动后转过 时的角速度为
线速度为
2、t时刻的角速度为
角加速度为
3、如图5-1所示,突然释放A端,则杆将绕B端转动,设杆绕B端的转动惯量为 ,则
又
杆的角加速度为
所以杆质心的加速度为
图5-1
考察杆对C点的转动,角加速度仍为 。记杆绕C点的转动惯量为 ,则有
和物体下落的加速度为图5-5(a)图5-5(b)
6、解:对物体 , 和定滑轮分别进行受力分析,如图5-6(a),(b),(c)所示,对物体 有
对物体 ,有
对定滑轮,有图5-6(a)图5-6(b)
其中定滑轮绕轴的转动惯量
注意到 , , 和 。
(1)由以上三式可以得到 下落的加速度的大小为
(2)两段绳子中的张力大小分别为图5-6(c)
的角加速度为
图5-3(a)图5-3(b)图5-3(c)
若不系重物,改用大小为 的力 拉绳的一端,则滑轮的受力分析如图5-3(c)所示,有
注意到 ,所以滑轮的角加速度为
3、解:对细圆环,有
转动动能为
对薄圆盘,由课本例题5-3,知
转动动能为
刚体的定轴转动答案

刚体的定轴转动1一、 选择题1、 一自由悬挂的匀质细棒AB ,可绕A 端在竖直平面内自由转动,现给B 端一初速v 0,则棒在向上转动过程中仅就大小而言 [ B]A 、角速度不断减小,角加速度不断减少;B 、角速度不断减小,角加速度不断增加;C 、角速度不断减小,角加速度不变;D 、所受力矩越来越大,角速度也越来越大。
分析:合外力矩由重力提供,1sin 2M mgl θ=,方向与初角速度方向相反,所以角速度不断减小,随着θ的增加,重力矩增大,所以角加速度增加。
2、 今有半径为R 的匀质圆板、圆环和圆球各一个,前二个的质量都为m ,绕通过圆心垂直于圆平面的轴转动;后一个的质量为2m ,绕任意一直径转动,设在相同的力矩作用下,获得的角加速度分别是β1、β2、β3,则有A 、β3<β1<β2B 、β3>β1<β2C 、β3<β1>β2D 、β3>β1>β 2 [ D ]分析:质量为m ,半径为R 的圆板绕通过圆心垂直于圆平面的轴的转动惯量为2112J mR =;圆环的转动惯量为22J mR =,圆球质量为2m ,绕任意一直径转动的转动惯量为2325J mR =,根据转动定律,M J β=,所以在相同力矩下,转动惯量大的,获得的的角加速度小。
213J J J >>,所以选择 D 。
3、 一轻绳跨过一具有水平光滑轴、质量为M 的定滑轮,绳的两端分别悬有质量为m 1和m 2的物体(m 1<m 2),如图所示.绳与轮之间无相对滑动.若某时刻滑轮沿逆时针方向转动,则绳中的张力(A)处处相等.(B) 左边大于右边.(C)右边大于左边.(D) 哪边大无法判断.[C ]4、 一轻绳跨过两个质量均为m 、半径均为R 的匀质圆盘状定滑轮。
绳的两端系着质量分别为m 和2m 的重物,不计滑轮转轴的摩擦。
将系统由静止释放,且绳与两滑轮间均无相对滑动,则两滑轮之间绳的张力为。
A 、mg ;B 、3mg /2;C 、2mg ;D 、11mg /8。
大学物理《力学5·刚体定轴转动》复习题及答案

1 2
17、在半径为 R 的具有光滑竖直固定中 心轴的水平圆盘上,有一人静止站立在距 转轴为 R/2 处,人的质量是圆盘质量的 1/10,开始时盘载人相对地面以角速度 0 匀速转动,然后此人垂直圆盘半径相对于 盘以速率 v 沿与盘转动相反方向作圆周运 动, 已知圆盘对中心轴的转动惯量为 MR2 / 2,人可视为质点,求: (1)圆盘对地的角速度。 (2)欲使圆盘对地静止,人沿着 R/2 圆周 对圆盘的速度 v 的大小及方向?
大学物理《力学·刚体定轴转动》 复习题及答案
1.一轻绳跨过一具有水平光滑轴、质量为 M的定滑轮,绳的两端分别悬有质量m1 和 m2 的物体 (m1< m2),如图所示.绳与 轮之间无相对滑动,某时刻滑轮沿逆时针 方向转动,则绳的张力 (A) 处处相等. (B) 左边大于右边. (C) 右边大于左边. (D) 无法判断.
8.两个均质圆盘 A 和 B 的密度分别为 A 和 B,若 A> B ,但两圆盘的质量与厚 度相同,如两盘对通过盘心垂直于盘面轴 的转动惯量各为 JA和 JB,则
(A)JA>JB
(B)JB>JA
(C)JA=JB (D)JA、JB哪个大,不能确定。 [ ]
9.人造地球卫星,绕地球作椭圆轨道运动, 地球在椭圆的一个焦点上,则卫星的 (A)动量不守恒,动能守恒。
解:取人和盘为系统,
M外 0
系统的角动量守恒.
R/2 R
o
v
(1)开始系统的角动量为
1 1 R 2 m 0 M R 0 2 2
1 2 1 m R mE M R2 ME 后来: 4 2
2
mE ME mM
R/2 R
(B)动量守恒,动能不守恒。
大学物理答案 第三章 刚体的定轴转动

第三章 刚体的定轴转动3-1 (1)铁饼离手时的角速度为(rad/s)250125===.//R v ω(2)铁饼的角加速度为2222539.8(ra d /s )222 1.25ωβ===θ⨯π⨯(3)铁饼在手中加速的时间为t ,则t ω=β(s)628025251222..=⨯⨯==πωθt3-2 (1)初角速度为(rad/s)9206020020./=⨯=πω末角速度为(rad/s)3146030002=⨯=/πω角加速度为231420.941.9(ra d /s )t7.0ω-ω-β===(2)转过的角度为)186(rad 101717231492023圈=⨯=⨯+=+=..t ωωθ(3)切向加速度为2t a R 41.90.28.38(m /s )=β=⨯=法向加速度为)(m /s10971203142422n ⨯=⨯==..R a ω总加速度为)(m/s10971)10971(378242422n 2t ⨯=⨯+=+=...a a a总加速度与切向的夹角为9589378101.97arctanarctan4tn '︒=⨯==.a a θ3-3 (1)对轴I 的转动惯量222219)cos602(])cos60()cos60([2maa a m a a a m J =︒++︒++︒=对轴II 的转动惯量2223)sin60(4maa m J =︒=(2)对垂轴的转动惯量2222312)2()cos30(222maa m a m maJ =+︒+=3-4 (1)设垂直纸面向里的方向为正,反之为负,则该系统对O 点的力矩为mgl l mg l mg l mg l mgM438141418343430=⋅-⋅-⋅+=(2)系统对O 点的总转动惯量等于各部分对O 点的转动惯之和,即22222432104837)43()43)(43(31)4)(4(31)4(mll m l m l m l m J J J J J =+++=+++= (3)由转动定律 βJ M = 可得lg mlmglJ M37364837432===β3-5 (1)摩擦力矩恒定,则转轮作匀角加速度运动,故角加速度为0001201)-(0.8ωωωωβ.-==∆-=t第二秒末的角速度为0000260220ωωωβωω..=⨯-=+=t(2)设摩擦力矩r M 与角速度ω的比例系数为α,据题设可知αωωαω==tJMrd d 即,t Jt Jtαωωαωωωω==⎰⎰0lnd d 0据题设s 1=t 时,0180ωω.=,故可得比例系数80ln .J =α由此s 2=t 时,转轮的角速度2ω为ln0.82ln2=ωω002264080ωωω..==∴3-6 设飞轮与闸瓦间的压力为N ,如图示,则二者间摩擦力N f r μ=,此摩擦力形成阻力矩f r,由转动定律βJ R f r =其中飞轮的转动惯量2mRJ =,角加速度n t520πωωβ-=-=,故得14(N)30.25(1000/60)605252-mnRf r =⨯⨯⨯-=-=ππ见图所示,由制动杆的平衡条件可得0= )(121l N l l F '-+r f N N '==μ得制动力(N)3140.75)(0.54050314)(211=+⨯=+=..l l l f F r μ3-7 如图所示,由牛顿第二定律 对11111:a m g m T m =- 对22222:a m T g m m =- 对整个轮,由转动定律β⎪⎭⎫⎝⎛+=-22221111222121R MR M R T R T 又由运动学关系 1122a /R a /R β== 联立解以上诸式,即可得222221111122)2/()2/()(R m MR m M gR m R m +++-=β3-8 设米尺的总量为m ,则直尺对悬点的转动惯量为习题3-6图习题3-7图2211222211J m l m l 331212m 0.4m 0.635351.4m150.093m=+=⨯⨯+⨯⨯==mg 1.02152mg 522153mg 53=⨯⨯-⨯⨯=M又 1.4M J I m 15=β=2M 0.1m g 1510.5(ra d s)J 1.4m-⨯∴β===从水平位置摆到竖直位置的过程中机械能守恒(以水平位置为O 势能点)221ωJ mghc=即 25.14.1211.0ωm mg ⨯=⨯21=⇒ω3-9 m 视为质点,M 视为刚体(匀质圆盘)。
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10.飞轮的质量 =60kg,半径 =0.25m,绕其水平中心轴 转动,转速为900rev·min-1.现利用一制动的闸杆,在闸杆的一端加一竖直方向的制动力 ,可使飞轮减速.已知闸杆的尺寸如题4-10图所示,闸瓦与飞轮之间的摩擦系数 =0.4,飞轮的转动惯量可按匀质圆盘计算.试求:
(1)设 =100 N,问可使飞轮在多长时间内停止转动在这段时间里飞轮转了几转
(2)如果在2s内飞轮转速减少一半,需加多大的力
解: (1)先作闸杆和飞轮的受力分析图(如图(b)).图中 、 是正压力, 、 是摩擦力, 和 是杆在 点转轴处所受支承力, 是轮的重力, 是轮在 轴处所受支承力.
杆处于静止状态,所以对 点的合力矩应为零,设闸瓦厚度不计,则有
(2)如果它们的角速度相同,则质量聚集在边缘附近的轮子角动量大。
4.一圆形台面可绕中心轴无摩擦地转动,有一玩具车相对台面由静止启动,绕轴作圆周运动,问平台如何运动?如小汽车突然刹车,此过程角动量是否守恒动量是否守恒能量是否守恒?
答:玩具车相对台面由静止启动,绕轴作圆周运动时,平台将沿相反方向转动;小汽车突然刹车过程满足角动量守恒,而能量和动量均不守恒。
5.一转速为 的飞轮,因制动而均匀地减速,经10秒后停止转动,求:
(1)飞轮的角加速度和从开始制动到停止转动,飞轮所转过的圈数;
(2)开始制动后5秒时飞轮的角速度。
解:(1)由题意飞轮的初角速度为
飞轮作均减速转动,其角加速度为
故从开始制动到停止转动,飞轮转过的角位移为
因此,飞轮转过圈数为
100圈。
(2)开始制动后5秒时飞轮的角速度为
2.刚体绕定轴转动的转动定律和质点系的动量矩定理是什么关系?
答:刚体是一个特殊的质点系,它应遵守质点系的动量矩定理,当刚体绕定轴Z转动时,动量矩定理的形式为 , 表示刚体对Z轴的合外力矩, 表示刚体对Z轴的动量矩。 ,其中 ,代表刚体对定轴的转动惯量,所以
。既 。
所以刚体定轴转动的转动定律是质点系的动量矩定理在刚体绕定轴转动时的具体表现形式,及质点系的动量矩定理用于刚体时在刚体转轴方向的分量表达式。
对重物 按牛顿第二定律有 (1)
对重物 按牛顿第二定律有 (2)
对两个园盘,作为一个整体,按转动定律有
(3)
由角量线量之间的关系有 (4)
(5)
联立以上五式解得
9.如图所示,一半径为R,质量为m的匀质圆盘,以角速度ω绕其中心轴转动。现将它平放在一水平板上,盘与板表面的摩擦因数为μ。
(1)求圆盘所受的摩擦力矩;
(1)柱体转动时的角加速度;
(2)两侧细绳的张力.
解: 设 , 和β分别为 , 和柱体的加速度及角加速度方向题4-12(b)图.
(1) , 和柱体的运动方程如下:
①
②
③
3.两个半径相同的轮子,质量相同,但一个轮子的质量聚集在边缘附近,另一个轮子的质量分布比较均匀,试问:(1)如果它们的角动量相同,哪个轮子转得快(2)如果它们的角速度相同,哪个轮子的角动量大
答:(1)由于 ,而转动惯量与质量分布有关,半径、质量均相同的轮子,质量聚集在边缘附近的轮子的转动惯量大,故角速度小,转得慢,质量分布比较均匀的轮子转得快;
6.如图所示,一飞轮由一直径为 ,厚度为 的圆盘和两个直径为 ,长为 的共轴圆柱体组成,设飞轮的密度为 ,求飞轮对轴的转动惯量。
解:如图所示,根据转动惯量的可加性,飞轮对轴的转动惯量可视为圆盘与两圆柱体对同轴的转动惯量之和。由此可得
7.如图所示,一半径为r,质量为m1的匀质圆盘作为定滑轮,绕有轻绳,绳上挂一质量为m2的重物,求重物下落的加速度。
解:设两轮之间ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ擦力为f
对主动轮按转动定律有:
(1)
对从动轮按转动定律有
(2)
由于两个轮边沿速率相同,有
(3)
联立以上三式解得
12.固定在一起的两个同轴均匀圆柱体可绕其光滑的水平对称轴 转动.设大小圆柱体的半径分别为 和 ,质量分别为 和 .绕在两柱体上的细绳分别与物体 和 相连, 和 则挂在圆柱体的两侧,如题4-12(a)图所示.设 =0.20m, =0.10m, =4 kg, =10 kg, = =2 kg,且开始时 , 离地均为 =2m.求:
大学物理刚体的定轴转动习题及答案
第4章刚体的定轴转动习题及答案
1.刚体绕一定轴作匀变速转动,刚体上任一点是否有切向加速度是否有法向加速度切向和法向加速度的大小是否随时间变化
答:当刚体作匀变速转动时,角加速度 不变。刚体上任一点都作匀变速圆周运动,因此该点速率在均匀变化, ,所以一定有切向加速度 ,其大小不变。又因该点速度的方向变化,所以一定有法向加速度 ,由于角速度变化,所以法向加速度的大小也在变化。
解:设绳中张力为T
对于重物按牛顿第二定律有
(1)
对于滑轮按转动定律有
(2)
由角量线量关系有
(3)
联立以上三式解得
8.如图所示,两个匀质圆盘同轴地焊在一起,它们的半径分别为r1、r2,质量为 和 ,可绕过盘心且与盘面垂直的光滑水平轴转动,两轮上绕有轻绳,各挂有质量为 和 的重物,求轮的角加速度 。
解:设连接 的绳子中的张力为T1,连接 的绳子中的张力为T2。
(2)问经过多少时间后,圆盘转动才能停止?
解:分析:圆盘各部分的摩擦力的力臂不同,为此,可将圆盘分割成许多同心圆环,对环的摩擦力矩积分即可得总力矩。另由于摩擦力矩是恒力矩,由角动量定理可求得圆盘停止前所经历的时间。
(1)圆盘上半径为r、宽度为dr的同心圆环所受的摩擦力矩为
负号表示摩擦力矩为阻力矩。对上式沿径向积分得圆盘所受的总摩擦力矩大小为
对飞轮,按转动定律有 ,式中负号表示 与角速度 方向相反.
∵
∴
又∵
∴ ①
以 等代入上式,得
由此可算出自施加制动闸开始到飞轮停止转动的时间为
这段时间内飞轮的角位移为
可知在这段时间里,飞轮转了 转.
(2) ,要求飞轮转速在 内减少一半,可知
用上面式(1)所示的关系,可求出所需的制动力为
11.如图所示,主动轮A半径为r1,转动惯量为 ,绕定轴 转动;从动轮B半径为r2,转动惯量为 ,绕定轴 转动;两轮之间无相对滑动。若知主动轮受到的驱动力矩为M,求两个轮的角加速度 和 。