大学物理习题册及解答第二版第一章质点的运动

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大学物理课后习题答案第一章

大学物理课后习题答案第一章

第一章 质点运动学1.1 一质点沿直线运动,运动方程为x (t ) = 6t 2 - 2t 3.试求: (1)第2s 内的位移和平均速度;(2)1s 末及2s 末的瞬时速度,第2s 内的路程; (3)1s 末的瞬时加速度和第2s 内的平均加速度.[解答](1)质点在第1s 末的位置为:x (1) = 6×12 - 2×13 = 4(m).在第2s 末的位置为:x (2) = 6×22 - 2×23 = 8(m). 在第2s 内的位移大小为:Δx = x (2) – x (1) = 4(m),经过的时间为Δt = 1s ,所以平均速度大小为:=Δx /Δt = 4(m·s -1). (2)质点的瞬时速度大小为:v (t ) = d x /d t = 12t - 6t 2,因此v (1) = 12×1 - 6×12 = 6(m·s -1),v (2) = 12×2 - 6×22 = 0质点在第2s 内的路程等于其位移的大小,即Δs = Δx = 4m . (3)质点的瞬时加速度大小为:a (t ) = d v /d t = 12 - 12t ,因此1s 末的瞬时加速度为:a (1) = 12 - 12×1 = 0,第2s 内的平均加速度为:= [v (2) - v (1)]/Δt = [0 – 6]/1 = -6(m·s -2).[注意] 第几秒内的平均速度和平均加速度的时间间隔都是1秒.1.2 一质点作匀加速直线运动,在t = 10s 内走过路程s = 30m ,而其速度增为n = 5倍.试证加速度为,并由上述数据求出量值.[证明]依题意得v t = nv o ,根据速度公式v t = v o + at ,得a = (n – 1)v o /t , (1)根据速度与位移的关系式v t 2 = v o 2 + 2as ,得 a = (n 2 – 1)v o 2/2s ,(2) (1)平方之后除以(2)式证得:.计算得加速度为:= 0.4(m·s -2).1.3 一人乘摩托车跳越一个大矿坑,他以与水平成22.5°的夹角的初速度65m·s -1从西边起跳,准确地落在坑的东边.已知东边比西边低70m ,忽略空气阻力,且取g = 10m·s -2.问:(1)矿坑有多宽?他飞越的时间多长?(2)他在东边落地时的速度?速度与水平面的夹角? [解答]方法一:分步法.(1)夹角用θ表示,人和车(人)在竖直方向首先做竖直上抛运动,初速度的大小为v y 0 = v 0sin θ = 24.87(m·s -1).取向上的方向为正,根据匀变速直线运动的速度公式v t - v 0 = at ,这里的v 0就是v y 0,a = -g ;当人达到最高点时,v t = 0,所以上升到最高点的时间为t 1 = v y 0/g = 2.49(s).再根据匀变速直线运动的速度和位移的关系式:v t 2 - v 02 = 2a s , 可得上升的最大高度为:h 1 = v y 02/2g = 30.94(m).人从最高点开始再做自由落体运动,下落的高度为;h 2 = h 1 + h = 100.94(m). 根据自由落体运动公式s = gt 2/2,得下落的时间为:= 4.49(s). 因此人飞越的时间为:t = t 1 + t 2 = 6.98(s).人飞越的水平速度为;v x 0 = v 0cos θ = 60.05(m·s -1),v a 22(1)(1)n sa n t -=+22(1)(1)n sa n t -=+22(51)30(51)10a -=+222h t g=70m22.5º 图1.3所以矿坑的宽度为:x = v x 0t = 419.19(m).(2)根据自由落体速度公式可得人落地的竖直速度大小为:v y = gt = 69.8(m·s -1), 落地速度为:v = (v x 2 + v y 2)1/2 = 92.08(m·s -1),与水平方向的夹角为:φ = arctan(v y /v x ) = 49.30º,方向斜向下.方法二:一步法.取向上为正,人在竖直方向的位移为y = v y 0t - gt 2/2,移项得时间的一元二次方程, 解得:.这里y = -70m ,根号项就是人落地时在竖直方向的速度大小,由于时间应该取正值,所以公式取正根,计算时间为:t = 6.98(s).由此可以求解其他问题.1.4 一个正在沿直线行驶的汽船,关闭发动机后,由于阻力得到一个与速度反向、大小与船速平方成正比例的加速度,即d v /d t = -kv 2,k 为常数.(1)试证在关闭发动机后,船在t 时刻的速度大小为; (2)试证在时间t 内,船行驶的距离为. [证明](1)分离变量得, 故 ,可得:. (2)公式可化为,由于v = d x/d t ,所以: 积分.因此 . 证毕.[讨论]当力是速度的函数时,即f = f (v ),根据牛顿第二定律得f = ma . 由于a = d 2x /d t 2, 而 d x /d t = v , a = d v /d t , 分离变量得方程:, 解方程即可求解.在本题中,k 已经包括了质点的质量.如果阻力与速度反向、大小与船速的n 次方成正比,则d v /d t = -kv n .(1)如果n = 1,则得, 积分得ln v = -kt + C .当t = 0时,v = v 0,所以C = ln v 0, 因此ln v/v 0 = -kt ,得速度为 :v = v 0e -kt .201sin 02gt v t y θ-+=0(sin t v g θ=011kt v v =+01ln(1)x v kt k =+2d d vk t v =-020d d v t v v k t v =-⎰⎰011kt v v =+001v v v kt=+00001d d d(1)1(1)v x t v kt v kt k v kt ==+++00001d d(1)(1)x tx v kt k v kt =++⎰⎰01ln(1)x v kt k=+d d ()m vt f v =d d vk t v=-而d v = v 0e -kt d t ,积分得:. 当t = 0时,x = 0,所以C` = v 0/k ,因此.(2)如果n ≠1,则得,积分得. 当t = 0时,v = v 0,所以,因此. 如果n = 2,就是本题的结果.如果n ≠2,可得,读者不妨自证.1.5 一质点沿半径为0.10m 的圆周运动,其角位置(以弧度表示)可用公式表示:θ = 2 + 4t 3.求:(1)t = 2s 时,它的法向加速度和切向加速度;(2)当切向加速度恰为总加速度大小的一半时,θ为何值? (3)在哪一时刻,切向加速度和法向加速度恰有相等的值? [解答](1)角速度为ω = d θ/d t = 12t 2 = 48(rad·s -1),法向加速度为 a n = rω2 = 230.4(m·s -2);角加速度为 β = d ω/d t = 24t = 48(rad·s -2), 切向加速度为 a t = rβ = 4.8(m·s -2). (2)总加速度为a = (a t 2 + a n 2)1/2,当a t = a /2时,有4a t 2 = a t 2 + a n 2,即.由此得,即 ,解得 .所以 =3.154(rad).(3)当a t = a n 时,可得rβ = rω2, 即: 24t = (12t 2)2,解得 : t = (1/6)1/3 = 0.55(s).1.6 一飞机在铅直面内飞行,某时刻飞机的速度为v = 300m·s -1,方向与水平线夹角为30°而斜向下,此后飞机的加速度为a = 20m·s -2,方向与水平前进方向夹角为30°而斜向上,问多长时间后,飞机又回到原来的高度?在此期间飞机在水平方向飞行的距离为多少?[解答]建立水平和垂直坐标系,飞机的初速度的大小为 v 0x = v 0cos θ, v 0y = v 0sin θ.加速度的大小为a x = a cos α, a y = a sin α. 运动方程为, . 即 ,.令y = 0,解得飞机回到原来高度时的时间为:t = 0(舍去);(s).将t 代入x 的方程求得x = 9000m .0e `ktv x C k-=+-0(1-e )kt vx k -=d d n vk t v=-11n v kt C n -=-+-101n v C n-=-11011(1)n n n kt v v --=+-1(2)/(1)020{[1(1)]1}(2)n n n n n v kt x n v k----+--=-3n t a a =23r r ωβ=22(12)243t t =33/6t =3242(13/3)t θ=+=+32012x x x v t a t =+2012y y y v t a t =-+201cos cos 2x v t a t θα=⋅+⋅201sin sin 2y v t a t θα=-⋅+⋅02sin 103sin v t a θα== y xO α v 0θ a a xa yv 0x v 0y[注意]选择不同的坐标系,如x 方向沿着a 的方向或者沿着v 0的方向,也能求出相同的结果.1.7 一个半径为R = 1.0m 的轻圆盘,可以绕一水平轴自由转动.一根轻绳绕在盘子的边缘,其自由端拴一物体A .在重力作用下,物体A 从静止开始匀加速地下降,在Δt = 2.0s 内下降的距离h = 0.4m .求物体开始下降后3s 末,圆盘边缘上任一点的切向加速度与法向加速度.[解答]圆盘边缘的切向加速度大小等于物体A 下落加速度.由于, 所以a t = 2h /Δt 2 = 0.2(m·s -2).物体下降3s 末的速度为v = a t t = 0.6(m·s -1),这也是边缘的线速度,因此法向加速度为= 0.36(m·s -2).1.8 一升降机以加速度1.22m·s -2上升,当上升速度为2.44m·s -1时,有一螺帽自升降机的天花板上松落,天花板与升降机的底面相距 2.74m .计算:(1)螺帽从天花板落到底面所需的时间;(2)螺帽相对于升降机外固定柱子的下降距离.[解答]在螺帽从天花板落到底面时,升降机上升的高度为;螺帽做竖直上抛运动,位移为. 由题意得h = h 1 - h 2,所以, 解得时间为= 0.705(s).算得h 2 = -0.716m ,即螺帽相对于升降机外固定柱子的下降距离为0.716m .[注意]以升降机为参考系,钉子下落时相对加速度为a + g ,而初速度为零,可列方程h = (a + g )t 2/2,由此可计算钉子落下的时间,进而计算下降距离.1.9 有一架飞机从A 处向东飞到B 处,然后又向西飞回到A 处.已知气流相对于地面的速度为u ,AB 之间的距离为l ,飞机相对于空气的速率v 保持不变.(1)如果u = 0(空气静止),试证来回飞行的时间为; (2)如果气流的速度向东,证明来回飞行的总时间为;(3)如果气流的速度向北,证明来回飞行的总时间为.[证明](1)飞机飞行来回的速率为v ,路程为2l ,所以飞行时间为t 0 = 2l /v . (2)飞机向东飞行顺风的速率为v + u ,向西飞行逆风的速率为v - u , 所以飞行时间为 . (3)飞机相对地的速度等于相对风的速度加风相对地的速度.为了使飞机沿着AB 之间的直线飞行,就要使其相对地的速度偏向北方,可作矢量三角形,其中沿AB 方向的速度大小为,所以飞行时间为212t h a t =∆2n v a R=21012h v t at =+22012h v t gt =-21()2h a g t =+2/()t h a g =+02l t v =1221/t t u v =-02221/t t u v=-1222l l vl t v u v u v u =+=+--022222/1/1/t l v u v u v==--22V v u =-RA图1.7AB AB vv + uv - uABvuuvv. 证毕.1.10 如图所示,一汽车在雨中沿直线行驶,其速度为v 1,下落雨的速度方向与铅直方向的夹角为θ,偏向于汽车前进方向,速度为v 2.今在车后放一长方形物体,问车速v 1为多大时此物体刚好不会被雨水淋湿?[解答]雨对地的速度等于雨对车的速度加车对地的速度,由此可作矢量三角形.根据题意得tan α = l/h .方法一:利用直角三角形.根据直角三角形得v 1 = v 2sin θ + v 3sin α,其中v 3 = v ⊥/cos α,而v ⊥ = v 2cos θ, 因此v 1 = v 2sin θ + v 2cos θsin α/cos α, 即 . 证毕. 方法二:利用正弦定理.根据正弦定理可得,所以:,即 . 方法三:利用位移关系.将雨滴的速度分解为竖直和水平两个分量,在t 时间内,雨滴的位移为l = (v 1 – v 2sin θ)t , h = v 2cos θ∙t .两式消去时间t 即得所求. 证毕.22222222/1/l l l v t V v u u v ===--0221/t u v=-2v r 3v r 1v r12(sin cos )lv v hθθ=+12sin()sin(90)v v θαα=+︒-12sin()cos v v θαα+=2sin cos cos sin cos v θαθαα+=2(sin cos tan )v θθα=+12(sin cos )lv v hθθ=+v 1hl v 2θ图1.10v 1h lv 2θ v 3 α α v ⊥。

大学物理(第二版)第一章习题答案

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第一章习题1.1 一人自愿点出发,25s 内向东走了30m ,又10s 内向南走了10m ,再15s 内向正西北走了18m 。

求:⑴ 位移和平均速度 ⑵ 路程和平均速率 解:由图所示,人的移动曲线是从O 点出发,到A 点,再到B 点,C 点。

⑴ 位移:OC30OA m = ,10AB m =,18BC m =由于是正西北方向,所以45ABD ADB ∠=∠=︒BD =(()(()222222cos 4518301021830102OC CD OD OD CD =+-︒=-+--⨯-⨯-⨯1324305.92=-≈ 17.5OC m ≈平均速度的大小为:()17.50.35m 50r v t ∆===∆ ⑵ 路程应为:58m s OA AB BC =++=平均速率为1.16m s 1.2有一质点沿着x 轴作直线运动,t 时刻的坐标为234.52x t t =-,试求:⑴ 第2秒内的平均速度 ⑵ 第2秒末的瞬时速度 ⑶ 第2秒内的路程。

解:⑴ 当1t s =时,1 2.5x m = 当2t s =时,218162x m =-=平均速度为 ()212 2.50.5m s v x x =-=-=- ⑵ 第2秒末的瞬时速度为 ()22966m t dxv t t dt===-=-⑶ 第2秒内的路程:(在此问题中必须注意有往回走的现象) 当 1.5t s =时,速度0v =,2 3.375x m = 当1t s =时,1 2.5x m = 当2t s =时,32x m =所以路程为:3.375 2.5 3.3752 2.25m -+-= 1.3质点作直线运动,其运动方程为2126x t t =-,采用国际单位制,求:⑴ 4t s =时,质点的位置,速度和加速度⑵ 质点通过原点时的速度 ⑶ 质点速度为零时的位置⑷ 作位移,速度以及加速度随着时间变化的曲线图。

解:⑴ 由运动方程2126x t t =-,可得速度,加速度的表达式分别为1212dx v t dt ==- 12dv a dt==- 所以当4t s =时,质点的位置,速度和加速度分别为48m x =-;36m s v =-;212m a =-⑵ 质点经过原点的时刻12s t =,20s t =此时的速度分别为 ()112m v =- ()212m s v =⑶ 质点速度为零对应的1s t =,位置为6m x = 1.4质点沿直线运动,速度()3222m v t t =++,如果当2s t =时,4m x =,求3st =时质点的位置,速度和加速度。

大学物理第二版答案(北京邮电大学出版社)

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大 学 物 理 习 题 解 答第一章 质点运动学1-1 (1) 质点t 时刻位矢为:(m)j t t i t r ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+++=4321)53(2(2) 第一秒内位移jy y i x x r)()(01011-+-=∆)(5.33)101(3)01(21)01(32m j i ji +=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+--=(3) 前4秒内平均速度)s m (53)2012(411-⋅+=+=∆∆=j i j i t r V (4) 速度)s m ()3(3d d 1-⋅++==j t i t r V∴ )s m (73)34(314-⋅+=++=j i j i V (5) 前4秒平均加速度)s m (43704204-⋅=-=--=∆∆=j j V V t V a (6) 加速度)s m ()s m (d d 242--⋅=⋅==j a j tV a1-2 23d d 23++==t t txvc t t t c t v x x +++=+==⎰⎰241d d 34当t =2时x =4代入求证 c =-12即1224134-++=t t t x tt tv a t t v 63d d 23223+==++=将t =3s 代入证)s m (45)s m (56)(414123133--⋅=⋅==a v m x 1-3 (1) 由运动方程消去t 得轨迹方程⎩⎨⎧+==ty t x 2342)3(2=--y x (2) 1秒时间坐标和位矢方向为 my mx 5411== [4,5]m:︒===3.51,25.1ααxytg (3) 第1秒内的位移和平均速度分别为)m (24)35()04(1j i j i r+=-+-=∆)s m (2411-⋅+=∆∆=j i tr V (4) 质点的速度与加速度分别为 itVa j i tr V8d d ,28d d ==+== 故t =1s 时的速度和加速度分别为2111s m 8,s m 28--⋅=⋅+==i a j i V1-4 该星云飞行时间为a 1009.2s 1059.61093.31074.21046.910177915⨯=⨯=⨯⨯⨯⨯即该星云是年前和我们银河系分离的.101009.2⨯1-5 实验车的加速度为g)(25m/s 1047.280.13600101600223≈⨯=⨯⨯==t v a 基本上未超过25g.1.80s 内实验车跑的距离为)(m 40080.13600210160023=⨯⨯⨯==t v s 1-6 (1)设第一块石头扔出后t 秒未被第二块击中,则2021gt t v h -=代入已知数得,,如图所示,相对南面,小球开始下落时,它和电2m/s 2.1=a s 5.00=t h 梯的速度为m/s)0v 表示此后小球落至底板所需时间,则在这段时间内,小球下落的距离为习题1-9图 习题1-10图习题1-12图习题1-13图习题2-1图2m/s 0.17=三物体只有水平方向的运动,只须列出水平方向的牛顿方程及相关方程:习题2-3图习题2-2图)4(:)3(0cos )2(sin :)1(:322211MaN F M g m T a m T m am T m =-⎩⎨⎧=-==水平αα为绳中的雨拉力在水平向的合力水平3N )5(sin 3αT T N +=水平联立(1),(2),(3),(4),(5)解得)N (78480)(2221212==-++=g m m g m m m m F (因为三个物体有同一加速度a ,且在水平方向只受外力F 的作同,所以,可将三个物体看作一个物体:aM m m F )(21++=再与(1),(2),(3)式联立求解即可。

(完整版)大学物理01质点运动学习题解答

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第一章质点运动学一选择题1.以下说法中,正确的选项是:()A.一物体若拥有恒定的速率,则没有变化的速度;B.一物体拥有恒定的速度,但仍有变化的速率;C.一物体拥有恒定的加快度,则其速度不行能为零;D. 一物体拥有沿x 轴正方向的加快度而有沿x 轴负方向的速度。

解:答案是 D。

2.长度不变的杆 AB,其端点 A 以 v0匀速沿 y 轴向下滑动, B 点沿 x 轴挪动,则 B 点的速率为:()A . v0 sinB .v0 cos C.v0 tan D.v0 / cos解:答案是 C。

简要提示:设 B 点的坐标为 x, A 点的坐标为 y,杆的长度为l,则x2y2l 2对上式两边关于时间求导:dx dy0,因dxv,dyv0,所以2 x 2 ydtdt dt dt2xv2yv0 = 0即v=v0 y/x =v0tan所以答案是 C。

3.如图示,路灯距地面高为 H,行人身高为 h,若人以匀速 v 背向路灯行走,灯y人头A H vv0hθvx影sB选择题 3图选择题 2图则人头影子挪动的速度u 为()H h Hv h HA.vB.H H h H h 解:答案是 B 。

简要提示:设人头影子到灯杆的距离为 x ,则x s h , x Hs , x H H hdx H ds HvuH h dt Hdt h所以答案是 B 。

4. 某质点作直线运动的运动学方程为x = 3t-5t 3 + 6 (SI),则该质点作A. 匀加快直线运动,加快度沿 x 轴正方向.B. 匀加快直线运动,加快度沿 x 轴负方向.C. 变加快直线运动,加快度沿 x 轴正方向.D. 变加快直线运动,加快度沿x 轴负方向.()解: 答案是 D5. 一物体从某一确立高度以v 0 的初速度水平抛出,已知它落地时的速度为v t ,那么它的运动时间是: ()v t - v 0v t v 0v t2 22v v 0 v t A.B.C.gD.2 gg2 g解:答案是 C 。

大学物理第二版 许瑞珍 贾谊明 编著 课后答案 1-3章汇编

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t2
t AB
tBA
l v
l v
2l v '2 u2
2l / v ' v '2 u2
t0
(1
u2 v '2
)
1 2
v '2 v '2
第二章 质点动力学
2-1 如本题图,A、B 两物体质量均为 m,用质量不计的滑轮和细绳连接,并不计摩擦, 则 A 和 B 的加速度大小各为多少 。 解:如图由受力分析得
解:
vvAv1A00v0Bj, vB 400 j 400 3i
=1000 j- 400 j 400 3i
tg
3 2
,
4052 ',方向西偏南
v 6002 4002 3 916km / h
1-14 一人能在静水中以 1.10m·s-1的速度划船前进,今欲横渡一宽为 1000m、水流速度 为 0.55m·s-1的大河。(1),那么应如何确定划行方向?到达正对岸需多少时间?(2)如果
法向分量为an=v2 /R.这样,总加速度为a =atet+anen.至于质点在t 时间内通过的路程,
即为曲线坐标的改变量Δs=st -s0.因圆周长为2πR,质点所转过的圈数自然可求得.
解 (1) 质点作圆周运动的速率为
v
ds dt
v0
bt
其加速度的切向分量和法向分量分别为
at
d2s dt 2
b ,
α=123°41′
ax
dv x dt
60 m s2
,
ay
dv y dt
40 m s2
则加速度的大小为 设a 与x 轴的夹角为β,则
a ax2 ay2 72.1 m s2

大学物理上册第一章 质点运动学 习题及答案

大学物理上册第一章 质点运动学 习题及答案

第一章 质点运动学一、简答题1、运动质点的路程和位移有何区别?答:路程是标量,位移是矢量;路程表示质点实际运动轨迹的长度,而位移表示始点指向终点的有向线段。

2、质点运动方程为()()()()k t z j t y i t x t r ++=,其位置矢量的大小、速度及加速度如何表示? 答:()()()t z t y t x r 222r ++==()()()k t z j t y i t xv ++= ()()()k t z j t y i t x a ++=3、质点做曲线运动在t t t ∆+→时间内速度从1v 变为到2v ,则平均加速度和t时刻的瞬时加速度各为多少? 答:平均加速度 t v v a ∆-=12 ,瞬时加速度()()dt v d t v v a t t lim t 120 =∆-=→∆4、画出示意图说明什么是伽利略速度变换公式? 其适用条件是什么?答:牵连相对绝对U V +=V ,适用条件宏观低速5、什么质点? 一个物体具备哪些条件时才可以被看作质点?答:质点是一个理想化的模型,它是实际物体在一定条件下的科学抽象。

条件:只要物体的形状和大小在所研究的问题中属于无关因素或次要因素,物体就能被看作质点。

二、选择题1、关于运动和静止的说法中正确的是 ( C )A 、我们看到的物体的位置没有变化,物体一定处于静止状态B 、两物体间的距离没有变化,两物体就一定都静止C 、自然界中找不到不运动的物体,运动是绝对的,静止是相对的D 、为了研究物体的运动,必须先选参考系,平时说的运动和静止是相对地球而言的2、下列说法中正确的是 ( D )A 、物体运动的速度越大,加速度也一定越大B 、物体的加速度越大,它的速度一定越大C 、加速度就是“加出来的速度”D 、加速度反映速度变化的快慢,与速度大小无关3、质点沿x 轴作直线运动,其t v-曲线如图所示,如s t 0=时,质点位于坐标原点,则s .t 54=时,质点在x 轴的位置为 ( B )A 、5 mB 、2 mC 、0 mD 、-2 m4、质点作匀速率圆周运动,则 ( B )A 、线速度不变B 、角速度不变C 、法向加速度不变D 、加速度不变5、质点作直线运动,某时刻的瞬时速度为s /m v 2=,瞬时加速度为22s /m a -=,则一秒钟后质点的速度 ( D )A 、等于0B 、等于s /m 2-C 、等于s /m 2D 、不能确定6、质点作曲线运动,r 表示位置矢量的大小,s 表示路程,z a 表示切向加速度的大小,v 表示速度的大小。

大学物理上 练习册 第1章《质点运动学》答案

大学物理上 练习册 第1章《质点运动学》答案

第1章 质点运动学一、选择题1(D),2(B ),3(D),4(D),5(B),6(D),7(D),8(E),9(B),10(B), 二、填空题(1). sin 2t A ωω,()ωπ+1221n (n = 0,1,… ), (1). 8 m ,10 m. (2). 23 m/s.(3). 16Rt 2 ,4 rad /s 2(5). 4t 3-3t 2 (rad/s),12t 2-6t (m/s 2). (6).331ct ,2ct ,c 2t 4/R . (7). 2.24 m/s 2,104o(8). )5c o s 5s i n (50j t i t+-m/s ,0,圆.(4). 02121v v +=kt(5). h 1v /(h 1-h 2)三、计算题1. 有一质点沿x 轴作直线运动,t 时刻的坐标为x = 4.5 t 2 – 2 t 3 (SI) .试求:(1) 第2秒内的平均速度; (2) 第2秒末的瞬时速度; (3) 第2秒内的路程.解:(1) 5.0/-==∆∆t x v m/s(2) v = d x /d t = 9t - 6t 2, v (2) =-6 m/s. (3) S = |x (1.5)-x (1)| + |x (2)-x (1.5)| = 2.25 m.2. (1) 对于在xy 平面内,以原点O 为圆心作匀速圆周运动的质点,试用半径r 、角速度ω和单位矢量i 、j表示其t 时刻的位置矢量.已知在t = 0时,y = 0, x = r , 角速度ω 如图所示;(2)由(1)导出速度 v 与加速度 a的矢量表示 式;(3) 试证加速度指向圆心.解:(1) j t r i t r j y i x rsin cos ωω+=+=(2) j t r i t r trcos sin d d ωωωω+-==vj t r i t r ta sin cos d d 22ωωωω--==v (3) ()r j t r i t r asin cos 22ωωωω-=+-=这说明 a 与 r方向相反,即a 指向圆心 。

(完整版)大学物理学(课后答案)第1章

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(完整版)⼤学物理学(课后答案)第1章第1章质点运动学习题⼀选择题1-1 对质点的运动,有以下⼏种表述,正确的是[ ] (A)在直线运动中,质点的加速度和速度的⽅向相同(B)在某⼀过程中平均加速度不为零,则平均速度也不可能为零 (C)若某质点加速度的⼤⼩和⽅向不变,其速度的⼤⼩和⽅向可不断变化 (D)在直线运动中,加速度不断减⼩,则速度也不断减⼩解析:速度是描述质点运动的⽅向和快慢的物理量,加速度是描述质点运动速度变化的物理量,两者没有确定的对应关系,故答案选C 。

1-2 某质点的运动⽅程为)(12323m t t x +-=,则该质点作[ ] (A)匀加速直线运动,加速度沿ox 轴正向 (B)匀加速直线运动,加速度沿ox 轴负向 (C)变加速直线运动,加速度沿ox 轴正向 (D)变加速直线运动,加速度沿ox 轴负向解析:229dx v t dt ==-,18dva tdt==-,故答案选D 。

1-3 ⼀质点在平⾯上作⼀般曲线运动,其瞬时速度为v ,瞬时速率为v ,某⼀段时间内的平均速率为v ,平均速度为v ,他们之间的关系必定有[ ](A)v =v ,v =v (B)v ≠v ,v =v (C)v ≠v ,v ≠v (D)v =v ,v ≠v解析:瞬时速度的⼤⼩即瞬时速率,故v =v ;平均速率sv t=,⽽平均速度trv =,故v ≠v 。

答案选D 。

1-4 质点作圆周运动时,下列表述中正确的是[ ](A)速度⽅向⼀定指向切向,所以法向加速度也⼀定为零 (B)法向分速度为零,所以法向加速度也⼀定为零 (C)必有加速度,但法向加速度可以为零 (D)法向加速度⼀定不为零解析:质点作圆周运动时,2n t v dva a dtρ=+=+n t n t a e e e e ,所以法向加速度⼀定不为零,答案选D 。

1-5 某物体的运动规律为2dvkv t dt=-,式中,k 为⼤于零的常量。

当0t =时,初速为0v ,则速率v 与时间t 的函数关系为[ ](A)2012v kt v =+ (B)20112kt v v =+(C)2012v kt v =-+ (D)20112kt v v =-+解析:由于2dvkv t dt=-,所以020()vtv dv kv t dt =-?,得到20112kt v v =+,故答案选B 。

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7 汽车在半径为200m的圆弧形公路上刹车,刹车开始阶段的路程
随时间的变化关系为 S 20t 0.2t3(SI),汽车在t=1s时的切向加速

,法向加速度大小为 ,加速度的大小和方向为


at
d 2S dt 2
1.2t
1.2m / s2
an
2
R
1 dS R dt
2
(20 0.6t 2 )2 R
第一章 质点的运动(一)
一、选择题
1 某质点作直线运动的运动学方程为x=3t-5t3+6(SI),则
该质点作 (A)匀加速直线运动,加速度沿x轴正方向. (B)匀加速直线运动,加速度沿x轴负方向. (C)变加速直线运动,加速度沿x轴正方向. (D)变加速直线运动,加速度沿x轴负方向.
2
一质点在某瞬时位于位矢 r(
2
4 一质点沿x方向运动,其加速度随时间变化关系为a =3+2t(SI) , 如果初始时质点的速度v0为5m/s,则当t为3s时,质点的速度v
=_2__3_m_/_s_
5.一质点作半径为 0.1 m的圆周运动,其角位置的运动学方程为:
π
1 t2
(SI)
42
则其切向加速度为 a
R
R d 2
0.1m / s2
定要经过2m的路程. (B) 斜向上抛的物体,在最高点处的速度最小,加速度最大. (C) 物体作曲线运动时,有可能在某时刻的法向加速度为零. (D) 物体加速度越大,则速度越大.
3. 在相对地面静止的坐标系内, A、B 二船都以3m/s 的速率匀
速行驶, A 船沿x轴正向, B船沿y轴正向,今在船 A 上设置与静
(A)
1 2
kt 2
0
(C)
1 1 kt2 1
2
0
(B)
1 2
kt 2
0
(D)
1 1 kt2 1
2
0
解: d k 2t
dt
d 2
ktdt
d t
ktdt
0 2
0
1 1 1 kt 2
0 2
2. 下列说法中,哪一个是正确的? (A) 一质点在某时刻的瞬时速度是2m/s,说明它在此后1s内一
解:小球与斜面碰撞时的速度为: v1 2 gh
h
v2
H H'
因为完全弹性碰撞,小 υ υ 2gh
球弹射的速度大小为:
2
1
S
v2的方向是沿水平方向,故小球与斜面碰撞后作平抛运动,弹出 的水平距离为:
s v2t 式中t 2(H h) g
s 2gh 2(H h) g 2 h(H h )
与其速度矢量恰好垂直;(4) 在什么时刻电子离原点最近.
如果质点在原点处的速度为零,试求其在任意位置的速度


a
d
dt
d
dx
dx dt
d
dx
d adx (3 6x2 )dx
d
x (3 6x2 )dx
0
0
6x 4x3
2.一质点沿半径为R的圆周运动,其路程S随时间t变化的规律为:
(S I)S,式bt中b0、.5cct为2 大于零的常数,且b2>R c.
据极值条件 ds dh
H 2h
hH h 0
h H 2,
d 2s d h2 4 H 0 所以上条件为S极大的条件
H2
H'1H
2
5.河水自西向东流动,速度为10km/h.一轮船在水中航行,船 相对于河水的航向为北偏西300,相对于水的航速为20km/h.此 时风向为正西,风速为10km/h.试求在船上观察到的烟囱冒出 的烟缕的飘向.(设烟离开烟囱后很快就获得与风相同的速度)
B•
C•
O
A C R
B
2 R2 C

0 C R
三计算题
1.有一质点沿x轴作直线运动,t时刻的坐标为 x=5t2-3t3(SI).试求(1)在第2秒内的平均速度;(2)第 2秒末的瞬时速度;(3)第2秒末的加速度.
解: (1)第2秒内的平均速度表示为:
v Δx x(t 2) x(t 1) 6(m / s)
(A) dr
(B)
dt
d
r
(C)
(D)
dt
xd, yr) 的端点处,其速度大小为
dt
( dx )2 ( dy )2
dt
dt
3 质点作半径为R的变速圆周运动时的加速度大小为(v表 示任一时刻质点的速率)
(A) d
dt
d 2
(C) dt R
2
(B) R
(D)
d 2
d
t
1/ 2
4
R2
a rr
止坐标系方向相同的坐标系 ( x、y方向单位矢量用i,j表示 ),
那么在 A 船上的坐标系中, B 船的速度(以 m/s 为单位)为
(A) 3i 3 j (B) - 3i 3 j
(C) - 3i 3 j (D) 3i 3 j
二、填空题
1.一质点沿x轴运动,其加速度a与位置坐标的关系为 a 3 6x2 (SI),
0
dy
0t12t 3dt
x t 2 , y 3t 4
质点的运动方程为:
x t 2
y
3t
4
r t 2 i 3t 4 j
质点的运动方程为:
x t 2
y
3t
4
r t 2 i 3t 4 j
(2) 上式中消去t,得y=3x2, 即为轨道方程。可知是抛物线。
(3)求切向加速度
v 2t v 12t3
(2)A12dAr221A
(椭圆)
sinωt i A
cosωt
M
j
o
o
x
a
ddt
1
2A
cosωt
2
i 2A
sinωt
j
2r
dt
1
2
上式表明:加速度恒指向椭圆中心。
质点在通过图中M点时,其速率是增大还是减小?
x
y
A 1
A 2
cost sin t
y
at Q
M
V an a o
o
P
x
(3)当t=0时,x=A1,y=0,质点位于图中P点
an
v2 R
1 (b ct)2 R
(m / s2 )
由 1 (b ct)2 c R
t b Rc (s) c
3. 一物体作如图的斜抛运动,测得在轨道A点处速度的
大小为v,其方向与水平方向夹角成30°.则物体在A点
a 的切向加速度 g/ 2 t
轨道的曲率半径
a υ2 ρ n
a
g 300 n
N
30°
V人地
W
E
V风人 V风地
S
二、填空题
1. 在表达式v lim r中,位置矢量是 ;位移矢量是 。 r r t0 t
2 一小球沿斜面向上运动,其运动方程为s=5+4t-t2(SI),则小球运
动到最高点的时刻是 2s 。 分析:求极值的问题
3 一质点沿直线运动,其坐标x与时间t有如下关系:
4 质点作曲线运动, 表示位置矢量, 表示速度, 表示加速度,
S表示路程,at表示切向加速度,下列表达式中,
(1) d a
dt
(3) dS
dt
(2) dr
(4)
ddtr
dt
at
(A)只有(1)、(4)是对的.
(B) 只有(2)、(4)是对的.
(C)只有(2)是对的.
(D) 只有(3)是对的.
质点位于
t
2
时,
x
A cos
1
2
0,
y A sin A
2
2
2
质点位于图中的Q点,
显然质点在椭圆形轨道上沿反时针方向运动。 而在M点,切向加速度的方向与速度的方向相反。 所以,质点在通过M点速率减小。
4. 如图,有一小球从高为H处自由下落,在途中h处碰到一个45o的 光滑斜面与其作完全弹性碰撞(且碰后速度大小不变,方向变为水 平向右)。试计算斜面高 H’为多少时能使小球at2 an2 2.23m / s2
tan an 1.5667
at
8. 半径为R的圆盘在固定支撑面上向右滚动,圆盘质心C的运动速 度为 ,圆盘绕质心转动的角速度为 ,如图所示.则圆盘边
缘上A点的线速度为 线速度为
;B点的线速度为 .
;O点的
A •
分析:刚体上某质点的运动可看为随质心的 平动和绕质心转动的合成
t
dt 2
6 在一个转动的齿轮上,一个齿尖P沿半径为R的圆周运动,其路
程S随时间的变化规律为 S v 0t 12 bt ,2 其中v0和b都是正的常
量.则t时刻齿尖P的速度大小为v0 bt,加速度大小为 .
a
a2 a2
t
n
(d/dt)2 [(dS/ dt)2 / R]2
b2 (v bt)4 / R2 0
( v1, v2分别为初、末速率)
(D) 运动物体速率不变时,速度可以变化.
7 一质点从静止出发绕半径为R作圆周运动,角加速度为 ,该
质点走完一圈回到出发点,所经历的时间为:
(A) 1 2R (B) 4
2
(C) 2
(D) 条件不够,不能确定
分析 1 t 2
2
8. 某人骑自行车以速率v向西行驶,今有风以相同速率从北偏东 30° 方 向 吹 来 , 试 问 人 感 到 风 从 哪 个 方 向 吹 来 ? (A)北偏东30° (B)南偏东30° (C)北偏西30°(D)西偏南30°.
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