贵州大学物理试第一章质点运动学学生版
大学物理章试卷试题库质点运动学.doc
《大学物理》试题库管理系统内容第一章质点运动学1题号: 01001第01章题型:选择题难易程度:容易试题 :下列那一个物理量是被称为质点的运动方程().A. 位置矢量B. 位移C. 速度D. 加速度答案 : A2 题号: 01002 第 01 章题型:选择题难易程度:适中试题 : 某物体作单向直线运动,它通过两个连续相等位移后,平均速度的大小分别为v1 10m s 1 , v2 15m s 1 .则在全过程中该物体平均速度的大小为().A. 12m1B.1C.1D. 13.75m s1 s 12.5m s 11.75m s答案 : A3 题号: 01003 第 01 章题型:选择题难易程度:适中试题 : 在相对地面静止的坐标系内,A、 B两船都以2m s 1的速率匀速行驶,A船沿x轴正向, B船沿 y 轴正向.今在 A船上设置与静止坐标系方向相同的坐标系(x, y 方向的单位矢量用 i , j 表示),那么在A船上看, B 船的速度(以m s 1 为单位)为().A. 2i 2 jB. 2i 2 jC. 2i 2 jD. 2i 2 j答案 : A4 题号: 01004 第 01 章题型:选择题难易程度:较难试题 : 某质点的运动方程为 r (At Bt 2 ) cos i ( At Bt 2 ) sin j ,其中A, B, 均为常量,且 A 0,B 0,则质点的运动为(A. 匀加速直线运动).B. 匀减速直线运动C. 圆周运动D. 一般的平面曲线运动答案 : A5 题号:01005 第 01 章题型:选择题难易程度:适中试题 :某质点的速度为v 2i 8 t j ,已知t 0 时它过点(3,-7 ),则该质点的运动方程为().A. (2t 3)i (4t 2 7 ) jB. 2t i 24t j C. 8 j D.不能确定答案 : A6题号: 01006第01章题型:选择题难易程度:较难试题 :在下列情况下,不可能出现的是().A.一质点向前的加速度减小了,其前进速度也随之减小B.一质点具有恒定的速率,但却有变化的速度C.一质点加速度恒定,而速度方向不断改变D.一质点具有零速度,同时具有不为零的加速度答案 : A7题号: 01007第01章题型:选择题难易程度:较难试题 :下列表述中正确的是().A.在曲线运动中质点的加速度必定不为零B.若质点的加速度为恒矢量,则质点的运动轨迹必为直线C.质点沿 x 轴运动,若加速度的大小为负值,则质点必作减速运动D.质点在作抛体运动的过程中,其法向加速度和切向加速度都在随时间不断变化,因此和加速度也在随时间不断变化答案 : A8题号: 01008第01章题型:选择题难易程度:适中试题 :两辆汽车甲、乙在平直公路上以相同的速率v 沿相同的方向并排行驶.下列说法中错误的是().A.以相同速率迎面驶来的汽车丙为参考系,汽车甲、乙相对于汽车丙都是静止的B.以相同速率迎面驶来的汽车丙为参考系,汽车甲、乙都以2v 的速率运动C.以汽车甲为参考系,汽车乙相对于甲是静止的D.以地面为参考系,汽车甲、乙均以速率v 运动答案 : A9 题号: 01009 第 01 章题型:选择题难易程度:适中试题 : 如图所示,质点作匀速率圆周运动,其半径为R ,从 P 点出发,经过半个圆周而运动到了 Q 点,则下列表达式中不正确的是v().RA. 速度增量v 0PQB. 速率增量v 0 OC. 位移大小r 2R vD. 路程S R答案 : A10题号: 01010 第 01 章 题型:选择题难易程度:较难试题 : 质点沿半径 R 1m 的轨道作圆运动,在某时刻的角速度为1rad s 1 ,角加速度为 1 s 2 ,则质点在该时刻的速度和加速度的大小分别是().radA. 1m s 1 , 2m s 2B. 1m s 1 , 1m s 2C. 2m s 1 , 1m s 2D. 2m s 1 , 2m s 2答案 : A11题号: 01011 第 01 章 题型:选择题 难易程度:难试题 : 一质点沿 x 轴作直线运动的运动方程为 x 4t 22t 3 ,当质点再次返回到原点时,其速度和加速度分别为( ).A.8 1 , 16 2B. 81,2m s m s 16m sm sC. 8m s 1 , 16m s2D.8m s 1 ,16m s 2答案 : A12题号: 01012 第 01 章 题型:选择题难易程度:适中试题 : 质点在 xoy 平面内作曲线运动,则质点速率的表达式不正确的是().drdrdx 22 ds A.B. vC. vdyvdt dtdtD. vdtdt答案 : A13题号: 01013 第 01 章 题型:选择题难易程度:适中试题 : 以初速 v 0 将一物体斜向上抛,抛射角为,不计空气阻力,则物体在轨道最高点处的曲率半径为( ).A.v 02 cos 2B.g2C. v 0 sinD. 不能确定gv 0g答案 : A14题号: 01014 第 01 章 题型:选择题 难易程度:适中试题 : 根据瞬时速度 v 的定义,若在直角坐标系中,则下列那一个选项可表示速度的 大小().A.dxidy j dz k B.dxdy dz dtdtdtdt dt dt222C. dxdydzD.drdtdtdtdt答案 : A15题号: 01015第 01 章题型:选择题难易程度:适中试题 : 根据瞬时加速度 a 的定义,若在直角坐标系中,则下列那一个选项可表示加速 度的大小().d 2 xd 2 yd 2 z222A. i jkB. d 2 xd 2 y d 2 z dt 2 dt 2 dt 2 dt 2 dt 2dt 2C.d 2 x d 2 y d 2 z D.d 2 rdt 2 dt 2dt 2dt 2答案 : A16题号:01016第 01 章题型:选择题难易程度:适中试题 : 已知质点以速率 v214 t m s 作直线运动,把质点运动的直线作为ox 轴,并已知 t3 s 时,质点位于 x 3m 处,则质点的运动学方程为().A. x4t 1 t 3 12B.x 4t 1 t 31233 C. x 4t1 t 3 D.x 1 t 333 答案 : A17 题号: 01017 第 01 章 题型:选择题难易程度:适中vvvavPPaaPPaA. B. C.D.试题 : 下图中能正确表示质点在曲线轨迹上P 点的运动为减速运动的是().答案 : A18题号: 01018 第 01 章 题型:选择题 难易程度:适中试题 : 质点在平面上作圆运动时,下列那一选项是正确的().A.dr0 ,drB.dr 0 , drdtdtdt dtC.dr0 ,drD.dr 0 , drdtdtdt dt答案 : A19 题号: 01019第 01 章 题型:选择题 难易程度:较难试题 : 质点在平面上作匀速率曲线运动时,下列那一选项是正确的().A.dv0 ,dvB.dv 0 ,dvdtdtdt dtC.dv0 ,dvD.dv 0 ,dvdtdtdtdt答案 : A20题号: 01020 第 01 章 题型:选择题 难易程度:难试题 : 质点在平面上作匀变速率曲线运动时,下列那一选项是正确的().A.da0 ,daB.da 0 ,dadtdtdt dtC.da0 ,daD.da 0 ,dadtdtdtdt答案 : A21题号: 01021 第 01 章 题型:填空题难易程度:适中试题 : 物理学中把研究机械运动的规律及其应用的学科称之为力学,而研究物体位置 随时间的变化或运动轨道问题但不涉及物体发生运动变化原因的学科称之 为.答案 : 运动学22题号: 01022第 01 章 题型:填空题难易程度:适中试题 : 位置矢量和位移是描述质点运动状态的物理量, 是描述质点运动状态变化的物理量. 答案 : 加速度23题号: 01023第 01 章 题型:填空题难易程度:适中试题 : 由于运动具有相对性所以描述运动时我们首先必须选 .答案 : 参照系24题号: 01024第 01 章 题型:填空题难易程度:适中试题 :宇宙中的所有物体都处于永不停止的运动中,这说明运动具有.答案 : 绝对性25 题号: 01025 第 01 章题型:填空题难易程度:适中试题 : 若速度与加速度之间满足关系v a ,则速度的方向与加速度的方向.答案 : 相互垂直26 题号: 01026 第 01 章题型:填空题难易程度:适中试题 : 若速度与加速度之间满足关系v // a ,则该质点一定作,但既有可能作加速度运动,也有可能作减速运动.答案 : 直线运动27 题号: 01027 第 01 章题型:填空题难易程度:适中试题 : 若矢量 A B ,则矢量 A 与 B 的大小相等,方向.答案 : 相反28 题号: 01028 第 01 章题型:填空题难易程度:适中试题 : 若质点在 t 时刻的位置矢量为r t,在t t 时刻的位置矢量为r t t ,则该质点在t 时间内的位移为.答案 : r rt t r t29 题号: 01029 第 01 章题型:填空题难易程度:适中试题 : 对于同一参考系而言,若在t 时刻质点A的运动速度为 v A、质点B的运动速度为 v B ,则质点 B相对于 A的速度为.答案 : v B v A30 题号: 01030 第 01 章题型:填空题难易程度:容易试题 : 在国际单位制中,若描述质点运动的位置矢量为rt 2 i 3 t 3 j,则质点在2t 时刻的加速度为.答案 : a 4i 18t j31 题号: 01031 第 01 章题型:填空题难易程度:较难试题 : 若质点作曲线运动时,切线加速度的大小 a 0 ,则该质点作曲线运动的速率.答案 : 增大32 题号: 01032 第 01 章题型:填空题难易程度:较难试题 : 若质点作曲线运动时,切线加速度的大小 a 0 ,则该质点一定作.答案 : 匀速率圆周运动33 题号: 01033 第 01 章题型:填空题难易程度:较难试题 : 若运动质点的法线加速度的大小 a n 0,则该质点一定作.答案 : 直线运动34 题号: 01034 第 01 章题型:填空题难易程度:适中试题 : 若某时刻质点作曲线运动的法线加速度大小为a n,速率为 v ,则该时刻质点所在位置处曲线的曲率半径为.答案 : v 2a n35 题号: 01035 第 01 章题型:填空题难易程度:容易试题 : 对于作圆运动的质点而言,若圆的半径为R ,质点的角加速度为,则质点的切线加速度的大小为.答案 : a R36 题号: 01036 第 01 章题型:填空题难易程度:适中试题 : 对于作圆运动的质点而言,若圆的半径为R ,质点在某时课的角加速度为,速率为v ,则质点的加速度为.答案 : v 2 n RR37 题号: 01037 第 01 章题型:填空题难易程度:适中试题 : 某质点沿半径为1m的圆周运动,在国际单位制中其角运动方程为t t 2,则质点的角加速度为.答案 : 2 rad s 238 题号: 01038 第 01 章题型:填空题难易程度:难试题 : 某质点沿半径为1m的圆周运动,在国际单位制中其角运动方程为t 2,则质点的加速度 a 为.答案 : 2 t 2 n 239题号: 01039第01章题型:填空题难易程度:难试题 : 某质点从 r0 5 j 位置开始运动,在国际单位制中其速度与时间的关系为v 3t 2i 5 j , 则质点到达 x 轴所需的时间为.答案 : t 1s40 题号: 01040 第 01 章题型:填空题难易程度:难试题 : 某质点从 r0 5 j 位置开始运动,在国际单位制中其速度与时间的关系为v 3t 2i 5 j , 则此时质点在x 轴上的位置为.答案 : x 3m41 题号: 01041 第 01 章题型:计算题难易程度:适中试题 : 已知一质点的运动方程为x 2 t, y 18 2 t 2 ,其中、以 m计,t 以 sx y计.求:( 1)质点的轨道方程并画出其轨道曲线;(2)质点的位置矢量;( 3)质点的速度;( 4)前 2 s 内的平均速度;(5)质点的加速度.答案 : ( 1)将质点的运动方程消去时间参数t ,得质点轨道方程为y 18 x 2 ,质点的轨2道曲线如图所示.( 2)质点的位置矢量为r t i(18 t 2 j.2 2 ) y( 3)质点的速度为v r 2 i4tj .( 0,18) ( 4)前 2s 内的平均速度为v r (2) r (0)2 01 i (182 2 2 ) j 18 j 2 i 4 j ( 6,0)2 22 o( 5)质点的加速度为 a r 4 jx 42 题号: 01042 第 01 章题型:计算题难易程度:适中试题 : 如图所示, A、 B 两物体由一长为l 的刚性细杆相连,A、 B两物体可在光滑轨道上滑行.若物体 A 以确定的速率v 向 x 轴正向滑行,当 6 时,物体 B的速度是多少?答案 : 根据题意,得v A dxvii yy dtv B dyjB B dt因为2(t)2l2 x y ( t)所以 2 x dx2 y dy 0 dt dt故v B dy j x dxjv tan jdt y dt 当 6 时, v B v tan j 3v j6 3l lA v xA v x o o43题号: 01043第01章题型:计算题难易程度:适中试题 : 证明假定质点沿 x 轴作匀加速直线运动,加速度a 不随时间变化,初位置为2 2 2a( x x 0 ) .x 0 ,初速度为 v 0 ,则 vv 0答案 : 因为 adv,所以 dv adt 对其两边取定积分可得vt dtv v 0at( 1)dv0 adt ,v 0又因为dxv 0at ,所以 dxvat dt ,对其两边取定积分可得dtx t v 0 at dt , x x 01 at 2( 2)dxv 0 tx 02联立( 1)和( 2)可得 v 2v 022a (x x 0 ) .44题号: 01044 第 01 章题型:计算题 难易程度:适中试题 : 一质点沿 x 轴正向运动,其加速度为 a kt ,若采用国际单位制( SI ),则式中常数 k 的单位(即量纲)是什么?当 t 0 时, v v 0 , x x 0 ,试求质点的速度和质点的 运动方程.答案 : 因为 a kt ,所以 ka .故 dim kdim a L T 2L T 3.tdim tT又因为 a dvktdt , v v 01kt 2 而kt ,所以有 dvktdt ,作定积分有dvvtdtv 02dx121 2,再作定积分有 xt 1 2dt ,得 v 0,所以 dxv 0kt dtdxv 0kt vkt2 x 02 dt2x xv t1 kt 3.645题号: 01045 第 01 章题型:计算题 难易程度:较难试题 : 一人乘摩托车跳越一个大矿坑,他以与水平成 22. 5 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,他飞越的时间有多(2)他在东边落地时的速度多大?速度与水平面的夹角多大?答案 : 据题意建立坐标系如图所示.y( 1)若以摩托车和人作为一质点,则x v 0 cos 0tv 0其运动方程为yy 0 v 0 sint1 gt 222.5 o70mv xx2o运动速度为v x v 0 cos 0v yvv y v 0 singt当到达东边落地时 y 0 有 y 0v 0 sin1 20 ,将 y 070m , g10m 2,0 tgts1, 02v 0 65m s22.5 代入解之得他飞越矿坑的时间为 t 7.0s (另一根舍去),矿坑的宽度为 x 420m .( 2)在东边落地时t 7.0s ,其速度为v x v0 cos 0 60.1m s 1v y v0 sin 10 gt44.9 m s 于是落地点速度的量值为v v x2 v y2 75.0m s 1此时落地点速度与水平面的夹角为tan 1 v y37 v x46 题号: 01046 第 01 章题型:计算题难易程度:适中试题 : 一质点沿半径为R的圆周运动,其角位置与时间的函数关系式(即角量运动方程)为tt 2,取 SI 制,则质点的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度各是什么?答案 : 因为t t 2,所以质点的角速度 d 2 t ,质点的角加速度为dtd2 ,质点的切向加速度为 a R 2 R ,质点的法向加速度为dt2 R 2a n 2 t R .47 题号: 01047 第 01 章题型:计算题难易程度:难试题 : 已知某质点的运动方程为r a b cos t i c d sin t j ,取SI制,其中a、b、c、d、均为常量.(1)试证明质点的运动轨迹为一椭圆;(2)试证明质点的加速度恒指向椭圆的中心;(3)试说明质点在通过图中给定点P 时,其速率是增大还是减小?答案 : ( 1)由题意知x a b cos t,所以消去时间参数得质点的运动轨迹为y c d sin t( x2( y c)2ya)1 (椭圆) a ( a,c d)2d2b P( 2)质点的速度为va n ai cj (a b, c)r b sin t i d cos t jr质点的加速度为o r x r 2 b cos t i 2 d sin t j2a b cos t i c d sin t j ai cj2 r a i cj可见,质点的加速度与矢量 r ai cj 的方向相反,由图可知,加速度的方向恒指向椭圆的中心( a, b)( 3)当t 0时,x a b质点位于 (a b, c) 点;当 t2时,xa ,质点y c y c d 位于 (a, c d ) 点.由图可知,质点从 ( a b, c) 点向着 ( a, c d ) 点运动,所以质点在作逆时针运动.在P 点处,由于切向加速度 a 与运动速度 v 的方向相反,所以质点通过P 点时的速率在减小.48 题号: 01048 第 01 章题型:计算题难易程度:适中试题 : 已知某质点在 t 0 时刻位于 r0 2i 3 j (m) 点处,且以初速 v0 0 ,加速度a 3i 4 j (m s 2 ) 运动.试求:(1)质点在任意时刻的速度;(2)质点的运动方程.答案 : ( 1)由题意可知dv i4 j 即dv 3i 4 j dt,对其两边取积分有dt 3vdv t3i 4 j dtv0 0所以质点在任意时刻的速度为v 3t i 4tj .( 2)由v 3ti 4tj 可得dr3ti 4t j ,即 dr 3ti 4t j dt ,对其两边取积分有dtrdr t 3ti 4tj dt 即 r 3 t2i 2t 2 j r0r0 0 2所以代入 r 0 2i 3 j 可得质点的运动方程为r 3 t 2 2 i2t 2 3 j .249 题号: 01049 第 01 章题型:计算题难易程度:难试题 : 已知某质点的运动方程为 r 2t i 3t 2 4 j (m) ,试求:(1) t 1s时切向加速度和法向加速度的大小;(2)t 1s时的曲率半径.答案 : ( 1)因为r 2t i 3t 2 4 j所以质点在任意时刻的速度和加速度分别为v dr i tj; adv6 j dt 2 6 dt故质点在任意时刻速度的大小即速率为v 2 222 1 9t 2 6t于是质点在任意时刻切向加速度的大小为 a dv d 2 1 2 18t9t2dt dt 1 9t由此可知,质点在 t 1s 时切向加速度的大小为 a 189 5.69 m s 21质点在 t 1s 时法向加速度的大小为a n a226 2 5.6922 a 1.91m s( 2)因为质点在t 1s时速度的大小为 v 2 1 9 12 2 10 m s 1所以 t 1s 时的曲率半径为v2 40R 21ma n 1.9150 题号: 01050 第 01 章题型:计算题难易程度:适中试题 : 一质点在平面上作曲线运动,t1时刻位置矢量为r12i 6 j , t2时刻的位置矢量为 r2 2i 4 j ,求:(1)在 t t2 t1时间内质点的位移矢量式;(2)该段时间内位移的大小和方向;(3)在坐标图上画出r1,r2及 r .(题中r以 m计, t 以 s 计)答案 : ( 1)在t t2 t1时间内质点的位移矢量式为yr r2 r1 ( 4i 2 j ) mr1r ( 2)该段时间内位移的大小为r 2r 42 ( 2) 2 2 5m该段时间内位移的方向与x 轴的夹角为o xtan 1 2 26.6 04( 3)坐标图上的表示如图.51题号:01051 第 01 章题型:计算题难易程度:适中试题 :某质点作直线运动,其运动方程为x 1 4t t 2,其中x 以m计,t以s计.求:(1)第三秒末质点的位置;(2)头三秒内的位移大小;(3)头三秒内经过的路程.答案 : ( 1)第三秒末质点的位置为x(3) 1 4 3 3 2 4m( 2)头三秒内的位移大小为x(3) x(0) 3m( 3)因为质点作反向运动时有v(t ) 0 ,所以令dx0 ,即 4 2t 0 , t 2s ,因dt此头三秒内经过的路程为 x(3) x(2) x(2) x(0) 4 5 5 1 5m52 题号: 01052 第 01 章题型:计算题难易程度:较难试题 : 已知某质点的运动方程为x 2t, y2,式中 t 以s计, x 和y以m计.()2 t 1计算并图示质点的运动轨迹;(2)求出t 1s 到 t 2s 这段时间内质点的平均速度;(3)计算1s末和2s 末质点的速度;( 4)计算1s 末和 2s 末质点的加速度.答案 : ( 1)由质点运动的参数方程x 2t , y 2 t 2消去时间参数t得质点的运动轨迹为2 yxy 2, ( x 0)( 0,2)4运动轨迹如图所示.( 2)根据题意可得质点的位置矢量为o x(2 2,0)r ( 2t )i(2t 2 ) j所以 t 1s 到 t 2s 这段时间内质点的平均速度为v r r (2) r (1) 2i 3 j (m s 1 )t 2 1(3)由位置矢量求导可得质点的速度为v r 2i (2t ) j所以 1s 末和 2s 末质点的速度分别为v(1) 2i 2 j (m s 1 ) 和 v (2) 2i 4 j (m s 1 ) .( 4)由速度求导可得质点的加速度为 a v2 j所以 1s 末和 2s 末质点的加速度为a(1) a (2) 2 j (m s-2 )53 题号: 01053 第 01 章题型:计算题难易程度:适中试题 : 湖中有一小船,岸边有人用绳子跨过离河面高H的滑轮拉船靠岸如图所示.设绳子的原长为 l0,人以匀速 v0拉绳,试描述小船的运v0动.答案 : 建立坐标系如图所示.按题意,初始时刻l 0( t 0 ),滑轮至小船的绳长为l 0,在此后某时刻Ht ,绳长减小到l0 v0t ,此时刻船的位置为v0x l 0 v0 t 22H这就是小船的运动方程,将其对时间求导可得小船的速度为l 0Hoxdx l 0 v0 t v0 v0 v2 2dt cosl 0 v0 t H将其对时间再求导可得小船的加速度为dv v02 H 2 v02 H 2 ax3 dt l0 v0 t 2 H 23其中负号说明了小船沿 x 轴的负向(即向岸靠拢的方向)作变加速直线运动,离岸越近( x 越小),加速度的绝对值越大.54题号: 01054第01章题型:计算题难易程度:容易试题 :大马哈鱼总是逆流而上,游到乌苏里江上游去产卵,游程中有时要跃上瀑布.这种鱼跃出水面的速度可达 32 km h 1.它最高可跃上多高的瀑布?和人的跳高记录相比如何?答案 :鱼跃出水面的速度为v 32 km h 18.89 m s 1,若竖直跃出水面,则跃出v2h 4.03m2 g此高度和人的跳高记录相比较,差不多是人所跳高度的两倍.55 题号: 01055 第 01 章题型:计算题难易程度:较难试题 : 一人站在山坡上,山坡与水平面成角,他扔出一个初速为 v0的小石子, v0与水平面成角(向上)如题图所示.(1)若忽略空气阻力,试证小石子落到了山坡上距离抛出点为 S处,有2v02 sin( ) cos.( 2)由此证明对于给定的v0和值时S Sg cos2在时有最大值v02 (sin 1) S max .4 2 g cos2答案 : ( 1)建立如题图所示的坐标系,则小石子的运动方程为v0yox v0 cos t v0 Sy v0 sin t 1 gt 22 o x 当小石子落在山坡上时,有Sx S cosy S sin联立以上四个方程,求解可得小石子在空中飞行的时间(即从抛出到落在山坡上时所经历的时间) t 所满足的方程为t 22v0(sin tan cos )t0 g解之得t 2v0(sin tan cos ) gt 0 是不可能的,因t0 时小石子刚要抛出.所以小石子落在山坡上的距离为x v 0 cos t 22v 0 sin() cosScos2cosg cos( 2)给定 v 0 和值时,有 S S( ) ,求 S 的最大值,可令dS 0 ,即d2)2v 0 cos(22g cos亦即42d 2v 02 (sin1)此时S 0 ,所以 S 有最大值,且最大值为 S max.d2g cos256题号:01056第 01 章题型:计算题难易程度:难1试题 : 一人扔石子的最大出手速度为 v 025m s .他能击中一个与他的手水平距离为L 50 m ,高为 h 13 m 处的一目标吗?在这个距离上他能击中的最大高度是多少?答案 : 设抛射角为 , 则已知条件如图所示 , 于是石子的运动方程为x v 0 cos tyyv 0 sin t1 gt 22v 0 ( L, h)可得石子的轨迹方程为y x tangx 2 oxcos 22v 02假若石子在给定距离上能够击中目标,可令xL222此时有 y L tan2g L 2,即 y gL 2 tan 2L tangL 22v 0 cos2v2v 0dy2d 2y若以 tan 为函数,令0 ,有 tanv 0,此时 ,即在给定已d (tan ) gL 2d (tan )知条件及给定距离上能够击中目标的最大高度为 y max 12.3m ,故在给定距离上他不能击中 h13m 高度处的目标.57 题号: 01057 第 01 章 题型:计算题 难易程度:适中试题 : 如果把两个物体A 和B 分别以初速度 v 0 A 和 v 0B抛出去. v 0 A 与水平面的夹角为 , v 0 B 与水平面的夹角为 ,试证明在任意时刻物体 B 相对于物体 A 的速度为常矢量.答案 : 两物体在忽略风力的影响之后,将在一竖直面内作上抛运动,如图所示.则两个物体的速度分别为v A v 0A cos i v 0 A sin gt jv Bv 0B cos iv 0 B singt jy所以在任意时刻物体 B 相对于物体 A 的速度为v 0Bv B v A v 0 B cosv 0 A cos iv0Aoxv 0 B sin v 0 A sin j是一与时间无关的常矢量.58题号: 01058 第 01 章 题型:计算题 难易程度:适中试题 : 如果已测得上抛物体两次从两个方向经过两个给定点的时间,即可测出该处的 重力加速度.若物体沿两个方向经过水平线 A 的时间间隔为 t A ,而沿两个方向经过水平线 A 上方 h 处的另一水平线 B 的时间间隔为 t B ,设在物体运动的范围内重力加速度为常量,试求该重力加速度的大小.答案 : 设抛出物体的初速度为v 0 ,抛射角为,建立如图所示的坐标系,则h Av 0 sin th Bv 0 sin t所以A1 gt A2 y2B1gt 2B2h Bvhh A22v 0 sint t Agt B 2 2v 0 sin tgA2h A 0xgoB2h Bg于是有2 28h A t A(t A1 t A2 ) 24v 0 sin4t A1 t A22gg t B(t B1 t B 2 ) 24v 02 sin 28h B4t B1 t B2g 2g此二式平方相减可得g8(h B h A )8h.2222t A t B t A t B注意此方法也是实验测量重力加速度的一种方法.59题号: 01059第01章题型:计算题难易程度:容易试题 :一质点从静止出发沿半径为R=1m的圆周运动,其角加速度随时间的变化规律是2答案 : 因为12t 2 6t ,所以 d 12t 2 6t dt ,于是有 d t 2 6t dt ,12t0 0故质点的角速度的大小为4t 3 3t 2,切向加速度的大小为, a R 12t 2.6t60 题号: 01060 第 01 章题型:计算题难易程度:适中试题 : 一质点作圆周运动的方程为 2 t 4t 2(以 rad 计, t 以 s计).在 t 0 时开始逆时针旋转,问:(1)t 0.5 s时,质点以什么方向转动;( 2)质点转动方向改变的瞬间,它的角位置等于多大?答案 : ( 1)因质点作圆运动角速度方向改变瞬时,d8t 0 , t 0.25s0 ,即 2dt所以 t 0.5s 时,质点将开始以顺时针方向转动.( 2)质点转动方向改变的瞬间,它的角位置为( 0.25) 2 0.25 4 (0.25)20.25 rad61 题号: 01061 第 01 章题型:计算题难易程度:较难试题 : 质点从静止出发沿半径=3m的圆周作匀变速运动,切向加速度Ra 3m s 2.问:( 1)经过多少时间后质点的总加速度恰好与半径成45o角?(2)在上述时间内,质点所经历的角位移和路程各为多少?: 因为a dv ,所以 dv 3dt ,即v t答案 3 dv 3dt 故质点作圆运动的瞬时速率为dt 0 02v 2v 3t .质点的法向加速度的大小为 a n 3t 3t 2其方向恒指向圆心.于是总加2R 3速度为 a a n a n 3 ,其中 n 为沿半径指向圆心的单位矢量,为切向单位矢3t量.( 1)设总加速度a与半径的夹角为,如图所示,则a sin a , a cos a n ana 当450 时有 a n a ,即 3t 2 3 , t 1(负根舍去),所o以 t 1s时, a 与半径成450角. a( 2)因为dsvt ,所以 s 1 ds(3t)dtdt3故在这段时间内质点所经过的路程为s 1.5m ,角位移为s 1.5 0.5 rad . R362 题号: 01062 第 01 章 题型:计算题 难易程度:适中试题 : 汽车在半径为 R 400m 的圆弧弯道上减速行驶.设某一时刻,汽车的速率为v 10m s 1 ,切向加速度的大小为 a0.2 m s 2 .求汽车的法向加速度和总加速度的大小和方向.答案 : 已知条件如图所示.汽车的法向加速度为22va nv100.25m 2R 400 sa na汽车的总加速度为oaa n 2 a 20.25 2 0.2 2 0.32 m s 2a所以 aa na0.25n ( 0.2) (m s 2 ) ,故加速度 a 与 v的夹角为tan 1 a ntan 1 0.25128 0 40a0.2。
大学物理第1章质点运动学
二、位置矢量 、位移、速度、加速度
1. 位置矢量 在选定的参考系中 建立坐标系如图,在时 刻t,质点P在坐标系中 的位置可用坐标 (x,y,z) 表示,也可用矢量 r ( t ) 来表示,该矢量称位置 矢量。
y
P( x , y , z )
r( t )
j
0
k i
x
z
r x2 y2 z2
r xi y j zk
d ( xi y j zk ) dt dx dy dz i j k dt dt dt
A AB
B
0
r( t2 )
x
z
v v x v y vz
v v
称速率。
v x i v y j vz k
例1 设质点的运动方程为 r(t ) x(t )i y(t ) j ,其中
v
v a 的方向 沿半径指向圆心, 称向心加速度。a n R t 0 时 0 a vA
t 0
t
t
R
R 2
二、变速圆周运动
vA vA
在三角形CDE中,取CE上一点F,
v B 使CF = CD = vA,则FE = vB - vA
vA
C
v v B v B v A v v A v v v B A 令 令 o v v B v DF DF FE 令v n v t A FE v n vt DF FE v n v t 令 v v FE Alim v v v v B DF Av v B a nv v t t改变了速度方向 a lim 令t 0 v 令 v t 0 t lim a D 0 t v DF a lim DF v t v改变了速度大小 FE v n FE vtn nt t v t t 0 v n v t lim an at v v limvt 0 v vt at t 0t t n an v lim v t lim v na t 0 t a nt t lim a tt lim t t t a n a t v t t 0 t 0 t t a n 0 v n E v t v n t F vB lim a n av t t 0 t lim t an at
大学物理第一章
r (t) x(t)i y(t) j z(t)k
标量形式 x x(t), y y(t), z z(t)
t 从上式消去参数 得轨迹方程 f ( x, y, z) 0
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1-2 位置矢量 位移
第一章 质点运动学
例如 质点的运动方程为
r R costi R sintj
速度的方向余弦 cos 0, cos 15 , cos 10t
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1-3 速度 加速度
第一章 质点运动学
(2)当t=1s时, 18.03m s-1
cos 0, cos 0.832, cos 0.555
即 90 , 33 42', 56
再求加速度矢量。由定义得 a 10k
质点是实际物体的一个理想模型,后面我们还会建立刚体、 理想气体、点电荷等理想模型,建立理想模型的方法在处理 实际问题中是很有意义的.
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1-2 位置矢量 位移
第一章 质点运动学
一、位置矢量和运动方程
1 位置矢量
在物理学中用一个有向线段来表示质点的位置. 这个有向线段
的长度为质点到原点的距离,方向规定为由坐标原点指向质点 所在位置P点,称为质点的位置矢量,简称位矢,记做r
解 由加速度的定义式 a d 恒量
dt
d a dt
a d t at C1
设当t=0时, 0 ,代入上式可得 C1 0
因此 0 at
由速度的定义式得
0
at
dx dt
d x (0 at) d t
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1-4 直线运动
第一章 质点运动学
积分可得 x (0 at) d t 0 d t at d t
大学物理学(上册)第1章 质点运动学
y
A
K
y
O
x
z
z
x 直角坐标系
Kr A
θ
O
x
极坐标系
y o法向 O sz
切向
x
z 自然坐标系
3.参考系 参照物 + 坐标系+时钟 (1) 运动学中参考系可任选. (2) 参照物选定后,坐标系可任选.
12.1..空3 间时空任何运动过程都是在一定的 1空.时间间范围所内谓展“开时的刻,即”运指动时具间有流广逝延中 的性“.物一体瞬在”运,对动应中于不时断间变轴化上所的占一据的这些位置的总体,统称为空 点间;.“所时以间,空间间隔是”运指动从过某程一广初延始性时或刻物体间相对位置和形状的反 到映终. 止时刻所经历的时间,它对应于 时间轴上的一区间.
2.瞬时速度
定义:当 t 0时平均速度的极限值 叫做瞬时速度,简称速度.
r dr v lim 其中:d r 称t 为0 元t位移dt,d t 称为元时间.
y
rA
Adrr B
rB rB
上式中的 d r 是用位置矢量表示的运动 o
x
方程.
在直角坐标系 v d d r t d d x ti d d y tj d d z tk v x i v y j v z k
1)运动方程也可用其他坐标表示,如选用极坐标时,则有
r r(t)
选用自然坐标系时,则有
s s(t)
2)意义:已知运动学方程,可求质点运动轨迹,速度和加速度.
例 一质点作匀速圆周运动,半径为 r ,角速度为 .
求1)用直角坐标、位矢、自然坐标表示的质点运动学方程. 2)轨道方
程
y
解: 1)以圆心O 为原点。建立直角坐标系
大学物理习题集及答案
大学物理习题集第一章 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:v =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:a = [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22(1)(1)n sa n t-=+,并由上述资料求出量值. [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:22(1)(1)n sa n t-=+. 计算得加速度为:22(51)30(51)10a -=+= 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:2t =.图1.3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), 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:θ = 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201sin 02gt v t y θ-+=,解得:0(sin t v g θ=±.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).由此可以求解其它问题.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011kt v v =+; (2)试证在时间t 内,船行驶的距离为01ln(1)x v kt k =+. [证明](1)分离变数得2d d vk t v =-, 故 020d d v t v v k t v =-⎰⎰,可得:011kt v v =+. (2)公式可化为001v v v kt=+,由于v = d x/d t ,所以:00001d d d(1)1(1)v x t v kt v kt k v kt ==+++积分0001d d(1)(1)xtx v kt k v kt =++⎰⎰.因此 01ln(1)x v kt k=+. 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 , 分离变数得方程:d d ()m vt f v =, 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d d vk t v=-, 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 .而d v = v 0e -kt d t ,积分得:0e `ktv x C k-=+-. 当t = 0时,x = 0,所以C` = v 0/k ,因此0(1-e )kt vx k -=.(2)如果n ≠1,则得d d n vk t v=-,积分得11n v kt C n -=-+-.当t = 0时,v = v 0,所以101n v C n-=-,因此11011(1)n n n kt v v --=+-.如果n = 2,就是本题的结果.如果n ≠2,可得1(2)/(1)020{[1(1)]1}(2)n n n n n v kt x n v k----+--=-,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n a a =.由此得2r r ω=,即22(12)24t = 解得36t =.所以3242(13)t θ=+=+=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as -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2012x x x v t a t =+, 2012y y y v t a t =-+. 即 201c o s c o s 2x v t a tθα=⋅+⋅, 201sin sin 2y v t a t θα=-⋅+⋅.令y = 0,解得飞机回到原来高度时的时间为:t = 0(舍去);02sin sin v t a θα==.将t 代入x 的方程求得x = 9000m .[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v 图1.7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212t h a t =∆, 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2n v a R== 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21012h v t at =+;螺帽做竖直上抛运动,位移为22012h v t gt =-. 由题意得h = h 1 - h 2,所以21()2h a g t =+,解得时间为t == 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02l t v =; (2)如果气流的速度向东,证明来回飞行的总时间为01221/t t u v =-;(3)如果气流的速度向北,证明来回飞行的总时间为2t =.[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1222l l vl t v u v u v u =+=+-- 022222/1/1/t l v u v u v==--. (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,可作向量三角形,其中沿AB方向的速度大小为V =22l t V ===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?A B ABv v + uv - uAB vuuvv[解答]雨对地的速度2v 等于雨对车的速度3v 加车对地的速度1v,由此可作向量三角形.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 12(sin cos )lv v hθθ=+. 证毕. 方法二:利用正弦定理.根据正弦定理可得12sin()sin(90)v v θαα=+︒-, 所以:12sin()cos v v θαα+=2sin cos cos sin cos v θαθαα+=2(sin cos tan )v θθα=+,即 12(sin cos )lv v hθθ=+.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.第二章 运动定律与力学中的守恒定律(一) 牛顿运动定律2.1 一个重量为P 的质点,在光滑的固定斜面(倾角为α)上以初速度0v 运动,0v 的方向与斜面底边的水平约AB 平行,如图所示,求这质点的运动轨道.[解答]质点在斜上运动的加速度为a = g sin α,方向与初速度方向垂直.其运动方程为 x = v 0t ,2211sin 22y at g t α==⋅.将t = x/v 0,代入后一方程得质点的轨道方程为22sin g y x v α=,这是抛物线方程.2.2 桌上有一质量M = 1kg 的平板,板上放一品质m = 2kg 的另一物体,设物体与板、板与桌面之间的滑动摩擦因素均为μk = 0.25,静摩擦因素为μs = 0.30.求:(1)今以水平力F拉板,使两者一起以a = 1m·s -2的加速度运动,试计算物体与板、与桌面间的相互作用力;(2)要将板从物体下面抽出,至少需要多大的力? [解答](1)物体与板之间有正压力和摩擦力的作用.板对物体的支持大小等于物体的重力:N m = mg = 19.6(N), 这也是板受物体的压力的大小,但压力方向相反.物体受板摩擦力做加速运动,摩擦力的大小为:f m = ma = 2(N), 这也是板受到的摩擦力的大小,摩擦力方向也相反.板受桌子的支持力大小等于其重力:N M = (m + M )g = 29.4(N),图1.101h lα图2.1M这也是桌子受板的压力的大小,但方向相反.板在桌子上滑动,所受摩擦力的大小为:f M = μk N M = 7.35(N). 这也是桌子受到的摩擦力的大小,方向也相反.(2)设物体在最大静摩擦力作用下和板一起做加速度为a`的运动,物体的运动方程为 f =μs mg = ma`,可得 a` =μs g .板的运动方程为F – f – μk (m + M )g = Ma`, 即 F = f + Ma` + μk (m + M )g= (μs + μk )(m + M )g ,算得 F = 16.17(N).因此要将板从物体下面抽出,至少需要16.17N 的力.2.3 如图所示:已知F = 4N ,m 1 = 0.3kg ,m 2 = 0.2kg ,两物体与水平面的的摩擦因素匀为0.2.求质量为m 2的物体的加速度及绳子对它的拉力.(绳子和滑轮品质均不计)[解答]利用几何关系得两物体的加速度之间的关系为a 2 = 2a 1,而力的关系为T 1 = 2T 2. 对两物体列运动方程得T 2 - μm 2g = m 2a 2, F – T 1 – μm 1g = m 1a 1. 可以解得m 2的加速度为 12212(2)/22F m m ga m m μ-+=+= 4.78(m·s -2),绳对它的拉力为2112(/2)/22m T F m g m m μ=-+= 1.35(N).2.4 两根弹簧的倔强系数分别为k 1和k 2.求证:(1)它们串联起来时,总倔强系数k 与k 1和k 2.满足关系关系式12111k k k =+; (2)它们并联起来时,总倔强系数k = k 1 + k 2.[解答]当力F 将弹簧共拉长x 时,有F = kx ,其中k 为总倔强系数.两个弹簧分别拉长x 1和x 2,产生的弹力分别为 F 1 = k 1x 1,F 2 = k 2x 2. (1)由于弹簧串联,所以F = F 1 = F 2,x = x 1 + x 2, 因此1212F F F k k k =+,即:12111k k k =+. (2)由于弹簧并联,所以F = F 1 + F 2,x = x 1 = x 2,因此 kx = k 1x 1 + k 2x 2, 即:k = k 1 + k 2.2.5 如图所示,质量为m 的摆悬于架上,架固定于小车上,在下述各种情况中,求摆线的方向(即摆线与竖直线的夹角θ)及线中的张力T .(1)小车沿水平线作匀速运动;(2)小车以加速度1a 沿水平方向运动;(3)小车自由地从倾斜平面上滑下,斜面与水平面成θ角;(4)用与斜面平行的加速度1b把小车沿斜面往上推(设b 1 = b );(5)以同样大小的加速度2b(b 2= b ),将小车从斜面上推下来.[解答](1)小车沿水平方向做匀速直线运动时,摆在水平方向没有受到力12图2.32 图2.4的作用,摆线偏角为零,线中张力为T = mg .(2)小车在水平方向做加速运动时,重力和拉力的合力就是合外力.由于tan θ = ma/mg , 所以 θ = arctan(a/g );绳子张力等于摆所受的拉力:T ==(3)小车沿斜面自由滑下时,摆仍然受到重力和拉力, 合力沿斜面向下,所以θ = θ; T = mg cos θ.(4)根据题意作力的向量图,将竖直虚线延长, 与水平辅助线相交,可得一直角三角形,θ角的对边 是mb cos θ,邻边是mg + mb sin θ,由此可得:cos tan sin mb mg mb ϕθϕ=+,因此角度为cos arctansin b g b ϕθϕ=+;而张力为T ==.(5)与上一问相比,加速度的方向反向,只要将上一结果中的b 改为-b 就行了.2.6 如图所示:质量为m =0.10kg 的小球,拴在长度l =0.5m 的轻绳子的一端,构成一个摆.摆动时,与竖直线的最大夹角为60°.求: (1)小球通过竖直位置时的速度为多少?此时绳的张力多大? (2)在θ < 60°的任一位置时,求小球速度v 与θ的关系式.这时小球的加速度为多大?绳中的张力多大?(3)在θ = 60°时,小球的加速度多大?绳的张力有多大?[解答](1)小球在运动中受到重力和绳子的拉力,由于小球沿圆弧运动,所以合力方向沿着圆弧的切线方向,即F = -mg sin θ,负号表示角度θ增加的方向为正方向.小球的运动方程为 22d d s F ma m t ==,其中s 表示弧长.由于s = Rθ = lθ,所以速度为d d d d s v l t t θ==,因此d d d d d d d d v v m v F mm v t t l θθθ===,即 v d v = -gl sin θd θ, (1) 取积分60d sin d Bv v v gl θθ︒=-⎰⎰,(2)图2.6得2601cos 2B v gl θ︒=,解得:B v =s -1).由于:22B BB v v T mg m m mgR l -===,所以T B = 2mg = 1.96(N).(2)由(1)式积分得21cos 2C v gl C θ=+,当 θ = 60º时,v C = 0,所以C = -lg /2,因此速度为C v =切向加速度为a t = g sin θ;法向加速度为2(2cos 1)Cn v a g R θ==-.由于T C – mg cos θ = ma n ,所以张力为T C = mg cos θ + ma n = mg (3cos θ – 1). (3)当 θ = 60º时,切向加速度为2t a g== 8.49(m·s -2),法向加速度为 a n = 0,绳子的拉力T = mg /2 = 0.49(N).[注意]在学过机械能守恒定律之后,求解速率更方便.2.7 小石块沿一弯曲光滑轨道上由静止滑下h 高度时,它的速率多大?(要求用牛顿第二定律积分求解)[解答]小石块在运动中受到重力和轨道的支持力,合力方向沿着曲线方向.设切线与竖直方向的夹角为θ,则F = mg cos θ.小球的运动方程为22d d sF ma m t ==,s 表示弧长.由于d d s v t =,所以 22d d d d d d d ()d d d d d d d s s v v s v v t t t t s t s ====,因此 v d v = g cos θd s = g d h ,h 表示石下落的高度.积分得 212v g h C =+,当h = 0时,v = 0,所以C = 0,因此速率为v =2.8 质量为m 的物体,最初静止于x 0,在力2kf x =-(k 为常数)作用下沿直线运动.证明物体在x处的速度大小v = [2k (1/x – 1/x 0)/m ]1/2.[证明]当物体在直线上运动时,根据牛顿第二定律得方程图2.7222d d k x f ma m x t =-==利用v = d x/d t ,可得22d d d d d d d d d d x v x v v v t t t x x ===,因此方程变为2d d k xmv v x =-,积分得212km v Cx =+.利用初始条件,当x = x 0时,v = 0,所以C = -k /x 0,因此2012k kmv x x =-,即v =证毕.[讨论]此题中,力是位置的函数:f = f (x ),利用变换可得方程:mv d v = f (x )d x ,积分即可求解.如果f (x ) = -k/x n ,则得21d 2n x mv k x =-⎰.(1)当n = 1时,可得21ln 2mv k x C =-+利用初始条件x = x 0时,v = 0,所以C = ln x 0,因此 21ln 2x mv k x =, 即v = (2)如果n ≠1,可得21121n k mv x C n -=-+-.利用初始条件x = x 0时,v = 0,所以101n k C x n -=--,因此 2110111()21n n k mv n x x --=--, 即v =当n = 2时,即证明了本题的结果.2.9 一质量为m 的小球以速率v 0从地面开始竖直向上运动.在运动过程中,小球所受空气阻力大小与速率成正比,比例系数为k .求:(1)小球速率随时间的变化关系v (t ); (2)小球上升到最大高度所花的时间T .[解答](1)小球竖直上升时受到重力和空气阻力,两者方向向下,取向上的方向为下,根据牛顿第二定律得方程d d v f mg kv mt =--=,分离变数得d d()d v m mg kv t m mg kv k mg kv +=-=-++,积分得ln ()mt mg kv C k =-++.当t = 0时,v = v 0,所以0ln ()mC mg kv k =+,因此00/ln ln/m mg kv m mg k v t k mg kv k mg k v ++=-=-++, 小球速率随时间的变化关系为0()exp()mg kt mgv v k m k =+--.(2)当小球运动到最高点时v = 0,所需要的时间为00/ln ln(1)/mg k v kv m m T k mg k k mg +==+.[讨论](1)如果还要求位置与时间的关系,可用如下步骤: 由于v = d x/d t ,所以0d [()exp()]d mg kt mg x v t k m k =+--,即0(/)d dexp()d m v mg k kt mg x tk m k +=---,积分得0(/)exp()`m v mg k kt mgx t C k m k +=---+, 当t = 0时,x = 0,所以0(/)`m v mg k C k +=,因此0(/)[1exp()]m v mg k kt mg x tk m k +=---.(2)如果小球以v 0的初速度向下做直线运动,取向下的方向为正,则微分方程变为d d vf mg kv mt =-=,用同样的步骤可以解得小球速率随时间的变化关系为0()exp()mg mg ktv v k k m =---.这个公式可将上面公式中的g 改为-g 得出.由此可见:不论小球初速度如何,其最终速率趋于常数v m =mg/k .2.10 如图所示:光滑的水平桌面上放置一固定的圆环带,半径为R .一物体帖着环带内侧运动,物体与环带间的滑动摩擦因子为μk .设物体在某时刻经A 点时速率为v 0,求此后时刻t 物体的速率以及从A 点开始所经过的路程.[解答]物体做圆周运动的向心力是由圆环带对物体的压力,即 N = mv 2/R .物体所受的摩擦力为f = -μk N ,负号表示力的方向与速度的方向相反.根据牛顿第二定律得2d d k v v f m m R t μ=-=, 即 : 2d d k vt R v μ=-.积分得:1k t C R v μ=+.当t = 0时,v = v 0,所以01C v =-, 因此 011kt Rv v μ=-.解得 001/k v v v t R μ=+.由于0000d d(1/)d 1/1/k k k k v t v t R R x v t R v t R μμμμ+==++, 积分得0ln (1)`k kv tR x C Rμμ=++,当t = 0时,x = x 0,所以C = 0,因此0ln (1)k kv tRx Rμμ=+.2.11 如图所示,一半径为R 的金属光滑圆环可绕其竖直直径转动.在环上套有一珠子.今逐渐增大圆环的转动角速度ω,试求在不同转动速度下珠子能静止在环上的位置.以珠子所停处的半径与竖直直径的夹角θ表示.[解答]珠子受到重力和环的压力,其合力指向竖直直径,作为珠子做圆周运动的向心力,其大小为:F = mg tg θ.珠子做圆周运动的半径为r = R sin θ. 根据向心力公式得F = mg tg θ = mω2R sin θ,可得2cos mgR ωθ=,解得2arccosg R θω=±.(二)力学中的守恒定律2.12 如图所示,一小球在弹簧的弹力作用下振动.弹力F = -kx ,而位移x = A cos ωt ,其中k ,A 和ω都是常数.求在t = 0到t = π/2ω的时间间隔内弹力予小球的冲量.[解答]方法一:利用冲量公式.根据冲量的定义得d I = F d t = -kA cos ωt d t , 积分得冲量为 /20(cos )d I kA t tωω=-⎰π,/20sin kAkAtωωωω=-=-π方法二:利用动量定理.小球的速度为v = d x/d t = -ωA sin ωt ,设小球的品质为m ,其初动量为p 1 = mv 1 = 0, 末动量为p 2 = mv 2 = -mωA ,mg图2.11小球获得的冲量为I = p 2 – p 1 = -m ωA , 可以证明k =mω2,因此I = -kA /ω.2.13一个质量m = 50g ,以速率的v = 20m·s -1作匀速圆周运动的小球,在1/4周期内向心力给予小球的冲量等于多少?[解答]小球动量的大小为p = mv ,但是末动量与初动量互相垂直,根据动量的增量的定义21p p p ∆=- 得:21p p p =+∆,由此可作向量三角形,可得:p ∆==. 因此向心力给予小球的的冲量大小为I p =∆= 1.41(N·s).[注意]质点向心力大小为F = mv 2/R ,方向是指向圆心的,其方向在 不断地发生改变,所以不能直接用下式计算冲量24v TI Ft mR ==2/42R T T mv mvR ππ==.假设小球被轻绳拉着以角速度ω = v/R 运动,拉力的大小就是向心力F = mv 2/R = mωv , 其分量大小分别为 F x = F cos θ = F cos ωt ,F y = F sin θ = F sin ωt ,给小球的冲量大小为 d I x = F x d t = F cos ωt d t ,d I y = F y d t = F sin ωt d t , 积分得 /4/4cos d sin T T x FI F t t tωωω==⎰Fmvω==,/4/4sin d cos T T y FI F t t tωωω==-⎰Fmvω==,合冲量为I ==,与前面计算结果相同,但过程要复杂一些.2.14 用棒打击质量0.3kg ,速率等于20m·s -1的水平飞来的球,球飞到竖直上方10m 的高度.求棒给予球的冲量多大?设球与棒的接触时间为0.02s ,求球受到的平均冲力?[解答]球上升初速度为y v =s -1),其速度的增量为v ∆=s -1). 棒给球冲量为I = m Δv = 7.3(N·s), 对球的作用力为(不计重力):F = I/t = 366.2(N).v xΔvv y2.15 如图所示,三个物体A 、B 、C ,每个品质都为M ,B 和C 靠在一起,放在光滑水平桌面上,两者连有一段长度为0.4m 的细绳,首先放松.B 的另一侧则连有另一细绳跨过桌边的定滑轮而与A 相连.已知滑轮轴上的摩擦也可忽略,绳子长度一定.问A 和B 起动后,经多长时间C 也开始运动?C 开始运动时的速度是多少?(取g = 10m·s -2)[解答]物体A 受到重力和细绳的拉力,可列方程Mg – T = Ma ,物体B 在没有拉物体C 之前在拉力T 作用下做加速运动, 加速度大小为a ,可列方程:T = Ma ,联立方程可得:a = g/2 = 5(m·s -2).根据运动学公式:s = v 0t + at 2/2, 可得B 拉C之前的运动时间;t =. 此时B 的速度大小为:v = at = 2(m·s -1).物体A 跨过动滑轮向下运动,如同以相同的加速度和速度向右运动.A 和B 拉动C 运动是一个碰撞过程,它们的动量守恒,可得:2Mv = 3Mv`, 因此C 开始运动的速度为:v` = 2v /3 = 1.33(m·s -1).2.16 一炮弹以速率v 0沿仰角θ的方向发射出去后,在轨道的最高点爆炸为质量相等的两块,一块沿此45°仰角上飞,一块沿45°俯角下冲,求刚爆炸的这两块碎片的速率各为多少?[解答] 炮弹在最高点的速度大小为v = v 0cos θ,方向沿水平方向. 根据动量守恒定律,可知碎片的总动量等于炮弹爆炸前的 总动量,可作向量三角形,列方程得 /2`cos 452mmv v =︒,所以 v` = v /cos45°= 0cos θ.2.17 如图所示,一匹马拉着雪撬沿着冰雪覆盖的弧形路面极缓慢地匀速移动,这圆弧路面的半径为R .设马对雪橇的拉力总是平行于路面.雪橇的品质为m ,它与路面的滑动摩擦因子为μk .当把雪橇由底端拉上45°圆弧时,马对雪橇做了多少功?重力和摩擦力各做了多少功?[解答]取弧长增加的方向为正方向,弧位移d s的大小为 d s = R d θ.重力G的大小为:G = mg ,方向竖直向下,与位移元的夹角为π + θ,所做的功元为1d d cos(/2)d W G s G s θ=⋅=+πsin d mgR θθ=-,积分得重力所做的功为454510(sin )d cos W mgR mgR θθθ︒︒=-=⎰(1mgR =-.摩擦力f的大小为:f = μk N = μk mg cos θ,方向与弧位移的方向相反,所做的功元为2d d cos d W f s f s =⋅=πcos d k u mg R θθ=-,积分得摩擦力所做的功为图2.174520(cos )d k W mgR μθθ︒=-⎰450sin 2k k mgR mgR μθμ︒=-=-.要使雪橇缓慢地匀速移动,雪橇受的重力G 、摩擦力f 和马的拉力F 就是平衡力,即0F G f ++=,或者 ()F G f =-+.拉力的功元为:d d (d d )W F s G s f s =⋅=-⋅+⋅12(d d )W W =-+,拉力所做的功为12()W W W =-+(1)k mgR μ=-.由此可见,重力和摩擦力都做负功,拉力做正功.2.18 一品质为m 的质点拴在细绳的一端,绳的另一端固定,此质点在粗糙水平面上作半径为r 的圆周运动.设质点最初的速率是v 0,当它运动1周时,其速率变为v 0/2,求:(1)摩擦力所做的功; (2)滑动摩擦因子;(3)在静止以前质点运动了多少圈?[解答] (1)质点的初动能为:E 1 = mv 02/2, 末动能为:E 2 = mv 2/2 = mv 02/8,动能的增量为:ΔE k = E 2 – E 1 = -3mv 02/8, 这就是摩擦力所做的功W .(2)由于d W = -f d s = -μk N d s = -μk mgr d θ,积分得:20()d 2k k W mgr mgrπμθπμ=-=-⎰.由于W = ΔE ,可得滑动摩擦因子为20316k v gr μ=π.(3)在自然坐标中,质点的切向加速度为:a t = f/m = -μk g , 根据公式v t 2 – v o 2 = 2a t s ,可得质点运动的弧长为22008223k v v r s a g πμ===,圈数为 n = s/2πr = 4/3.[注意]根据用动能定理,摩擦力所做的功等于质点动能的增量:-fs = ΔE k , 可得 s = -ΔE k /f ,由此也能计算弧长和圈数。
大学物理教程讲义第一章质点运动学58979市公开课获奖课件省名师示范课获奖课件
1.3 相对运动
1.3 相对运动
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1.1 质点运动描述
3.坐标系
在选定参照系后,为定量描述物 体旳运动,我们取参照系中旳任意一 点作为坐标原点建立坐标系。常用旳 坐标系有直角坐标系、极坐标系、柱 坐标系、球坐标系等,另外还有描述 曲线运动旳自然坐标系。
1.1 质点运动描述
质点
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质点旳位置矢量和运动方程
为了定量描述质点旳
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第1章 质点运动学
1.1 质点运动旳描述 1.2 圆周运动 1.3 相对运动
2.角速度
图1.10 角速度旳方向
1.2 圆周运动
3.角加速度
一样,能够定义角加速度β来描述角速度旳变化快慢.定义逆时 针旳右手螺旋方向为正方向。
与角速度一样,角加速度也有正负。 在国际单位制中,角加速度旳单位是弧度·秒-2 rad·s-2)
1.2 圆周运动
在描述半径为R旳圆周运动 时,我们同步建立平面极坐标 系和自然坐标系,如图1.11所 示。以圆心为极点,任意射线 为极轴Ox建立平面极坐标系, 逆时针为极角θ正方向。以极 轴Ox与圆周旳交点O′(θ=0) 作为原点,以圆周为坐标轴, 建立自然坐标系,逆时针为自 然坐标s正方向。
大学物理:第一章 质点运动学
Ep
G
mM r
8.功能原理
Aext Aint Ek Ek 0
A A A int
int,cons
int,n-cons
Aint ,cons
(E p
E
p
)
0
Aext Aint,n-cons ( E k E p ) ( E k 0 E p 0 )
机械能:
E Ek Ep
功能原理:
Aext Aint,n-cons E E 0
E mc2
60
61
24
1.力矩
力 F 对参考点 O 的力矩定义为:
M rF
大小:M Fr sin Fd
方向:沿r F 方向
M
O F
d P
2.质点的角动量
质点对参考点O的角动量定义为:
L r p r mv
大小 : L rp sin pd mvd
方向 : 沿r p方向
L
O v
d m
3.质点的角动量定理与角动量守恒定律
59
mv MV M m m0
又有: m
m0
1
v c
2 2
5 4
m0
讨论
(1)质量守恒 → M0=m0+m0 对不对?? 相对论质量守恒!静质量不守恒!
(2)
M0
9 4
m0
1V 2
/ c2
32 2
m0
2m0
静质量为什么会增加??
(3)质量守恒:①孤立系统②相对论质量守恒!!
(4)质量守恒的本质即能量守恒!
F Fi m a '
1.3 牛顿第三定律 两物体间的相互作用力总是大小相等而方向相反:
F1 2 F2 1
学生版 物理学业水平测试讲义 必修一 第一章
1质点参考系和坐标系板块一:知识梳理一、质点1.定义:用来代替物体的有的点.2.物体可看做质点的条件:(1)物体的和可以忽略.(2)物体上任意一点的运动可以代替物体的运动.3.一个物体能否看成质点是由决定的.4.理想化方法:在物理学中,突出问题的方面,忽略因素,建立理想化的“物理模型”,是经常采用的一种科学研究方法.就是这种物理模型之一.二、参考系1.运动与静止的关系(1)自然界中一切物体都处于永恒的运动中,即运动的.(2)描述某一个物体的运动时,总是相对于其他物体而言的,这便是运动的性.2.参考系:在研究物体的运动时,被选做参的其他物体称为参考系.3.参考系的选择是(填“任意”或“唯一”)的.4.参考系对观察结果的影响:选择不同的参考系观察同一个物体的运动,观察结果(填“可以不同”或“一定相同”).三、坐标系1.建立目的:为了定量地描述物体的位置及.2.坐标系的三要素:、和单位长度.板块二:知识深化一、质点的特点(1)质点具有质量,与几何中的“点”有本质的区别.(2)质点是为了研究问题方便而对实际物体的科学抽象,是一种理想化的物理模型,实际上并不存在.二、可将物体看成质点的几种情况三、选取参考系的意义:静止是相对的,运动是绝对的.要描述一个物体的运动,首先必须选定参考系,之后才能确定物体的位置、研究物体的运动.对于同一个物体,选择不同的参考系,观察结果往往不同.四、参考系的选取原则(1)对物体运动的描述尽可能简单.(2)一般地,根据研究对象所在的系统来选取,当研究地面上物体的运动时,常选地面或相对于地面静止的物体作为参考系.五、坐标系的建立及应用分类项目直线坐标系平面坐标系空间坐标系适用运动物体沿直线运动时物体在某平面内做曲线运动时物体在空间内做曲线运动时建立方法在直线上规定原点、正方向和单位长度,就建立了直线坐标系在平面内画相互垂直的x轴与y轴,即可组成平面直角坐标系.物体的位置由一对坐标值确定在空间画三个相互垂直的x轴、y轴和z轴,即可组成三维坐标系.物体的位置由三个坐标值来确定应用实例M点位置坐标:x=2m N点位置坐标:x=3m,y=4m P点位置坐标:x=3m,y=4m,z=2m板块三:例题讲解例1观察图2所示四幅图,对图中各运动物体的描述正确的是()A.图①中研究投出的篮球运动路径时不能将篮球看成质点B.图②中观众欣赏体操表演时不能将运动员看成质点C.图③中研究地球绕太阳公转时不能将地球看成质点D.图④中研究子弹头射穿苹果的时间时可将子弹看成质点图2例2观察图4中的烟和小旗,关于甲、乙两车相对于房子的运动情况,下列说法正确的是()图4A.甲、乙两车一定向左运动B.甲、乙两车一定向右运动C.甲车可能运动,乙车向右运动D.甲车可能静止,乙车向左运动例3一个小球从距地面4m高处落下,被地面弹回,在距地面1m高处被接住.坐标原点定在抛出点正下方2m 处,向下为坐标轴的正方向.则小球的抛出点、落地点、接住点的位置坐标分别是__________m、__________m和__________m;小球从落下到被接住,位置变化了__________m.板块四:即学即用1.判断下列说法的正误.(1)只有体积很小的物体才可以看做质点,体积较大的物体不能看做质点.()(2)质点是一个理想化模型,实际上是存在的.()(3)只能选择静止的物体作为参考系.()(4)描述直线运动,一般建立直线坐标系.()2.(能否看成质点的条件)下列关于质点的说法正确的是()A.质点是一个理想化模型,实际上并不存在,所以,引入这个概念没有多大意义B.体积很小的物体都可以看成是质点,而体积较大的物体一定不能看成质点C.只要物体运动不是很快,就可以把物体看成质点D.物体的大小和形状对所研究问题的影响可以忽略时,可以将物体看成质点3.(质点的实例判断)如图6所示,研究下列现象,涉及到的物体可看做质点的是()图6A.研究地球绕太阳公转的时间B.研究撬棒用力大小与支点位置关系C.研究旋转的乒乓球的旋转方向D.研究旋转的电风扇扇叶所受阻力大小的影响因素4.(参考系的选取与物体运动的判断)中国是掌握空中加油技术的少数国家之一,如图7是我国自行研制的第三代战斗机“歼-10”在空中加油的情景,以下列哪个物体为参考系,可以认为加油机是运动的()图7A.“歼-10”战斗机B.地面上的房屋C.加油机中的飞行员D.“歼-10”战斗机里的飞行员5.(坐标系)一物体从O点出发,沿东偏北30°的方向运动10m至A点,然后又向正南方向运动5m至B点.(sin30°=0.5)(1)建立适当坐标系,描述出该物体的运动轨迹.(2)根据建立的坐标系,分别求出A、B两点的坐标.6.关于质点的概念正确的是()A.只有质量很小的物体才可以看成质点B.若物体运动得很快,就一定不可以把物体看成质点C.质点是把物体抽象成有质量而没有大小的点D.旋转的物体,肯定不能看成质点7.2016年第31届夏季奥运会在巴西的里约热内卢成功举行.下列比赛中可把研究对象看成质点的是()A.研究苏炳添在百米跑比赛时的起跑技术B.研究乒乓球男子单打冠军马龙的发球动作C.研究女子3m板冠军施廷懋的跳水动作D.研究女子50m步枪三次比赛中杜丽射出的子弹轨迹8.在研究下列问题时,可以把汽车看成质点的是()A.研究汽车通过一座桥梁所用时间B.研究人在汽车上的位置C.研究汽车在上坡时有无翻倒的危险D.计算汽车从南京开往上海的时间9.下列说法中正确的是()A.被选做参考系的物体是假定不动的B.一乘客在车厢内走动的时候,他就说车是运动的C.研究地面上物体的运动,必须选取地面为参考系D.物体运动的轨迹是直线还是曲线,与参考系的选取无关2时间和位移板块一:知识梳理一、时刻和时间间隔1.时刻:指.在时间轴上用点表示.2.时间间隔:指某两个时刻之间的.在时间轴上,用表示.二、路程和位移1.路程:物体运动.2.位移(1)物理意义:表示物体(质点)的物理量.(2)定义:从初位置到末位置的一条有向线段.三、矢量和标量1.矢量:既有又有的物理量,例如:位移等.2.标量:只有没有的物理量,例如:时间、温度、质量、路程等.3.运算法则:两个标量的加减遵从算术加减法的法则,矢量相加的法则与此不同四、直线运动的位置和位移研究直线运动时,在物体运动的直线上建立x轴.1.物体的初、末位置:可用位置坐标x1、x2表示.2.物体的位移等于两个位置的坐标变化,即:Δx=x2-x1.板块二:知识深化一、时刻与时间间隔的比较时刻时间间隔在时间轴上的表示用点表示用线段表示描述关键词“初”“末”“时”,如“第1s末”,“第2s初”,“3s时”如“第2s内”,“前3s内”联系两个时刻的间隔为一段时间间隔,时间间隔能表示运动的一个过程,好比一段录像;时刻可以显示运动的一瞬间,好比一张照片二.位移和路程的区别(1)位移由物体的初、末位置决定,与路径无关,不管经历什么路径,只要初、末位置相同,位移就相同;而路程由物体的运动轨迹决定,与路径有关.(2)路程是标量,无方向,其大小计算遵循算术运算法则(可以直接相加减);位移是矢量,有方向,其大小计算不能直接相加减(其运算方法第三章将学到).(3)位移的大小不一定等于路程.只有在单向直线运动中,位移的大小等于路程.三.矢量和标量及其区别(1)矢量既有大小又有方向,标量只有大小没有方向.(2)矢量的表示方法:矢量可以用一根带箭头的线段(有向线段)表示,线段的长度表示矢量的大小,箭头的指向表示矢量的方向.(3)运算方法的比较①标量运算遵循算术运算法则.②矢量运算的方法第三章会学到,但同一直线上的矢量,用“+”、“-”号表示方向后,可简化为算术加减法.板块三:例题讲解例1下列关于时间间隔和时刻的说法正确的是()A.第4s末到第5s初经历了1s的时间间隔B.“早上第一节课8∶00上课”,其中8∶00指的是时间间隔C.物体第3s末的位置坐标是(2m,3m),其中第3s末指的是时刻D.物体第3s内运动了4m,其中第3s内指的是时刻例2一个人晨练,按如图4所示,走半径为R的中国古代的八卦图运动,中央的S部分是两个直径为R的半圆.他从A点出发沿曲线ABCOADC行进.求:图4(1)他从A点第一次走到O点时的位移的大小和方向.(2)他从A点第一次走到D点时的位移和路程.例3(多选)下列关于矢量(位移)和标量(温度)的说法正确的是()A.两个运动的物体位移大小均为20m,这两个位移一定相同B.做直线运动的两个物体的位移x甲=1m,x乙=-3m,则x甲<x乙C.温度计读数有正负,其正、负号表示温度的方向D.温度计读数时正的温度一定大于负的温度,正、负不能代表方向例4如图所示,一小球从A点竖直向上抛出,到达最高点B后,返回落至水平地面C处,AB、AC间距离如图所示.板块四:即学即用1.判断下列说法的正误.(1)天津开往德州的K213次列车于13点35分从天津发车,13点35分指时间间隔.()(2)在800m比赛中,李明以2分01秒46的成绩获得冠军,其中的2分01秒46指的是时间间隔,800m指位移.()(3)物体在一条直线上运动时,路程和位移的大小相等,且位移是矢量,路程是标量.()(4)一个物体的位移为零,路程也一定为零.()2.(多选)如图1所示的时间轴中,下列关于时刻和时间间隔的说法中正确的是()图1A.t2表示时刻,称为第2s末或第3s初B.t2~t3表示时间间隔,称为第3s内C.t0~t2表示时间间隔,称为前2s或第2s内D.t n-1~t n表示时间间隔,称为第(n-1)s内3.下列描述时间间隔的是()A.百米赛跑的运动员11秒末达到终点B.1秒末物体速度为零C.百米赛跑运动员的成绩是11秒D.第3秒初物体开始运动4.(多选)关于位移和路程,以下说法正确的是()A.出租车按路程收费B.出租车按位移的大小收费C.在曲线运动中,同一运动过程的路程一定大于位移的绝对值(即大小)D.在直线运动中,位移就是路程5.在某次铅球比赛中,某运动员以18.62m的成绩获得金牌.这里记录的成绩是指()A.比赛中铅球发生的位移大小B.比赛中铅球经过的路程C.既是铅球发生的位移大小,又是铅球经过的路程D.既不是铅球发生的位移大小,也不是铅球经过的路程6.我国著名篮球运动员姚明在原地拍球,球从1m处拍下,又被地板弹回,在离地1.5m处被接住.规定竖直向下为正方向,则球通过的路程和位移分别是()A.2.5m,2.5mB.2.5m,0.5mC.1.5m,-1mD.2.5m,-0.5m7.下列物理量属于矢量的是()A.时间B.路程C.位移D.温度8.(多选)关于矢量和标量的说法中正确的是()A.甲、乙发生位移分别为5m 、-10m ,则乙的位移大B.描述矢量既要说明大小,又要指明方向C.矢量的大小就是标量D.温度计读数时正的温度一定高于负的温度,正负不能代表方向3运动快慢的描述——速度板块一:知识梳理一、坐标和坐标的变化量1.坐标:以直线为x 坐标轴,物体的位置就可以用坐标来表示.2.坐标的变化量:Δx =x 2-x 1,Δx 的大小表示位移的大小,Δx 的正负表示位移的方向.3.时间的变化量:Δt =t 2-t 1.二、速度1.物理意义:表示物体运动的.2.定义:与发生这个位移所用的比值.3.定义式:v =Δx Δt.4.单位:国际单位制单位是米每秒,符号是m /s 或m·s -1.常用单位:千米每小时(km/h 或km·h -1)、厘米每秒(cm/s 或cm·s-1)等.5.矢量性:速度既有大小又有方向,是(填“标量”或“矢量”).(1)大小:在数值上等于单位时间内物体的大小.(2)方向:物体的运动方向.三、平均速度和瞬时速度1.平均速度:描述物体在运动的平均快慢程度,只能粗略描述物体运动的快慢.2.瞬时速度:描述物体在运动的快慢,可以精确描述物体运动的快慢.3.速率:的大小.4.匀速直线运动:瞬时速度保持不变的运动,在匀速直线运动中,平均速度与瞬时速度相等.板块二:知识深化一.对定义式v =ΔxΔt的理解(1)公式v =ΔxΔt中的Δx 是物体运动的位移,不是路程.(2)v =ΔxΔt 是速度的定义式,不是决定式,v 大小与Δx 及Δt 无关.不能认为v 与位移成正比、与时间成反比.二.速度是矢量(1)速度既有大小,又有方向,是矢量.瞬时速度的方向就是物体此时刻的运动方向.(2)比较两个速度是否相同时,既要比较其大小是否相等,又要比较其方向是否相同.三.平均速度和瞬时速度的比较平均速度瞬时速度物理意义描述物体在一段时间内运动的平均快慢和方向,与一段时间或位移对应描述物体在某时刻运动的快慢和方向,与时刻或位置对应大小由v =ΔxΔt求出v =ΔxΔt ,其中Δt →0方向与位移的方向相同,不一定与物体瞬间运动的方向相同就是那一时刻物体运动的方向联系(1)在匀速直线运动中,平均速度和瞬时速度相等(2)当位移足够小或时间足够短时,可以认为平均速度就等于瞬时速度四.平均速度、平均速率与速率的比较1.概念(1)平均速度=位移时间,平均速率=路程时间.(2)速率是瞬时速度的大小,是瞬时速率的简称.2.矢标性:平均速度是矢量,有方向;速率是标量,无方向.板块三:例题讲解例1(多选)对速度的定义式v =ΔxΔt,以下叙述正确的是()A.物体做匀速直线运动时,速度v 与运动的位移Δx 成正比,与运动时间Δt 成反比B.速度v 的大小与运动的位移Δx 和时间Δt 都无关C.此速度定义式适用于任何运动D.速度是表示物体运动快慢及方向的物理量例2(多选)下面描述的几个速度中,说法正确的是()A.子弹以790m/s 的速度击中目标时的速度指平均速度B.信号沿运动神经传播的速度大约为10m/s 指瞬时速度C.京沪高速铁路测试时的列车最高时速可达484km/h ,指的是瞬时速度D.台风以360km/h 的速度向东北方向移动指平均速度例3(多选)如图1所示,物体沿曲线轨迹的箭头方向运动,AB 、ABC 、ABCD 、ABCDE 四段曲线轨迹运动所用的时间分别是1s 、2s 、3s 、4s ,下列说法正确的是()图1A.物体在AB段的平均速度为1m/sm/sB.物体在ABC段的平均速度为52C.物体在B点的速度等于AC段的平均速度D.AB段的平均速度比ABC段的平均速度更能反映物体处于A点时的瞬时速度例4一物体从A点沿正东方向以5m/s的速度运动6s到达B点,然后又以10m/s的速度向北匀速运动4s到达C点,求物体在这10s内的平均速度和平均速率.板块四:即学即用1.判断下列说法的正误.(1)速度在数值上等于单位时间内通过的路程.()(2)两物体的速度分别是v1=2m/s,v2=-3m/s,则它们的大小关系为v1>v2.()(3)物体的平均速度为零,则物体一定处于静止状态.()(4)子弹以速度v从枪口射出,v指瞬时速度.()2.(多选)以下说法正确的是()A.物体运动的位移越大,其速度一定越大B.物体运动的时间越短,其速度一定越大C.速度是表示物体运动快慢的物理量D.做匀速直线运动的物体,其位移跟时间的比值是一个恒量3.(多选)下列关于速度方向的说法正确的是()A.速度方向就是物体的运动方向B.位移的方向和速度的方向一定不同C.匀速直线运动的速度方向是不变的D.匀速直线运动的速度方向是可以改变的4.日常生活中,对平均速度和瞬时速度我们都称“速度”.下列速度中表示平均速度的是()A.百米赛跑运动员以9.8m/s的速度冲过终点线B.由于堵车,在隧道内车速仅为1.2m/sC.返回地面的太空舱以8m/s的速度落入太平洋中D.子弹以800m/s的速度撞击在墙上5.2016年春井冈山红色旅游景区很受游客欢迎,为了使公路交通有序、安全,在景区路旁立了许多交通标志,如图1所示,甲图是限速标志,表示允许行驶的最大速度是80km/h;乙图是路线指示标志,表示此处到井冈山还有150 km.关于上述两个数据表达的物理意义,下列说法正确的是()图1A.80km/h是平均速度,150km是位移B.80km/h是瞬时速度,150km是路程C.80km/h是瞬时速度,150km是位移D.80km/h是平均速度,150km是路程6.2017年9月3日全运会男子100米决赛中,浙江队的谢震业以10秒04夺冠,广东队的苏炳添以10秒10遗憾摘银,下列说法正确的是()A.起跑阶段的速度一定是谢震业大B.全程的平均速度一定是谢震业大C.全程的任意时刻对应的瞬时速度都是谢震业大D.到达终点时的速度一定是谢震业大7.三个质点A、B、C的运动轨迹如图2所示,三个质点同时从N点出发,同时到达M点,下列说法正确的是()图2A.三个质点从N点到M点的平均速度相同B.质点B从N点到M点的平均速度方向与在任意时刻瞬时速度方向相同C.到达M点时的瞬时速度的值一定是A的大D.三个质点到达M点时的瞬时速度的值相同8.一名短跑运动员在100m竞赛中,测得他5s末的速度为10.4m/s,10s末到达终点的速度是10.2m/s,则运动员在100m竞赛中的平均速度为()A.10.4m/sB.10.3m/sC.10.2m/sD.10m/s9.(多选)2016年安徽的黄山和九华山旅游事业蓬勃发展,吸引了大批海内外游客.如图3,设游客甲驾车从九华山大门去黄山大门,行程162km.游客乙驾车从黄山大门赶往九华山大门,行程158km.若两人恰好同时出发且同时到达,则甲、乙在两地之间运动的过程中()图3A.研究甲车的行驶路程时能将车看成质点B.甲车、乙车的平均速度相同C.甲车的平均速率大于乙车的平均速率D.游客乙驾车行驶“158km”指的是位移10.(多选)如图5所示,在1000m体能测试中,小明沿某圆形400m跑道从A点出发,其成绩为3分40秒,下列说法正确的是()图5A.小明的平均速率为4.55m/sB.小明的平均速率为0.91m/sC.小明的平均速度为0.91m/sD.小明的平均速度为0.58m/s11.(平均速度的理解及简单计算)做直线运动的物体通过两个连续相等位移的平均速度的大小分别为v1=10m/s,v2=15m/s,求物体在整个运动过程中的平均速度的大小.4速度变化快慢的描述——加速度板块一:知识梳理一、加速度1.物理意义:加速度是描述物体运动的物理量.2.定义:加速度是与发生这一变化所用的比值..3.定义式:a=ΔvΔt4.单位:在国际单位制中,加速度的单位是,符号是m/s2或m·s-2.二、加速度方向与速度方向的关系1.加速度的方向:加速度是矢(填“矢”或“标”)量,加速度的方向与速度变化量Δv 的方向相同.2.加速度方向与速度方向的关系在直线运动中,如果速度增加,加速度方向与速度方向相同;如果速度减小,加速度方向与速度方向相反.(填“相同”或“相反”)三、从v -t 图象看加速度1.定性判断:v -t 图象的反映加速度的大小.2.定量计算:如图1,在v -t 图象上取两点E (t 1,v 1)、F (t 2,v 2),加速度的数值a =Δv Δt =v 2-v 1t 2-t 1.板块二:知识深化一.v 、Δv 、Δv Δt意义的比较v 描述物体运动的快慢;Δv 描述运动速度变化的多少;Δv Δt 描述运动速度变化的快慢(也叫速度对时间的变化率).二.对加速度定义式a =Δv Δt的理解a =Δv Δt只是加速度a 的定义式,不是决定式,加速度a 与v 、Δv 没有必然的大小关系.(1)v 大,a 不一定大,比如匀速飞行的飞机速度很大,但加速度却为零;v 小,a 也不一定小,如射击时火药爆炸瞬间,子弹的速度v 可以看做零,这时加速度却很大.(2)速度变化量Δv 大,加速度a 不一定大,比如列车由静止到高速行驶,速度变化量很大,但经历时间也长,所以加速度并不大.(3)速度变化得快,即Δv Δt大,表示单位时间内速度变化大(或速度的变化率大),加速度才大.三.加速度的计算(1)规定正方向.一般选初速度v 1的方向为正方向.(2)判定v 2的方向,确定v 2的符号.(3)利用公式a =v 2-v 1t 计算.要注意速度反向情况下,速度变化量的计算.四.由加速度来判断物体的运动情况1.加速度的大小决定物体速度变化的快慢2.加速度方向与速度方向的关系决定物体加速还是减速.物体是加速还是减速与加速度的变化和加速度的大小无关.可总结如下:五.由图象计算或比较加速度(1)根据a =Δv Δt (即图象的斜率)可确定加速度.Δv Δt.(2)v -t 图线为倾斜直线时,表示物体的加速度不变,图线为曲线时表示物体的加速度变化.如图4中物体的加速度在减小.图42.由v -t 图象判断速度的变化(如图5所示)(1)在0~t 0时间内,v <0,a >0,物体做减速运动;(2)在t >t 0时间内,v >0,a >0,物体做加速运动.板块三:例题讲解例1有下列几种情况,请根据所学知识选择对情景的分析和判断说法正确的是()①高速公路上沿直线高速行驶的轿车为避免事故紧急刹车;②点火后即将升空的火箭;③太空的空间站在绕地球匀速转动;④磁悬浮列车在轨道上高速行驶.A.因为轿车紧急刹车,速度变化很快,所以加速度很大B.因为火箭还没运动,所以加速度为零C.因为空间站速度大小不变,所以加速度为零D.高速行驶的磁悬浮列车,因为速度很大,所以加速度也一定很大例2篮球以10m/s的速度水平撞击篮板后以6m/s的速度反向弹回,篮球与篮板的接触时间为0.1s,则篮球在这段时间内的加速度为多大?加速度的方向如何?例3一质点自原点开始在x轴上运动,初速度v0>0,加速度a>0,当a值不断减小直至为零时,质点的()A.速度不断减小,位移不断减小B.速度不断减小,位移继续增大C.速度不断增大,当a=0时,速度达到最大,位移不断增大D.速度不断减小,当a=0时,位移达到最大值例4某物体沿直线运动,其v-t图象如图6所示.图6(1)求出物体在0~1s内,1~3s内,3~5s内的加速度大小.(2)下列说法正确的是________.A.第1s内和第2s内物体的速度方向相反B.第1s内和第2s内物体的加速度方向相反C.第4s内物体的速度方向和加速度方向相反D.第3s末物体的加速度为零板块四:即学即用1.判断下列说法的正误.(1)加速度是表示物体运动快慢的物理量.()(2)物体速度变化越大,加速度越大.()(3)物体的加速度是2m/s2,则该物体是做加速运动.()(4)在同一v-t图象中,图线倾角越大,对应物体的加速度越大.()2.(多选)由公式a=ΔvΔt可知()A.a与Δv成正比B.物体加速度大小由Δv决定C.a的方向与Δv的方向相同D.ΔvΔt叫速度变化率,就是加速度3.物体A的加速度为3m/s2,物体B的加速度为-5m/s2,则可以确定此时()A.物体A一定在做加速运动B.物体A的加速度大于物体B的加速度C.物体B的加速度大于物体A的加速度D.物体A的速度小于物体B的速度4.若汽车的加速度方向与速度方向相反,当加速度增大时()A.汽车速度增加的越来越慢B.汽车速度增加的越来越快C.汽车速度减小的越来越快D.汽车速度减小的越来越慢5.(多选)一物体做直线运动,某时刻速度大小为4m/s,1s后的速度大小变为10m/s,在这1s内物体的平均加速度大小()A.可能小于4m/s2B.可能等于6m/s2C.一定等于6m/s2D.可能大于10m/s26.表中列出了一些运动物体的加速度,观察分析表中数据,判断下列说法正确的是()一些运动物体的加速度a/(m·s-2)炮弹在炮筒中5×104赛车起步4.5跳伞者着陆时-24.5汽车起步约2喷气式飞机着陆后滑行-5~-8无轨电车起步约1.8汽车急刹车-4~-6旅客列车起步约0.35A.炮弹的速度变化最大B.跳伞者着陆时的速度变化比汽车急刹车时的速度变化慢C.赛车的速度比汽车的速度大D.喷气式飞机着陆后滑行过程中的加速度方向与速度方向相反7.关于速度和加速度的关系,下列说法正确的是()A.速度变化得越快,加速度就越大B.速度变化量的方向为正,加速度方向可能为负C.加速度方向保持不变时,速度方向也保持不变D.速度变化得越少,加速度就越小8.如图1所示,一个弹性小球在光滑水平面上以5m/s的速度向左垂直撞到墙上,碰撞后小球以大小为3m/s的速度向右运动,碰撞时间为0.01s,碰撞过程中加速度不变.则碰撞前后小球的速度变化量Δv及加速度a分别为(以向左为正方向)()。
大学物理第1章 质点运动学1-2
设 r xi yj zk dr dx dy dz v i j k dt dt dt dt
vx i v y j vz k
2 2 2 v v vx v y vz
dx dy dz dt dt dt
ds dr dr v v dt dt dt
速率是速度的模。
s ds v lim t 0 t dt 当△t→0时, dr ds
速率是路程对时间的变化率。
v v 0
0
是轨道切线方向上的单位矢量。
18
在直角坐标系中的表示式 3) v
13
1.2.2 位移
1)位移 r
定义:由起始位置指向终了位置的有向线段
△t 时间内位置矢量的增量
rA xAi y A j, rB xB i yB j,
y
rA
B y A A r yB
yB y A
rB
o xA r rB rA ( xB xA )i ( yB y A ) j
9
1、 理想质点模型 选用质点模型的前提条件是:
物体自身线度l与所研究的物体运动的空间范围r相比可以忽略, 或者物体只作平动,两个条件中,具一即可。
真实的物体不满足上述条件时,则可将其视为满足第一个 条件的质点系。
2、理想刚体模型
当物体自身线度l与所研究的物体运动的空间范围r相比不可以 忽略;物体又不作平动时,即必须考虑物体的空间方位时,我 们可以引入刚体模型。 刚体是指在任何情况下,都没有形变的物体。 刚体也是一个各质点之间无相对位置变化且质量连续分布的质 点系。 10
(完整word版)大学物理答案
第一章 质点运动学1 —1 质点作曲线运动,在时刻t 质点的位矢为r ,速度为v ,速率为v ,t 至(t +Δt )时间内的位移为Δr , 路程为Δs , 位矢大小的变化量为Δr ( 或称Δ|r |),平均速度为v ,平均速率为v .(1) 根据上述情况,则必有( ) (A ) |Δr |= Δs = Δr(B ) |Δr |≠ Δs ≠ Δr ,当Δt →0 时有|d r |= d s ≠ d r (C ) |Δr |≠ Δr ≠ Δs ,当Δt →0 时有|d r |= d r ≠ d s (D) |Δr |≠ Δs ≠ Δr ,当Δt →0 时有|d r |= d r = d s (2) 根据上述情况,则必有( )(A ) |v |= v ,|v |= v (B ) |v |≠v ,|v |≠ v (C) |v |= v ,|v |≠ v (D) |v |≠v ,|v |= v分析与解 (1) 质点在t 至(t +Δt )时间内沿曲线从P 点运动到P′点,各量关系如图所示, 其中路程Δs =PP′, 位移大小|Δr |=PP ′,而Δr =|r |—|r |表示质点位矢大小的变化量,三个量的物理含义不同,在曲线运动中大小也不相等(注:在直线运动中有相等的可能).但当Δt →0 时,点P ′无限趋近P 点,则有|d r |=d s ,但却不等于d r .故选(B).(2) 由于|Δr |≠Δs ,故tst ΔΔΔΔ≠r ,即|v |≠v . 但由于|d r |=d s ,故tst d d d d =r ,即|v |=v .由此可见,应选(C). 1 -2 一运动质点在某瞬时位于位矢r (x,y )的端点处,对其速度的大小有四种意见,即(1)t r d d ; (2)t d d r ; (3)t s d d ; (4)22d d d d ⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛t y t x .下述判断正确的是( )(A) 只有(1)(2)正确 (B ) 只有(2)正确(C) 只有(2)(3)正确 (D) 只有(3)(4)正确分析与解 trd d 表示质点到坐标原点的距离随时间的变化率,在极坐标系中叫径向速率.通常用符号v r 表示,这是速度矢量在位矢方向上的一个分量;td d r 表示速度矢量;在自然坐标系中速度大小可用公式t s d d =v 计算,在直角坐标系中则可由公式22d d d d ⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=t y t x v 求解.故选(D ).1 —3 质点作曲线运动,r 表示位置矢量, v 表示速度,a 表示加速度,s 表示路程, a t表示切向加速度.对下列表达式,即(1)d v /d t =a ;(2)d r /d t =v ;(3)d s /d t =v ;(4)d v /d t |=a t. 下述判断正确的是( )(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)是对的分析与解 td d v表示切向加速度a t,它表示速度大小随时间的变化率,是加速度矢量沿速度方向的一个分量,起改变速度大小的作用;t r d d 在极坐标系中表示径向速率v r (如题1 —2 所述);t sd d 在自然坐标系中表示质点的速率v ;而td d v表示加速度的大小而不是切向加速度a t.因此只有(3) 式表达是正确的.故选(D ). 1 -4 一个质点在做圆周运动时,则有( ) (A ) 切向加速度一定改变,法向加速度也改变 (B ) 切向加速度可能不变,法向加速度一定改变 (C ) 切向加速度可能不变,法向加速度不变 (D ) 切向加速度一定改变,法向加速度不变分析与解 加速度的切向分量a t起改变速度大小的作用,而法向分量a n 起改变速度方向的作用.质点作圆周运动时,由于速度方向不断改变,相应法向加速度的方向也在不断改变,因而法向加速度是一定改变的.至于a t是否改变,则要视质点的速率情况而定.质点作匀速率圆周运动时, a t恒为零;质点作匀变速率圆周运动时, a t为一不为零的恒量,当a t改变时,质点则作一般的变速率圆周运动.由此可见,应选(B ).*1 -5 如图所示,湖中有一小船,有人用绳绕过岸上一定高度处的定滑轮拉湖中的船向岸边运动.设该人以匀速率v 0 收绳,绳不伸长且湖水静止,小船的速率为v ,则小船作( )(A) 匀加速运动,θcos 0v v =(B) 匀减速运动,θcos 0v v = (C) 变加速运动,θcos 0v v =(D) 变减速运动,θcos 0v v = (E ) 匀速直线运动,0v v =分析与解 本题关键是先求得小船速度表达式,进而判断运动性质.为此建立如图所示坐标系,设定滑轮距水面高度为h ,t 时刻定滑轮距小船的绳长为l ,则小船的运动方程为22h l x -=,其中绳长l 随时间t 而变化.小船速度22d d d d hl t llt x -==v ,式中t l d d 表示绳长l 随时间的变化率,其大小即为v 0,代入整理后为θlh l cos /0220v v v =-=,方向沿x 轴负向.由速度表达式,可判断小船作变加速运动.故选(C). 讨论 有人会将绳子速率v 0按x 、y 两个方向分解,则小船速度θcos 0v v =,这样做对吗?1 -6 已知质点沿x 轴作直线运动,其运动方程为32262t t x -+=,式中x 的单位为m,t 的单位为 s .求: (1) 质点在运动开始后4。
大学物理:第1章习题参考答案
习 题 解 答第一章 质点运动学1-1 (1) 质点t 时刻位矢为:j t t i t r ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+++=4321)53(2(m)(2) 第一秒内位移j y 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 txv c 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 x1-3 (1) 由运动方程⎩⎨⎧+==ty t x 2342消去t 得轨迹方程0)3(2=--y x(2) 1秒时间坐标和位矢方向为 m y m x 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i t Va 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101009.2⨯年前和我们银河系分离的. 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 s1-6 (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28.9211511t t ⨯-=解此方程,可得二解为s 22.1s,84.111='=t t第一块石头上升到顶点所用的时间为s 53.18.9/15/10===g v t m由于m t t >1,这对应于第一块石头回落时与第二块相碰;又由于m t t <'1这对应于第一块石头上升时被第二块赶上击中.以20v 和'20v 分别对应于在t 1和'1t 时刻两石块相碰时第二石块的初速度,则由于2111120)(21)(t t g t t v h ∆∆---= 所以184.1)184.1(8.92111)(2121121120--⨯⨯+=∆-∆-+=t t t t g h v m/s 2.17=同理.122.1)122.1(8.92111)(2121121120--⨯⨯+=-'-'+='t t t t g h v ∆∆ m/s)(1.51=(2) 由于'>=123.1t s t ∆,所以第二石块不可能在第一块上升时与第一块相碰.对应于t 1时刻相碰,第二块的初速度为3.184.1)3.184.1(8.92111)(2122122120--⨯⨯+=--+="t t t t g h v ∆∆ m/s)(0.23=1-7 以l 表示从船到定滑轮的绳长,则t l v d /d 0-=.由图可知22h l s -=于是得船的速度为习题1-7图02222d d d d v s h s t l hll t s v +-=-==负号表示船在水面上向岸靠近.船的加速度为3202022d d d d d d s v h tl v h l ll t v a -=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--== 负号表示a 的方向指向岸边,因而船向岸边加速运动.1-8 所求位数为522422221048.9601.0)106(44⨯=⨯⨯⨯==ππωg r n g r1-9 物体A 下降的加速度(如图所示)为222m/s 2.024.022=⨯==t h a 此加速度也等于轮缘上一点在s 3='t 时的切向加速度,即)m/s (2.02='t a在s 3='t 时的法向加速度为)m/s (36.00.1)32.0()(2222=⨯='='=R t a R v a t n1-10 2m/s 2.1=a ,s 5.00=t ,m 5.10=h .如图所示,相对南面,小球开始下落时,它和电梯的速度为m /s)(6.05.02.100=⨯==at v以t 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2021gt t v h += 电梯下降的距离为习题1-9图 习题1-10图2021at t v h +=' 又20)(21t a g h h h -='-= 由此得s 59.02.18.95.1220=-⨯=-=a g h t 而小球相对地面下落的距离为2021gt t v h += 259.08.92159.06.0⨯⨯+⨯= m 06.2= 1-11 人地风人风地v v v+=画出速度矢量合成图(a)又人地风人风地02v v v +'=,速度矢量合成如图(b )两图中风地v应是同一矢量.可知(a )图必是底角为︒45的等腰直角三角形,所以,风向应为西北风,风速为人地人地风地00245cos v v v =︒=)s m (23.41-⋅=1-12 (1) v LvL t 22==(2) 22212u v vLu v L u v L t t t -=++-=+= 1212-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-=v u v L(3) v Lv L t t t '+'=+=21,如图所示风速u 由东向西,由速度合成可得飞机对地速度v u v+=',则22u v V -='.习题1-12图习题1-11图2221222⎪⎭⎫⎝⎛-=--='=v u v L uv L v L t 证毕1-13 (1)设船相对岸的速度为V '(如图所示),由速度合成得V u V +='V 的大小由图1.7示可得αβcos cos u V V +'=即332323cos cos -=⨯-=-='αβu V V 而1212sin sin =⨯=='αβu V 船达到B 点所需时间)s (1000sin =='='=D V DV OB t βAB 两点之距βββsin cos D Dctg S == 将式(1)、(2)代入可得m)(1268)33(=-=D S(2) 由αβsin 101sin 3u V D t ⨯='=船到对岸所需最短时间由极值条件决定0cos sin 11d d 2=⎪⎭⎫⎝⎛-=αααu t 即 2/,0cos παα==故船头应与岸垂直,航时最短.将α值代入(3)式得最短航时为s)(500105.021012/sin 101333min=⨯=⨯=⨯=s u t π (3) 设l OB =,则ααββsin cos 2sin sin 22u uV V u D V D V D l -+=''== 欲使l 最短,应满足极值条件.习题1-13图a a uV V u u D l '⎢⎢⎣⎡''-+-='cos sin cos 2d d 22αα 0cos 2sin sin 2222=⎥⎦⎤'-+''+αuV V u a a uV 简化后可得01cos cos 222=+'+-'αuVV u a 即 01cos 613cos 2=+'-'αa 解此方程得32cos ='α︒=='-2.4832cos 1α 故船头与岸成︒2.48,则航距最短.将α'值代入(4)式得最小航程为222222min 321232322321000cos 1cos 2⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯⨯-+='-'-+-=ααu uv v u D lkm )(5.1m 105.13=⨯= AB 两点最短距离为km)(12.115.122min min =-=-=D l S。
大学物理第一章质点运动学
大学物理第一章质点运动学(总3页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第一章章节测试题一、选择题(每小题3分,共计15分) 1.以下四种运动形式中,a 保持不变的运动是 ( )(A) 单摆的运动 (B) 匀速率圆周运动(C) 行星的椭圆轨道运动 (D) 抛体运动 2.一物体从某一确定高度以0v 的速度水平抛出,已知它落地时的速度为t v ,那么它运动的时间是 ( ) (A) g t 0v v - (B) gt 20v v - (C) ()g t 2/1202v v - (D) ()gt 22/1202v v - 3.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2 m/s ,说明它在此后1 s 内一定要经过2 m 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4.一质点沿x 轴运动,其运动方程为2353x t t =-,其中t 以s 为单位。
当t=2s 时,该质点正在 ( )(A )加速 (B )减速 (C )匀速 (D ) 静止5.下列关于加速度的说法中错误的是 ( )(A )质点加速度方向恒定,但其速度的方向仍可能在不断的变化着(B )质点速度方向恒定,但加速度方向仍可能在不断的变化着(C )某时刻质点加速度的值很大,则该时刻质点速度的值也必定很大(D )质点作曲线运动时,其法向加速度一般不为零,但也有可能在某时刻法向加速度为零二、填空题(每空2分,共计20分)1.一辆作匀加速直线运动的汽车,在6 s 内通过相隔60 m 远的两点,已知汽车经过第二点时的速率为15 m/s ,则汽车通过第一点时的速率v 1=______________。
2.质点沿半径为R 的圆周运动,运动学方程为 223t +=θ,则t时刻质点的法向加速度大小为a n = 。
大学基础物理第1册第1质点运动学PPT课件
(2)AB(ByAxBxAy)k.
第1章作业(1)
习题:补1,补2,13 预习:教材p5-p15
补2.设在直角坐标系中
A (t) A x (t)i A y (t)j,B (t) B x (t)i B y (t)j;
1.0 矢量
例1.3
在平面上有两相互垂直的单位矢
o
和
no
逆时针转动,
设在 d t 时间内转动 d ,试求
do和 dno 的大小和方向。
矢量合成解析法 矢量点积和叉乘
解:设 t tdt 时,o(t)和 no(t)
矢量导数和积分
逆时针转动
d
o
o
o(t) o(t) d o
n o(t) n o(t) d n o
d t
d t
d t
g .d A d A d s,式 中 A A (s ), d t d sd t
s t 为中间变量。
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质点运动学
1.0 矢量
例1.4 试写出 d A
dt
在直角坐标系中的表示: 矢量合成解析法
矢量点积和叉乘
解
AAxiAy jA zk
矢量导数和积分
dA d
d t d t (Ax i Ay j Az k )
例1.2
已知
A 5 i 6 j,B 1 i 1 0 j.矢2 量合成解析法
求 AB ;
解:
B2A,
矢量点积和叉乘 矢量导数和积分
A B A ( 2 A ) 0 ,表明
A
B
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质点运动学
1.0 矢量
1.0.3 矢量的导数和积分
矢量合成解析法
1.矢量的导数
矢量点积和叉乘
(完整版)大学物理学(课后答案)第1章.doc
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x 2t 3t 312(m) ,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dx 2 dv解析:vdt 2 9t ,adt18t,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 vs ,而平均速r,故 v v 。
答案选 D。
t度 v =t1-4 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,v 2dva a n e n a t e te ndte t,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dvkv 2t ,式中, k 为大于零的常量。
当 t 0 时,dt初速为 v 0 ,则速率 v 与时间 t 的函数关系为 [](A) v 1 kt 2 v 0(B)1 kt2 12v 2 v 0(C) v1 kt2 v 0 (D)1 kt2 12v2v 0解析:由于dvvt( kv 2t) dt ,得到1kt 21,故答案kv 2t ,所以 dvdtv 0v 2 v 0选 B 。
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贵州大学物理试第一章质点运动学学生版————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:第一章 质点运动学试题库一、简答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直线距离。
知识点:路程和位移 难点:A2、什么是参考系?为什么要选取参考系?答:为描述物体的运动而选取的标准物叫参考系。
由于参考系的选取是任意的,选择不同的参考系,对于同一物体运动情况的描述是不同的。
讨论物体的运动情况时,必须指明是对什么参考系而言的。
地面附近的物体的运动通常取地面为参考系。
知识点:参考系 难度:A3、质点运动方程为()()()()r t x t i y t j z t k =++v v v v,其位置矢量的大小、速度及加速度如何表示?答:()()()()()()()()()222,,r r x t y t z t v x t i y t j z t k a x t i y t j z t k ==++=++=++v v v v v v v v v &&&&&&&&&4、质点做曲线运动在t t t →+∆时间内速度从1v v 变为到2v v,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21v v a t-=∆v vv ,瞬时加速度()210()lim t dv t v v a t t dt ∆→-==∆v v v v知识点:平均加速度、瞬时加速度 难度:B5、任何质点的运动具有哪些基本特性?并简答其原因。
答:瞬时性、相对性和矢量性。
这是因为描述任何质点运动需要选取参照系,而且运动的快慢和方向往往是随时间变化的。
知识点:质点运动的属性。
难度:A6、质点曲线运动的速度为()v t v,曲率半径为()t ρ,如何确定的加速度大小和方向? 答:n n t t a a e a e =+v v v,其中()()()2,n t v t dv t a a t dt ρ==v v 。
方向角arctan n t a a α= 知识点:曲线运动速度、加速度 难度:B7、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:V 绝对=V 相对+U 牵连适用条件:运动物体的必须是宏观低速(v c =)的。
8、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。
知识点:质点概念 难度:A9、如图所示,一人用绳绕过岸上一定高度处的定滑轮以速度0v 拉湖中的船向岸边运动,假设绳无弹性且湖水静止,则小船的运动也是匀速的,试判断该描述是否正确?为什么? 答:该说法是错误的。
提示:222022x dl dx dx dl l ll h x l x v v dt dt dt dt x x=+→=⇒===是随时间逐渐变大的. 知识点:速度概念V绝U牵V 相10、质点运动中平均速度和平均速率有何区别?在什么情况下平均速度和平均速率的大小相等?答:平均速度是总位移除以总时间,而平均速率是总路径长度除以总时间。
只有当质点的运动轨迹是直线时二者大小相等。
知识点:平均速度和平均速率难度:A二、选择题1、关于运动和静止的说法中正确的是( D )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知识点:参照物概念难易度:A2、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,与速度大小无关知识点:速度和加速度。
难易度:A3、质点沿x轴作直线运动,其v-t曲线如图所示,如t=0s时,质点位于坐标原点,则t=4.5s时,质点在x轴的位置为( B )(A)5m (B) 2m (C) 0 (D)-2m (E)-5m知识点:位移计算。
4、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 知识点:匀速率圆周运动性质 难易度:B5、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2/2s m a -=,则一秒钟后质点的速度 ( D )(A )等于0 (B) 等于-2m/s (C)等于2m/s (D) 不能确定 知识点:速度和加速度概念。
难易度:A6、质点作曲线运动,r 表示位置矢量的大小,s 表示路程,τa 表示切向加速度的大小,v 表示速度的大小。
下列说法正确的是 ( C )(A)dt dv a =(B)dt dr v = (C) dtds v = (D)dt dv a /=τ 知识点:质点基本运动物理量。
难易度:B7、质点在平面上运动,已知质点位置矢量的表示式为j bt i at r ϖϖϖ22+=(a ,b 为常数),则该质点作 ( B )(A )匀速直线运动 (B)变速直线运动 (C)抛物线运动 (D) 一般曲线运动 知识点:由运动方程求出运动轨迹。
难易度:B8、下列说法中,哪一个正确 ( )(A )质点在某一时刻的速度为2s m /,说明它在此后一秒内一定要经过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,切向加速度可能为零。
(D)物体加速度越大,则速度越大。
知识点: 对加速度的理解。
难易度:B9、质点沿XOY 平面作曲线运动,其运动方程为:t x 2=,2219t y -=. 则质点位置矢量与速度矢量恰好垂直的时刻为 ( D )(A) 0秒和3.16秒 (B) 0秒和1.78秒 (C) 1.78秒和3秒 (D )0秒和3秒 知识点: 位置矢量、速度 难易度:B10、质点沿x 轴向坐标原点运动,运动方程为()t x x =,则满足下列条件 ( C )(A)0>dt dx (B) 0<dtdx(C)()02<dt x d (D) ()02>dt x d 知识点:运动方程、位矢、速度 难易度:B11.一质点在xoy 平面内运动,运动方程为:352-=t x ,2332++=t t y ,下面说法正确的是 [ ] (A )质点作匀变速运动,所受合力为恒力; (B)质点作匀变速运动,所受合力为变力; (C)质点作变速运动,所受合力为变力; (D)质点作变速运动,所受合力为恒力; 知识点:速度 加速度 类型:A 答案:A 第一章12.一质点的运动学方程为x=x(t),y=y(t),在计算该点的速度和加速度时,下列四种算法中,正确的是[ ](A)先算22y x r +=,后根据下式求结果:22dt rd a dt drv ==(B)22)()(dt dydt dx v +=2222)()(ρv dt s d a +=(C)22222222)()()()(dt y d dt x d a dt dydt dx v +=+=(D)jdt yd i dt x d a jdt dy i dt dx v 2222+=+=知识点:速度 加速度 类型:A 答案:D 第一章13.一质点运动方程为)(4sin 34cos 3SI j t i t r --=,则[ ] (A)质点作抛物线运动; (B)质点作圆周运动; (C)质点运动速度不变; (D)质点运动加速度不变。
知识点:速度 加速度 类型:B 第一章 答案:B14.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 )dt dv (B) R v 2 (C)R v dt dv 2+(D)2/1242⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛R v dt dv知识点:曲线运动 类型:A 第一章 答案:D15.一质点在平面上运动,运动方程为:j Bt i At r 22+=,其中A,B 为常数。
则该质点作[ ](A)匀速直线运动 (B)变速直线运动 (C)抛物线运动 (D)一般曲线运动知识点:速度 加速度 类型:B 第一章 答案:B16.一质点的运动学方程为x=x(t),y=y(t),在计算该点的速度和加速度时,下列四种算法中,正确的是[ ](A)先算22y x r +=,后根据下式求结果:22dt rd a dt dr v ==(B)22)()(dt dy dt dx v +=2222)()(ρv dt s d a +=(C)22222222)()()()(dt y d dt x d a dt dydt dx v +=+=(D)jdt yd i dt x d a jdt dy i dt dx v 2222+=+=知识点:速度 加速度 类型:A 第一章 答案:D17.一质点运动方程为)(4sin 34cos 3SI j t i t r --=,则[ ] (A)质点作抛物线运动. (B)质点作圆周运动. (C)质点运动速度不变. (D)质点运动加速度不变.知识点:速度 加速度 类型:A 第一章 答案:B18.一质点运动方程为)(4sin 34cos 3SI j t i t r --=,则[ ] (A)质点作抛物线运动. (B)质点作圆周运动. (C)质点运动速度不变. (D)质点运动加速度不变.知识点:速度,加速度 类型:B 第一章 答案:B19.一运动质点在某瞬时位于矢径()y x r , 的端点处,其速度大小为[ ]()()()()22⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛dt dy dt dx D dtr d C dtrd B dt drA知识点:速度 类型:A 第一章答案:D20.一运动质点在某瞬时位于矢径()y x r , 的端点处,其速度大小为[ ]()()()()22⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛dt dy dt dx D dtr d C dtrd B dtdrA知识点:速度 类型:A 第一章答案:D21.一质点沿x 轴运动,其运动方程为()SI t t x 3235-=,当t=2s 时,该质点正在[ ](A)加速 (B)减速 (C)匀速 (D)静止 知识点:速度 加速度 类型:B 第一章 答案:A22.一运动质点在某瞬时位于矢径()y x r , 的端点处,其速度大小为[ ]()()()()22⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛dt dy dt dx D dtr d C dtrd B dtdrA知识点:速度 类型:A 第一章答案:D23.下面表述正确的是[ ](A)质点作圆周运动,加速度一定与速度垂直; (B) 物体作直线运动,法向加速度必为零; (C)轨道最弯处法向加速度最大;(D)某时刻的速率为零,切向加速度必为零。