大学物理精讲精练答案
大学物理全程导学上册例题习题参考答案
第一章 质点运动学【例题精讲】例1-1【解】如图（b ）所示，取沿水面方向向右为Ox 轴正向。
t 时刻小船位置为x ，而绳长为t l l 0v -=0。
由勾股定理，有 222h x l +=， 等式两边同时对t 求导数，有 tx x t l l d d 2d d 2= 又知，l 是随时间减小的0d d v -=t l 且 tx d d =v 故小船的运动速度为0000v v v v v 2200h)t l (t l x l----=-= 负号表示速度方向与x 轴正向相反。
例1-2【解】 (1) 位置矢量 j i r t b t a ωωs i n c o s += (SI) 可写为t a x ωcos = t b y ωs i n=， 则消去时间t ，可得质点的轨迹方程为 12222=+by a x(2) 速度 j i t rt b t a ωωωωcos sin d d +-==v (3) 加速度 r j i ta 222s i n c o s d d ωωωωω-=--== tb t a v例1-3 C例1-4 【证明】 因为2d d d d d d d d v x v v t x x v t v k -==⋅= 所以 x k d d -=v v⎰⎰-=x x k 0d d 10v v v v kx -=0ln v v 故 kx e v v -=0例1-5 D例1-6 2Rt 16 -2s rad 4⋅例1-7 C【习题精练】1-1【解】如图所示，取沿地面方向向左为Ox 轴的正向，人从路灯正下方点O 开始运动，经时间t 后其位置为OA x =，而人头顶影子的位置坐标为x '。
(b)例题1-1答案图由相似三角形关系，有 hH Hx x OA OC -='= 解得 hH Hxx -='， 故头顶影子的移动速度为hH H dt x d -='='vv 。
1-2 ωπn)210( ,,=n t A a ωωc o s 2-= 1-3 ()23-=y x i 8(m/s 2) 1-4【解】 (1) 位置矢量 j t b i at r 22+= (SI)可写为2t a x = 2t b y =，则消去时间t ，可得质点轨迹方程为 x ab y =(2) 速度 j i trv bt at 22d d +== (3) 加速度 j b i a ta 22d d +==υ1-5【证明】设质点在x 处的速度为v ，62d d d d d d 2x txx t a +=⋅==v v ()x x xd 62d 02⎰⎰+=v v v则质点在任意位置处的速度为() 2213 x x +=v1-6【解】 已知加速度=a d v /d t 4=td v 4=t d t⎰⎰=vv 0d 4d tt tv 2=t 2又因为v d =x /d t 2=t 2t t x tx x d 2d 020⎰⎰= tt x x 03032=-则质点位置和时间的关系式为10323+=t x (SI) 1-7 1 s 1.5 m1-8 B第二章 质点运动定律【例题精讲】例2-1 0 2g 例2-2 C 例2-3 C例2-4【答】(1) 不正确。
大学物理课后习题答案(上下册全)武汉大学出版社 习题3详解
3-1 有一半径为R 的水平圆转台，可绕通过其中心的竖直固定光滑轴转动，转动惯量为J ，开始时转台以匀角速度ω0转动，此时有一质量为m 的人站在转台中心，随后人沿半径向外跑去，当人到达转台边缘时，转台的角速度为 [ ] A.2ωmR J J + B. 02)(ωR m J J+ C.02ωmR JD. 0ω 答案：A3-2 如题3-2图所示，圆盘绕O 轴转动。
若同时射来两颗质量相同,速度大小相同,方向相反并在一直线上运动的子弹,子弹射入圆盘后均留在盘内,则子弹射入后圆盘的角速度ω将：[ ]A. 增大.B. 不变.C. 减小.D. 无法判断. 题3-2 图 答案： C3-3 芭蕾舞演员可绕过脚尖的铅直轴旋转,当她伸长两手时的转动惯量为J 0，角速度为ω0,当她突然收臂使转动惯量减小为J 0 / 2时,其角速度应为：[ ] A. 2ω0 . B. ω0 . C. 4ω0 . D. ω 0/2. 答案：A3-4 如题3-4图所示，一个小物体，位于光滑的水平桌面上，与一绳的一端相连结，绳的另一端穿过桌面中心的小孔O . 该物体原以角速度ω 在半径为R 的圆周上绕O 旋转，今将绳从小孔缓慢往下拉．则物体：[ ]A. 动量不变，动能改变； 题3-4图B. 角动量不变，动量不变；C. 角动量改变，动量改变；D. 角动量不变，动能、动量都改变。
答案：D3-5 在XOY 平面内的三个质点,质量分别为m 1 = 1kg, m 2 = 2kg,和 m 3 = 3kg,位置坐标(以米为单位)分别为m 1 (－3,－2)、m 2 (－2,1)和m 3 (1,2),则这三个质点构成的质点组对Z 轴的转动惯量J z = .答案： 38kg ·m 23-6 如题3-6图所示，一匀质木球固结在一细棒下端，且可绕水平光滑固定轴O 转动，今有一子弹沿着与水平面成一角度的方向击中木球并嵌于其中，则在此击中过程中，木球、子弹、细棒系统对o 轴的 守恒。
大学物理2精讲精练答案
第十一章静电场例题答案：11-1 （B ） 11-2（B ）11-3（B ）11-4．；从O 点指向()30220824R qdd R R qd εεπ≈-ππ缺口中心点11-5.；；沿矢径OP0/ελd ()2204dR d-πελ11-6(D)11-7.向右 ;向右2εσ023εσ11-8(1)，r <R;(2)o2r 4r k E ε=，r >R 。
204r r 4RkE ε=[解](1)作与球体同心、而半径r <R 的球面S 1。
球体内电荷密度ρ随r 变化，因此，球面S 1内包含的电荷。
根据高斯定理和已知的电荷体密度ρ(r )，()dr r r 4Q ro21⎰ρπ=可求得球体内任意点的场强。
即，得：()⎰⎰ρπε=⋅=Φr2s o r dr r r 41s d E 1 ，r <R 。
o2r 4r k E ε=(2)作与球体同心、半径r >R 的球面S 2，因R 外电荷为零，故S 2内的电荷Q 2=Q 1，根据高斯定理得：Φ==4πr 2E r =，∴()⎰⎰ρπε=⋅R 02s 0r dr r r 41s d E 2⎰πεR3dr kr 41，r >R 。
204r r 4R kE ε=11-9(D) 11-10(C) 11-11.单位正电荷在d 0L⋅=⎰A E l 静电场中沿任意闭合路径绕行一周，电场力作功等于零有势（或保守力）11-12. 45 V —15 V 11-13. -2000V 11-14. (B) 11-15.，０，，。
20R4QπεR 4Q 0πε20r 4Qπε11-16()()a b b c R R R R /ln /ln 21=λλ[解]：设B 上带正电荷，内表面上电荷线密度为λ1，外表面上电荷线密度为λ2，而A 、C 上相应地感应等量负电荷，如图所示．则A 、B 间场强分布为 E 1=λ1 / 2πε0r ，方向由B 指向A B 、C 间场强分布为 E 2=λ2 / 2πε0r ，方向由B 指向CB 、A 间电势差11100ln 22E r d d a ab bR R b BA R R aR r r R λλεε=⋅=-=ππ⎰⎰UB 、C 间电势差22200ln 22E r d d ccb b R Rc BC R R bR r U r R λλεε=⋅=-=ππ⎰⎰因U BA ＝U BC ,得到()()a b b c R R R R /ln /ln 21=λλ练习详解：11-1.（1）E 0=0；（2）E 0=0；（3）=k ；（4）0E 2aq 4i= k 0E 2aq 2i[解](1)如图(a )所示，各点电荷在点o 处产生的场强两两对应相消，所以，点o 处场强E 0=0(2)取图中(b )所示坐标。
大学物理学习指导详细标准答案
大学物理学习指导详细答案————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2第六章 相对论【例题精选】例6-1 当惯性系S 和S ′的坐标原点O 和O ′重合时，有一点光源从坐标原点发出一光脉冲，在S 系中经过一段时间t 后（在S ′系中经过时间t ′），此光脉冲的球面方程（用直角坐标系）分别为：S 系 ； S ′系 ．22222t c z y x =++ 22222t c z y x '='+'+'例6-2 下列几种说法中正确的说法是： (1) 所有惯性系对物理基本规律都是等价的．(2) 在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关． (3) 在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速率都相同．(A) 只有(1)、(2) 正确． (B) 只有(1)、(3) 正确． (C) 只有(2)、(3) 正确． (D) (1)、(2)、(3)都正确． [ D ] 例6-3 经典的力学相对性原理与狭义相对论的相对性原理有何不同？答：经典力学相对性原理是指对不同的惯性系，牛顿定律和其它力学定律的形式都是相同的．狭义相对论的相对性原理指出：在一切惯性系中，所有物理定律的形式都是相同的，即指出相对性原理不仅适用于力学现象，而且适用于一切物理现象。
也就是说，不仅对力学规律所有惯性系等价，而且对于一切物理规律，所有惯性系都是等价的． 例6-4 有一速度为u 的宇宙飞船沿x 轴正方向飞行，飞船头尾各有一个脉冲光源在工作，处于船尾的观察者测得船头光源发出的光脉冲的传播速度大小为 ；处于船头的观察者测得船尾光源发出的光脉冲的传播速度大小为 ． c c 例6-5 关于同时性的以下结论中，正确的是(A) 在一惯性系同时发生的两个事件，在另一惯性系一定不同时发生．(B) 在一惯性系不同地点同时发生的两个事件，在另一惯性系一定同时发生．(C) 在一惯性系同一地点同时发生的两个事件，在另一惯性系一定同时发生．(D) 在一惯性系不同地点不同时发生的两个事件，在另一惯性系一定不同时发生． [ C ] 例6-6静止的μ子的平均寿命约为 τ0 =2×10-6 s ．今在8 km 的高空，由于π介子的衰变产生一个速度为v = 0.998 c (c 为真空中光速)的μ子，试论证此μ子有无可能到达地面． 证明：考虑相对论效应，以地球为参照系，μ子的平均寿命：62106.31)/(1-⨯=-=c v ττ s则μ 子的平均飞行距离： =⋅=τv L 9.46 km ．μ 子的飞行距离大于高度，有可能到达地面．例6-7 两惯性系中的观察者O 和O ′以0.6 c (c 为真空中光速)的相对速度互相接近．如果O 测得两者的初始距离是20 m ，则O 相对O ′运动的膨胀因子γ= ；O ′测得两者经过时间∆t ′= s 后相遇．1.25(或5/4) 8.89×10-8例6-8 两个惯性系S 和S ′，沿x (x ′)轴方向作匀速相对运动. 设在S ′系中某点先后发生两个事件，用静止于该系的钟测出两事件的时间间隔为τ0 ，而用固定在S 系的钟测出这两个事件的时间间隔为τ ．又在S ′系x ′轴上放置一静止于该系、长度为l 0的细杆，从S 系测得此杆的长度为l, 则 (A) τ < τ0；l < l 0． (B) τ < τ0；l > l 0．(C) τ > τ0；l > l 0． (D) τ > τ0；l < l 0． [ D ]例6-9 α 粒子在加速器中被加速，当其质量为静止质量的3倍时，其动能为静止能量的(A) 2倍． (B) 3倍． (C) 4倍． (D) 5倍． [ A ] 例6-10 匀质细棒静止时的质量为m 0，长度为l 0，当它沿棒长方向作高速的匀速直线运动时，测得它的长为l ，那么，该棒的运动速度v = ；该棒所具有的动能E K = ．c)(020lll c m - 例6-11 观察者甲以0.8c 的速度（c 为真空中光速）相对于静止的观察者乙运动，若甲携带一长度为l 、截面积为S ，质量为m 的棒，这根棒安放在运动方向上，则甲测得此棒的密度为 ；乙测得此棒的密度为 ．lSm925 例6-12 根据相对论力学，动能为0.25 MeV 的电子，其运动速度约等于(A) 0.1c (B) 0.5 c (C) 0.75 c (D) 0.85 c (c 表示真空中的光速，电子的静能m 0c 2 = 0.51 MeV) [ C ] 例6-13 令电子的速率为v ，则电子的动能E K 对于比值v / c 的图线可用下列图中哪一个图表示？ （c 表示真空中光速）OE K v /c1.0(A)OE K v /c 1.0(B)OE K v /c1.0(C)OE K v /c1.0(D)[ D ]【练习题】6-1 在某地发生两件事，静止位于该地的甲测得时间间隔为4 s ，若相对于甲作匀速直线运动的乙测得时间间隔为5 s ，则乙相对于甲的运动速度是(c 表示真空中光速) (A) (4/5) c ． (B) (3/5) c ． (C) (2/5) c ． (D) (1/5) c ． [ B ] 6-2 假定在实验室中测得静止在实验室中的μ+子(不稳定的粒子)的寿命为2.2×10-6 s ，当它相对于实验室运动时实验室中测得它的寿命为1.63×10-5s ．则 μ+子相对于实验室的速度是真空中光速的多少倍？为什么？ 答：设μ+子相对于实验室的速度为v μ+子的固有寿命τ0 =2.2×10-6 s μ+子相对实验室作匀速运动时的寿命τ0 =1.63×10-5 s按时间膨胀公式：20)/(1/c v -=ττ移项整理得： 202)/(τττ-=c v 20)/(1ττ-=c = 0.99c则 μ+子相对于实验室的速度是真空中光速的0.99倍．6-3 在S 系中的x 轴上相隔为∆x 处有两只同步的钟A 和B ，读数相同．在S ＇系的x ＇轴上也有一只同样的钟A ＇，设S ＇系相对于S 系的运动速度为v , 沿x 轴方向, 且当A ＇与A 相遇时，刚好两钟的读数均为零．那么，当A ＇钟与B 钟相遇时，在S 系中B 钟的读数是 ；此时在S ＇系中A ＇钟的读数是 ．x /v 2)/(1)/(c x v v -∆6-4 两个惯性系K 与K ＇坐标轴相互平行，K ＇系相对于K 系沿x 轴作匀速运动，在K ＇系的x ＇轴上，相距为L ＇的A ＇、B ＇两点处各放一只已经彼此对准了的钟，试问在K 系中的观测者看这两只钟是否也是对准了？为什么？答：没对准．根据相对论同时性，如题所述在K ＇系中同时发生，但不同地点(x ＇坐标不同)的两事件(即A ＇处的钟和B ＇处的钟有相同示数)，在K 系中观测并不同时；因此，在K 系中某一时刻同时观测，这两个钟的示数必不相同． 6-5 边长为a 的正方形薄板静止于惯性系K 的Oxy 平面内，且两边分别与x ，y 轴平行．今有惯性系K ＇以 0.8c （c 为真空中光速）的速度相对于K 系沿x 轴作匀速直线运动，则从K ＇系测得薄板的面积为 (A) 0.6a 2． (B) 0.8 a 2． (C) a 2． (D) a 2／0.6 ． [ A ] 6-6 狭义相对论确认，时间和空间的测量值都是 ，它们与观察者的 密切相关．相对的 运动6-7 地球的半径约为R 0 = 6376 km ，它绕太阳的速率约为=v 30 km ·s -1，在太阳参考系中测量地球的半径在哪个方向上缩短得最多？缩短了多少？ (假设地球相对于太阳系来说近似于惯性系) 答：在太阳参照系中测量地球的半径在它绕太阳公转的方向缩短得最多．20)/(1c R R v -=其缩短的尺寸为： ∆R = R 0- R ))/(11(20c R v --= 220/21c R v ≈∆R =3.2 cm6-8 有一直尺固定在K ′系中，它与Ox ′轴的夹角θ′＝45°，如果K ′系以匀速度沿Ox 方向相对于K 系运动，K 系中观察者测得该尺与Ox 轴的夹角(A) 大于45°． (B) 小于45°． (C) 等于45°．(D) K ′系沿Ox 正方向运动时大于45°，K ′系沿Ox 负方向运动时小于45°． [ A ]6-9 在狭义相对论中，下列说法中哪些是错误的？ (A) 一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速．(B) 质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的． (C) 在一惯性系中发生于同一时刻，不同地点的两个事件在其他一切惯性系中也是同时发生的． (D) 惯性系中的观察者观察一个与他作匀速相对运动的时钟时，会看到这只时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些． [ C ] 6-10 观察者甲以 0.8c 的速度（c 为真空中光速）相对于静止的观察者乙运动，若甲携带一质量为1 kg 的物体，则甲测得此物体的总能量为 ；乙测得此物体的总能量为 ．9×1016 J 1.5×1017 J 6-11 一个电子以0.99 c 的速率运动，电子的静止质量为9.11×10-31 kg ，则电子的总能量是 J ，电子的经典力学的动能与相对论动能之比是 ．5.8×10-13 8.04×10-2 6-12 一匀质矩形薄板，在它静止时测得其长为a ，宽为b ，质量为m 0．由此可算出其面积密度为m 0 /ab ．假定该薄板沿长度方向以接近光速的速度v 作匀速直线运动，此时再测算该矩形薄板的面积密度则为(A) ab c m 20)/(1v - (B) 20)/(1c ab m v - (C) ])/(1[20c ab m v - (D) 2/320])/(1[c ab m v - [ C ] 6-13 一体积为V 0，质量为m 0的立方体沿其一棱的方向相对于观察者A 以速度v 运动．观察者A 测得其密度是多少？为什么？ 答：设立方体的长、宽、高分别以x 0，y 0，z 0表示，观察者A 测得立方体的长、宽、高分别为2201c x x v -=，0y y =，0z z =． 相应体积为 2201cV xyz V v -==∵质量 2201cm m v -=故相应密度为 V m /=ρ2222011/cV c m v v --=)1(2200c V m v -=6-14 质子在加速器中被加速，当其动能为静止能量的4倍时，其质量为静止质量的(A) 4倍． (B) 5倍． (C) 6倍． (D) 8倍． [ B ]。
高考物理复习精讲+精练题组含答案精华(原创)
第一章 质点的直线运动第一节 加速度及运动图像一、加速度（描述物体速度变化快慢的物理量）. 1、定义：单位时间内速度的变化量. 2、表达式：tva ∆∆=⇒t a v ∆⋅=∆（求速度变化量） 例1.关于加速度，下列说法中正确的是（ C ） A.速度变化越大，加速度一定越大。
B.速度变化所用时间越短，加速度一定越大。
C.速度变化越快，加速度一定越大。
D.速度为零，加速度一定为零。
3、用t v -图像理解加速度. 4、匀变速直线运动（1）定义：沿着一条直线，加速度不变的运动. （2）分类：①加速度方向与初速度方向相同，则为匀加速直线运动.②加速度方向与初速度方向相反，则为匀减速直线运动.（3）特点：①加速度大小，方向都不变. ②相同时间内速度变化量相同（t a v ∆⋅=∆） ③t v -图像为一条倾斜的直线. 5、对加速度理解的误区.（1）物体具有加速度，一定做加速运动.（2）物体的速度方向改变，加速度方向一定改变. （3）物体的速度为零，加速度也为零. （4）物体的加速度为零，初速度也为零. （5）物体速度大，加速度也大. （6）物体加速度大，速度也大.例2.下列说法中正确的是（ ABC ）A.加速度越大，单位时间内质点速度的变化量越大。
B.某一时刻的速度为零，加速度有可能不为零。
C.速度变化越来越快，加速度有可能越来越小。
D.速度的变化量相同，加速度越大，则所用时间越短。
例3.根据给出的速度和加速度的正负，对下列运动性质的判断正确的是（ BCD ）A.00<v ，0>a ，物体先做加速运动后做减速运动。
B.00<v ，0<a ，物体做加速运动。
C.00>v ，0<a ，物体先做减速运动，后做加速运动D.00>v ，0=a ，物体做匀速直线运动。
例4.下述运动中可能出现的是（ABC ）A.物体的加速度增加，速度反而减小。
B.物体的速度为零时，加速度却不为零。
大学物理课后习题答案（高教版共三册）
⼤学物理课后习题答案（⾼教版共三册）第⼆章动量及其守恒定律1、⼀质点的运动轨迹如图所⽰，已知质点的质量为20g ，在A 、B ⼆位置处的速率都为20m/s ，A v与 x 轴成045⾓，B v垂直于 y 轴，求质点由A 点到B 点这段时间内，作⽤在质点上外⼒的总冲量？解：由动量定理知质点所受外⼒的总冲量I ＝12v v v m m m )(由A →B A B Ax Bx x m m m m I v v v v cos45°＝-0.683 kg·m·s 1 1分I y =0m v Ay = m v A sin45°= 0.283 kg·m·s 1I =s N 739.022y x I I 3分⽅向： 11/tg x y I I 202.5° （ 1为与x 轴正向夹⾓） 1分2、质量为m 的物体，以初速0v 从地⾯抛出，抛射⾓030 ，如忽略空⽓阻⼒，则从抛出到刚要接触地⾯的过程中，物体动量增量的⼤⼩为多少？物体动量增量的⽅向如何？解：由斜⾯运动可知，落地速度⼤⼩与抛出速度⼤⼩相等，⽅向斜向下，与X 轴正向夹⾓为300，所以，动量增量⼤⼩：0030sin 2mv mv mv动量增量的⽅向竖直向下3、设作⽤在质量为1kg 的物体上的⼒F ＝6t ＋3（SI ）．如果物体在这⼀⼒的作⽤下，由静⽌开始沿直线运动，在0到2.0 s 的时间间隔内，这个⼒作⽤在物体上的冲量⼤⼩为多少? 解：I=Fdt =.20)36(dt t =(3t 2+3t)0.20=3 2.02+3 2.0=18(S N )A vxyOBA4、⼀个质量为m 的质点，沿x 轴作直线运动，受到的作⽤⼒为i F Ft cos 0 (SI)，0t 时刻，质点的位置坐标为0x ,初速度00 v，求质点的位置坐标和时间的关系式？解：由⽜顿第⼆定律tm F dt dx v tdtm F dv dtdv mt F dt v d m a m F t vsin cos cos 00000 ⼜有故tdt m F dx txx sin 000则： t m Fx xcos 1005、电动列车⾏驶时每千克质量所受的阻⼒N v F 2210)5.05.2( ，式中，v 为列车速度，以s m /计。
大学物理学(清华C5版)分章配套精品题目及答案(第三章)
第三章 动量和角动量【例题精讲】例3-1 一颗子弹在枪筒里前进时所受的合力大小为 t F 31044005⨯-= (SI) 子弹从枪口射出时的速率为 300 m/s ．假设子弹离开枪口时合力刚好为零，则子弹在枪筒中所受力的冲量I ＝ ；子弹的质量m ＝ 。
0.6 N·s 2 g例3-2一质量为1 kg 的物体，置于水平地面上，物体与地面之间的静摩擦系数μ 0＝0.20，滑动摩擦系数μ＝0.16，现对物体施一水平拉力F ＝t+0.96(SI)，则2秒末物体的速度大小v ＝ 。
2秒末物体的加速度大小a ＝ 。
0.89 m/s 1.39 m/s 2例3-3 质量分别为m A 和m B (m A >m B )、速度分别为A v ϖ和B v ϖ(v A > v B )的两质点A 和B ，受到相同的冲量作用，则 (A) A 的动量增量的绝对值比B 的小。
(B) A 的动量增量的绝对值比B 的大。
(C) A 、B 的动量增量相等。
(D) A 、B 的速度增量相等。
[ C ]例3-4 一人用恒力F ϖ推地上的木箱，经历时间∆ t 未能推动木箱，此推力的冲量等于多少？木箱既然受了力F ϖ 的冲量，为什么它的动量没有改变？【答】推力的冲量为t F ∆ϖ。
动量定理中的冲量为合外力的冲量，此时木箱除受力F ϖ外还受地面的静摩擦力等其它外力，木箱未动说明此时木箱的合外力为零，故合外力的冲量也为零，根据动量定理，木箱动量不发生变化。
例3-5 如图，用传送带A 输送煤粉，料斗口在A 上方高h ＝0.5 m 处，煤粉自料斗口自由落在A 上．设料斗口连续卸煤的流量为q m ＝40 kg/s ，A 以v＝2.0 m/s 的水平速度匀速向右移动．求装煤的过程中，煤粉对A 的作用力的大小和方向。
（不计相对传送带静止的煤粉质重）【解】 煤粉自料斗口下落，接触传送带前具有竖直向下的速度gh 20=v 设煤粉与A 相互作用的∆t 时间内，落于传送带上的煤粉质量为 t q m m ∆=∆ 设A 对煤粉的平均作用力为f ϖ，由动量定理写分量式：0-∆=∆v m t f x )(00v m t f y ∆--=∆ 将 t q m m ∆=∆代入得 v m x q f =， 0v m y q f = ∴ 14922=+=y x f f f Nf ϖ与x 轴正向夹角为α = arctg (f x / f y ) = 57.4° 由牛顿第三定律煤粉对A 的作用力f ′= f = 149 N ，方向与图(b)中f ϖ相反。
大学物理课后习题答案(高教版 共三册)(2020年7月整理).pdf
直的平面上有一点 P，它到板的距离为 x 。求 P 点的磁感应强度的大小。
解： 取如图坐标系，在电流平板上取一条形平面，其在 P 点产生的磁场为
dB = 0dI =
0
I0 2a
dy
，
dB
的方向垂直
r
。
2r 2 x2 + y 2
由于电流平板相对 x 轴对称，所以在 P 点的总磁感应强度 B
x 轴的分量： Bx = dBx = 0 ；
B = 0 I (3 + 2 ) 4 2a b
6、如图，流出纸面的电流为 2I，流进纸面的电流为 I， 请写出每一个线圈中的环路公式。 解：根据线圈的绕向和线圈中电流和的方向是否满足右 手螺旋定则来判断。
L1
2I
L3
I L2
L4
所以由磁场中的安培环路定理有：
(A) H • dl = −2I
(B) H • dl = −I
解： 因为截流圆线圈轴线上的磁场
B=
0 IR2
3
2(R2 + x2 ) 2
而 I = 2R 2 = R
B
=
Bx
=
0 R 3
2(R2
+
x
2
)
3 2
，B
的方向与 x
轴的正方向一致。
x
o
R
ω
14、设氢原子基态的电子轨道半径为 a0，求由于电子的轨道运动(如图)在原子核处(圆心处)
产生的磁感强度的大小和方向． 解：①电子绕原子核运动的向心力是库仑力提供的．
值不为零。
18、如图所示，一无限长载流平板宽度为 a，线电流密
度(即沿 x 方向单位长度上的电流)为 ，求与平板共面且
大学物理精讲精练答案
第十四章 稳恒磁场例题答案：例14-103μI例14-2 (C).例14-3 μ0i ； 沿轴线方向朝右 例14-4 (D) 例14-5 (D)例14-6 B=1.8×10-4 T ；α =225°，α为B 与x 轴正向的夹角【解】 取d l 段，其中电流为π=π=π21=θθd 2d 2d d I R IR R l I I 在P 点 θμθμμd d 222d d 2000RII R R I B π=π⋅π=π= 选坐标如图R I B x 20d sin d π-=θθμ， RI B y20d cos d π-=θθμ ⎰ππ-=2/020d sin θθμR I B x R I 20π-=μ ⎰ππ-=2/020d cos θθμRIB y R I20π-=μ =+=2/122)(y x B B B =πRI 202μ 1.8×10-4 T方向 1/tg ==x y B B α，225=α，为B 与x 轴正向的夹角。
例14-7 (1) a ._ 0 __ b . 2πB R c . 2πcos α-B R ；(2) Φm =2πcos θB R ； (3)d =⎰SB S 0 。
例 14-8 -μ0I 1 ； μ0(I 1+I 2) ； 0. 例14-9 (D) 例14-10 (C) 例14-11 （B ） 例14-12 0222()μ=πbIB R -ax y ⊗ d B P 例题14-6答案图d lθ d θ【解】 导体内的电流密度 )a π(b IJ 22-=由于电流和磁场分布的对称性，磁感线是以轴为中心的一些同心圆，去半径为r 的一条磁感线为环路，有安培环路定理：d I μ⋅=∑⎰B l有 )(2222022ab a r I )a πr J(πμr B 20--=-=⋅μπ ra b π2a r I μB 22220)()(--=∴ 例14-13 0312()ln 22πμ=I F I -I ； 若 12I I >，则F 的方向向下；若12I I <，则F 的方向向上【解】 载流导线MN 上任一点处的磁感强度大小为： )(210x r I B +π=μ)2(220x r I -π-μMN 上电流元I 3d x 所受磁力： x B I F d d 3=)(2[103x r I I +π=μx x r I d ])2(210-π-μ010230d 2π()2π(2)⎡⎤⎢⎥⎣⎦⎰rμI μI F =I -x r +x r -x 0310[d 2πr μ=-+⎰I I x r x 20d ]2r -⎰I x r x]2ln 2ln[22130r rI r r I I +π=μ ]2ln 2ln [22130I I I -π=μ 2ln )(22130I I I -π=μ若 12I I >，则F 的方向向下， 12I I <，则F 的方向向上。
大学物理学课后答案精简版
1-3 一质点在xOy 平面上运动，运动方程为x =3t +5, y =21t 2+3t -4. 式中t 以 s 计，x ,y 以m 计．(1)以时间t 为变量，写出质点位置矢量的表示式；(2)求出t =1 s 时刻和t ＝2s 时刻的位置矢量，计算这1秒内质点的位移；(3)计算t ＝0 s 时刻到t ＝4s 时刻内的平均速度；(4)求出质点速度矢量表示式，计算t ＝4 s 时质点的速度；(5)计算t ＝0s 到t ＝4s 内质点的平均加速度；(6)求出质点加速度矢量的表示式，计算t ＝4s 时质点的加速度(请把位置矢量、位移、平均速度、瞬时速度、平均加速度、瞬时加速度都表示成直角坐标系中的矢量式)．解：（1） j t t i t r)4321()53(2m(2)将1 t ,2 t 代入上式即有(3)∵ j i r j j r1617,4540∴ 104s m 534201204 j i ji r r t r v (4) 1s m )3(3d d j t i trv则 j i v 734 1s m(5)∵ j i v j i v73,3340(6) 2s m 1d d j tva 这说明该点只有y 方向的加速度，且为恒量。
1-4 在离水面高h 米的岸上，有人用绳子拉船靠岸，船在离岸S 处，如题1-4图所示．当人以0v (m ·1s )的速率收绳时，试求船运动的速度和加速度的大小．图1-4解： 设人到船之间绳的长度为l ，此时绳与水面成 角，由图可知 222s h l将上式对时间t 求导，得tss t l ld d 2d d 2 题1-4图根据速度的定义，并注意到l ,s 是随t 减少的， ∴ ts v v t l v d d ,d d 0 船绳 即cos d d d d 00v v s l t l s l t s v船 或 sv s h s lv v 02/1220)( 船将船v 再对t 求导，即得船的加速度1-6 已知一质点作直线运动，其加速度为 a ＝4+3t 2s m ，开始运动时，x ＝5 m ，v =0，求该质点在t ＝10s 时的速度和位置．解：∵ t tva 34d d分离变量，得 t t v d )34(d 积分，得 12234c t t v 由题知，0 t ,00 v ,∴01 c故 2234t t v 又因为 2234d d t t t x v 分离变量， t t t x d )234(d 2积分得 232212c t t x由题知 0 t ,50 x ,∴52 c 故 521232t t x 所以s 10 t 时1-8 质点沿半径为R 的圆周按s ＝2021bt t v的规律运动，式中s 为质点离圆周上某点的弧长,0v ，b 都是常量，求：(1)t 时刻质点的加速度；(2) t 为何值时，加速度在数值上等于b ．解：（1） bt v tsv 0d d 则 240222)(Rbt v b a a a n加速度与半径的夹角为 (2)由题意应有即 0)(,)(4024022bt v Rbt v b b ∴当bv t 0时，b a 1-10 以初速度0v ＝201s m 抛出一小球，抛出方向与水平面成幔 60°的夹角，求：(1)球轨道最高点的曲率半径1R ；(2)落地处的曲率半径2R ． (提示：利用曲率半径与法向加速度之间的关系)解：设小球所作抛物线轨道如题1-10图所示． 题1-10图 (1)在最高点，又∵ 1211 v a n∴ m1010)60cos 20(22111n a v(2)在落地点，2002 v v 1s m ,而 o60cos 2 g a n∴ m 8060cos 10)20(22222n a v2-3 283166s m m f a x x(1)于是质点在2s 时的速度 (2)2-4 (1)∵dtdvm kv a分离变量，得 即vv t m kdt v dv 00 ∴ tm ke v v 0(2)tttm k m ke kmv dt ev vdt x 000)1((3)质点停止运动时速度为零，即t →∞， 故有0kmv dt ev x tm k (4)当t=km时，其速度为 即速度减至v 0的e1.2-7由题知，小球落地时间为0.5s ．因小球为平抛运动，故小球落地的瞬时向下的速度大小为v 1=gt=0.5g ，小球上跳速度的大小亦为v 2=0.5g ．设向上为y 轴正向，则动量的增量 Δp=mv 2-mv 1 方向竖直向上， 大小 ｜Δp ｜=mv 2-(-mv 1)=mg碰撞过程中动量不守恒．这是因为在碰撞过程中，小球受到地面给予的冲力作用．另外，碰撞前初动量方向斜向下，碰后末动量方向斜向上，这也说明动量不守恒． 2-12 (1)由题知，F 合为恒力，∴ A 合=F ·r=(7i-6j)·(-3i+4j+16k)=-21-24=-45 J (2)w t A N 756.045(3)由动能定理，ΔE k =A=-45 J2-15 弹簧A 、B 及重物C 受力如题2-15图所示平衡时，有 题2-15图 F A =F B =Mg 又 F A =k 1Δx 1 F B =k 2Δx 2所以静止时两弹簧伸长量之比为 弹性势能之比为 题2-19图2-19 m 从M 上下滑的过程中，机械能守恒，以m ，M 地球为系统 ，以最低点为重力势能零点，则有mgR=222121MV mv又下滑过程，动量守恒，以m,M 为系统则在m 脱离M 瞬间，水平方向有mv-MV=0联立，以上两式，得 v=M m MgR23-7 观测者甲乙分别静止于两个惯性参考系S 和S 中，甲测得在同一地点发生的两事件的时间间隔为 4s ，而乙测得这两个事件的时间间隔为 5s ．求： (1) S 相对于S 的运动速度．(2)乙测得这两个事件发生的地点间的距离．解: 甲测得0,s 4 x t ,乙测得s 5 t ，坐标差为12x x x ′ (1)∴ t cv t x cvt t22)(11)(54122 t t cv解出 c c t t c v 53)54(1)(122 (2) 0,45, x t t t v x x ∴ m 1093453458c c t v x 负号表示012x x ． 3-8 一宇航员要到离地球为5光年的星球去旅行．如果宇航员希望把这路程缩短为3光年，则他所乘的火箭相对于地球的速度是多少?解: 2220153,1513 则l l ∴ c c v 5425913-11 6000m 的高空大气层中产生了一个 介子以速度v =0.998c 飞向地球．假定该 介子在其自身静止系中的寿命等于其平均寿命 2×10-6s ．试分别从下面两个角度，即地球上的观测者和 介子静止系中观测者来判断 介子能否到达地球．解: 介子在其自身静止系中的寿命s 10260 t 是固有(本征)时间，对地球观测者，由于时间膨胀效应，其寿命延长了．衰变前经历的时间为这段时间飞行距离为m 9470 t v d 因m 6000 d ，故该 介子能到达地球．或在 介子静止系中， 介子是静止的．地球则以速度v 接近介子，在0t 时间内，地球接近的距离为m 5990 t v dm 60000 d 经洛仑兹收缩后的值为： 0d d ，故 介子能到达地球． 3-16 (1)如果将电子由静止加速到速率为0.1c ，须对它作多少功?(2)如果将电子由速率为0.8c 加速到0.9c ，又须对它作多少功?解: (1)对电子作的功，等于电子动能的增量，得161012.4 J=eV 1057.23(2) )()(2021202212c m c m c m c m E E E k k k)1111(221222202122cv cvc m c m c m))8.0119.011(103101.92216231J 1014.514 eV 1021.353-17子静止质量是电子静止质量的 207倍，静止时的平均寿命0 =2×10-6s ，若它在实验室参考系中的平均寿命 = 7×10-6s ，试问其质量是电子静止质量的多少倍?解: 设 子静止质量为0m ，相对实验室参考系的速度为c v ，相应质量为m ，电子静止质量为e m 0，因2711,1022即由质速关系，在实验室参考系中质量为： 故72527207120720 e m m 4-2 劲度系数为1k 和2k 的两根弹簧，与质量为m 的小球按题4-2图所示的两种方式连 接，试证明它们的振动均为谐振动，并分别求出它们的振动周期．题4-2图解：(1)图(a)中为串联弹簧，对于轻弹簧在任一时刻应有21F F F ，设串联弹簧的等效倔强系数为串K 等效位移为x ，则有又有 21x x x 所以串联弹簧的等效倔强系数为即小球与串联弹簧构成了一个等效倔强系数为)/(2121k k k k k 的弹簧振子系统，故小球作谐振动．其振动周期为(2)图(b)中可等效为并联弹簧，同上理，应有21F F F ，即21x x x ，设并联弹簧的倔强系数为并k ，则有 故 21k k k 并 同上理，其振动周期为4-5 一个沿x 轴作简谐振动的弹簧振子，振幅为A ，周期为T ，其振动方程用余弦函数表示．如果0 t 时质点的状态分别是：(1)A x 0；(2)过平衡位置向正向运动； (3)过2Ax处向负向运动； (4)过2A x处向正向运动．试求出相应的初位相，并写出振动方程．解：因为 000sin cos A v A x将以上初值条件代入上式，使两式同时成立之值即为该条件下的初位相．故有4-7 有一轻弹簧，下面悬挂质量为g 0.1的物体时，伸长为cm 9.4．用这个弹簧和一个质量为g 0.8的小球构成弹簧振子，将小球由平衡位置向下拉开cm 0.1后 ，给予向上的初速度10s cm 0.5 v ，求振动周期和振动表达式．解：由题知12311m N 2.0109.48.9100.1 x g m k 而0 t 时，-12020s m 100.5m,100.1 v x ( 设向上为正)又 s 26.12,51082.03T m k 即 ∴ m )455cos(1022t x4-8 图为两个谐振动的t x 曲线，试分别写出其谐振动方程．题4-8图解：由题4-8图(a)，∵0 t 时，s 2,cm 10,,23,0,0000 T A v x 又 即 1s rad 2T故 m )23cos(1.0t x a 由题4-8图(b)∵0 t 时，35,0,2000v A x01 t 时，22,0,0111v x又 253511 ∴ 65故 m t x b )3565cos(1.04-12 试用最简单的方法求出下列两组谐振动合成后所得合振动的振幅：(1) cm )373cos(5cm )33cos(521 t x t x (2)cm)343cos(5cm )33cos(521t x t x解： (1)∵ ,233712∴合振幅 cm 1021 A A A(2)∵ ,334∴合振幅 0 A4-13 一质点同时参与两个在同一直线上的简谐振动，振动方程为试分别用旋转矢量法和振动合成法求合振动的振动幅和初相，并写出谐振方程。
大学物理第五版课后答案解析（上）完整版
⼤学物理第五版课后答案解析（上）完整版1-1 。
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。
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 。
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)；ts d 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 。
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 。
大学物理课后习题解答习题
通过解析力学习题，学生可以加深对力的理解，掌握力的 合成与分解的方法，以及运用牛顿运动定律解决实际问题。
举例
一质量为m的物体在几个共点力作用下处于平衡状态，若 撤去一个向东的恒力F，物体将产生向西的加速度，大小 为a。要求出其他所有力的合力大小及方向。
电磁学习题解析
总结词
理解电场、磁场的基本性质，掌 握电磁感应定律等。
详细描述
掌握牛顿运动定律的基本概念，理解力和加速度的关系，能够应用牛顿运动定律解决直线运动和曲线 运动的问题。了解动量守恒定律和角动量守恒定律，掌握它们在碰撞、抛体运动等场景中的应用。
力学基础
总结词
理解万有引力定律和天体运动的基本规 律。
VS
详细描述
掌握万有引力定律的基本概念，理解天体 之间的相互作用力，能够应用万有引力定 律解决天体运动的问题。了解开普勒三定 律，掌握行星、卫星等天体的运动规律。
注重解题方法
在解题时，要掌握多种解题方法，学会灵活运用。同时， 要注意解题的规范性和准确性，培养良好的解题习惯。
持续学习与提高
大学物理是一门不断发展的学科，新的理论和技术不断涌 现。要保持持续学习的态度，关注学科前沿动态，不断提 升自己的学术水平和综合素质。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
阻器、电容器、电感器等基本元件的特性和应用。
光学基础
总结词
理解光的干涉、衍射和偏振现象及其在现代光学 技术中的应用。
总结词
理解光电效应和光的量子性在光学技术中的应用 。
详细描述
掌握光的干涉、衍射和偏振的基本原理，理解干 涉条纹的形成和分布，能够应用这些原理解决光 学问题。了解光学仪器的基本原理和应用，如透 镜、棱镜等。
《大学物理讲义》 习题答案
dr i dt
v0 v0 r 2 h 2
-
r
1 2 r h2 2
3 2
2rv0 i
2 2 2 v0 r h
- r
1 2
2
h2
r 2 i
2 2 2 2 r h -r v0 i 2 2 3 （ r h ）
船的加速度矢量为
d dx d a i v0 [r r 2 h 2 dt dt dt
-
1 2
]i
4
《大学物理讲义》习题解答
dr v0 r 2 h 2 dt
-
1 2
-r
1 2
1 2 r h2 2
3 2
2r
3 2
3i 54 j i 2 j 2i 52 j i 26 jm / s
2 2
t 1s
1 ~ 3s 内的平均加速度为 v t 3 s v a 3 1
i 54 j i 6 j 24 jm / s
x2 x3 x2 2 1 1m
a
t 2s O
1
习题 1-1 解答图
t 0 5 x/m
前 3s 内它的路程
S x1 x2 4 1 5m
前 3s 内它的位移
x x1 x2 4 1 3m
1-2 有一质点沿 x 轴作直线运动，t 时刻的坐标为
dr v i 6t 2 j m / s dt
大学物理教程课后练习题含答案
大学物理教程课后练习题含答案前言大学物理是培养学生科学素养的重要课程，也是许多专业必修的基础课程之一。
然而，因为课程内容的抽象性和难度，学生在学习中往往会遇到一些困难，需要反复练习来加深理解、掌握知识和技能，提高成绩。
本文收录了一些经典的大学物理教程课后练习题，希望能够对学生提供一些有益的帮助。
第一章静力学1.1 问题一绳连接两物体，下面物体沿光滑斜面滑动，假设无空气阻力，则：（1）求该物体所受的重力分力；（2）求该物体所受的斜面支持力。
1.2 答案（1）该物体所受的重力分力为 mg*sinθ，其中 m 是物体的质量，g 是重力加速度，θ是斜面倾角。
（2）该物体所受的斜面支持力为 mg*cosθ。
第二章动力学2.1 问题一个弹性碰撞的实验装置弹性碰撞实验装置其中，m1 和 m2 分别是光滑水平面上两个物体的质量，v1 和 v2 分别是它们在碰撞前的速度，v1’ 和v2’ 分别是它们在碰撞后的速度。
假设碰撞前两个物体相对距离为 L，碰撞后 m1 的速度与 x 轴正方向夹角为θ1，m2 的速度与 x 轴正方向夹角为θ2，则：（1）求碰撞前两个物体的总动量和总动能；（2）求碰撞后两个物体的速度和动能。
2.2 答案（1）碰撞前，两个物体的总动量为 m1v1 + m2v2，总动能为 (1/2)m1v1^2 + (1/2)m2v2^2。
（2）碰撞后，两个物体的速度和动能为：v1’ = [(m1-m2)v1+2m2*v2]cosθ1/(m1+m2) +[(m2+m2)v1+2m1*v1]sinθ1/(m1+m2) v2’ = [(m2-m1)v2+2m1*v1]cosθ2/(m1+m2) + [(m1+m1)v2+2m2*v2]sinθ2/(m1+m2)K1’ = (1/2)m1v1’^2, K2’ = (1/2)m2v2’^2第三章热学3.1 问题设一个物体的初温度为 T1，末温度为 T2，它的质量为 m，比热容为 c，求对该物体施加一定的热量 Q 后它的温度变化。
物理精讲精练答案
v
dv dt
2分
t = 0, v = 0．
1分
∫ (mg − kv - F)/m = ∫ d t
0 0
dv
t
v = ( mg − F )(1 − e )/k 2分 2、解：(1)以 A、B、绳为研究对象 F－mg－mA g－mB g＝(m + mA + mB ) a F − ( m + m A + mB )g F a= ∴ = −g m + m A + mB m + m A + mB (2)以绳下段 x 长和物体 A 为研究对象 T(x)－(mA + m x / L )g ＝(mA + m x / L ) a ∴ T(x) = (mA+m x /L ) (g + a ) F (mA + mx / L) = = (96 + 24 x) N m + m A + mB
由于只有保守力做功，系统机械能守恒，即：
2分 2分
x
EK 0 +
1 2 1 1 kx0 + mg ( x − x 0 ) sin α = mv 2 + kx 2 2 2 2
2分
5
在平衡位置有： mgsinα =kx0 ∴ x0 = mg sin α k 代入上式整理得：
2分 2分
1 1 (mg sin α ) 2 mv 2 = E K 0 + mgx sin α − kx 2 − 2 2 2k
4、解：根据牛顿第二定律
k dv dv d x dv =m =m ⋅ = mv 2 dt d x dt dx x v A/ 4 k dx ∴ v d v = −k , ∫v dv = − ∫ dx 2 2 mx 0 A mx 1 2 k 4 1 3 v = ( − )= k 2 m A A mA ∴ v = 6k /(mA) K K 5、解：球 A 只受法向力 N 和重力 mg ，根据牛顿第二定律 2 法向： N − mg cosθ = mv / R ① 切向： mg sin θ = mat ② f =−
全新高考物理总复习专题精讲精练汇编(共55页 附答案)
全新高考物理总复习专题精讲精练汇编（共55页附答案）目录专题一：直线运动解题思路与方法专题二：处理平衡问题的几种方法专题三：应用牛顿第二定律的常用方法专题四：曲线运动问题的解法专题五：求解变力做功的方法专题六：机械能守恒在模型中的应用专题七：电学量的判断技巧专题八：电阻的测量方法专题九：测电源电动势和内阻的方法专题十：确定带电粒子在磁场中运动轨迹的方法专题十一:“杆＋导轨”模型问题专题十二：交变电流的综合应用专题一：直线运动解题思路与方法解析 设初速度方向为正方向，根据匀变速直线运动规律v ＝v 0＋at ，有－16＝10－2t ，所以经过t ＝13 s 物体的速度大小为16 m/s.由x ＝v 0t ＋12at 2可知这段时间内的位移为x ＝(10×13－12×2×132)m ＝－39 m ，物体的运动分为两个阶段，第一阶段速度从10 m/s 减到0，此阶段位移大小为x 1＝02－v 202a ＝02－102－2×2m ＝25 m ，第二阶段速度从0反向加速到16 m/s ，位移大小为x 2＝v ′2－02－2a ＝162－022×2m ＝64 m ，则总路程为L＝x 1＋x 2＝25 m ＋64 m ＝89 m. 答案 13 s 25 m 89 m5．极值法有些问题用一般的分析方法求解难度较大，甚至中学阶段暂时无法求出，我们可以把研究过程推向极端情况来加以分析，往往能很快得出结论．例5两个光滑斜面，高度和斜面的总长度相等，如图所示，两个相同的小球，同时由两个斜面顶端由静止开始释放，不计拐角处能量损失，则两球谁先到达底端？解析甲斜面上的小球滑到斜面底端的时间很容易求出．设斜面高度为h ，长度为L ，斜面的倾角为θ.则由L ＝12g 21sin θ、sin θ＝h L ，解得t 1＝2L2gh.乙斜面上的小球滑到斜面底端的时间很难直接计算．可将乙斜面作极端处理：先让小球竖直向下运动，然后再水平运动，易解得这种运动过程中小球运动的时间为t 2＝ 2h g＋L －h 2gh ＝L ＋h2gh<t 1，所以，乙斜面上的小球先到达斜面底端． 答案 乙斜面上的小球先到达斜面底端6．图象法利用图象法可直观地反映物理规律，分析物理问题．图象法是物理研究中常用的一种重要方法．运动学中常用的图象为v －t 图象．在理解图象物理意义的基础上，用图象法分析解决有关问题(如往返运动、定性分析等)会显示出独特的优越性，解题既直观又方便．需要注意的是在v －t 图象中，图线和坐标轴围成的“面积”应该理解成物体在该段时间内发生的位移．例6汽车从甲地由静止出发，沿平直公路驶向乙地．汽车先以加速度a 1做匀加速直线运动，然后做匀速运动，最后以大小为a 2的加速度做匀减速直线运动，到乙地恰好停止．已知甲、乙两地的距离为x ，求汽车从甲地到乙地的最短时间t 和运行过程中的最大速度v m .解析 由题意作出汽车做匀速运动时间长短不同的v －t 图象，如图所示．不同的图线与横轴所围成的“面积”都等于甲、乙两地的距离x .由图象可知汽车做匀速运动的时间越长，从甲地到乙地所用的时间就越长，所以当汽车先做匀加速直线运动，后做匀减速直线运动，中间无匀速运动时，行驶的时间最短．设汽车做匀加速直线运动的时间为t 1，则匀减速直线运动的时间为(t －t 1)．则有v m ＝a 1t 1＝a 2(t －t 1)，解得t 1＝a 2t a 1＋a 2，则v m ＝a 1a 2ta 1＋a 2， 由图象中三角形面积的物理意义有x ＝12v m t ＝a 1a 2t 2a 1＋a 2，解得t ＝ 2xa 1＋a 2a 1a 2，故v m ＝2xa 1a 2a 1＋a 2.答案 t ＝ 2x a 1＋a 2a 1a 2 v m ＝2xa 1a 2a 1＋a 27．相对运动法以系统中的一个物体为参考系研究另一个物体运动情况的方法．例7物体A 、B 从同一地点，同时沿同一方向运动，A 以10 m/s 的速度做匀速直线运动，B 以2 m/s 2的加速度从静止开始做匀加速直线运动，求A 、B 相遇前两物体间的最大距离．解析 因为本题求解的是A 、B 间的相对距离，所以可以利用相对运动法求解．选B 为参考系，从计时开始到A 、B 相遇前两物体间出现最大距离的过程中，A 相对于B 的初速度、末速度和加速度分别为：v 0＝10 m/s ，v ＝0，a ＝－2 m/s 2， 根据v 2－v 20＝2a Δx max ，有Δx max ＝v 2－v 202a，解得Δx max ＝25 m. 答案 25 m8．逆向思维法对于物体做匀减速直线运动的问题，可以当作逆向的匀加速直线运动处理．这样更符合思维习惯，容易理解．例8一物体以某一初速度在粗糙水平面上做匀减速直线运动，最后停下来，若此物体在最初5 s 内和最后5 s 经过的路程之比为11:5.则此物体一共运动了多长时间？解析 若依据匀变速直线运动规律列式，将会出现总时间t 比前后两个5 s 的和10 s 是大还是小的问题：若t >10 s ，可将时间分为前5 s 和后5 s 与中间的时间t 2，经复杂运算得t 2＝－2 s ，再得出t ＝8 s 的结论．若用逆向的初速度为零的匀加速直线运动处理，将会简便得多．视为反向的初速度为零的匀加速直线运动，则最后5 s 内通过的路程为x 2＝12a ×52＝12.5a ，最初5 s 内通过的路程为x 1＝12at 2－12a (t －5)2＝12a (10t －25)，由题中已知的条件：x 1：x 2＝11:5，得(10t －25) :25＝11:5， 解得物体运动的总时间t ＝8 s. 答案 8 s9．比值法对初速度为零的匀加速直线运动，利用匀变速直线运动的基本公式可推出以下几个结论： (1)连续相等时间末的瞬时速度之比为：v 1:v 2:v 3:…:v n ＝1:2:3:…:n(2)t 、2t 、3t 、…、nt 内的位移之比为：x 1t :x 2t :x 3t :…:x nt ＝12:22:32:…:n 2(3)连续相等时间内的位移之比为：x 1:x 2:x 3:…:x n ＝1:3:5:…: (2n －1)(4)连续相等位移所用的时间之比为：t 1:t 2:t 3:…:t n ＝1: (2－1) : (3－2):…: (n －n －1)在处理初速度为零的匀加速直线运动时，首先考虑用以上的几个比值关系求解，可以省去很多繁琐的推导及运算．例9一个物体从塔顶做自由落体运动，在到达地面前最后1 s 内发生的位移是总位移的7/16，求塔高．(取g ＝10 m/s 2)解析 由初速度为零的匀加速直线运动规律推论知，第1 s 内、第2 s 内、第3 s 内、第4 s 内的位移之比为1:3:5:7，第4 s 运动的位移与总位移的比值为7/16，故物体下落的总时间t 总＝4 s ，塔高h ＝12gt 2总＝80 m.答案 80专题二：处理平衡问题的几种方法1．合成、分解法利用力的合成与分解能解决三力平衡的问题，具体求解时有两种思路：一是将某力沿另两个力的反方向进行分解，将三力转化为四力，构成两对平衡力．二是某二力进行合成，将三力转化为二力，构成一对平衡力．例1如图甲所示，质量为m 的重球，由细绳悬挂放在斜面上，斜面光滑，倾角θ＝30°，细绳与竖直方向夹角也为30°，求细绳受到的拉力及斜面受到的压力．解析 对重球受力分析，如图乙所示，重球在斜面对球的支持力N 、细绳的拉力T 、重力mg 的作用下处于平衡状态，由平衡条件可得，支持力N 与拉力T 的合力与重力mg 构成平衡力，由几何关系可得N ＝T ＝mg2cos θ＝3mg /3，由牛顿第三定律可得，重球对斜面的压力为N ′＝3mg /3，方向垂直于斜面向下．细绳受到的拉力为T′＝3mg/3，方向沿绳斜向下．2．相似三角形法“相似三角形”的主要性质是对应边成比例，对应角相等．在物理中，一般当涉及矢量运算，又构建了三角形时，若矢量三角形与图中的某几何三角形为相似三角形，则可用相似三角形法解题．例2如图甲所示，两球A、B用劲度系数为k1的轻弹簧相连，球B用长为l的细绳悬于O点，球A固定在O点正下方，且OA之间的距离恰为l，系统平衡时绳子所受的拉力为F1.现把A、B间的弹簧换成劲度系数为k2的轻弹簧，仍使系统平衡，此时绳子所受的拉力为F2，则F1与F2的大小之间的关系为( )A．F1>F2B．F1＝F2C．F1<F2D．无法确定解析如图乙所示，分析B球的受力情况，B球受到重力、弹簧的弹力和绳的拉力，△OAB 与△BDE相似，由于OA＝OB，则绳的拉力等于B球的重力，所以F1＝F2＝mg.答案 B3．图解法此方法适用于一个物体受到三个力(或可等效为三个力)而平衡的问题，特别是物体的动态平衡问题或平衡中的临界、极值问题．例3如图甲所示，光滑的小球静止在斜面和竖直放置的木板之间，已知球重为G，斜面的倾角为θ，现使木板沿逆时针方向绕O点缓慢移动，问小球对斜面和挡板的压力怎样变化？解析小球的受力如图乙所示，小球受重力、斜面的支持力和挡板的支持力，在这三个力的作用下处于平衡状态，这三个力可构成力的三角形．挡板绕O点缓慢移动，可视为动态平衡．因挡板对小球的支持力F N2的方向与水平方向之间的夹角由90°缓慢减小，重力的大小和方向都不变，斜面对小球的支持力F N1的方向也不变，由矢量三角形知，F N1必将变小，F N2将先变小后变大．4．正交分解法将各力分解到x轴和y轴上，运用两坐标轴上的合力等于零(∑F x＝0，∑F y＝0)的条件解题，多用于三个以上共点力作用下的物体的平衡问题．值得注意的是，x、y方向选择的原则：(1)在平衡状态下，少分解力或将容易分解的力分解．(2)在非平衡状态下，通常沿加速度方向和垂直加速度方向进行分解．(3)尽量不要分解未知力．例4如图所示，斜劈A静止放置在水平地面上．质量为m的物体B在外力F1和F2的共同作用下沿斜劈表面向下运动．当F1方向水平向右，F2方向沿斜劈的表面向下时斜劈受到地面的摩擦力方向向左．则下列说法中正确的是( )A．若同时撤去F1和F2，物体B的加速度方向一定沿斜面向下B．若只撤去F1，在物体B仍向下运动的过程中，A所受地面摩擦力方向可能向右C．若只撤去F2，在物体B仍向下运动的过程中，A所受地面摩擦力方向可能向右D．若只撤去F2，在物体B仍向下运动的过程中，A所受地面摩擦力不变解析对物体B和斜劈A分别受力分析如图(a)、(b)所示，由于水平方向受力平衡，且斜劈受到地面的摩擦力方向向左，对斜劈分析有N B sinθ>f′B cosθ，f′B＝f B＝μN B，即μ<tanθ，所以当同时撤去外力F1、F2时，mg sinθ>μmg cosθ，物体B的加速度方向一定沿斜面向下，A正确；若只撤去F1，N″B＝mg cosθ，f″B＝μmg cosθ<mg sinθ，则N″B sinθ>f″B cosθ，A所受地面摩擦力方向仍向左，B错；若只撤去F2，A所受地面摩擦力方向向左不变，C错D对．答案AD规律总结(1)物体或系统受四个或四个以上作用力时，一般采用正交分解法求解．(2)当物体或系统受力发生变化，在比较变化前、后的受力或运动情况时，要分清不变力和变化力，抓住变化力或者变化力的某方向上的分量进行比较，可以简化运算过程；如上题中，要求讨论斜劈A所受地面摩擦力的变化，只要抓住斜劈A所受变化力中的水平分力进行比较，就能较快地得出结论．(3)要善于转换研究对象．选择研究对象时优先整体也是相对的，当整体法有困难时一定记得要选择恰当的隔离体作研究对象．5．正弦定理法三力平衡时，三力的合力为0，三个力可构成一封闭三角形，若由题设条件寻找到角度关系，则可用正弦定理列式求解．例5一盏电灯重力为G，悬于天花板上A点，在电线O处系一细线OB，使电线OA与竖直方向的夹角为β＝30°，如图甲所示．现保持β角不变，缓慢调整OB方向至OB线上拉力最小为止，此时OB与水平方向的夹角α等于多少？最小拉力是多少？解析对电灯受力分析如图乙所示，据三力平衡特点可知：OA、OB 对O点的作用力T A、T B的合力T与G等大反向，即T＝G①在△OT B T中，∠TOT B＝90°－α，又∠OTT B＝∠TOA＝β，故∠OT B T＝180°－(90°－α)－β＝90°＋α－β，由正弦定理得T B sin β＝T＋α－β②联立解得T B ＝G sin βα－β，因β不变，故当α＝β＝30°时，T B 最小，且T B ＝G sin β＝G /26．整体法和隔离法选择研究对象是解决物理问题的首要环节．若一个系统中涉及两个或者两个以上物体的平衡问题，在选取研究对象时，要灵活运用整体法和隔离法．对于多物体问题，如果不求物体间的相互作用力，我们优先采用整体法，这样涉及的研究对象少，未知量少，方程少，求解简便；很多情况下，通常采用整体法和隔离法相结合的方法．例6如图所示，顶端装有定滑轮的斜面体放在粗糙水平面上，A 、B 两物体通过细绳相连，并处于静止状态(不计绳的质量和绳与滑轮间的摩擦)．现用水平向右的力F 作用于物体B 上，将物体B 缓慢拉高一定的距离，此过程中斜面体与物体A 仍然保持静止．在此过程中( ) A ．水平力F 一定变小B ．斜面体所受地面的支持力一定变大C ．物体A 所受斜面体的摩擦力一定变大D ．地面对斜面体的摩擦力一定变大解析 隔离物体B 为研究对象，分析其受力情况如图所示．则有F ＝mg tan θ，T ＝mgcos θ，在物体B 缓慢拉高的过程中，θ增大，则水平力F 随之变大，对A 、B 两物体与斜面体这个整体而言，由于斜面体与物体A 仍然保持静止，则地面对斜面体的摩擦力一定变大，但是因为整体竖直方向并没有其他力，故斜面体所受地面的支持力不变；在这个过程中尽管绳子张力变大，但是由于物体A 所受斜面体的摩擦力开始并不知道其方向，故物体A 所受斜面体的摩擦力的情况无法确定，所以答案为D.7．平衡问题中极值的求法极值是指研究平衡问题中某物理量变化时出现的最大值或最小值．中学物理的极值问题可分为简单极值问题和条件极值问题，区分的依据是是否受附加条件制约．若受附加条件制约，则为条件极值．例7如图所示，物体放在水平面上，与水平面间的动摩擦因数为μ，现施一与水平面成α角且斜向下的力F推物体，问：α至少为多大时，F无论多大均不能推动物体(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)?解析设物体的质量为m，静摩擦力为F，现取注意到题中“无论F多大……”，可设想：当F→∞时，必有右边分式的分母→0.专题三：应用牛顿第二定律的常用方法1．应用牛顿第二定律的常用方法——合成法、分解法（一）合成法合成法需要首先确定研究对象，画出受力分析图，将各个力按照力的平行四边形定则在加速度方向上合成，直接求出合力，再根据牛顿第二定律列式求解，此方法被称为合成法，具有直观简便的特点．（二）分解法分解法需确定研究对象，画出受力分析图，根据力的实际作用效果，将某一个力分解成两个分力，然后根据牛顿第二定律列式求解，此方法被称为分解法．分解法是应用牛顿第二定律解题的常用方法，但此法要求对力的作用效果有着清楚的认识，要按照力的实际效果进行分解．例1如图所示，沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中，悬挂小球的悬线偏离竖直方向37°角，球和车厢相对静止，球的质量为m ＝1 kg.(g ＝10 m/s 2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)求：(1)车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况； (2)悬线对球的拉力．解析 球和车厢相对静止，它们的运动情况相同，由于对球的受力情况知道的较多，故应以球为研究对象．通过对小球受力分析，可以确定小球的加速度，即车厢的加速度不确定，但车厢的运动情况还与初速度方向有关，因此车厢的运动性质具有不确定性．深入细致的审题是防止漏解和错解的基础．(1)解法一：合成法以球为研究对象，受力如图甲所示．球受两个力作用，重力mg 和线的拉力F T ，由球随车一起沿水平方向做匀变速直线运动，故其加速度沿水平方向，合外力沿水平方向．做出mg 和F T 合成的平行四边形如图甲所示，由数学知识得球所受的合力为F 合＝mg tan37°. 由牛顿第二定律F 合＝ma 得球的加速度为a ＝F 合m＝g tan37°＝7.5 m/s 2，方向水平向右．故车厢可能向右做匀加速直线运动，也可能向左做匀减速直线运动．解法二：分解法以球为研究对象，画出受力图，如图乙所示．绳的拉力在竖直方向和水平方向上分别产生两个效果，一是其竖直分力F 1和小球的重力平衡，二是其水平分力F 2使小球产生向右的加速度，故F T cos37°＝mg ，F T sin37°＝ma ，解得a ＝g tan37°＝7.5 m/s 2，故车厢可能向右做匀加速直线运动，也可能向左做匀减速直线运动．(2)由受力图可得，线对球的拉力大小为F T ＝mgcos37°＝12.5 N.答案 (1)见解析 (2)12.5 N2．正交分解法正交分解法需确定研究对象，画出受力分析图，建立直角坐标系，将相关作用力投影到相互垂直的两个坐标轴上，然后在两个坐标轴上分别求合力，再根据牛顿第二定律列式求解，此方法被称为正交分解法．直角坐标系的选取，原则上是任意的，但坐标系建立的不合适，会给解题带来很大的麻烦，如何快速准确地建立坐标系，要依据题目的具体情境而定，正交分解的最终目的是为了合成．当物体受到两个以上的力作用而产生加速度时，通常采用正交分解法解题．为减少矢量的分解，建立坐标系时，确定x 轴的正方向常有以下两种选择．(1)分解力而不分解加速度分解力而不分解加速度，通常以加速度a 的方向为x 轴的正方向，建立直角坐标系，将物体所受的各个力分解在x 轴和y 轴上，分别求得x 轴和y 轴上的合力F x 和F y .根据力的独立作用原理，各个方向上的力分别产生各自的加速度，得F x ＝ma ，F y ＝0.例2如图所示，小车在水平面上以加速度a 向左做匀加速直线运动，车厢内用OA 、OB 两根细绳系住一个质量为m 的物体，OA 与竖直方向的夹角为θ，OB 是水平的．求OA 、OB 两绳的拉力F T 1和F T 2的大小．解析 m 的受力情况及直角坐标系的建立如图所示(这样建立只需分解一个力)，注意到a y ＝0，则有F T 1sin θ－F T 2＝ma ， F T 1cos θ－mg ＝0，解得F T 1＝mgcos θ，F T 2＝mg tan θ－ma .答案F T1＝mgcosθF T2＝mg tanθ－ma(2)分解加速度而不分解力物体受几个互相垂直的力的作用，应用牛顿运动定律求解时，若分解的力太多，则比较繁琐，所以在建立直角坐标系时，可根据物体的受力情况，使尽可能多的力位于两坐标轴上而分解加速度a，得a x和a y，根据牛顿第二定律得F x＝ma x，F y＝ma y，再求解．这种方法一般是以某个力的方向为x轴正方向时，其他的力都落在或大多数落在两个坐标轴上而不需要再分解的情况下应用．例3如图所示，倾角为θ的光滑斜面固定在水平地面上，质量为m的物块A叠放在物体B 上，物体B的上表面水平．当A随B一起沿斜面下滑时，A、B保持相对静止．求B对A的支持力和摩擦力．解析当A随B一起沿斜面下滑时，物体A受到竖直向下的重力mg、B对A竖直向上的支持力F N和水平向左的摩擦力F f的作用而随B一起做加速运动．设B的质量为M，以A、B为整体，根据牛顿第二定律有(m＋M)g sinθ＝(m＋M)a，得a＝g sinθ.将加速度沿水平方向和竖直方向进行分解，如图所示．则a x＝a cosθ＝g sinθcosθ，a y＝a sinθ＝g sin2θ，所以F f＝ma x＝mg sinθcosθ，由mg－F N＝ma y＝mg sin2θ，得F N＝mg cos2θ.答案mg sinθcosθmg cos2θ3．整体法和分隔法如果系统是由几个物体组成，它们有相同的加速度，在求它们之间的作用力时，往往是先用整体法求它们的共同加速度，再用分隔法求它们之间的作用力．例4如图所示，质量为2m 的物体A 与水平地面间的摩擦可忽略不计，质量为m 的物体B 与地面间的动摩擦因数为μ，在水平推力F 的作用下，A 、B 做匀加速直线运动，则A 对B 的作用力为多大？解析 以A 、B 整体为研究对象进行受力分析，受重力G 、支持力F N 、水平向右的推力F 、水平向左的摩擦力F f (F f ＝μmg )．设加速度为a ，根据牛顿第二定律得F －F f ＝3ma .以B 为研究对象进行受力分析，受重力G B 、支持力F N B 、A 对B 水平向右的作用力F AB 、水平向左的摩擦力F fB (F fB ＝μmg )．根据牛顿第二定律得F AB －F fB ＝ma . 联立以上各式得F AB ＝F ＋2μmg3.答案 F ＋2μmg34．极限分析法在处理临界问题时，一般用极限法，特别是当某些题目的条件比较隐蔽、物理过程又比较复杂时．例5如图所示，质量为M 的木板上放着一质量为m 的木块，木块与木板间的动摩擦因数为μ1，木板与水平地面间的动摩擦因数为μ2.若要将木板从木块下抽出，则加在木板上的力F 至少为多大？解析 木板与木块通过摩擦力联系，只要当两者发生相对滑动时，才有可能将木板从木块下抽出．此时对应的临界状态是：木板与木块间的摩擦力必定是最大静摩擦力F f m (F f m ＝μ1mg )，且木块运动的加速度必定是两者共同运动时的最大加速度a m.以木块为研究对象，根据牛顿第二定律得F f m＝ma m.①a m也就是系统在此临界状态下的加速度，设此时作用在木板上的力为F0，取木板、木块整体为研究对象，则有F0－μ2(M＋m)g＝(M＋m)a m.②联立①、②式得F0＝(M＋m)(μ1＋μ2)g.当F>F0时，必能将木板抽出，即F>(M＋m)(μ1＋μ2)g 时，能将木板从木块下抽出．答案F>(M＋m)(μ1＋μ2)g5．假设法假设法是解物理问题的一种重要方法．用假设法解题，一般依题意从某一假设入手，然后用物理规律得出结果，再进行适当的讨论，从而得出正确答案．例6如图所示，火车车厢中有一个倾角为30°的斜面，当火车以10 m/s2的加速度沿水平方向向左运动时，斜面上质量为m的物体A保持与车厢相对静止，求物体所受到的静摩擦力．(取g ＝10 m/s2)解析物体受三个力作用：重力mg、支持力F N和静摩擦力F f，因静摩擦力的方向难以确定，且静摩擦力的方向一定与斜面平行，所以假设静摩擦力的方向沿斜面向上．根据牛顿第二定律，在水平方向上有F N sin30°－F f cos30°＝ma.①在竖直方向上有F N cos30°＋F f sin30°＝mg.②由①、②式得F f＝－5(3－1)m，负号说明摩擦力F f的方向与假设的方向相反，即沿斜面向下．答案－5(3－1)m6．传送带类问题的分析方法例7如图所示，传送带与地面倾角θ＝37°，从A到B长度为16 m，传送带以10 m/s的速率逆时针转动．在传送带上端A处无初速度地放一个质量为0.5 kg的物体，它与传送带之间的动摩擦因数为0.5.求物体从A 运动到B 所需要时间是多少？(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g ＝10 m/s 2)分析传送带逆时针转动，在物体加速到速度等于传送带速度之前，物体受到沿斜面方向向下的摩擦力，这一动力学条件是在审题过程中容易发现的，当物体的速度达到传送带速度之后，物体受到的摩擦力会发生怎样的变化呢？这是审题过程中要注意研究的问题．解析 物体放在传送带上后，开始的阶段，由于传送带的速度大于物体的速度，物体所受的摩擦力沿传送带向下，受力如图甲所示，物体由静止加速，由牛顿第二定律得mg sin θ＋μmg cos θ＝ma 1解得a 1＝10 m/s 2物体加速至与传送带相同的速度需要的时间为t 1＝v a 1＝1010s ＝1 s物体加速到与传送带相同的速度经过的位移为s ＝12a 1t 21＝5 m由于μ<tan θ(μ＝0.5，tan θ＝0.75)，物体在重力作用下将继续加速运动，当物体速度大于传送带的速度时，物体受到沿传送带向上的摩擦力，受力如 图乙所示由牛顿第二定律得mg sin θ－μmg cos θ＝ma 2 解得a 2＝2 m/s 2设后一阶段物体滑至底端所用的时间为t 2， 由L －s ＝vt 2＋12a 2t 22解得t 2＝1 s(t 2＝－11 s 舍去)所以，物体从A 运动到B 所用时间t ＝t 1＋t 2＝2 s. 答案 2 s规律总结传送带类问题的求解思路和技巧解决传送带类问题的关键是找准临界情况，即物体与传送带速度相等时，此时物体受到的摩擦力会发生突变，有时是摩擦力的大小发生突变(传送带水平放置)，有时是摩擦力的方向发生突变(传送带倾斜放置，如例7)，然后正确运用运动学知识即可顺利求解．专题四：曲线运动问题的解法1．分解法应用平行四边形定则(或三角形定则)，将矢量进行分解(如合速度分解为分速度)的方法． 例1 如图所示，一辆汽车沿水平地面匀速行驶，通过跨过定滑轮的轻绳将一物体A 竖直向上提起，在此过程中，物体A 的运动情况是( )A ．加速上升，且加速度不断增大B ．加速上升，且加速度不断减小C ．减速上升，且加速度不断减小D ．匀速上升解析 物体A 的速率即为左段绳子上移的速率，而左段绳子上移的速率与右段绳子在沿绳方向的分速率是相等的．右段绳子实际上同时参与两个运动：沿绳方向拉长及绕定滑轮逆时针转动．将右段绳子与汽车相连的端点的运动速度v 沿绳子方向和沿与绳子垂直的方向分解，如图所示，则沿绳方向的速率即为物体A 的速率v A ＝v 1＝v sin θ，随着汽车的运动，θ增大，v A 增大，故物体A 应加速上升．θ角在0°～90°范围内增大，由正弦曲线形状可知v A 的变化率减小，故。
大学物理学课后答案精简版
1-3 一质点在xOy 平面上运动，运动方程为x =3t +5, y =21t 2+3t -4. 式中t 以 s 计，x ,y 以m 计．(1)以时间t 为变量，写出质点位置矢量的表示式；(2)求出t =1 s 时刻和t ＝2s 时刻的位置矢量，计算这1秒内质点的位移；(3)计算t ＝0 s 时刻到t ＝4s 时刻内的平均速度；(4)求出质点速度矢量表示式，计算t ＝4 s 时质点的速度；(5)计算t ＝0s 到t ＝4s 内质点的平均加速度；(6)求出质点加速度矢量的表示式，计算t ＝4s 时质点的加速度(请把位置矢量、位移、平均速度、瞬时速度、平均加速度、瞬时加速度都表示成直角坐标系中的矢量式)．解：（1） j t t i t r)4321()53(2-+++=m(2)将1=t ,2=t 代入上式即有j i r5.081-= mj j r4112+=mj j r r r5.4312+=-=∆m(3)∵ j i r j j r1617,4540+=-=∴ 104s m 534201204-⋅+=+=--=∆∆=j i j i r r t r v(4) 1s m )3(3d d -⋅++==j t i trv则 j i v 734+= 1s m -⋅ (5)∵ j i v j i v73,3340+=+=204s m 1444-⋅==-=∆∆=j v v t v a (6) 2s m 1d d -⋅==j tva 这说明该点只有y 方向的加速度，且为恒量。
1-4 在离水面高h 米的岸上，有人用绳子拉船靠岸，船在离岸S 处，如题1-4图所示．当人以0v (m ·1-s )的速率收绳时，试求船运动的速度和加速度的大小．图1-4解： 设人到船之间绳的长度为l ，此时绳与水面成θ角，由图可知 222s h l +=将上式对时间t 求导，得tss t l ld d 2d d 2= 题1-4图根据速度的定义，并注意到l ,s 是随t 减少的，∴ tsv v t l v d d ,d d 0-==-=船绳即 θcos d d d d 00v v s l t l s l t s v ==-=-=船 或 sv s h s lv v 02/1220)(+==船将船v 再对t 求导，即得船的加速度320222022002)(d d d d d d sv h s v s l s v s lv s v v s t sl t l st v a =+-=+-=-==船船 1-6 已知一质点作直线运动，其加速度为 a ＝4+3t 2s m -⋅，开始运动时，x ＝5 m ，v =0，求该质点在t ＝10s 时的速度和位置．解：∵ t tva 34d d +==分离变量，得 t t v d )34(d +=积分，得 12234c t t v ++= 由题知，0=t ,00=v ,∴01=c故 2234t t v += 又因为 2234d d t t t x v +==分离变量， t t t x d )234(d 2+=积分得 232212c t t x ++=由题知 0=t ,50=x ,∴52=c 故 521232++=t t x 所以s 10=t 时m70551021102s m 190102310432101210=+⨯+⨯=⋅=⨯+⨯=-x v1-8 质点沿半径为R 的圆周按s ＝2021bt t v -的规律运动，式中s 为质点离圆周上某点的弧长,0v ，b 都是常量，求：(1)t 时刻质点的加速度；(2) t 为何值时，加速度在数值上等于b ．解：（1） bt v tsv -==0d d Rbt v R v a b tva n 202)(d d -==-==τ则 240222)(Rbt v b a a a n-+=+=τ 加速度与半径的夹角为20)(arctanbt v Rb a a n --==τϕ (2)由题意应有2402)(R bt v b b a -+==即0)(,)(42422=-⇒-+=btvRbtvbb∴当bvt0=时，ba=1-10 以初速度v＝201sm-⋅抛出一小球，抛出方向与水平面成幔 60°的夹角，求：(1)球轨道最高点的曲率半径1R；(2)落地处的曲率半径2R．(提示：利用曲率半径与法向加速度之间的关系)解：设小球所作抛物线轨道如题1-10图所示．题1-10图(1)在最高点，o160cosvvvx==21sm10-⋅==gan又∵1211ρvan=∴m1010)60cos20(22111=︒⨯==navρ(2)在落地点，202==vv1sm-⋅,而o60cos2⨯=gan∴m8060cos10)20(22222=︒⨯==navρ2-3 283166-⋅===s m m f a x x2167-⋅-==s m mf a y y(1)⎰⎰--⋅-=⨯-=+=⋅-=⨯+-=+=20101200872167452832s m dt a v v s m dt a v v y y y x x x于是质点在2s 时的速度18745-⋅--=s m ji v(2)mj i j i j t a i t a t v r y x 874134)167(21)4832122(21)21(220--=⨯-+⨯⨯+⨯-=++=2-4 (1)∵dtdvm kv a =-= 分离变量，得m kdtv dv -= 即⎰⎰-=v v t m kdtv dv 00 m kt e v v -=ln ln 0∴ tm k e v v -=0(2)⎰⎰---===tttm k m ke kmv dt ev vdt x 000)1((3)质点停止运动时速度为零，即t →∞， 故有⎰∞-=='00kmv dt ev x tm k (4)当t=km时，其速度为evevevv k m m k01===-⋅-即速度减至v0的e1.2-7由题知，小球落地时间为0.5s．因小球为平抛运动，故小球落地的瞬时向下的速度大小为v1=gt=0.5g，小球上跳速度的大小亦为v2=0.5g．设向上为y轴正向，则动量的增量Δp=mv2-mv1 方向竖直向上，大小｜Δp｜=mv2-(-mv1)=mg碰撞过程中动量不守恒．这是因为在碰撞过程中，小球受到地面给予的冲力作用．另外，碰撞前初动量方向斜向下，碰后末动量方向斜向上，这也说明动量不守恒．2-12 (1)由题知，F合为恒力，∴ A合=F·r=(7i-6j)·(-3i+4j+16k)=-21-24=-45 J(2)wtAN756.045==∆=(3)由动能定理，ΔE k=A=-45 J2-15 弹簧A、B及重物C受力如题2-15图所示平衡时，有题2-15图F A=F B=Mg又 F A=k1Δx1F B=k2Δx2所以静止时两弹簧伸长量之比为1221kkxx=∆∆弹性势能之比为12222211121212kkxkxkEEpp=∆∆=题2-19图2-19 m 从M 上下滑的过程中，机械能守恒，以m ，M 地球为系统 ，以最低点为重力势能零点，则有mgR=222121MV mv + 又下滑过程，动量守恒，以m,M 为系统则在m 脱离M 瞬间，水平方向有mv-MV=0联立，以上两式，得 v=()M m MgR+23-7 观测者甲乙分别静止于两个惯性参考系S 和S '中，甲测得在同一地点发生的两事件的时间间隔为 4s ，而乙测得这两个事件的时间间隔为 5s ．求： (1) S '相对于S 的运动速度．(2)乙测得这两个事件发生的地点间的距离．解: 甲测得0,s 4==x t ∆∆,乙测得s 5=t ∆，坐标差为12x x x '-'='∆′ (1)∴ t cv t x c vt t ∆-∆=∆+∆='∆22)(11)(λγ54122='∆∆=-t t cv解出 c c t t c v 53)54(1)(122=-='∆∆-= 8108.1⨯= 1s m -⋅(2) ()0,45,=∆=∆'∆=∆-∆='∆x t t t v x x γγ ∴ m 1093453458⨯-=-=⨯⨯-=-='c c t v x ∆γ∆ 负号表示012<'-'x x ． 3-8 一宇航员要到离地球为5光年的星球去旅行．如果宇航员希望把这路程缩短为3光年，则他所乘的火箭相对于地球的速度是多少?解: 2220153,1513βββ-=-=-=='则l l ∴ c c v 542591=-= 3-11 6000m 的高空大气层中产生了一个π介子以速度v =0.998c 飞向地球．假定该π介子在其自身静止系中的寿命等于其平均寿命 2×10-6s ．试分别从下面两个角度，即地球上的观测者和π介子静止系中观测者来判断π介子能否到达地球．解: π介子在其自身静止系中的寿命s 10260-⨯=t ∆是固有(本征)时间，对地球观测者，由于时间膨胀效应，其寿命延长了．衰变前经历的时间为s 1016.315220-⨯=-=cv t t ∆∆这段时间飞行距离为m 9470==t v d ∆ 因m 6000>d ，故该π介子能到达地球．或在π介子静止系中，π介子是静止的．地球则以速度v 接近介子，在0t ∆时间内，地球接近的距离为m 5990=='t v d ∆m 60000=d 经洛仑兹收缩后的值为：m 37912200=-='cv d dd d '>'，故π介子能到达地球． 3-16 (1)如果将电子由静止加速到速率为0.1c ，须对它作多少功?(2)如果将电子由速率为0.8c 加速到0.9c ，又须对它作多少功?解: (1)对电子作的功，等于电子动能的增量，得)111()1(222020202--=-=-==c v c m c m c m mc E E k k γ∆)11.011()103(101.922831--⨯⨯⨯=-161012.4-⨯=J=eV 1057.23⨯(2) )()(2021202212c m c m c m c m E E E k k k---=-='∆ )1111(221222202122cv cvc m c m c m ---=-=))8.0119.011(103101.92216231---⨯⨯⨯=-J 1014.514-⨯=eV 1021.35⨯=3-17μ子静止质量是电子静止质量的 207倍，静止时的平均寿命0τ=2×10-6s ，若它在实验室参考系中的平均寿命τ= 7×10-6s ，试问其质量是电子静止质量的多少倍?解: 设μ子静止质量为0m ，相对实验室参考系的速度为c v β=，相应质量为m ，电子静止质量为e m 0，因2711,1022==--=ττββττ即由质速关系，在实验室参考系中质量为：202012071ββ-=-=e m m m故 72527207120720=⨯=-=βe m m4-2 劲度系数为1k 和2k 的两根弹簧，与质量为m 的小球按题4-2图所示的两种方式连 接，试证明它们的振动均为谐振动，并分别求出它们的振动周期．题4-2图解：(1)图(a)中为串联弹簧，对于轻弹簧在任一时刻应有21F F F ==，设串联弹簧的等效倔强系数为串K 等效位移为x ，则有111x k F x k F -=-=串222x k F -=又有 21x x x +=2211k F k F k Fx +==串 所以串联弹簧的等效倔强系数为2121k k k k k +=串即小球与串联弹簧构成了一个等效倔强系数为)/(2121k k k k k +=的弹簧振子系统，故小球作谐振动．其振动周期为2121)(222k k k k m k mT +===ππωπ串 (2)图(b)中可等效为并联弹簧，同上理，应有21F F F ==，即21x x x ==，设并联弹簧的倔强系数为并k ，则有2211x k x k x k +=并故 21k k k +=并 同上理，其振动周期为212k k mT +='π4-5 一个沿x 轴作简谐振动的弹簧振子，振幅为A ，周期为T ，其振动方程用余弦函数表示．如果0=t 时质点的状态分别是：(1)A x -=0；(2)过平衡位置向正向运动； (3)过2Ax =处向负向运动； (4)过2A x -=处向正向运动．试求出相应的初位相，并写出振动方程． 解：因为 ⎩⎨⎧-==0000sin cos φωφA v A x将以上初值条件代入上式，使两式同时成立之值即为该条件下的初位相．故有)2cos(1πππφ+==t T A x)232cos(232πππφ+==t T A x)32cos(33πππφ+==t T A x)452cos(454πππφ+==t T A x4-7 有一轻弹簧，下面悬挂质量为g 0.1的物体时，伸长为cm 9.4．用这个弹簧和一个质量为g 0.8的小球构成弹簧振子，将小球由平衡位置向下拉开cm 0.1后 ，给予向上的初速度10s cm 0.5-⋅=v ，求振动周期和振动表达式．解：由题知12311m N 2.0109.48.9100.1---⋅=⨯⨯⨯==x g m k 而0=t 时，-12020s m 100.5m,100.1⋅⨯=⨯-=--v x ( 设向上为正)又 s 26.12,51082.03===⨯==-ωπωT m k 即 m102)5100.5()100.1()(22222220---⨯=⨯+⨯=+=∴ωv x A45,15100.1100.5tan 022000πφωφ==⨯⨯⨯=-=--即x v∴m)455cos(1022π+⨯=-tx4-8 图为两个谐振动的tx-曲线，试分别写出其谐振动方程．题4-8图解：由题4-8图(a)，∵0=t时，s2,cm10,,23,0,0===∴>=TAvx又πφ即1srad2-⋅==ππωT故m)23cos(1.0ππ+=txa由题4-8图(b)∵0=t时，35,0,20πφ=∴>=vAx1=t时，22,0,0111ππφ+=∴<=vx又ππωφ253511=+⨯=∴πω65=故mtxb)3565cos(1.0ππ+=4-12 试用最简单的方法求出下列两组谐振动合成后所得合振动的振幅：(1)⎪⎩⎪⎨⎧+=+=cm)373cos(5cm)33cos(521ππtxtx(2)⎪⎩⎪⎨⎧+=+=cm)343cos(5cm)33cos(521ππtxtx解： (1)∵,233712πππφφφ=-=-=∆∴合振幅cm1021=+=AAA(2)∵,334πππφ=-=∆∴合振幅0=A4-13 一质点同时参与两个在同一直线上的简谐振动，振动方程为⎪⎩⎪⎨⎧-=+=m)652cos(3.0m)62cos(4.021ππtxtx试分别用旋转矢量法和振动合成法求合振动的振动幅和初相，并写出谐振方程。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第十四章 稳恒磁场例题答案：例14-103μI例14-2(C).例14-3μ0i ；沿轴线方向朝右 例14-4(D) 例14-5 (D)例14-6 B=1.8×10-4 T ；α =225°，α为B 与x 轴正向的夹角【解】 取d l 段，其中电流为π=π=π21=θθd 2d 2d d I R IR R l I I 在P 点 θμθμμd d 222d d 2000R II R R I B π=π⋅π=π= 选坐标如图R I B x 20d sin d π-=θθμ， RI B y 20d cos d π-=θθμ ⎰ππ-=2/020d sin θθμR I B x R I 20π-=μ ⎰ππ-=2/020d cos θθμRIB y R I 20π-=μ =+=2/122)(y x B B B =πRI 202μ 1.8×10-4 T方向 1/tg ==x y B B α，225=α，为B 与x 轴正向的夹角。
例14-7(1) a ._ 0 __b .2πB R c .2πcos α-B R ；(2)Φm =2πcos θB R ； (3)d =⎰SB S 0 。
例 14-8 -μ0I 1； μ0(I 1+I 2) ； 0. 例14-9(D) 例14-10(C) 例14-11（B ） 例14-120222()μ=πbIB R -axy⊗d BP例题14-6答案图d lθd θ【解】 导体内的电流密度 )a π(b IJ 22-=由于电流和磁场分布的对称性，磁感线是以轴为中心的一些同心圆，去半径为r 的一条磁感线为环路，有安培环路定理：d I μ⋅=∑⎰B l有 )(2222022ab a r I )a πr J(πμr B 20--=-=⋅μπ ra b π2a r I μB 22220)()(--=∴ 例14-130312()ln 22πμ=I F I -I ； 若12I I >，则F 的方向向下；若12I I <，则F 的方向向上【解】 载流导线MN 上任一点处的磁感强度大小为：)(210x r I B +π=μ)2(220x r I -π-μMN 上电流元I 3d x 所受磁力： x B I F d d 3=)(2[103x r I I +π=μx x r I d ])2(210-π-μ010230d 2π()2π(2)⎡⎤⎢⎥⎣⎦⎰rμI μI F =I -x r +x r -x 0310[d 2πr μ=-+⎰I I x r x 20d ]2r -⎰I x r x ]2ln 2ln [22130r r I r r I I +π=μ]2ln 2ln [22130I I I -π=μ2ln )(22130I I I -π=μ 若 12I I >，则F 的方向向下， 12I I <，则F 的方向向上。
例14-14(A) 例14-15 012(2ln 2ln 3)2π=-μaI I A 【解】如图示位置，线圈所受安培力的合力为])(22[10102a x I xI aI F +π-π=μμ方向向右，从x = a 到x = 2a 磁场所作的功为⎰+-π=aax a x x I aI A 2210d )11(2μ)3ln 2ln 2(2210-π=I aI μ例14-16 (1) )(21210B B B +=，)(2112B B B -=；(2) 012/)(μB B i -=；(3) 222100()d 2B B iB S μ-=-=-Fj j【解】设i 为载流平面的面电流密度，B 为无限大载流平面产生的磁场，0B 为均匀磁场的磁感强度，作安培环路abcda ，由安培环路定理得：d ih μ⋅=⎰B lih Bh Bh 0μ=+I I 2例题14-15答案图∴012B i μ=B B B -=01，B B B +=02∴)(21210B B B +=，)(2112B B B -=012/)(μB B i -=在无限大平面上沿z 轴方向上取长d l ，沿x 轴方向取宽d a ，则其面积为 d S = d l d a ，面元所受的安培力为： 00d d ()d ()i a lB i SB =-=-F j j单位面积所受的力222100()d 2B B iB S μ-=-=-Fj j 例14-17 (D) 例14-18 (A)例14-19(1)M m = 9.40×10-4 N ·m ；(2)θ = 15°【解】 (1) 2Ia p m =，方向垂直于线圈平面。
sin90m m M p B p B =⨯=︒= 9.40×10-4 N ·m(2) 设线圈绕AD 边转动，并且线圈稳定时，线圈平面与竖直平面夹角为θ，则磁场对线圈的力矩为1sin()2m m M p B p B θ=⨯=π-θcos B p m =重力矩： )sin 21(2sin θθa mg mga L +=θρsin 22g S a ==θcos B p m θρsin 22g S a 712.3)/(2ctg ==BI g S ρθ于是 o15θ=例14-200.80×10-13k (N)例14-21(B) 例14-22 (C) 例14-23 (D)练习题答案：14-132 解：通电圆环中心处磁感应强度0IB Rμ=2，由题意，12B B =，所以有1212I I R R =，即11122223I R l I R l === B ACD Imgmgmg n B )(21θ-π例题14-19答案图14-20IB a=π 解：电流在O 点产生的磁场相当于CA +AD 一段导线上电流产生的磁场，∴002[cos 45cos135]IIB a aμ=⨯︒-︒=π4π⋅214-3（1）)8/(0R I μ, （2）0 14-4213R R = 解：0011112I IB R R μμ=⨯=24，方向垂直纸面向里；0022212II B R R μμ=⨯=24，方向垂直纸面向外； 12223B B B B =+=，00021123I I I R R R μμμ-=⨯444所以213R R = 14-5bba aI+πln20μ 解：取宽为d x 的长直导线，其上通有电流d d II x a=，在P 点处产生磁感应强度为 00d d d ππIIB x xax μμ==22， 则0001d d d lnπππa b b I I I a bB B x x ax a x a bμμμ++====222⎰⎰⎰ 14-6R =2r解：在圆盘上取宽度为d r 的圆环，其上带电量d d 2πd q S r r σσ==， 电流d 2πd d d d 2πq r rI r r t σσωω===，00d d =d 22I B r r μμσω=， 0010=d =d 22rB B r r μσωμσω=⎰⎰，()002=d =d 22RrB B r R r μσωμσω=-⎰⎰，12B B =，所以R =2r14-7π×10-3 T解：长直螺线管内部磁感应强度：73003114100.510T 0.210B nI I d μμππ---===⨯⨯⨯=⨯⨯ 14-80μI ； 0 ； 02I μ 14-9(1)201/(2)μπrI R ；(2)0/2μπI r ；(3) 0解：（1） 取半径r 的闭合回路，逆时针为正方向，由安培环路定理：d 0I μ=∑⎰i lB l 20002211Ir I B 2r I B =r 2r R 2R μμπμππππ'⇒⋅=⇒⋅=；（2） 取半径r 的闭合回路，逆时针为正方向，由安培环路定理：d 0I μ=∑⎰i lB l 00IB 2r I B =2rμπμπ⇒⋅=⇒； （2） 取半径r 的闭合回路，逆时针为正方向，由安培环路定理：d 0Iμ=∑⎰ilB l 00B 2r B=π⇒⋅=⇒14-1021ΦΦΦ+=π=40Iμ2ln 20π+Iμ解：在圆柱体内部与导体中心轴线相距为r 处的磁感强度的大小，由安培环路定律可得：)(220R r r R IB ≤π=μ因而，穿过导体内画斜线部分平面的磁通Φ1为⎰⎰⋅==S B S B d d 1 Φr r RI Rd 2020⎰π=μπ=40Iμ在圆形导体外，与导体中心轴线相距r 处的磁感强度大小为)(20R r rIB >π=μ因而，穿过导体外画斜线部分平面的磁通Φ2为⎰⋅=S B d 2Φr r I R Rd 220⎰π=μ2ln 20π=Iμ 穿过整个矩形平面的磁通量21ΦΦΦ+=π=40Iμ2ln 20π+Iμ14-11)3(2200x a IxIB -π+π=μμ)252(a x a ≤≤B 的方向垂直x 轴及图面向里解：由磁场的磁感应强度叠加，知 00122π2π(3)IIB B B xa x μμ=+=+-，方向垂直x 轴及图面向里14-12 答：安培环路定理只适用于闭合电流，有限长载流直导线不闭合，故环路定律不适用． 14-13012ln 2μI I l bF =πb -a a解：d =αcos dr，cos b a α-=， 22)a b (sin --=α，所有电流元受力方向相同，积分可得电流I 2受磁力大小 F=⎰πμr 2I d I 102=⎰απμ-b a 1210dr r 1cos 2I I =abln a b 2I I 210-πμ ，则有F y =F ⋅cos α=abln 2I I 210πμ，F X =-Fsin α=-F() 22a b --=-()ablnab a b 2I I 22210---πμ 。
14-14ωλB R 3π；在图面中向上 解：根据线圈在磁场中受到的磁力矩：B m M ⨯=，线圈磁矩为n e m NIS =，则带电圆环旋转时产生电流22Q R I R T λπλωπω===，23m NIS =R R R λωππλω==， 所以磁力矩大小3M mB R B πλω==，方向在图面中竖直向上。
14-15 （1）6.67×10-7 T （2）7.20×10-7 A ·m 2 解：（1）运动带电质点在O 点产生的磁场的磁感应强度B 的大小：024qvB Rμπ=⋅，带入数值，得76.6710T B -=⨯； （2）带电质点产生的磁矩大小m NIS =，22Q q qv I T R v Rππ===， 所以2122qv m IS =R qvR R ππ=⋅=，带入数值，得m =7.20×10-7 A ·m 214-1632sin 60mvL =R =eB解：运动电荷在磁场中运动的轨迹半径mv R =eB ， 入射点和出射点之间距离为32sin 60mvL =R =eB。