东南大学大学物理

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大一东南大学物理知识点

大一东南大学物理知识点物理学是一门研究物质、能量以及它们之间相互作用的学科。

作为一门基础科学，物理学为我们解释了世界的运行规律，无论是宏观的天体运动，还是微观的原子结构，都离不开物理学的理论和实验。

在大一的学习中，我们需要掌握一些重要的物理知识点，下面就来介绍一些东南大学大一物理课程中的重要知识点。

1. 力和运动在物理学中，力是指物体之间相互作用的结果。

运动是物体位置随时间变化的过程。

力对于物体的运动起到了至关重要的作用。

在学习物理学的过程中，我们需要理解牛顿三定律，即物体的运动状态会受到外力的影响，力的大小等于物体质量乘以加速度，以及任何两个物体之间的相互作用力大小相等、方向相反。

此外，我们还需要学习运动的描述，包括位移、速度和加速度的概念，并学会运用简单的公式进行计算。

2. 动力学动力学研究的是物体在受到力的作用下的运动规律。

在大一物理课程中，我们需要学习牛顿第二定律，即力等于物体质量乘以加速度，以及牛顿第三定律，即任何两个物体之间的相互作用力大小相等、方向相反。

通过运用这些定律，我们可以解决各种关于物体运动的问题，例如求解物体的加速度、速度、位移等。

3. 动能和势能动能和势能是物体的两种重要的能量形式。

动能是由于物体的运动而产生的能量，它与物体的质量和速度有关。

势能是由于物体处于某个位置而具有的能量，它与物体的位置和相互作用力有关。

在学习过程中，我们需要理解动能和势能的概念以及它们之间的相互转化关系，例如重力势能和机械能的概念，并能够应用它们进行问题求解。

4. 热学热学是研究热能和热现象的科学。

在大一的物理课程中，我们需要了解温度、热量和热平衡的概念，以及热传导、热辐射等热传递方式。

此外，我们还需要学习热力学第一定律和第二定律，理解内能、功和热量的关系，以及热机和热效率等概念。

5. 光学光学是研究光的传播、反射、折射、干涉等现象的学科。

大一的物理课程中，我们需要学习光的直线传播、反射定律、折射定律以及光的波动性和粒子性等基本概念。

东南大学物理化学内容及思考题

实验一恒容量热法——燃烧热的测定一、操作步骤1.样品压片截取 15 cm 无弯曲、无扭折的镍丝在电子天平上准确称至0.0001 g。

将镍丝的中部在细金属棒上绕上4 ~ 5圈，抽出金属棒，将镍丝的两端合并穿入模子的底板，将模子放在底板上，然后置于压片机的托板上。

在台秤上秤取0.8g已干燥的苯甲酸（不超过１g）,倒入模子，向下转动压片机旋柄，将样品压片，压好后，向上转动旋柄，抽出托板，底板脱落，在压模下置一张洁净的纸片，再向下转动旋柄，将压片压出，放在已称重的燃烧皿中，再次准确称量至0.1mg。

2.装弹将燃烧皿置于氧弹支架上，将镍丝两头分别紧绕在电极的下端，将弹帽放在弹体上，旋紧弹帽，用万用电表检查两电极是否通路；绑镍丝前应不通，绑镍丝后应为通路，否则重新压片。

通路时两极间电阻值一般应不大于20 。

3. 充氧气将氧弹进气口和充氧器的出气口接通，按下充氧器的手柄，此时表压指针指向0.5MPa，松开充氧器的手柄，氧气已充入氧弹中。

用特制顶针顶开氧弹出气孔，放出氧弹内的空气，再将氧弹进气口和充氧器的出气口接通，按下充氧器的手柄，此时表压指针指向1.5 MPa，1 min 后松开充氧器的手柄，氧气已充入氧弹中。

将充好氧气的氧弹再用万用表检查两极是否通路；若通路，则将氧弹放入量热计的内筒中。

4调节水温将温差测量仪探头放入水夹套，测量并记录夹套内水温，用容量瓶取2000ml已调温的水注入内筒中(控制内筒水温比夹套水温低1℃左右)，5. 燃烧和测量温度装上搅拌马达，将氧弹两极用电线连接在点火变压器上，温差测量仪探头插入内筒水中，然后盖上盖子。

打开总电源开关，打开搅拌开关，接通精密温度温差测量仪，选择温差档，可精确至0.001℃，按下时间键，计时的时间间隔将在1 min 和0.5 min 之间转换选择；打开量热计控制器的电源，按下搅拌键，预热10 min 后，开始实验计时，此时每隔1 min 读一次数据；10 min 后，按下点火键，同时计时的时间间隔改为0.5 min；直到每次读数时温度上升小于0.1℃再改为1 min 读一次，继续10 min，结束实验。

东南大学物理实验理论讲解

R/Ω
3.5
3.0
金属丝电阻随温度的变化曲线
⊕＋
＋ A(165.0, 3.20)
＋
＋
2.5 2.0
0
＋
＋
⊕
＋
B(36.5,
2.20)
50
100
作者：钱锋 1986年6月8日
t /℃
150
200
R/Ω 2.12 2.32 2.51 2.70 t /℃ 27.2 50.5 75.5 99.5
R*
*
3.0
（2）标注坐标分度
根据数据列的范围选择坐标标度的范围，坐标轴的起点不一定从零开始。
包含所有的实验点，且作出的图线最好充满整个图纸而不是偏于一边或一角。
坐标轴的分度应使每个实验点的坐标值都能正确、迅速、方便地找到。常用一大格（10mm）代表1、2、5、10个单位。
尽量不损失或增加实验数据的有效数字位数，图上的最小格与实验数据的有效数字的最小准确数字位对应。
（4）连接实验图线：
用直尺、曲线板、尖的HB铅笔，根据实验点的分布趋势作光滑连续的曲线或直线（除校准曲线外，一般都不连成折线）。
因为实验值有误差，所以并不要求每个实验点都落在曲线或直线上，而只要使得实验点都以最短的距离均匀地分布在曲线或直线的两侧。
（5）图注与说明：
在图纸的明显位置上标明图线的名称、作者、作图日期。
标曲线等。这类曲线一般是光滑连续的曲线或直线。仪器仪表的校准曲线。这类图线的特点是两物理量之
间并无简明的函数关系，其图线是无规则的折线。计算用图线。
R/Ω 2.12 2.32 2.51 2.70 2.88 3.08 3.27 t /℃ 27.2 50.5 75.5 99.5 124.0 148.5 173.0

东南大学大学物理课件5-1

例6 . 一半径为 R 的均匀带电半球面。其面电荷密度为，求该半球面球心处的电场强度大小。解：今取一半径为 r ，宽度为 Rd 的带电细圆环 hdq dE h R cos 3 4 0R
r
h d o
dq 2 r ( Rd ) 2 ( R sin )( Rd )
e12
r12
§5–3 电场强度
一电场库仑定律给出了两个点电荷相互作用的定量关系问题：相互作用是如何传递的？超距作用？近距？电场：一种特殊物质。静电场：静止电荷所产生的电场。电场的两个重要性质：力学性质：电荷在电场中要受到电场力的作用。 — 引出电场强度能量性质：电场力对电荷有作功的本领。 —引出电势
一库仑定律的表述： (1785 法国库仑) 真空中两个静止点电荷相互作用力F的大小与这两个点电荷所带电量q1和q2的乘积成正比，与它们之间的距离r的平方成反比。作用力F的方向沿它们的连线方向，同号相斥，异号相吸。 F21 q2 二库仑定律的矢量表达式
1 q1q2 r q1 q2 12 F21 e e12 12 2 r12 r 4 r 12 o 12 q1 e12 F21 1 k k≈ 9.0×109 N· m2 · C-2 F12 F21 4 o -12 （ N-1 · -2· 2 或 F. m -1) =8.85 10 m C 为真空电容率 o o

q

x
∵
y﹥﹥ro
∴
qr 0 EB 3 4 oy
p EB 3 4 oy
例2.电荷q均匀地分布在一半径为R的圆环上。计算在圆环的轴线上任一给定点P的场强。
解： d E 1 dq e r 2 4 0 r q dq dl dl 2 R

东南大学物理课件第3章

v1,v2为相对于地面参考系速度,设都沿x轴正方向
解
v1 v2 v'
(m1 m2 )v m1v1 m2 v2
m1 v2 v v' 2.17103 m s 1 m1 m2
v1 3. 1710 m s
3 1
动量守恒定理中各物体的动量必须都相应于同一惯性参考系而言
38.
例3 设有一质量为2m的弹丸, 从地面斜抛出去, 2m 它飞行在最高点 m m 处爆炸成质量相 x O xC C 等的两个碎片，其中一个竖直自由下落，另一个水平抛出，它们同时落地．问第二个碎片落地点在何处?
dv dm F m u dt dt
dm dm dt dt
dv dm' F m u dt dt
设火箭高空飞行时
dv dm m u dt dt
F 0 则
v
m dm v0 dv u m0 m
火箭的推力
m 选取 v 的方向为正向 v v0 u ln m0 m0 v v0 u ln m 为起始时刻 t 0 火箭的质量 m0 m 为时刻 t 火箭的质量 m0 N 称为质量比式中 m
y
s v
z'
s ' v ' v
y'
2
m2
m1
z
o
o'
v1
x x'
[例2] 一长为l 均匀柔软绳子，其单位长度的质量为，将其卷堆成一堆放在地面上，若手握绳一端，以匀速 v 将其上提，当绳一端被提到离地面高度为 y 时，求手的提力。
F
v
y

东南大学物理课件第1章

dr dr dt dt
例1(书)
设质点的运动方程为
r(t) x(t)i y(t) j ,
其中
x(t ) 1.0t 2.0，
y(t ) 0.25t 2.0，
2
式中x，y的单位为m(米)， t 的单位为s(秒)，
（1）求 t 3 s 时的速度．（2）作出质点的运动轨迹图．
求导积分
v(t )
求导积分
a (t )
[例3](书)有一个球体在某液体中竖直下落, 其初速度 v0 10 j ，它在液体中的加速度为 a 1.0vj 问： (1)经过多少时间后可以认为小球已停止运动；(2) 此球体在停止运动前经历的路程有多长？
分析：
a. 本题属第二类问题，已知a 和初始条件求其他 b. 积分中“技术”问题
y/m
t 4s
t 2 s 4
t0
2 4
t 2s
x/m
6
[例2 ] 如图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, 如物体 A以恒定的速率 v 向左滑行, 当 60 时, 物体B的速率为多少？
分析：
a. 建立恰当坐标系 dx dy b. 速度定义 vx , v y dt dt c. 找出 x、y 间满足的函数关系式。即 x 2+y 2=l 2=常数
已知：x(t ) 1.0t 2.0，y(t ) 0.25t 2 2.0，解 (1) 由题意可得
t 3 s 时速度为 v 1.0i 1.5 j
1
dx dy vx 1.0， vy 0.5t dt dt
速度 v的值 v 1.8m s ，它与 x轴之间的夹角

东南大学物理化学复习提纲

第一章气体一．重要概念理想气体，分压，分体积，临界参数，临界状态二．重要关系式(1) 理想气体：pV=nRT , n = m /M(2) 分压： p B = p y B(3) 分压定律，分体积定律理想气体：nn V V p p y B B B B ===第二章热力学第一定律与热化学一、重要概念系统与环境，状态与状态函数，强度性质与广度性质，功、热、内能、焓，节流膨胀二、重要公式与定义式1. 体积功：δW = -p 外dV （适用于各种变化过程）2. 热力学第一定律：∆ U = Q +W ， d U =δQ +δW3．焓的定义： H =U + pV4．热容：摩尔定容热容 C V ，m = δQ V /dT = （∂ U m /∂ T ）V摩尔定压热容 C p ，m = δQ p /dT = （∂ H m /∂ T ）P J ·mol -1·K -1比定压热容C p = δQ p /dT = （∂h /∂ T ）P J ·g -1·K -15. 标准摩尔反应焓：由标准生成焓∆ f H m ,B θ （T ）或标准燃烧焓∆ c H m,B θ （T ）计算∆ r H m θ = ∑ v B ∆ f H m ,B θ （T ） = -∑ v B ∆ c H m ,B θ （T ）6. 基希霍夫公式（适用于相变和化学反应过程）（状态函数法）∆ r H m θ（T 2）= ∆ r H m θ（T 1）+∆ r C p ，m d T二、各种过程Q 、W 、∆ U 、∆ H 的计算1．pVT 变化过程(1)理想气体pVT 变化过程恒温过程dT =0， ∆ U =∆ H =0， Q =－W ；非恒温过程，∆ U = n C V ，m ∆ T ， ∆ H = n C p ，m ∆ T ，单原子气体C V ，m =3R /2，C p ，m = C V ，m +R = 5R /2双原子气体C V ，m =5R /2，C p ，m = C V ，m +R = 7R /2理想气体恒温可逆过程功的计算：21ln V V nRT W =理想气体绝热可逆过程功计算，W=∆ U = n C V ，m ∆ T （先根据可逆绝热方程计算出T 2）理想气体绝热不可逆过程功计算，W=∆ U = n C V ，m ∆ T （先计算出T 2）恒压过程：p 外=p =常数，无其他功W '=0W = -p 外（V 2-V 1）， ∆ H = Q p =⎰n C p ，m d T ， ∆ U =∆ H -∆（pV ），Q =∆ U -W恒外压过程：W = -p 外（V 2-V 1）真空膨胀过程p 外=0，W =0，Q =∆ U恒容过程：d V =0 W =0，Q V =∆ U =⎰n C V ，m d T ， ∆ H =∆ U +V ∆ p（2）凝聚态的pVT 变化过程由于压力对凝聚态的影响不大，当压力变化不大时，可以看成为恒压变化2. 相变过程S （α）→S （β）：（1）可逆相变（正常相变或平衡相变）：如在温度T 对应的饱和蒸气压下的相变，例：水在常压，100 ℃ 时的汽化或凝结过程。

物理学东南大学第七版下册答案

物理学东南大学第七版下册答案1、5．一辆汽车在10 m/s的速度匀速行驶，遇到紧急情况，突然以大小为2 m/s2的加速度匀减速刹车，则从刹车开始计时，汽车在6 s内的位移是24 m．[判断题] *对错(正确答案)2、56．在没有任何其他光照的情况下，舞台追光灯发出的紫光照在穿白上衣、红裙子的演员身上，观众看到她（）[单选题] *A．全身呈紫色B．上衣呈紫色，裙子不变色C．上衣呈黑色，裙子呈紫色D．上衣呈紫色，裙子呈黑色(正确答案)3、46．把一个实心铁块放入盛满水的容器中，溢出水的质量是5g，若把铁块放入盛满酒精的容器中，则溢出酒精的质量是（）（ρ酒精＝8×103kg/m3，ρ水＝0×103kg/m3）[单选题] *A．5gB．5gC．4g(正确答案)D．36g4、2．物体的末速度越大，位移越大．[判断题] *对错(正确答案)5、曾侯乙编钟是我国古代的一种打击乐器，如图所示。

青铜编钟按钟体大小依次悬挂，可以演奏出美妙的乐曲。

下列关于编钟的说法，正确的是（）[单选题]A.编钟正在发声，但不一定在振动B.编钟钟体越小，发出声音的音调越高(正确答案)C.编钟钟体越大，发出声音的响度越大D.编钟可以奏出美妙的音乐，但不会产生噪声6、磁场的基本性质是对放入其中的导体有力的作用[判断题] *对错(正确答案)答案解析：磁场的基本性质是对放入其中的磁体有力的作用7、2．在探索微小粒子的历程中，科学家们用一系列高能物理实验证实了大量微小粒子的存在，下列微粒按空间尺度从大到小的顺序排列的是（）[单选题] *A．质子、夸克、原子核、电子B．原子、原子核、电子、质子C．原子、原子核、质子、电子(正确答案)D．夸克、质子、原子核、原子8、C.被冻结的冰块中的小炭粒不能做布朗运动，是因为冰中的水分子不运动D.做布朗运动的固体颗粒远小，布朗运动城却明显(正确答案)答案解析：布朗运动的特征之一就是无规则性,故A对;布朗运动只能发生在液体或气体中,在固体中不能发生,并不是因为固体分子不运动,任何物质的分子都在永不停息地运动;布朗运动的剧烈程度与温度有关,当温度越低时,布朗运动越不明显,但不会停止,故B、C错;布朗运动的明显程度受颗粒大小的影响,颗粒越小,受力越不容易平衡,运动越剧烈，故选AD下例词语或陈述句中，描述分子热运动的是（）*A.“酒香不怕巷子深”(正确答案)9、如图59所示，“蛟龙号”载人深潜器是我国首台自主设计、研制的作业型深海载人潜水器，设计最大下潜深度为级，是目前世界上下潜最深的作业型载人潜水器。

大学物理东南大学第七版上册第四章知识点总结

大学物理东南大学第七版上册第四章知识点总结一．静电场：1.真空中的静电场库仑定律→电场强度→电场线→电通量→真空中的高斯定理r适用范围：真空中静止的两个点电荷F⑵电场强度定义式：Eqo⑶电场线：是引入描述电场强度分布的曲线。

曲线上任一点的切线方向表示该点的场强方向，曲线疏密表示场强的大小。

静电场电场线性质:电场线起于正电荷或无穷远，止于负电荷或无穷远，不闭合，在没有电荷的地方不中断，任意两条电场线不相交。

⑷电通量：通过任一闭合曲面S的电通量为e S dS方向为外法线方向1E dS⑸真空中的高斯定理：e S o E dSqi1int只能适用于高度对称性的问题：球对称、轴对称、面对称应用举例：球对称：0均匀带电的球面E Q4r20(r R)(r R)均匀带电的球体Qr40R3E Q240r(r R)(r R)轴对称：无限长均匀带电线E2or0(r R)无限长均匀带电圆柱面E(r R)20r面对称：无限大均匀带电平面E E⑹安培环路定理：dl0l2o★重点：电场强度、电势的计算电场强度的计算方法：①点电荷场强公式+场强叠加原理②高斯定理电势的计算方法：①电势的定义式②点电荷电势公式+电势叠加原理电势的定义式：UA AP E dl(UP0)B电势差的定义式：UAB UA UB A电势能：Wp qo PP0E dlE dl(WP00)2.有导体存在时的静电场导体静电平衡条件→导体静电平衡时电荷分布→空腔导体静电平衡时电荷分布⑴导体静电平衡条件:Ⅰ.导体内部处处场强为零,即为等势体。

Ⅱ.导体表面紧邻处的电场强度垂直于导体表面，即导体表面是等势面⑵导体静电平衡时电荷分布:在导体的表面⑶空腔导体静电平衡时电荷分布:Ⅰ.空腔无电荷时的分布：只分布在导体外表面上。

Ⅱ.空腔有电荷时的分布(空腔本身不带电，内部放一个带电量为q的点电荷)：静电平衡时，空腔内表面带-q电荷，空腔外表面带+q。

3.有电介质存在时的静电场⑴电场中放入相对介电常量为r电介质，电介质中的场强为：E⑵有电介质存在时的高斯定理：S D dS q0,int E0r各项同性的均匀介质D0rE⑶电容器内充满相对介电常量为r的电介质后，电容为C rC0★重点：静电场的能量计算①电容：②孤立导体的电容UU U举例：平行板电容器C圆柱形电容器 C4oR1R2os球形电容器CR2R1d2oL R2ln(R1Q211Q U C(U)2 ③ 电容器储能公式We2C22④静电场的能量公式We wedV E2dVVV12二.静磁场：1.真空中的静磁场磁感应强度→磁感应线→磁通量→磁场的高斯定理⑴磁感应强度：大小B F方向：小磁针的N极指向的方向 qvsin⑵磁感应线：是引入描述磁感应强度分布的曲线。

东南大学固体物理基础知识总结

经典模型： CV 3Nlk ；
爱因斯坦模型：所有原子都近似以相同频率 E 振动，将色散关系简化为一条平直线，即所
有声子都具有相同的能量 E
，得到爱因斯坦温度 TE

E k
。该模型在常温和高温时很适
用，但在低温时， CV
3Nlk TE T

2
e

TE T

，热容以指数形式趋近于 0，这与实际情况不符。
因为在低温下，晶格振动激发多为频率低的长声学波声子，此时色散关系应为线性的斜线。因爱因斯坦模型没有考虑声学波对热容的贡献，故在低温时不再适用；
德拜模型：按照低温激发的长声学波声子来近似处理色散关系，即 q ，得到模式密度

3V 2 2
3
2d
，德拜频率 D

6
《固体物理基础》知识总结
在周期性边界条件下： q

2 Na
Z

2 L
Z
，Z
为整数。当 q

2 a
时， max

2

，当
m
q 0 时，min 0 。长波近似下 q 0， a
q ，极限长波速度 v a m

。周期
m
对称性：q q，q q 2 。
面心立方 a
晶格
截角八面
1
4
4
a3/4
4π/a
体/十四面 32π3/a3
4
体心立方
体
晶体原子的振动
绝热近似（不考虑电子受到激发跃迁到激发态所带来的影响）；
最近邻近似（每个原子只受到最近邻原子的作用，不考虑其他原子的影响）；
简谐近似（因原子在平衡位置附近做微小振动，可以看作是线性回复力作用下的简谐运动）。

东南大学物理实验报告

东南大学物理实验报告实验名称：干涉仪测量钠双黄线波长实验目的：1. 掌握干涉仪的基本原理和工作方式；2. 学习利用干涉现象测量光波长的方法；3. 通过实验了解钠双黄线的光谱特性和波长。

实验原理：干涉仪是一种利用光的干涉现象进行波长测量的仪器，它主要由准直器、分束器、反射镜、透镜、干涉板等部分组成。

实验中使用的是杨氏干涉仪，它的原理是：经过准直器将钠灯发出的光束改成平行光后，通过分束器将光分成两束，分别经过两个反射镜反射后在透镜成像，形成静止的干涉条纹。

调节反射镜的位置和角度，使两束光在透镜处相遇干涉，出现明暗相间的干涉条纹。

当反射镜的一端移动一定距离时，干涉条纹移动一个条纹的宽度。

根据杨氏干涉的公式，可以得到两个钠双黄线的波长。

实验步骤：1. 打开干涉仪电源，将准直器和分束器装好；2. 使用调节螺丝和反光镜，调整光路，使两束光相遇干涉；3. 用微调螺丝移动反光镜，使干涉条纹向一方向移动若干条纹；4. 记录此时的距离，再将反射镜调整回原处，重复以上步骤；5. 记录多组数据，用杨氏干涉公式计算钠双黄线的波长。

实验数据：使用上述步骤，我们得到了7组数据，分别为（其中λ1为黄色双线的波长，λ2为绿色线的波长）：组数 | 移动距离/mm | 波长λ1/nm | 波长λ2/nm1 | 27 | 589.0 | 588.92 | 54 | 589.1 | 589.03 | 81 | 589.1 | 589.04 | 108 | 589.2 | 589.15 | 135 | 589.2 | 589.16 | 162 | 589.3 | 589.27 | 189 | 589.3 | 589.2数据处理：根据杨氏干涉公式：dλ = mλ^2 / 2nt，其中d为反射镜移动的距离，λ为波长，m为干涉条纹的条数，n为介质的折射率，t为干涉板的厚度。

本实验中，m = 1，n ≈ 1，t ≈ 2 mm。

将上述公式化简可得：λ = 2 * dλ / m。

东南大学《大学物理》期中试卷A含答案

东南大学考试卷课程名称大学物理姓名学号适用专业考试形式闭卷考试时间 120分钟一、选择题（每空2分，共18分）1、对功的概念有以下几种说法：（1）保守力作功时，系统内相应的势能增加。

（2）质点运动经一闭合路径，保守力对质点作的功为零。

（3）作用力和反作用力大小相等、方向相反，所以两者作功的代数和必为零。

在上述说法中正确的是（ C ） A 、（1）（2） B 、（2）（3） C 、只有（2） D 只有（3）2、一轻弹簧竖直固定于水平桌面上。

如图1所示，小球从距离桌面高为h 处以初速率0υ落下，撞击弹簧后跳回到高为h 处时速率仍为0υ，以小球为系统，则在这一整个过程中小球的（ A ） A.动能不守恒，动量不守恒 B.动能守恒，动量不守恒 C.机械能不守恒，动量守恒 D. 机械能守恒，动量守恒3、质量为m 的汽车在广场上以速率υ作半径为R 的圆周运动，如图2所示，汽车从A 点运动到B 点，动量的增量为（ A ）A 、i m υ2B 、i mυ2- C 、j m υ2 D 、j m υ2- 解：i m m P A A υυ-== i m m P B B υυ== i m P P P A B υ2=-=∆4、花样滑冰运动员绕竖直轴旋转，两臂伸开时转动惯量为J 0，角速度为ω0；收拢两臂，转动惯量变为031J ，则角速度为（ C ） A 、031ω B 、031ω C 、03ω D 、03ω 解：运动员旋转过程中角动量守恒：''ωωJ J =000ωω==''J J 5、一平面简谐波在t=0时刻的波形图如图3所示，则O A 、0 B 、2πC 、πD 、)(223ππ-或 6、关于力矩有以下几种说法，其中正确的是（ B ）A 、内力矩会改变刚体对某个定轴的角动量（动量矩）；图2图1OB 、作用力和反作用力对同一轴的力矩之和必为零；C 、角速度的方向一定与外力矩的方向相同；D 、质量相等、形状和大小不同的两个刚体，在相同力矩的作用下，它们的角加速度一定相同。

东南大学材料物理性能复习题(带答案)

材料物理性能复习题第一章1、C v 、C p 和c 的定义Cv ：加热过程中体积不变，供给热量只需满足升高1K 时物体内能增加，不必再以做功形式传输出去，这种条件下的热容为定容热容。

Cv=△U/△TCp ：加热过程中压力不变，体积自由膨胀，升高1K 供给物体的热量，除了满足内能增加，还要补充对外做功的损耗，这种条件下的热容称为定压热容。

Cp=（△H/△T ）p ，H=U+pVc ：1kg 物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K 所需的热量称为比热容。

C pm 和C vm 的关系，实际测量得到的是何种量？C pm =c p M ，C Vm =c V M ，C pm -C Vm = αV 2V m T K ，αV 为体膨胀系数，Vm 为摩尔体积，K 为三向静力压缩系数。

实际测量得到C pm 再算出C Vm 。

Cvm 与温度（包括ΘD ）的关系高温区C Vm 变化平缓；低温区C Vm ∝T ³；接近0K 时C Vm ∝T ；0K 时C Vm =0。

德拜温度θD 越高，C Vm 越小。

T>>θD 即高温时，C Vm =3R ，R 为摩尔气体常数，R=8.315J/(mol ·K)。

T<<θD 即低温时，CVm ∝T ³。

自由电子对金属热容的贡献常温时自由电子热容微不足道。

极高温下电子像金属晶体离子那样显著参加到热运动中，因此在III 温区热容继续上升而不趋于一渐近线；极低温下，电子热容不像离子热容那样急剧减小，因而起主导作用。

合金热容的计算合金热容是每个组成元素热容与其质量分数的乘积之和，即C=∑X i C i n i=1。

2、哪些相变属于一级相变和二级相变？其热容等的变化有何特点？一级相变：相变时有相变潜热(焓)和体积突变，并使热容为无限大。

如液－固相变，同素异构转变，珠光体转变等。

二级相变：焓随温度的升高而逐渐增大，在靠近转变点时焓明显增大，使热容达到最大值。

东南大学固体物理习题解答-完整版

黄昆《固体物理》习题解答目录第一章习题 (1)第二章习题 (6)第三章习题 (10)第五章习题 (31)第六章习题 (36)第七章习题 (42)ρ ⨯ • ⨯ ⨯ • ⨯ ⨯ • ⨯ • ⨯ b 2 b 3 第一章习题1.1 如果将等体积球分别排列下列结构，设x 表示刚球所占体积与总体积之比，证明结构x简单立方(书P2, 图1-2) π / 6 ≈ 0.52体心立方(书P3, 图1-3) 3π / 8 ≈ 0.68 面心立方(书P3, 图1-7) 2π / 6 ≈ 0.74 六方密排(书P4, 图1-6) 2π / 6 ≈ 0.74 金刚石(书P5, 图1-8)3π /16 ≈ 0.34解设n 为一个晶胞中的刚性原子数，r 表示刚性原子球半径，V 表示晶胞体积，则致4π nr 3密度为: = （设立方晶格的边长为a ） r 取原子球相切是的半径于是3V结构 r n V ρ 简单立方 a/2 1 a 3 π / 6 ≈ 0.52体心立方 a/2 1 a 3 3π / 8 ≈ 0.68 面心立方 3a / 4 2 a 3 2π / 6 ≈ 0.74 六方密排 2a / 44 a 32π / 6 ≈ 0.74 金刚石a/222a 33π /16 ≈ 0.34c 3 1/ 21.2 证明理想的六角密堆积结构（hcp ）的轴比 = ≈ 1.6332 8c c 3 1/ 2解由1.1题，六角密排中h = a = 2 r - ，故 = ≈ 1.633 2 2 81.3 证明：体心立方晶格的倒格子是面心立方；面心立方晶格的倒格子是体心立方¸ 解由倒格子定义b 1 = 2π ¸ ¸ a 2 a 3 ¸ ¸ ¸a 1 a 2 a 3 ¸ = 2π ¸ ¸ a 3 a 1 ¸ ¸ ¸ a 1 a 2 a 3 ¸ = 2π ¸ ¸ a 1 a 2¸ ¸ ¸ a 1a 2 a 3 ¸ a ¸ ¸ ¸ ¸ a ¸ ¸ ¸ ¸ a ¸ ¸ ¸体心立方格子原胞基矢a 1 = 2 (-i + j + k ), a 2 = 2 (i - j + k ), a 3 = 2(i - j + k )¸ ¸ ⨯ ¸ π ¸ ¸ ¸ ¸ ¸ ¸ 倒格子基矢b = 2π a 2 a 3 =2 ⋅ a (i - j + k ) ⨯ a (i + j - k )1¸ ¸ ¸ a 1a 2 a 3 v 0 2 2 2 3 2 3•⨯⨯⨯•⨯•⨯⨯•⨯⨯⋅⨯⨯⨯b3=2π⋅a2¸ ¸ ¸-+⨯¸ ¸ ¸+- =2π ¸+¸v4(i j k ) (i j k ) ( j k )a¸ ¸ ⨯¸π¸ ¸¸ π¸ ¸同理b = 2π a3 a1=2(i +k ) b =2(i +j )2. . . 3a1⋅a2⨯a3a a¸ ¸ ¸可见由b1, b2 , b3 为基矢构成的格子为面心立方格子面心立方格子原胞基矢¸ ¸ ¸a1=a( j +k ) / 2¸ ¸ ¸a2=a(k +i ) / 2¸ ¸ ¸a3=a(i +j ) / 2¸ ¸ ⨯¸¸ π¸ ¸ ¸倒格子基矢b= 2π a2 a3 b =2(-i +j +k )1¸ 2π¸ ¸ ¸ 1a1a2a3¸ ¸ ¸a¸ 2π¸ ¸ ¸同理b2 = (i -j +k )ab3= (i -j +k )a¸ ¸ ¸可见由b1, b2 , b3 为基矢构成的格子为体心立方格子(2π)31.4证明倒格子原胞的体积为v，其中v0 为正格子原胞体积¸证倒格子基矢b1¸b2= 2π= 2π¸ ¸a2a3¸ ¸ ¸a1a2a3¸ ¸a3a1¸ ¸ ¸a1a2a3¸= 2π¸ ¸a1a2¸ ¸ ¸a1a2a3¸ ¸ ¸倒格子体积v*=b ⋅(b ⨯b )v*=(2π)330 1 2 3¸ ¸ ¸ ¸ ¸ ¸(a2a3) (a3a1) (a1a2) v*=(2π)3v¸ ¸ ¸ ¸1.5证明：倒格子矢量G =h1b1 +h2b2 +h3b3 垂直于密勒指数为(h1h2h3 ) 的晶面系。

大学物理物理学(第五版)上册马文蔚课后答案东南大学

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tsd 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；trd 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t d 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 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 h l t lltx-==v ,式中t ld 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)．1-6 分析位移和路程是两个完全不同的概念．只有当质点作直线运动且运动方向不改变时,位移的大小才会与路程相等．质点在t 时间内的位移Δx 的大小可直接由运动方程得到：0Δx x x t -=,而在求路程时,就必须注意到质点在运动过程中可能改变运动方向,此时,位移的大小和路程就不同了．为此,需根据0d d =tx来确定其运动方向改变的时刻t p,求出0～t p 和t p ～t 内的位移大小Δx 1 、Δx 2 ,则t 时间内的路程21x x s ∆+∆=,如图所示,至于t ＝4.0 s 时质点速度和加速度可用tx d d 和22d d t x两式计算．解 (1) 质点在4.0 s 内位移的大小 m 32Δ04-=-=x x x(2) 由 0d d =tx得知质点的换向时刻为 s 2=p t (t ＝0不合题意)则 m 0.8Δ021=-=x x x ,m 40Δ242-=-=x x x所以,质点在4.0 s 时间间隔内的路程为 m 48ΔΔ21=+=x x s (3) t ＝4.0 s 时 ,1s0.4s m 48d d -=⋅-==t t xv,2s0.422m.s 36d d -=-==t t xa1-7 分析根据加速度的定义可知,在直线运动中v -t 曲线的斜率为加速度的大小(图中AB 、CD 段斜率为定值,即匀变速直线运动；而线段BC 的斜率为0,加速度为零,即匀速直线运动)．加速度为恒量,在a -t 图上是平行于t 轴的直线,由v -t 图中求出各段的斜率,即可作出a -t 图线．又由速度的定义可知,x -t 曲线的斜率为速度的大小．因此,匀速直线运动所对应的x -t 图应是一直线,而匀变速直线运动所对应的x –t 图为t 的二次曲线．根据各段时间内的运动方程x ＝x (t ),求出不同时刻t 的位置x ,采用描数据点的方法,可作出x -t 图．解将曲线分为AB 、BC 、CD 三个过程,它们对应的加速度值分别为2s m 20-⋅=--=AB AB AB t t a v v (匀加速直线运动),0=BC a (匀速直线运动)2s m 10-⋅-=--=CD CD CD t t a v v (匀减速直线运动)根据上述结果即可作出质点的a -t 图［图(B)］．在匀变速直线运动中,有2021t t x x ++=v由此,可计算在0～2ｓ和4～6ｓ时间间隔内各时刻的位置分别为用描数据点的作图方法,由表中数据可作0～2ｓ和4～6ｓ时间内的x -t 图．在2～4ｓ时间内, 质点是作1s m 20-⋅=v 的匀速直线运动, 其x -t 图是斜率k ＝20的一段直线［图(c)］．1-8 分析质点的轨迹方程为y ＝f (x ),可由运动方程的两个分量式x (t )和y (t )中消去t 即可得到．对于r 、Δr 、Δr 、Δs 来说,物理含义不同,可根据其定义计算．其中对s 的求解用到积分方法,先在轨迹上任取一段微元d s ,则22)d ()d (d y x s +=,最后用⎰=s s d 积分求ｓ．解 (1) 由x (t )和y (t )中消去t 后得质点轨迹方程为,2412x y -= 这是一个抛物线方程,轨迹如图(a)所示．(2) 将t ＝0ｓ和t ＝2ｓ分别代入运动方程,可得相应位矢分别为j r 20= , j i r 242-=图(a)中的P 、Q 两点,即为t ＝0ｓ和t ＝2ｓ时质点所在位置．(3) 由位移表达式,得 j i j i r r r 24)()(Δ020212-=-+-=-=y y x x 其中位移大小m 66.5)(Δ)(ΔΔ22=+=y x r而径向增量m 47.2ΔΔ2020222202=+-+=-==y x y x r r r r*(4) 如图(B)所示,所求Δs 即为图中PQ 段长度,先在其间任意处取AB 微元d s ,则22)d ()d (d y x s +=,由轨道方程可得x x y d 21d -=,代入d s ,则2ｓ内路程为m 91.5d 4d 402=+==⎰⎰x x s s QP1-9 分析由运动方程的分量式可分别求出速度、加速度的分量,再由运动合成算出速度和加速度的大小和方向．解 (1) 速度的分量式为 t t x x 6010d d +-==v , t ty y 4015d d -==v 当t ＝0 时, v o x ＝-10 m ·ｓ-1, v o y ＝15 m ·ｓ-1,则初速度大小为120200s m 0.18-⋅=+=y x v v v设v o 与x 轴的夹角为α,则 23tan 00-==xy αv v α＝123°41′(2) 加速度的分量式为2s m 60d d -⋅==ta xx v , 2s m 40d d -⋅-==t a y y v则加速度的大小为 222s m 1.72-⋅=+=y x a a a设a 与x 轴的夹角为β,则32tan -==x ya a β ,β＝-33°41′(或326°19′) 1-10 分析在升降机与螺丝之间有相对运动的情况下,一种处理方法是取地面为参考系,分别讨论升降机竖直向上的匀加速度运动和初速不为零的螺丝的自由落体运动,列出这两种运动在同一坐标系中的运动方程y 1 ＝y 1(t )和y 2 ＝y 2(t ),并考虑它们相遇,即位矢相同这一条件,问题即可解；另一种方法是取升降机(或螺丝)为参考系,这时,螺丝(或升降机)相对它作匀加速运动,但是,此加速度应该是相对加速度．升降机厢的高度就是螺丝(或升降机)运动的路程．解1 (1) 以地面为参考系,取如图所示的坐标系,升降机与螺丝的运动方程分别为 20121at t y +=v 20221gt t h y -+=v 当螺丝落至底面时,有y 1 ＝y 2 ,即20202121gt t h at t -+=+v v s 705.02=+=ag ht (2) 螺丝相对升降机外固定柱子下降的距离为m 716.021202=+-=-=gt t y h d v解2 (1)以升降机为参考系,此时,螺丝相对它的加速度大小a ′＝g ＋a ,螺丝落至底面时,有2)(210t a g h +-= s 705.02=+=ag ht(2) 由于升降机在t 时间内上升的高度为2021at t h +='v 则 m 716.0='-=h h d1-11 分析该题属于运动学的第一类问题,即已知运动方程r ＝r (t )求质点运动的一切信息(如位置矢量、位移、速度、加速度)．在确定运动方程时,若取以点(0,3)为原点的O ′x ′y ′坐标系,并采用参数方程x ′＝x ′(t )和y ′＝y ′(t )来表示圆周运动是比较方便的．然后,运用坐标变换x ＝x 0 ＋x ′和y ＝y 0 ＋y ′,将所得参数方程转换至Oxy 坐标系中,即得Oxy 坐标系中质点P 在任意时刻的位矢．采用对运动方程求导的方法可得速度和加速度．解 (1) 如图(B)所示,在O ′x ′y ′坐标系中,因t Tθπ2=,则质点P 的参数方程为t TR x π2sin=',t TR y π2cos-=' 坐标变换后,在O x y 坐标系中有t T R x x π2sin='=, R t TR y y y +-=+'=π2cos 0 则质点P 的位矢方程为j i r ⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+=R t T R t T R π2cos π2sinj i )]π1.0(cos 1[3)π1.0(sin 3t t -+=(2) 5ｓ时的速度和加速度分别为jj i r )s m π3.0(π2sin π2π2cos π2d d 1-⋅=+==t T T R t T T R t v i j i r a )s m π03.0(π2cos )π2(π2sin )π2(d d 222222-⋅-=+-==t TT R t T T R t1-12 分析为求杆顶在地面上影子速度的大小,必须建立影长与时间的函数关系,即影子端点的位矢方程．根据几何关系,影长可通过太阳光线对地转动的角速度求得．由于运动的相对性,太阳光线对地转动的角速度也就是地球自转的角速度．这样,影子端点的位矢方程和速度均可求得．解设太阳光线对地转动的角速度为ω,从正午时分开始计时,则杆的影长为s ＝h tg ωt ,下午2∶00 时,杆顶在地面上影子的速度大小为132s m 1094.1cos d d --⋅⨯===tωωh t s v当杆长等于影长时,即s ＝h ,则s 606034πarctan 1⨯⨯===ωh s ωt 即为下午3∶00 时．1-13 分析本题属于运动学第二类问题,即已知加速度求速度和运动方程,必须在给定条件下用积分方法解决．由t a d d v =和tx d d =v 可得t a d d =v 和t x d d v =．如a ＝a (t )或v ＝v (t ),则可两边直接积分．如果a 或v 不是时间t 的显函数,则应经过诸如分离变量或变量代换等数学操作后再做积分．解由分析知,应有⎰⎰=tt a 0d d 0vv v得 03314v v +-=t t (1) 由⎰⎰=txx t x 0d d 0v得 00421212x t t t x ++-=v (2) 将t ＝3ｓ时,x ＝9 m,v ＝2 m ·ｓ-1代入(1) (2)得v 0＝-1 m ·ｓ-1,x 0＝0.75 m ．于是可得质点运动方程为75.0121242+-=t t x 1-14 分析本题亦属于运动学第二类问题,与上题不同之处在于加速度是速度v 的函数,因此,需将式d v ＝a (v )d t 分离变量为t a d )(d =v v后再两边积分．解选取石子下落方向为y 轴正向,下落起点为坐标原点． (1) 由题意知 v vB A ta -==d d (1) 用分离变量法把式(1)改写为t B A d d =-vv(2)将式(2)两边积分并考虑初始条件,有⎰⎰=-t t B A 0d d d 0v v v vv 得石子速度 )1(Bte BA --=v 由此可知当,t →∞时,BA→v 为一常量,通常称为极限速度或收尾速度．(2) 再由)1(d d Bt e BAt y --==v 并考虑初始条件有 t e B A y t Bt y d )1(d 00⎰⎰--= 得石子运动方程)1(2-+=-Bt e B A t B A y 1-15 分析与上两题不同处在于质点作平面曲线运动,根据叠加原理,求解时需根据加速度的两个分量a x 和a y 分别积分,从而得到运动方程r 的两个分量式x (t )和y (t )．由于本题中质点加速度为恒矢量,故两次积分后所得运动方程为固定形式,即20021t a t x x x x ++=v 和20021t a t y y y y ++=v ,两个分运动均为匀变速直线运动．读者不妨自己验证一下．解由加速度定义式,根据初始条件t 0 ＝0时v 0 ＝0,积分可得⎰⎰⎰+==tt t t 0)d 46(d d j i a vv j i t t 46+=v又由td d r=v 及初始条件t ＝0 时,r 0＝(10 m)i ,积分可得 ⎰⎰⎰+==ttrr t t t t 0)d 46(d d 0j i r v j i r 222)310(t t ++=由上述结果可得质点运动方程的分量式,即x ＝10＋3t 2 y ＝2t 2消去参数t ,可得运动的轨迹方程 3y ＝2x -20 m 这是一个直线方程．直线斜率32tan d d ===αx y k ,α＝33°41′．轨迹如图所示．1-16 分析瞬时加速度和平均加速度的物理含义不同,它们分别表示为td d v=a 和tΔΔv=a ．在匀速率圆周运动中,它们的大小分别为R a n 2v =,t a ΔΔv = ,式中｜Δv ｜可由图(B)中的几何关系得到,而Δt 可由转过的角度Δθ 求出．由计算结果能清楚地看到两者之间的关系,即瞬时加速度是平均加速度在Δt →0 时的极限值．解 (1) 由图(b)可看到Δv ＝v 2 -v 1 ,故θΔcos 2Δ212221v v v v -+=v )Δcos 1(2θ-=v 而 vv θR s t ΔΔΔ==所以θR θt a Δ)cos Δ1(2ΔΔ2v -==v (2) 将Δθ＝90°,30°,10°,1°分别代入上式,得,R a 219003.0v ≈,R a 229886.0v ≈ R a 239987.0v ≈,Ra 24000.1v ≈以上结果表明,当Δθ→0 时,匀速率圆周运动的平均加速度趋近于一极限值,该值即为法向加速度R2v ．1-17 分析根据运动方程可直接写出其分量式x ＝x (t )和y ＝y (t ),从中消去参数t ,即得质点的轨迹方程．平均速度是反映质点在一段时间内位置的变化率,即tΔΔr=v ,它与时间间隔Δt 的大小有关,当Δt →0 时,平均速度的极限即瞬时速度td d r =v ．切向和法向加速度是指在自然坐标下的分矢量a ｔ和a n ,前者只反映质点在切线方向速度大小的变化率,即tt te a d d v =,后者只反映质点速度方向的变化,它可由总加速度a 和a ｔ得到．在求得t 1 时刻质点的速度和法向加速度的大小后,可由公式ρa n 2v =求ρ．解 (1) 由参数方程 x ＝2.0t , y ＝19.0-2.0t 2消去t 得质点的轨迹方程：y ＝19.0 -0.50x 2(2) 在t 1 ＝1.00ｓ到t 2 ＝2.0ｓ时间内的平均速度j i r r 0.60.2ΔΔ1212-=--==t t t r v (3) 质点在任意时刻的速度和加速度分别为j i j i j i t tyt x t y x 0.40.2d d d d )(-=+=+=v v v j j i a 222220.4d d d d )(-⋅-=+=s m t y t x t则t 1 ＝1.00ｓ时的速度v (t )｜t ＝1ｓ＝2.0i -4.0j切向和法向加速度分别为t t y x t t ttt e e e a 222s1s m 58.3)(d d d d -=⋅=+==v v v n n t n a a e e a 222s m 79.1-⋅=-=(4) t ＝1.0ｓ质点的速度大小为122s m 47.4-⋅=+=yxv v v 则m 17.112==na ρv1-18 分析物品空投后作平抛运动．忽略空气阻力的条件下,由运动独立性原理知,物品在空中沿水平方向作匀速直线运动,在竖直方向作自由落体运动．到达地面目标时,两方向上运动时间是相同的．因此,分别列出其运动方程,运用时间相等的条件,即可求解．此外,平抛物体在运动过程中只存在竖直向下的重力加速度．为求特定时刻t 时物体的切向加速度和法向加速度,只需求出该时刻它们与重力加速度之间的夹角α或β．由图可知,在特定时刻t ,物体的切向加速度和水平线之间的夹角α,可由此时刻的两速度分量v x 、v y 求出,这样,也就可将重力加速度g 的切向和法向分量求得．解 (1) 取如图所示的坐标,物品下落时在水平和竖直方向的运动方程分别为x ＝vt , y ＝1/2 gt 2飞机水平飞行速度v ＝100 m ·s -1,飞机离地面的高度y ＝100 m,由上述两式可得目标在飞机正下方前的距离m 4522==gyx v(2) 视线和水平线的夹角为o 5.12arctan==xyθ (3) 在任意时刻物品的速度与水平轴的夹角为vv v gt αxy arctanarctan== 取自然坐标,物品在抛出2s 时,重力加速度的切向分量与法向分量分别为2s m 88.1arctan sin sin -⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛==v gt g αg a t2s m 62.9arctan cos cos -⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛==v gt g αg a n1-19 分析这是一个斜上抛运动,看似简单,但针对题目所问,如不能灵活运用叠加原理,建立一个恰当的坐标系,将运动分解的话,求解起来并不容易．现建立如图(a)所示坐标系,则炮弹在x 和y 两个方向的分运动均为匀减速直线运动,其初速度分别为v 0cos β和v 0sin β,其加速度分别为g sin α和gcos α．在此坐标系中炮弹落地时,应有y ＝0,则x ＝OP ．如欲使炮弹垂直击中坡面,则应满足v x ＝0,直接列出有关运动方程和速度方程,即可求解．由于本题中加速度g 为恒矢量．故第一问也可由运动方程的矢量式计算,即20g 21t t +=v r ,做出炮弹落地时的矢量图［如图(B)所示］,由图中所示几何关系也可求得OP (即图中的r 矢量)．解1 由分析知,炮弹在图(a)所示坐标系中两个分运动方程为αgt βt x sin 21cos 20-=v (1) αgt βt y cos 21sin 20-=v (2) 令y ＝0 求得时间t 后再代入式(1)得)cos(cos sin 2)sin sin cos (cos cos sin 2220220βααg ββαβααg βx OP +=-==v v 解2 做出炮弹的运动矢量图,如图(b)所示,并利用正弦定理,有βgt αt βαsin 212πsin 2πsin 20=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛--v r 从中消去t 后也可得到同样结果．(2) 由分析知,如炮弹垂直击中坡面应满足y ＝0 和v x ＝0,则0sin cos 0=-=αgt βx v v (3)由(2)(3)两式消去t 后得αβsin 21tan =由此可知．只要角α和β满足上式,炮弹就能垂直击中坡面,而与v 0 的大小无关．讨论如将炮弹的运动按水平和竖直两个方向分解,求解本题将会比较困难,有兴趣读者不妨自己体验一下．1-20 分析选定伞边缘O 处的雨滴为研究对象,当伞以角速度ω旋转时,雨滴将以速度v 沿切线方向飞出,并作平抛运动．建立如图(a)所示坐标系,列出雨滴的运动方程并考虑图中所示几何关系,即可求证．由此可以想像如果让水从一个旋转的有很多小孔的喷头中飞出,从不同小孔中飞出的水滴将会落在半径不同的圆周上,为保证均匀喷洒对喷头上小孔的分布解 (1) 如图(a)所示坐标系中,雨滴落地的运动方程为t ωR t x ==v (1) h gt y ==221 (2) 由式(1)(2)可得 gh ωR x 2222= 由图(a)所示几何关系得雨滴落地处圆周的半径为22221ωgh R R x r +=+= (2) 常用草坪喷水器采用如图(b)所示的球面喷头(θ0 ＝45°)其上有大量小孔．喷头旋转时,水滴以初速度v 0 从各个小孔中喷出,并作斜上抛运动,通常喷头表面基本上与草坪处在同一水平面上．则以φ角喷射的水柱射程为gR 2sin 0v = 为使喷头周围的草坪能被均匀喷洒,喷头上的小孔数不但很多,而且还不能均匀分布,这是喷头设计中的一个关键问题．1-21 分析被踢出后的足球,在空中作斜抛运动,其轨迹方程可由质点在竖直平面内的运动方程得到．由于水平距离x 已知,球门高度又限定了在y 方向的范围,故只需将x 、y 值代入即可求出．解取图示坐标系Oxy ,由运动方程θt x cos v =, 221sin gt θt y -=v 消去t 得轨迹方程 222)tan 1(2tan x θg θx y +-=v以x ＝25.0 m,v ＝20.0 m ·ｓ-1 及3.44 m ≥y ≥0 代入后,可解得71．11°≥θ1 ≥69．92° 27．92°≥θ2 ≥18．89°如何理解上述角度的范围？在初速一定的条件下,球击中球门底线或球门上缘都将对应有两个不同的投射倾角(如图所示)．如果以θ＞71．11°或θ ＜18.89°踢出足球,都将因射程不足而不能直接射入球门；由于球门高度的限制,θ 角也并非能取71.11°与18.89°之间的任何值．当倾角取值为27.92°＜θ ＜69．92°时,踢出的足球将越过门缘而离去,这时球也不能射入球门．因此可取的角度范围只能是解中的结果．1-22 分析在自然坐标中,s 表示圆周上从某一点开始的曲线坐标．由给定的运动方程s ＝s (t ),对时间t 求一阶、二阶导数,即是沿曲线运动的速度v 和加速度的切向分量a ｔ,而加速度的法向分量为a n ＝v 2 /R ．这样,总加速度为a ＝a ｔe ｔ＋a n e n ．至于质点在t 时间内通过的路程,即为曲线坐标的改变量Δs ＝s t -s 0．因圆周长为2πR,质点所转过的圈数自然可求得．解 (1) 质点作圆周运动的速率为bt ts -==0d d v v 其加速度的切向分量和法向分量分别为b t s a t -==22d d , Rbt R a n 202)(-==v v 故加速度的大小为R )(402222bt b a a a a t tn -+=+=v 其方向与切线之间的夹角为⎥⎦⎤⎢⎣⎡--==Rb bt a a θt n 20)(arctan arctan v (2) 要使｜a ｜＝b ,由b bt b R R=-+4022)(1v 可得 bt 0v = (3) 从t ＝0 开始到t ＝v 0 /b 时,质点经过的路程为bs s s t 2200v =-= 因此质点运行的圈数为bRR s n π4π220v == 1-23 分析首先应该确定角速度的函数关系ω＝kt 2．依据角量与线量的关系由特定时刻的速度值可得相应的角速度,从而求出式中的比例系数k ,ω＝ω(t )确定后,注意到运动的角量描述与线量描述的相应关系,由运动学中两类问题求解的方法(微分法和积分法),即可得到特定时刻的角加速度、切向加速度和角位移．解因ωR ＝v ,由题意ω∝t 2 得比例系数322s rad 2-⋅===Rtt ωk v 所以 22)(t t ωω== 则t ′＝0.5ｓ时的角速度、角加速度和切向加速度分别为12s rad 5.02-⋅='=t ω 2s rad 0.24d d -⋅='==t tωα 2s m 0.1-⋅==R αa t 总加速度 n t t n R ωR αe e a a a 2+=+=()()2222s m 01.1-⋅=+=R ωR αa 在2.0ｓ内该点所转过的角度rad 33.532d 2d 203202200====-⎰⎰t t t t ωθθ 1-24 分析掌握角量与线量、角位移方程与位矢方程的对应关系,应用运动学求解的方法即可得到．解 (1) 由于342t θ+=,则角速度212d d t tθω==．在t ＝2 ｓ时,法向加速度和切向加速度的数值分别为 22s 2s m 30.2-=⋅==ωr a t n 2s2s m 80.4d d -=⋅==t ωr a t t (2) 当22212/t n t a a a a +==时,有223n t a a =,即 ()()422212243t r rt = 得 3213=t 此时刻的角位置为 rad 15.3423=+=t θ (3) 要使t n a a =,则有 ()()422212243t r rt = t ＝0.55ｓ 1-25 分析这是一个相对运动的问题．设雨滴为研究对象,地面为静止参考系Ｓ,火车为动参考系Ｓ′．v 1 为Ｓ′相对Ｓ的速度,v 2 为雨滴相对Ｓ的速度,利用相对运动速度的关系即可解．解以地面为参考系,火车相对地面运动的速度为v 1 ,雨滴相对地面竖直下落的速度为v 2 ,旅客看到雨滴下落的速度v 2′为相对速度,它们之间的关系为1'22v v v += (如图所示),于是可得 1o 12s m 36.575tan -⋅==v v1-26 分析这也是一个相对运动的问题．可视雨点为研究对象,地面为静参考系Ｓ,汽车为动参考系Ｓ′．如图(a)所示,要使物体不被淋湿,在车上观察雨点下落的方向(即雨点相对于汽车的运动速度v 2′的方向)应满足hlαarctan ≥．再由相对速度的矢量关系122v v v -=',即可求出所需车速v 1．解由122v v v -='［图(b)］,有 θθαcos sin arctan 221v v v -= 而要使hlαarctan ≥,则 h l θθ≥-cos sin 221v v v ⎪⎭⎫ ⎝⎛+≥θh θl sin cos 21v v 1-27 分析船到达对岸所需时间是由船相对于岸的速度v 决定的．由于水流速度u 的存在, v 与船在静水中划行的速度v ′之间有v ＝u ＋v ′(如图所示)．若要使船到达正对岸,则必须使v 沿正对岸方向；在划速一定的条件下,若要用最短时间过河,则必须使v 有极大值．解 (1) 由v ＝u ＋v ′可知v'=u αarcsin ,则船到达正对岸所需时间为 s 1005.1cos 3⨯='==αd d t v v (2) 由于αcos v v '=,在划速v ′一定的条件下,只有当α＝0 时, v 最大(即v ＝v ′),此时,船过河时间t ′＝d /v ′,船到达距正对岸为l 的下游处,且有m 100.52⨯='='=v d u t u l 1-28 分析该问题涉及到运动的相对性．如何将已知质点相对于观察者O 的运动转换到相对于观察者O ′的运动中去,其实质就是进行坐标变换,将系O 中一动点(x ,y )变换至系O ′中的点(x ′,y ′)．由于观察者O ′相对于观察者O 作匀速运动,因此,该坐标变换是线性的．解取Oxy 和O ′x ′y ′分别为观察者O 和观察者O ′所在的坐标系,且使Ox 和O ′x ′两轴平行．在t ＝0 时,两坐标原点重合．由坐标变换得x ′＝x - v t ＝v t - v t ＝0 y ′＝y ＝1/2 gt 2加速度 g t y a a y ='='=22d d 由此可见,动点相对于系O ′是在y 方向作匀变速直线运动．动点在两坐标系中加速度相同,这也正是伽利略变换的必然结果．2-1 分析与解当物体离开斜面瞬间,斜面对物体的支持力消失为零,物体在绳子拉力F Ｔ (其方向仍可认为平行于斜面)和重力作用下产生平行水平面向左的加速度a ,如图(b)所示,由其可解得合外力为mg cot θ,故选(D)．求解的关键是正确分析物体刚离开斜面瞬间的物体受力情况和状态特征．2-2 分析与解与滑动摩擦力不同的是,静摩擦力可在零与最大值μF N 范围内取值．当F N 增加时,静摩擦力可取的最大值成正比增加,但具体大小则取决于被作用物体的运动状态．由题意知,物体一直保持静止状态,故静摩擦力与重力大小相等,方向相反,并保持不变,故选(A)．2-3 分析与解由题意知,汽车应在水平面内作匀速率圆周运动,为保证汽车转弯时不侧向打滑,所需向心力只能由路面与轮胎间的静摩擦力提供,能够提供的最大向心力应为μF N ．由此可算得汽车转弯的最大速率应为v ＝μRg ．因此只要汽车转弯时的实际速率不大于此值,均能保证不侧向打滑．应选(C)．2-4 分析与解由图可知,物体在下滑过程中受到大小和方向不变的重力以及时刻指向圆轨道中心的轨道支持力F N 作用,其合外力方向并非指向圆心,其大小和方向均与物体所在位置有关．重力的切向分量(m g cos θ) 使物体的速率将会不断增加(由机械能守恒亦可判断),则物体作圆周运动的向心力(又称法向力)将不断增大,由轨道法向方向上的动力学方程Rmθmg F N 2sin v =-可判断,随θ 角的不断增大过程,轨道支持力F N 也将不断增大,由此可见应选(B)．2-5 分析与解本题可考虑对A 、B 两物体加上惯性力后,以电梯这个非惯性参考系进行求解．此时A 、B 两物体受力情况如图(b)所示,图中a ′为A 、B 两物体相对电梯的加速度,m a ′为惯性力．对A 、B 两物体应用牛顿第二定律,可解得F Ｔ＝5/8 mg ．故选(A)．讨论对于习题2 -5 这种类型的物理问题,往往从非惯性参考系(本题为电梯)观察到的运动图像较为明确,但由于牛顿定律只适用于惯性参考系,故从非惯性参考系求解力学问题时,必须对物体加上一个虚拟的惯性力．如以地面为惯性参考系求解,则两物体的加速度a A 和a B 均应对地而言,本题中a A 和a B 的大小与方向均不相同．其中aA 应斜向上．对a A 、a B 、a 和a ′之间还要用到相对运动规律,求解过程较繁．有兴趣的读者不妨自己尝试一下．2-6 分析动力学问题一般分为两类：(1) 已知物体受力求其运动情况；(2) 已知物体的运动情况来分析其所受的力．当然,在一个具体题目中,这两类问题并无截然的界限,且都是以加速度作为中介,把动力学方程和运动学规律联系起来．本题关键在列出动力学和运动学方程后,解出倾角与时间的函数关系α＝f (t ),然后运用对t 求极值的方法即可得出数值来．解取沿斜面为坐标轴Ox ,原点O 位于斜面顶点,则由牛顿第二定律有 ma αmg μαmg =-cos sin (1)又物体在斜面上作匀变速直线运动,故有()22cos sin 2121cos t αμαg at αl -== 则 ()αμααg l t cos sin cos 2-= (2)为使下滑的时间最短,可令0d d =αt ,由式(2)有 ()()0sin cos cos cos sin sin =-+--αμαααμαα 则可得 μα12tan -=,o 49=α 此时 ()s 99.0cos sin cos 2=-=αμααg l t2-7 分析预制板、吊车框架、钢丝等可视为一组物体．处理动力学问题通常采用“隔离体”的方法,分析物体所受的各种作用力,在所选定的惯性系中列出它们各自的动力学方程．根据连接体中物体的多少可列出相应数目的方程式．结合各物体之间的相互作用和联系,可解决物体的运动或相互作用力．解按题意,可分别取吊车(含甲、乙)和乙作为隔离体,画示力图,并取竖直向上为Oy 轴正方向(如图所示)．当框架以加速度a 上升时,有F Ｔ -(m1 ＋m 2 )g ＝(m 1 ＋m 2 )a (1) ,F N2 - m 2 g ＝m 2 a (2)解上述方程,得F Ｔ＝(m 1 ＋m 2 )(g ＋a) (3) F N2 ＝m 2 (g ＋a) (4)(1) 当整个装置以加速度a ＝10 m ·ｓ-2上升时,由式(3)可得绳所受张力的值为 F Ｔ＝5.94 ×103 N乙对甲的作用力为 F ′N2 ＝-F N2 ＝-m 2 (g ＋a) ＝-1.98 ×103N(2) 当整个装置以加速度a ＝1 m ·ｓ-2 上升时,得绳张力的值为F Ｔ＝3.24 ×103 N此时,乙对甲的作用力则为 F ′N2 ＝-1.08 ×103 N由上述计算可见,在起吊相同重量的物体时,由于起吊加速度不同,绳中所受张力也不同,加速度大,绳中张力也大．因此,起吊重物时必须缓慢加速,以确保起吊过程的安全．2-8 分析该题为连接体问题,同样可用隔离体法求解．分析时应注意到绳中张力大小处处相等是有条件的,即必须在绳的质量和伸长可忽略、滑轮与绳之间的摩擦不计的前提下成立．同时也要注意到张力方向是不同的．解分别对物体和滑轮作受力分析［图(b)］．由牛顿定律分别对物体A 、B 及滑轮列动力学方程,有 m A g -F Ｔ＝m A a (1) F ′Ｔ1 -F ｆ＝m B a ′ (2)F ′Ｔ -2F Ｔ1 ＝0 (3)考虑到m A ＝m B ＝m , F Ｔ＝F ′Ｔ , F Ｔ1 ＝F ′Ｔ1 ,a ′＝2a ,可联立解得物体与桌面的摩擦力()N a m m mg F 2724f .=+-= 讨论动力学问题的一般解题步骤可分为：(1) 分析题意,确定研究对象,分析受力,选定坐标；(2) 根据物理的定理和定律列出原始方程组；(3) 解方程组,得出文字结果；(4) 核对量纲,再代入数据,计算出结果来．2-9 分析当木块B 平稳地轻轻放至运动着的平板A 上时,木块的初速度可视为零,由于它与平板之间速度的差异而存在滑动摩擦力,该力将改变它们的运动状态．根据牛顿定律可得到它们各自相对地面的加速度．换以平板为参考系来分析,此时,木块以初速度-v ′(与平板运动速率大小相等、方向相反)作匀减速运动,其加速度为相对加速度,按运动学公式即可解得．该题也可应用第三章所讲述的系统的动能定理来解．将平板与木块作为系统,该系统的动能由平板原有的动能变为木块和平板一起运动的动能,而它们的共同速度可根据动量定理求得．又因为系统内只有摩擦力作功,根据系统的动能定理,摩擦力的功应等于系统动能的增量．木块相对平板移动的距离即可求出．。