大学物理学_第二版_第1-3章习题解答3

大学物理学习题答案

习题一答案 习题一

1.1 简要回答下列问题：

(1) 位移和路程有何区别？在什么情况下二者的量值相等？在什么情况下二者的量值不相

等？

(2) 平均速度和平均速率有何区别？在什么情况下二者的量值相等？

(3) 瞬时速度和平均速度的关系和区别是什么？瞬时速率和平均速率的关系和区别又是什

么？

(4) 质点的位矢方向不变，它是否一定做直线运动？质点做直线运动，其位矢的方向是否一

定保持不变？

(5) r ∆ 和r ∆ 有区别吗？v ∆ 和v ∆

有区别吗？0dv dt

= 和0d v dt = 各代表什么运动？ (6) 设质点的运动方程为：()x x t =，()y y t =，在计算质点的速度和加速度时，有人先求

出r =

dr v dt = 及 22d r

a dt

=

而求得结果；又有人先计算速度和加速度的分量，再合成求得结果，即

v = 及 a =

你认为两种方法哪一种正确？两者区别何在？

(7) 如果一质点的加速度与时间的关系是线性的，那么，该质点的速度和位矢与时间的关系是否也是线性的？

(8) “物体做曲线运动时，速度方向一定在运动轨道的切线方向，法向分速度恒为零，因此

其法向加速度也一定为零.”这种说法正确吗？

(9) 任意平面曲线运动的加速度的方向总指向曲线凹进那一侧，为什么？

(10) 质点沿圆周运动，且速率随时间均匀增大，n a 、t a 、a 三者的大小是否随时间改变？ (11) 一个人在以恒定速度运动的火车上竖直向上抛出一石子，此石子能否落回他的手中？如果石子抛出后，火车以恒定加速度前进，结果又如何？

1.2 一质点沿x 轴运动，坐标与时间的变化关系为224t t x -=，式中t x ,分别以m 、s 为单位，试计算：(1)在最初s 2内的位移、平均速度和s 2末的瞬时速度；(2)s 1末到s 3末的平均加速度；(3)s 3末的瞬时加速度。

解：

(1) 最初s 2内的位移为为： (2)(0)000(/)x x x m s ∆=-=-= 最初s 2内的平均速度为： 0

0(/)2

ave x v m s t ∆=

==∆ t 时刻的瞬时速度为：()44dx

v t t dt

=

=- s 2末的瞬时速度为：(2)4424/v m s =-⨯=-

(2) s 1末到s 3末的平均加速度为：2(3)(1)804/22

ave v v v a m s t ∆---=

===-∆ (3) s 3末的瞬时加速度为：2(44)4(/)dv d t a m s dt dt

-===-。 1.3 质点作直线运动，初速度为零，初始加速度为0a ，质点出发后，每经过τ时间，加速度均匀增加b 。求经过t 时间后，质点的速度和位移。

解: 由题意知，加速度和时间的关系为

0b

a a t τ

=+

利用dv adt =，并取积分得

000v t

b dv a t dv τ⎛

⎫=+ ⎪⎝

⎭⎰⎰，202b v a t t τ=+ 再利用dx vdt =，并取积分[设0t =时00x =]得

x t

x dx vdt =⎰⎰，23

0126b x a t t τ∆=+ 1.4 一质点从位矢为(0)4r j = 的位置以初速度(0)4v i =

开始运动，其加速度与时间的关系

为(3)2a t i j =-

.所有的长度以米计，时间以秒计.求：

（1）经过多长时间质点到达x 轴；

（2）到达x 轴时的位置。 解： 20

3()(0)()4(2)2t

v t v a t dt t i t j ⎛

⎫=+

=+- ⎪⎝

⎭⎰

()()32

01()(0)442t r t r v t dt t t i t j ⎛⎫=+=++- ⎪⎝

⎭⎰

（1） 当2

40t -=，即2t s =时，到达x 轴。

（2） 2t s =时到达x 轴的位矢为 ：(2)12r i =

即质点到达x 轴时的位置为12,0x m y ==。

1.5 一质点沿x 轴运动，其加速度与坐标的关系为2

a x ω=-，式中ω为常数，设0=t 时刻

的质点坐标为0x 、速度为0v ，求质点的速度与坐标的关系。

解：按题意 222d x

x dt

ω=- 由此有 dx dv

v dt dx dx dv dt dv dt

x d x ====-2

22

ω， 即 xdx vdv 2

ω-=， 两边取积分 ⎰⎰

-=x

x v

v xdx vdv 0

2ω，

得

2022

1

2221202122

1

x x v v ωω+-=-

由此给出 v =±，2

02

02x v A +⎪⎭

⎫ ⎝⎛=ω

1.6 一质点的运动方程为k t j t i t r

++=24)(，式中r ，t 分别以m 、s 为单位。试求：

(1) 质点的速度与加速度；(2) 质点的轨迹方程。

解：(1) 速度和加速度分别为： (8)dr

v t j k dt ==+ ， j dt

v d a 8== (2) 令k z j y i x t r ++=)(，与所给条件比较可知 1=x ，2

4t y =，t z =

所以轨迹方程为：21,4x y z ==。

1.7 已知质点作直线运动，其速度为2

1

3()v t t ms -=-，求质点在0~4s 时间内的路程。 解: 在求解本题中要注意：在0~4s 时间内，速度有时大于零，有时小于零，因而运动出

现往返。如果计算积分4

vdt ⎰，则求出的是位移而不是路程。求路程应当计算积分4

v dt ⎰

。

令2

30v t t =-=，解得3t s =。由此可知：3t ，v v =； 3t =s 时，0v =；

而3t >s 时，0v <，v v =-。因而质点在0~4s 时间内的路程为 ()()4

3

4

3

4

2

2

3

3

()33s v dt vdt v dt t t dt t t dt =

=+-=---⎰⎰⎰⎰⎰