大学物理力学作业分析(3)
大学物理(力学)试卷附问题详解
大 学 物 理（力学）试 卷一、选择题（共27分） 1．（本题3分）如图所示，A 、B 为两个相同的绕着轻绳的定滑轮．A 滑轮挂一质量为M 的物体，B 滑轮受拉力F ，而且F ＝Mg ．设A 、B 两滑轮的角加速度分别为A 和B ，不计滑轮轴的摩擦，则有 (A) A ＝B ． (B) A ＞B ． (C)A ＜B ．(D) 开始时A ＝B ，以后A ＜B ． ［］2．（本题3分）几个力同时作用在一个具有光滑固定转轴的刚体上，如果这几个力的矢量和为零，则此刚体(A) 必然不会转动． (B) 转速必然不变．(C) 转速必然改变． (D) 转速可能不变，也可能改变． ［ ］ 3．（本题3分）关于刚体对轴的转动惯量，下列说法中正确的是 （A ）只取决于刚体的质量,与质量的空间分布和轴的位置无关． （B ）取决于刚体的质量和质量的空间分布，与轴的位置无关． （C ）取决于刚体的质量、质量的空间分布和轴的位置．（D ）只取决于转轴的位置，与刚体的质量和质量的空间分布无关． ［ ］ 4．（本题3分）一轻绳跨过一具有水平光滑轴、质量为M 的定滑轮，绳的两端分别悬有质量为m 1和m 2的物体(m 1＜m 2)，如图所示．绳与轮之间无相对滑动．若某时刻滑轮沿逆时针方向转动，则绳中的张力 (A) 处处相等． (B) 左边大于右边．(C) 右边大于左边． (D) 哪边大无法判断． ［ ］ 5．（本题3分）将细绳绕在一个具有水平光滑轴的飞轮边缘上，现在在绳端挂一质量为m 的重物，飞轮的角加速度为．如果以拉力2mg 代替重物拉绳时，飞轮的角加速度将 (A) 小于． (B) 大于，小于2．(C) 大于2． (D) 等于2． ［ ］6．（本题3分）AMBFm 2 m 1O花样滑冰运动员绕通过自身的竖直轴转动，开始时两臂伸开，转动惯量为J 0，角速度为0．然后她将两臂收回，使转动惯量减少为31J 0．这时她转动的角速度变为 (A) 310．(B) ()3/10． (C)30． (D) 30．［ ］7．（本题3分）关于力矩有以下几种说法：(1) 对某个定轴而言，内力矩不会改变刚体的角动量． (2) 作用力和反作用力对同一轴的力矩之和必为零．(3) 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等．在上述说法中，(A) 只有(2) 是正确的． (B) (1) 、(2) 是正确的． (C) (2) 、(3) 是正确的．(D) (1) 、(2) 、(3)都是正确的． ［ ］ 8．（本题3分）一圆盘正绕垂直于盘面的水平光滑固定轴O 转动，如图射来两个质量相同，速度大小相同，方向相反并在一条直线上的子弹，子弹射入圆盘并且留在盘内，则子弹射入后的瞬间，圆盘的角速度(A) 增大． (B) 不变． (C) 减小． (D) 不能确定． ［ ］ 9．（本题3分）质量为m 的小孩站在半径为R 的水平平台边缘上．平台可以绕通过其中心的竖直光滑固定轴自由转动，转动惯量为J ．平台和小孩开始时均静止．当小孩突然以相对于地面为v的速率在台边缘沿逆时针转向走动时，则此平台相对地面旋转的角速度和旋转方向分别为OMmm(A) ⎪⎭⎫ ⎝⎛=R J mR v 2ω，顺时针． (B) ⎪⎭⎫⎝⎛=R J mR v 2ω，逆时针．(C) ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=R mR J mR v 22ω，顺时针． (D) ⎪⎭⎫⎝⎛+=R mR J mR v 22ω，逆时针． ［ ］ 二、填空题（共25分） 10．（本题3分）半径为20 cm 的主动轮，通过皮带拖动半径为50 cm 的被动轮转动，皮带与轮之间无相对滑动．主动轮从静止开始作匀角加速转动．在4 s 内被动轮的角速度达到8πrad ·s -1，则主动轮在这段时间内转过了________圈． 11．（本题5分）绕定轴转动的飞轮均匀地减速，t ＝0时角速度为0＝5 rad / s ，t ＝20 s时角速度为= 0.80，则飞轮的角加速度＝______________，t ＝0到 t ＝100 s 时间内飞轮所转过的角度＝___________________．12．（本题4分）半径为30 cm 的飞轮，从静止开始以0.50 rad ·s -2的匀角加速度转动，则飞轮边缘上一点在飞轮转过240°时的切向加速度a t ＝________，法向加速度a n ＝_______________． 13．（本题3分）一个作定轴转动的物体，对转轴的转动惯量为J ．正以角速度0＝10rad ·s -1匀速转动．现对物体加一恒定制动力矩 M ＝－0.5 N ·m ，经过时间t ＝5.0 s 后，物体停止了转动．物体的转动惯量J ＝__________． 14．（本题3分）一飞轮以600 rev/min 的转速旋转，转动惯量为2.5 kg ·m 2，现加一恒定的制动力矩使飞轮在1 s 内停止转动，则该恒定制动力矩的大小M ＝_________． 15．（本题3分）质量为m 、长为l 的棒，可绕通过棒中心且与棒垂直的竖直光滑固定轴O 在水平面内自由转动(转动惯量J ＝m l 2 / 12)．开始时棒静止，现有一子弹，质量也是m ，在水平面内以速度v 0垂直射入棒端并嵌在其中．则子弹嵌入后棒的角速度＝_____________________．16．（本题4分）在一水平放置的质量为m 、长度为l 的均匀细杆上，套着一质量也为m 的套管B (可看作质点)，套管用细线拉住，它到竖直的光滑固定轴OO ＇的距离为l 21，杆和套管所组成的系统以角速度0绕OO ＇轴转动，如图所示．若在转动过程中细线被拉断，套管将沿着杆滑动．在套管滑动过程中，该系统转动的角速度与套管离轴的距离xmml0v ϖ俯视图的函数关系为_______________．(已知杆本身对OO ＇轴的转动惯量为231ml )三、计算题（共38分） 17．（本题5分）如图所示，一圆盘绕通过其中心且垂直于盘面的转轴，以角速度作定轴转动，A 、B 、C 三点与中心的距离均为r ．试求图示A 点和B 点以及A 点和C 点的速度之差B A v v ϖϖ-和C A v v ϖϖ-．如果该圆盘只是单纯地平动，则上述的速度之差应该如何？ 18．（本题5分）一转动惯量为J 的圆盘绕一固定轴转动，起初角速度为0．设它所受阻力矩与转动角速度成正比，即M ＝－k (k 为正的常数)，求圆盘的角速度从0变为021ω时所需的时间．19．（本题10分）一轻绳跨过两个质量均为m 、半径均为r 的均匀圆盘状定滑轮，绳的两端分别挂着质量为m 和2m 的重物，如图所示．绳与滑轮间无相对滑动，滑轮轴光滑．两个定滑轮的转动惯量均为221mr ．将由两个定滑轮以及质量为m 和2m 的重物组成的系统从静止释放，求两滑轮之间绳内的张力． 20．（本题8分）如图所示，A 和B 两飞轮的轴杆在同一中心线上，设两轮的转动惯量分别为 J ＝10 kg ·m 2 和 J ＝20 kg ·m 2．开始时，A 轮转速为600 rev/min ，B 轮静止．C 为摩擦啮合器，其转动惯量可忽略不计．A 、B 分别与C 的左、右两个组件相连，当C 的左右组件啮合时，B 轮得到加速而A 轮减速，直到两轮的转速相等为止．设轴光滑，求：BCAωmω0l l 21mm,r m2mm,rABCωA(1) 两轮啮合后的转速n ； (2) 两轮各自所受的冲量矩．21．（本题10分）空心圆环可绕光滑的竖直固定轴AC 自由转动，转动惯量为J 0，环的半径为R ，初始时环的角速度为0．质量为m 的小球静止在环内最高处A 点，由于某种微小干扰，小球沿环向下滑动，问小球滑到与环心O 在同一高度的B 点和环的最低处的C 点时，环的角速度及小球相对于环的速度各为多大?(设环的内壁和小球都是光滑的，小球可视为质点，环截面半径r <<R.) 回答问题（共10分） 22．（本题5分）绕固定轴作匀变速转动的刚体，其上各点都绕转轴作圆周运动．试问刚体上任意一点是否有切向加速度？是否有法向加速度？切向加速度和法向加速度的大小是否变化？理由如何？ 23．（本题5分）一个有竖直光滑固定轴的水平转台．人站立在转台上，身体的中心轴线与转台竖直轴线重合，两臂伸开各举着一个哑铃．当转台转动时，此人把两哑铃水平地收缩到胸前．在这一收缩过程中，(1) 转台、人与哑铃以及地球组成的系统机械能守恒否？为什么？ (2) 转台、人与哑铃组成的系统角动量守恒否？为什么？ (3) 每个哑铃的动量与动能守恒否？为什么？大 学 物 理（力学） 试 卷 解 答一、选择题（共27分）C D C C C D B C A 二、填空题（共25分） 10．（本题3分）20 参考解： r 11＝r 22 ,1 = 1 / t 1 , 1＝21121t β 21211412ωθr r n π=π=4825411⨯π⨯⨯π=t =20 rev 11．（本题5分）－0.05 rad ·s -2 （3分）250 rad （2分） 12．（本题4分）0.15 m ·s -2（2分）1.26 m ·s -2（2分）R A ω0BC参考解： a t =R ·=0.15 m/s 2 a n =R 2=R ·2=1.26 m/s 213．（本题3分）0.25 kg ·m 2（3分） 14．（本题3分）157N ·m （3分） 15．（本题3分）3v 0/(2l )16．（本题4分）()2202347xl l +ω三、计算题（共38分） 17．（本题5分）解：由线速度r ϖϖϖ⨯=ωv 得A 、B 、C 三点的线速度ωr C B A ===v v v ϖϖϖ 1分各自的方向见图．那么，在该瞬时 ωr A B A 22==-v v v ϖϖϖ＝45° 2分同时 ωr A C A 22==-v v v ϖϖϖ方向同A v ϖ． 1分平动时刚体上各点的速度的数值、方向均相同，故0=-=-C A B A v v v v ϖϖϖϖ 1分［注］此题可不要求叉积公式，能分别求出 A v ϖ、B v ϖ的大小，画出其方向即可． 18．（本题5分） 解：根据转动定律：J d / d t = -k∴t Jkd d -=ωω2分 两边积分： ⎰⎰-=t t Jk 02/d d 100ωωωω得ln2 = kt / J∴ t ＝(J ln2) / k 3分19．(本题10分)θ BC AωB v ϖC v ϖA v ϖB v ϖ－A v ϖB v v A ϖϖ－ -C v ϖ A v ϖ解：受力分析如图所示． 2分 2mg －T 1＝2ma 1分T 2－mg ＝ma 1分T 1 r －T r ＝β221mr 1分 T r －T 2 r ＝β221mr 1分a ＝r2分解上述5个联立方程得： T ＝11mg / 8 2分20．（本题8分）解：(1) 选择A 、B 两轮为系统，啮合过程中只有内力矩作用，故系统角动量守恒1分 J AA ＋J BB = (J A ＋J B )， 2分又B ＝0得 J A A / (J A ＋J B ) = 20.9 rad / s转速 ≈n 200 rev/min 1分(2) A 轮受的冲量矩⎰t MAd = J A (-A ) = -4.19×10 2 N ·m ·s 2分负号表示与A ωϖ方向相反．B 轮受的冲量矩⎰t MBd = J B ( - 0) = 4.19×102 N ·m ·s 2分方向与A ωϖ相同． 21．（本题10分）解：选小球和环为系统．运动过程中所受合外力矩为零，角动量守恒．对地球、小球和环系统机械能守恒．取过环心的水平面为势能零点．两个守恒及势能零点各1分，共3分小球到B 点时： J 00＝(J 0＋mR 2)① 1分()22220200212121BR m J mgR J v ++=+ωωω ② 2分 式中v B 表示小球在B 点时相对于地面的竖直分速度，也等于它相对于环的速度．由式①得：＝J 0/ (J 0 + mR 2)1分代入式②得222002J mR RJ gR B ++=ωv 1分当小球滑到C 点时，由角动量守恒定律，系统的角速度又回复至0，又由机械能守恒定律知，小球在C 的动能完全由重力势能转换而来．即：()R mg m C 2212=v , gR C 4=v 2分四、问答题（共10分）m 2m βT 2 2P ϖ1P ϖTa T 1a22．（本题5分）答：设刚体上任一点到转轴的距离为r，刚体转动的角速度为ω，角加速度为β，则由运动学关系有：切向加速度a t＝rβ1分法向加速度a n＝rω21分对匀变速转动的刚体来说β＝dω/d t＝常量≠0，因此dω＝βd t≠0，ω随时间变化，即ω＝ω(t)．1分所以，刚体上的任意一点，只要它不在转轴上（r≠0），就一定具有切向加速度和法向加速度．前者大小不变，后者大小随时间改变．2分（未指出r≠0的条件可不扣分）23．（本题5分）答：(1) 转台、人、哑铃、地球系统的机械能不守恒．1分因人收回二臂时要作功，即非保守内力的功不为零，不满足守恒条件．1分(2) 转台、人、哑铃系统的角动量守恒．因系统受的对竖直轴的外力矩为零．1分(3) 哑铃的动量不守恒，因为有外力作用．1分哑铃的动能不守恒，因外力对它做功．1分刚体题一选择题1．（本题3分，答案：C；09B）一轻绳跨过一具有水平光滑轴、质量为M的定滑轮，绳的两端分别悬有质量为m1和m2的物体(m1＜m2)，如图所示．绳与轮之间无相对滑动．若某时刻滑轮沿逆时针方向转动，则绳中的张力(A) 处处相等．(B) 左边大于右边．(C) 右边大于左边．(D) 哪边大无法判断．2．（本题3分，答案：D；09A）花样滑冰运动员绕通过自身的竖直轴转动，开始时两臂伸开，转动惯量为J0，角速度为0．然后她将两臂收回，使转动惯量减少为31J．这时她转动的角速度变为(A)31．(B) ()3/10．m2m1O(C) 30．(D) 3 0．3.( 本题3分，答案：A，08A）1.均匀细棒OA可绕通过其一端O而与棒垂直的水平固定光滑轴转动，如图所示，今使棒从水平位置由静止开始自由下落，在棒摆动到竖立位置的过程中，下述说法哪一种是正确的？(A) 角速度从小到大，角加速度从大到小.O A(B) 角速度从小到大，角加速度从小到大.(C) 角速度从大到小，角加速度从大到小.(D) 角速度从大到小，角加速度从小到大.二、填空题1（本题4分，08A, 09B）一飞轮作匀减速运动，在5s内角速度由40πrad/s减少到10πrad/s，则飞轮在这5s内总共转过了圈，飞轮再经的时间才能停止转动。
大学物理作业(解答)
《大学物理III 》课后作业（解答）第一部分：力学简答题：1. 用文字描述牛顿第一定律。
它的另一个名称是什么？解答：任何物体在不受外力作用时，将保持静止或匀速直线运动状态。
另一个名称是“惯性定律”。
2．用文字描述牛顿第三定律。
作用力和反作用力有什么特点？解答：当物体A 以力1作用在物体B 上时，B 同时也有力2作用在A 上，这两个力大小相等，方向相反，在同一条直线上，即12-=。
作用力和反作用力有如下三个特点：（1）它们成对出现，关系一一对应；（2）它们分别作用在两个不同物体上，因而不是一对平衡力；（3）它们的性质相同，比如同为引力、摩擦力、弹力，等等。
3．假设雨滴从1000米的高空云层中落到地面。
请问可否用自由落体运动描述雨滴的运动？并简述理由。
解答：不能。
如果我们用自由落体运动来描述雨滴运动（即忽略空气阻力），那么雨滴从1000米高空落到地面时，它的速度将达到m/s 1402==gH v ！这个速度已经达到普通手枪的子弹出射速度，足以对地面上的人畜造成致命伤害。
而生活经验告诉我们，雨滴落到我们头上并不会造成严重伤害，所以它落到地面的速度远远小于140m/s 。
事实上，因为空气阻力的存在（通常跟雨滴的速度大小成正比），雨滴将有一个收尾速度，它落到地面时做匀速直线运动，速度约为10-20m/s ，不会对地面生物造成致命伤害。
4．用文字描述质点系的动量守恒定律。
解答：当一个质点系所受合外力为零时，系统内各质点间动量可以交换，但系统的总动量保持不变。
5. 如图，一根质量为m 、长l 的刚性杆子竖直悬挂，顶点固定在天花板O 点，杆子可绕O 点自由转动。
一个质量也为m 的物块（质点）以水平速度0v跟杆子的下端碰撞，并粘在一起。
在这个碰撞过程中，物体和杆子组成系统的动量是否守恒？角动量是否守恒？并简述理由。
解答：动量不守恒，因为在碰撞瞬间物体和杆子系统在O 点受到很大外力，其产生的冲量不可忽略；角动量守恒，因为系统所受一切力的对O 点力矩为零，包括上述的巨大外力。
大物习题解答-大学物理习题答案(许瑞珍_贾谊明)-第3章 刚体力学
第三章 刚体力学3－1 一通风机的转动部分以初角速度ω0绕其轴转动，空气的阻力矩与角速度成正比，比例系数C 为一常量。
若转动部分对其轴的转动惯量为J ，问：（1）经过多少时间后其转动角速度减少为初角速度的一半？（2）在此时间内共转过多少转？ 解：（1）由题可知：阻力矩ωC M -=，又因为转动定理 dtd JJ M ωβ== dtd JC ωω=-∴ dt JC d t ⎰⎰-=∴00ωωωω t JC-=0lnωω t JCe-=0ωω当021ωω=时，2ln CJt =。
（2）角位移⎰=tdt 0ωθ⎰-=2ln 00C J t JC dt eωCJ 021ω=，所以，此时间内转过的圈数为CJ n πωπθ420==。
3－2 质量面密度为σ的均匀矩形板，试证其对与板面垂直的，通过几何中心的轴线的转动惯量为)(1222b a ab J +σ=。
其中a ，b 为矩形板的长，宽。
证明一：如图，在板上取一质元dxdy dm σ=，对与板面垂直的、通过几何中心的轴线的转动惯量为 dm r dJ ⎰=2dxdy y x a a b b σ⎰⎰--+=222222)()(1222b a ab +=σ证明二：如图，在板上取一细棒bdx dm σ=，对通过细棒中心与棒垂直的转动轴的转动惯量为2121b dm ⋅，根据平行轴定理，对与板面垂直的、通过几何中心的轴线的转动惯量为22)2(121x adm b dm dJ -+⋅=dx x ab dx b 23)2(121-+=σσ 33121121ba a b dJ J σσ+==∴⎰)(1222b a ab +=σ3-3 如图3-28所示，一轻绳跨过两个质量为m 、半径为r 的均匀圆盘状定滑轮，绳的两端分别挂着质量为m 2和m 的重物，绳与滑轮间无相对滑动，滑轮轴光滑，求重物的加速度和各段绳中的张力。
解：受力分析如图ma T mg 222=- （1） ma mg T =-1 （2） βJ r T T =-)(2 （3） βJ r T T =-)(1 （4）βr a =，221mr J =(5) 联立求出g a 41=， mg T 811=，mg T 451=，mg T 232=3-4 如图3-29所示，一均匀细杆长为L ，质量为m ，平放在摩擦系数为μ的水平桌面上，设开始时杆以角速度0ω绕过细杆中心的竖直轴转动，试求：（1）作用于杆的摩擦力矩；（2）经过多长时间杆才会停止转动。
《大学物理AI》作业 No.03 角动量、角动量守恒(参考解答)
为为零零。；（（bc））不不正正确确； ；角当动参量考还点与不参在考运点动的直选线择上有时关，，质只点要相参对考于点参不考选点在的运位动矢直r 是线在上变，化角动的量，就因可此能角不动
量
L
r
mv
也是会变化的；（d）不正确；作匀速率圆周运动的物体，其合外力指向圆心，属于有心
力，以圆心为参考点，质点的角动量守恒，角动量大小和方向都不改变。
端的水平轴在竖直平面内自由摆动，现将棒由水平位置静止释放，求：
（1）细棒和小球绕 A 端的水平轴的转动惯量，
A
B
（2）当下摆至 角时，细棒的角速度。
m
解：（1） J
J1
J2
ml 2
1 ml 2 3
4 ml 2 3
（2）根据转动定理： M
J
d dt
J
d d
d dt
J
d d
1、理解质点、质点系、定轴转动刚体的角动量的定义及其物理意义； 2、理解转动惯量、力矩的概念，会进行相关计算； 3、熟练掌握刚体定轴转动定律，会计算涉及转动的力学问题； 4、理解角冲量（冲量矩）概念，掌握质点、质点系、定轴转动刚体的角动量定理，熟练进行有关计算； 5、掌握角动量守恒的条件，熟练应用角动量守恒定律求解有关问题。
大学物理 第1-3章 经典力学部分归纳总结
运用
分
和
dv dv dx dv a= = ⋅ =v dt dx dt dx
3
知识点回顾
第二章 质点动力学
2、牛顿三定律？ 、牛顿三定律？
r ∑Fi = ma
i →
—— 为什么动？ 为什么动？ 力？
功是能量交换或转换的一种度量
v v 2、变力作功 、 元功： 元功： dW = F ⋅ dr = Fds cosθ b b v v b W = ∫ F cosθ ds = ∫ F ⋅ dr = ∫ (Fxdx + Fy dy + Fz dz)
a( L) a( L) a( L)
3、功率 、
v v dW F ⋅ dr v v P= = = F ⋅ v = Fv cosθ dt dt
隔离木块a在水平方向绳子张力t和木块b施于的摩擦力?根据牛顿第二定律列出木块a的运动方程?同样隔离木块b分析它在水平方向受力情况列出它的运动方程为17一个质量为m的梯形物体块置于水平面上另一质量为m的小物块自斜面顶端由静止开始下滑接触面间的摩擦系数均忽略不计图中hh均为已知试求m与m分离时m相对水平面的速度及此时m相对于m的速度
15
•解：以地面为参考系。隔离木块A，在水平方向 解 以地面为参考系。隔离木块 ， 绳子张力T 和木块B施于的摩擦力 绳子张力 和木块 施于的摩擦力
v t2 v v v v v 动量定理： 动量定理： I = ∫ ∑ F dt = ∑ p2 − ∑ p1 = ∑ mv2 − ∑ mv1
t1
v v v v 角动量定理： 角动量定理： M ⋅ dt = dL = d ( r × mv )
大学物理力学一、二章作业答案-一质点的运动方程为x=cos2
第一章质点运动学一、选择题1、一质点在xoy 平面内运动，其运动方程为x2，式中 a、、at , y b ct b c 均为常数。
当运动质点的运动方向与x 轴成 450角时，它的速率为 [ B ] 。
A． a；B．2a；C． 2c；D．a24c 2。
2、设木块沿光滑斜面从下端开始往上滑动，然后下滑，则表示木块速度与时间关系的曲线是图 1-1 中的 [ D ]。
v v v vt t t tA B C D图1-13、一质点的运动方程是r R cos ti Rsin tj ，R、为正常数。
从t＝/到 t=2/ 时间内该质点的路程是[ B]。
A ．2R；B．R；C． 0；D．R。
4、质量为 0.25kg 的质点，受F t i(N) 的力作用， t=0 时该质点以v =2 j m/s 的速度通过坐标原点，该质点任意时刻的位置矢量是[B]。
A ． 2 t2i +2j m；B． 2 t3i2tj m；3C．3t4 i2t 3 j ；D．条件不足，无法确定。
43二、填空题1、一质点沿 x 轴运动，其运动方程为x52t t 2（x以米为单位，t以秒为单位）。
质点的初速度为2m/s，第 4 秒末的速度为-6m/s，第 4 秒末的加速度为2。
-2m/s2、一质点以（m/s）的匀速率作半径为5m的圆周运动。
该质点在5s 内的平均速度的大小为2m/s，平均加速度的大小为2m / s2。
53、一质点沿半径为 0.1m的圆周运动，其运动方程为2t 2（式中的θ以弧度计，t以秒计），质点在第一秒末的速度为0.2m/s，切向加速度为0.2m/s2。
4、一质点沿半径1m的圆周运动，运动方程为θ=2+3t 3，其中θ以弧度计，t 以秒计。
T=2s时质点的切向加速度为36m/s 2；当加速度的方向和半径成45o 角时角位移是3rad 。
85、飞轮半径 0.4m ，从静止开始启动，角加速度β=0.2rad/s 2。
t=2s 时边缘各点的速度为0.16m/s ，加速度为 0.102m/s 2。
力学实践作业心得体会
一、引言力学作为物理学的基础学科，对于培养学生的科学素养和实际操作能力具有重要意义。
在大学期间，我们学习了大量的力学理论知识，但理论知识的学习并不能完全代替实践。
通过力学实践作业，我深刻体会到了理论与实践相结合的重要性，以下是我对力学实践作业的一些心得体会。
二、实践作业的内容与过程1. 实践作业的内容本次力学实践作业主要包括以下几个方面：力的合成与分解、牛顿运动定律的应用、功与能的计算、转动动力学、振动与波动等。
2. 实践作业的过程（1）预习：在实践作业开始前，我首先查阅了相关资料，了解了实验原理、实验步骤和注意事项。
（2）实验：在实验过程中，我严格按照实验步骤进行操作，认真观察实验现象，并记录实验数据。
（3）数据处理：将实验数据进行分析和处理，得出实验结果。
（4）撰写实验报告：在实验报告中对实验过程、实验结果、实验结论进行分析和总结。
三、实践作业的心得体会1. 理论与实践相结合的重要性通过力学实践作业，我深刻体会到了理论与实践相结合的重要性。
在实验过程中，我发现理论知识与实际操作之间存在一定的差距，只有将理论知识与实际操作相结合，才能更好地理解和掌握力学知识。
2. 培养实际操作能力力学实践作业不仅有助于我们掌握理论知识，还能提高我们的实际操作能力。
在实验过程中，我学会了如何使用实验仪器、如何观察实验现象、如何处理实验数据等，这些能力对于今后从事科学研究或工程实践具有重要意义。
3. 培养科学素养力学实践作业要求我们严谨、细致、认真，这些品质对于培养我们的科学素养具有重要作用。
在实验过程中，我学会了如何发现问题、分析问题、解决问题，这些能力将对我今后的学习和工作产生积极影响。
4. 团队合作意识在力学实践作业中，我们需要与同学进行合作，共同完成实验任务。
这使我认识到了团队合作的重要性，学会了如何与他人沟通、协调，提高了我的团队协作能力。
5. 增强学习兴趣力学实践作业使我对力学产生了浓厚的兴趣。
在实验过程中，我感受到了力学知识的魅力，从而激发了我进一步学习力学的动力。
大学物理---力学部分练习题及答案解析
大学物理---力学部分练习题及答案解析一、选择题1、某质点作直线运动的运动学方程为x ＝3t -5t 3+ 6 (SI)，则该质点作(A) 匀加速直线运动，加速度沿x 轴正方向．(B) 匀加速直线运动，加速度沿x 轴负方向．(C) 变加速直线运动，加速度沿x 轴正方向．(D) 变加速直线运动，加速度沿x 轴负方向． ［ D ］2、一质点沿x 轴作直线运动，其v t 曲线如图所示，如t =0时，质点位于坐标原点，则t = 4.5 s 时，质点在x 轴上的位置为(A) 5m ． (B) 2m ．(C) 0． (D)2 m ． (E) 5 m.［ B ］3、 一质点在平面上运动，已知质点位置矢量的表示式为 j bt i at r 22+=（其中a 、b 为常量）, 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． ［ B ］4、一质点在x 轴上运动，其坐标与时间的变化关系为x =4t-2t 2，式中x 、t 分别以m 、s为单位，则4秒末质点的速度和加速度为 ( B )（A ）12m/s 、4m/s 2； （B ）-12 m/s 、-4 m/s 2 ；（C ）20 m/s 、4 m/s 2 ； （D ）-20 m/s 、-4 m/s 2；5. 下列哪一种说法是正确的 （ C ）（A ）运动物体加速度越大，速度越快（B ）作直线运动的物体，加速度越来越小，速度也越来越小（C ）切向加速度为正值时，质点运动加快（D ）法向加速度越大，质点运动的法向速度变化越快6、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(A) t r d d (B) tr d d(C) t r d d (D) 22d d d d ⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛t y t x [ D ] 1 4.5432.52-112t v (m/s)7．用水平压力F 把一个物体压着靠在粗糙的竖直墙面上保持静止．当F逐渐增大时，物体所受的静摩擦力f （ B ）(A) 恒为零．(B) 不为零，但保持不变．(C) 随F 成正比地增大．(D) 开始随F 增大，达到某一最大值后，就保持不变11、某物体的运动规律为t k t 2d /d v v -=，式中的k 为大于零的常量．当0=t 时，初速为v 0，则速度v 与时间t 的函数关系是 (A) 0221v v +=kt , (B) 0221v v +-=kt , (C) 02121v v +=kt , (D) 02121v v +-=kt ［ C ］ 12、质量为20 g 的子弹沿X 轴正向以 500 m/s 的速率射入一木块后，与木块一起仍沿X 轴正向以50 m/s 的速率前进，在此过程中木块所受冲量的大小为(A) 9 N·s . (B) -9 N·s ．(C)10 N·s ． (D) -10 N·s ． ［ A ］13、在水平冰面上以一定速度向东行驶的炮车，向东南（斜向上）方向发射一炮弹，对于炮车和炮弹这一系统，在此过程中（忽略冰面摩擦力及空气阻力）(A) 总动量守恒．(B) 总动量在炮身前进的方向上的分量守恒，其它方向动量不守恒．(C) 总动量在水平面上任意方向的分量守恒，竖直方向分量不守恒．(D) 总动量在任何方向的分量均不守恒． ［ C ］14、质量为m 的小球，沿水平方向以速率v 与固定的竖直壁作弹性碰撞，设指向壁内的方向为正方向，则由于此碰撞，小球的动量增量为(A) mv ． (B) 0．(C) 2mv ． (D) –2mv ． ［ D ］15、对于一个物体系来说，在下列的哪种情况下系统的机械能守恒？(A) 合外力为0．(B) 合外力不作功．(C) 外力和非保守内力都不作功．(D) 外力和保守内力都不作功． ［ C ］16、下列叙述中正确的是(A)物体的动量不变，动能也不变．(B)物体的动能不变，动量也不变．(C)物体的动量变化，动能也一定变化．(D)物体的动能变化，动量却不一定变化．［ A ］17.考虑下列四个实例．你认为哪一个实例中物体和地球构成的系统的机械能不守恒?(A)物体作圆锥摆运动．(B)抛出的铁饼作斜抛运动（不计空气阻力）．(C)物体在拉力作用下沿光滑斜面匀速上升．(D)物体在光滑斜面上自由滑下．［ C ］18.一子弹以水平速度v0射入一静止于光滑水平面上的木块后，随木块一起运动．对于这一过程正确的分析是(A) 子弹、木块组成的系统机械能守恒．(B) 子弹、木块组成的系统水平方向的动量守恒．(C) 子弹所受的冲量等于木块所受的冲量．(D) 子弹动能的减少等于木块动能的增加．［ B ］19、一光滑的圆弧形槽M置于光滑水平面上，一滑块m自槽的顶部由静止释放后沿槽滑下，不计空气阻力．对于这一过程，以下哪种分析是对的？(A) 由m和M组成的系统动量守恒．(B) 由m和M组成的系统机械能守恒．(C) 由m、M和地球组成的系统机械能守恒．(D) M对m的正压力恒不作功．［ C ］20.关于刚体对轴的转动惯量，下列说法中正确的是（A）只取决于刚体的质量,与质量的空间分布和轴的位置无关．（B）取决于刚体的质量和质量的空间分布，与轴的位置无关．（C）取决于刚体的质量、质量的空间分布和轴的位置．（D）只取决于转轴的位置，与刚体的质量和质量的空间分布无关．［ C ］21.刚体角动量守恒的充分而必要的条件是(A) 刚体不受外力矩的作用．(B) 刚体所受合外力矩为零．(C) 刚体所受的合外力和合外力矩均为零．(D) 刚体的转动惯量和角速度均保持不变． ［ B ］22. 对一个作简谐振动的物体，下面哪种说法是正确的？(A) 物体处在运动正方向的端点时，速度和加速度都达到最大值；(B) 物体位于平衡位置且向负方向运动时，速度和加速度都为零；(C) 物体位于平衡位置且向正方向运动时，速度最大，加速度为零；(D) 物体处在负方向的端点时，速度最大，加速度为零。
大学物理第3章-刚体力学习题解答
大学物理第3章-刚体力学习题解答第3章 刚体力学习题解答3.13 某发动机飞轮在时间间隔t 内的角位移为):,:(43s t rad ct bt at θθ-+=。
求t 时刻的角速度和角加速度。
解：23212643ct bt ct bt a dt d dtd -==-+==ωθβω3.14桑塔纳汽车时速为166km/h ，车轮滚动半径为0.26m ，发动机转速与驱动轮转速比为0.909, 问发动机转速为每分多少转？解：设车轮半径为R=0.26m ，发动机转速为n 1, 驱动轮转速为n 2, 汽车速度为v=166km/h 。
显然，汽车前进的速度就是驱动轮边缘的线速度，909.0/2212Rn Rn v ππ==，所以：min/1054.1/1024.93426.014.3210166909.02909.013rev h rev n R v ⨯=⨯===⨯⨯⨯⨯π3.15 如题3-15图所示，质量为m 的空心圆柱体，质量均匀分布，其内外半径为r 1和r 2，求对通过其中心轴的转动惯量。
解：设圆柱体长为h ，则半径为r ，厚为dr 的薄圆筒的质量dm 为：2..dm h r dr ρπ=对其轴线的转动惯量dI z 为232..z dI r dm h r dr ρπ==212222112..()2r z r I h r r dr m r r ρπ==-⎰ 3.17 如题3-17图所示，一半圆形细杆，半径为，质量为，求对过细杆二端轴的转动惯量。
解：如图所示，圆形细杆对过O 轴且垂直于圆形细杆所在平面的轴的转动惯量为mR 2，根据垂直轴定理z x y I I I =+和问题的对称性知：圆形细杆对过轴的转动惯量为12mR 2，由转动惯量的可加性可求得：半圆形细杆对过细杆二端轴的转动惯量为：214AA I mR '=3.18 在质量为M ，半径为R 的匀质圆盘上挖出半径为r 的两个圆孔，圆孔中心在半径R 的中点，求剩余部分对过大圆盘中心且与盘面垂直的轴线的转动惯量。
大学物理习题解答3第三章热力学
第三章热力学本章提要1．准静态过程系统连续经过的每个中间态都无限接近平衡态的一种理想过程。
准静态过程可以用状态图上的曲线表示。
2．内能系统内所有分子热运动动能和分子之间相互作用势能的和，其数学关系式为(,)E E V T=内能是态函数。
3．功功是过程量。
微分形式：VpA dd=积分形式：⎰=21dV VV pA4．热量两个物体之间或物体内各局部之间由于温度不同而交换的热运动能量。
热量也是过程量。
5．热力学第一定律热力学第一定律的数学表达式：Q E A=∆+热力学第一定律的微分表达式：d d dQ E A=+由热力学第一定律可知，第一类永动机是不可能造成的。
6．理想气体的热功转换〔1〕等体过程：d 0A = 热量增量为m m (d )d d V V MQ E C T μ,,==或m 21m 21V ,V ,MQ E E C (T T )μ=-=-〔2〕等压过程: 热量增量为(d )d d d d p Q E A E p V =+=+因m 21()V ME C T T μ∆,-=212121()()V V MA p V p V V R T T μd ==-=-⎰那么)()(21212T T R MT T R i M Q P -+-=μμ 〔3〕等温过程：d 0E =热量增量为(d )d d V Q A p V ==因2121d ln V T V V MV MA RT RT V V μμ==⎰那么2112lnln T T V pMM Q A RT RT V p μμ=== 〔4〕绝热过程：d 0Q = 根据热力学第一定路可得d d 0E A +=那么m d d d d V ,MA p V E C Tμ==-=-或221121m ()d d V V V ,V V MA E E p V C T μ=--==-⎰⎰)(112211V p V p A --=γ 在绝热过程中理想气体的p 、V 、T 三个状态参量之间满足如下关系：常量=γpV常量=-1γTV 常量=--γγT p 17．热容量等体摩尔热容量：m (d )d d d V V Q EC T T,== 等压摩尔热容量：m (d )d d d d d p p Q E VC p TT T,==+ 对于理想气体，假设分子自由度为i ，那么m 2V ,i C R = m 22P,i C R +=迈耶公式：m m p,V ,C C R =+比热容比：m m22p,V ,C i C γ+==8．焓在等压过程中，由热力学第一定律可得2121()()P Q E p V E E V V =∆+∆=-+-由于12P P P ==，上式可写为222111()()P Q E p V E pV =+-+ 如果令H E pV =+21P Q H H H =-=∆焓是一个态函数。
大学物理力学一、二章作业答案
第一章 质点运动学一、选择题1、一质点在ｘoy 平面内运动,其运动方程为,式中a 、b 、c 均为常数。
当运动质点得运动方向与x 轴成450角时,它得速率为[ B ]。
A 。
a ; B.; C.２ｃ； D 。
2、设木块沿光滑斜面从下端开始往上滑动，然后下滑,则表示木块速度与时间关系得曲线就是图1—１中得[ D ］。
3、一质点得运动方程就是，R 、为正常数。
从t =到t =时间内该质点得路程就是［ B ]。
A 。
2Ｒ；B ．； C. 0; D 。
4、质量为0、25kg 得质点，受(N)得力作用,t =0时该质点以=2ｍ/s 得速度通过坐标原点,该质点任意时刻得位置矢量就是[ B ]。
A.2+2m ； B ．ｍ；C 。
; D.条件不足,无法确定。
二、填空题１、一质点沿x 轴运动,其运动方程为(x 以米为单位,t 以秒为单位）。
质点得初速度为2m/s ，第4秒末得速度为 -6m ／s ,第４秒末得加速度为 —2m/s２ .2、一质点以（m/s)得匀速率作半径为5m 得圆周运动。
该质点在５s 内得平均速度得大小为 2m/s ，平均加速度得大小为 .3、一质点沿半径为0、１m 得圆周运动，其运动方程为（式中得θ以弧度计，t 以秒计）,质点在第一秒末得速度为 0、２m/s ,切向加速度为 ０、2m/s ２ 。
4、一质点沿半径1m 得圆周运动，运动方程为θ=2+3t 3，其中θ以弧度计,t 以秒计。
Ｔ=2s 时质点得切向加速度为 36ｍ／s 2 ;当加速度得方向与半径成45º角时角位移就是ｒa ｄ 。
5、飞轮半径0、４m ，从静止开始启动,角加速度β=0、2rad ／s 2。
t =2s 时边缘各点得速度为 0、１6m ／s ，加速度为 0、1０2m/s ２ 。
6、如图1—2所示，半径为R A 与ＲＢ得两轮与皮带连结，如果皮带不打滑,则两轮得角速度 ,两轮边缘A 点与B 点得切向加速度 1：1 。
三、简述题1、给出路程与位移得定义，并举例说明二者得联系与区别。
大学物理大作业答案(2024)
引言概述：正文内容：一、力学1.牛顿三定律的应用解释牛顿第一定律的原理，并给出实际应用的例子。
找出物体的质心，并计算其位置坐标。
利用牛顿第二定律计算物体所受的合力和加速度。
2.作用力和反作用力解释作用力和反作用力的概念，并给出相关案例。
计算物体所受的作用力和反作用力的大小和方向。
应用牛顿第三定律解决实际问题。
3.动能和动能守恒计算物体的动能，并解释其物理意义。
说明动能守恒定律的原理，给出相应的实例。
利用动能守恒定律解决能量转化问题。
4.力学振动和波动解释简谐振动的特征和公式，并计算相关参数。
介绍波的基本概念和性质，并给出波动方程的解释。
分析机械波的传播和干涉现象。
5.万有引力和天体运动介绍万有引力定律的公式和原理。
计算引力和重力的大小和方向。
描述行星运动的轨道和速度，并解释开普勒定律。
二、热学1.理想气体定律和状态方程解释理想气体和实际气体的区别。
推导理想气体定律，解释每个变量的含义。
计算理想气体的性质和状态。
2.热力学第一定律和功解释热力学第一定律的原理，并给出相应公式。
计算系统的内能变化和热量的传递。
分析功的定义和计算方法。
3.热力学第二定律和熵介绍热力学第二定律的概念和表述方法。
计算熵的变化和热力学过程的可逆性。
解释热力学第二定律对能量转化的限制。
4.热传导和热辐射分析热传导的机制和方法，并计算热传导的速率。
描述热辐射的特性和功率密度。
利用热传导和热辐射解决实际问题。
5.热力学循环和效率给出常见热力学循环的定义和示意图。
计算热力学循环的效率和功率输出。
分析热力学循环的改进方法和应用。
三、电磁学1.静电场和电势描述静电场的特性和形成原理，并给出电势的定义。
计算电场和电势的大小和方向。
利用电势差解决电荷移动和电场中的工作问题。
2.电场和电场强度推导库仑定律和电场强度公式。
计算由点电荷、带电导体和带电平面产生的电场。
分析电场中带电粒子受力和加速度。
3.电容和电容器解释电容和电容器的概念和原理，并计算其电容量。
《大学物理A》力学部分习题解答
第一章1.2、质点在平面上运动，已知其位置矢量的表达式为22at bt =+r i j （式中a ，b 为常数），则质点做 （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。
[ ]解：d d 22,22d d at bt a b t t ==+==+r v v i j a i j ，bab a x y ===22tan α为常数，故质点做变速（加速度大小恒定，方向不变）直线运动，选（B ）。
1.4、某物体的运动规律为t kv dtdv2=，式中k 为大于零的常数。
当t=0时，其初速度为0v ，则速度v 和时间t 的函数的关系是（A ）、0221v kt v +=； （B ）、0221v kt v +-=；（C ）、021211v kt v +=； （D ）、21211v kt v +-=。
解题思路：通过分离变量，可求得速度v 和时间t 的函数的关系⎰⎰+===∴=vv tv kt v tdt k v dv ktdt v dv t kv dt dv 00202221211,,,Θ，故选（D ）。
1.5、一个质点沿X 轴作直线运动，其运动学方程为3212863t t t X -++=，则 （1）质点在0t =时刻的速度0v = ，加速度0a = ； （2）加速度为0时，该质点的速度v = 。
解：（1）261636v t t =+-，当t=0时，V 0=6m/s ；1672a t =-，加速度a 0= 2/16s m （2）当0a =时，1672a t =-，s t 22.07216==v =s m /8.7)7216(3672161662=⨯-⨯+ 1.7、一运动质点的速率v 与路程s 的关系为21v s =+。
（SI ），则其切向加速度以S 来表达的表达式为：s 来表达的表达式为：t a = 。
解： ()23222122t dv dsa s sv s s s s dt dt====+=+。
大学物理(下)No.8作业解析
1《大学物理》作业No.8量子力学基础一、选择题1. 如果两种不同质量的粒子，其德布罗意波长相同，则这两种粒子的 [ A ] (A)动量相同。
(B)能量相同。
(C)速度相同。
(D)动能相同。
解： 由德布罗意关系λhp =可知，粒子波长相同，动量必然相同。
由于粒子质量不同，所以，粒子速度、动能和能量将不同。
2. 若α粒子在磁感应强度为B 的均匀磁场中沿半径为R 的圆形轨道运动，则粒子的德布罗意波长是[ A ] (A)eRB h 2 (B)eRB h(C)eRB 21 (D)eRBh 1 解：半径eB mv qB mv R 2==，所以德布罗意波长eBRhmv h 2==λ。
3. 设粒子运动的波函数图线分别如图(A)、(B)、(C)、(D)所示，那么其中确定粒子动量的精确度最高的波函数是哪个图？[ A ]解：由不确定关系η≥∆⋅∆x p x 可知，x ∆大，x p ∆小，图(A)x ∆最大，所以x p ∆最小，确定粒子动量的精确度最高。
4. 关于不确定关系⎪⎭⎫ ⎝⎛=≥∆⋅∆π2h p x x ηη有以下几种理解：(1)粒子的动量不可能确定。
(2)粒子的坐标不可能确定。
(3)粒子的动量和坐标不可能同时确定。
(4)不确定关系不仅适用于电子和光子，也适用于其它粒子。
其中正确的是：[ C ](A)(1)、(2) (B)(2)、(4)(C)(3)、(4) (D)(4)、(1)()D xx x ()A()B ()C5. 已知粒子在一维矩形无限深势阱中运动，其波函数为：()()a x a a x ax ≤≤-⋅=23cos1πψ那么粒子在65ax =处出现的概率密度为 [A ](A)a 21 (B)a 1(C)a 21(D)a1解：概率密度()a x a x 23cos 122πψ=，将6/5a x =代入，得()aa a a x 216523cos 122=⋅=πψ二、填空题1. 若中子的德布罗意波长为2Å，则它的动能为J 1029.321-⨯。
1力学(1-3章)
大学物理习题解答——力学部分 11—2 一质点的运动方程为 k t j t i r ++=24，式中r 、t 分别以m 、s 为单位。
试求：（1）它的速度与加速度；（2）它的轨迹方程。
解 ⑴ j dtd a k j t dt r d 8 8==+==υυ ⑵ t z t y x === ,4 ,12 所以轨道方程为 ⎩⎨⎧==241zy x l —3 一质点自原点开始沿抛物线2bx y =运动，它在O x 轴上的分速度为一恒量，值为10.4-⋅=s m x υ,15.0-=m b 。
求质点位于m x 0.2=处的速度和加速度。
解 抛物线2bx y =是质点的轨迹方程，它是参数方程)(t x x =和)(t y y =合成的结果．由于x υ是已知的，可得x 方向上的运动方程)(t x x =及加速度分量x a ，由)(t x x =和轨迹方程)(x f y =，求得运动方程在y 方向上的分量式)(t y y =及其加速度分量y a ，再由速度和加速度的分量可得其矢量表达式．因10.4-⋅=s m x υ为一常量，故0=x a ．当0=t 时，0=x ，由dt dx x =υ积分可得 t x x υ= (1)又由质点的抛物线方程，有22)(t b bx y x υ== (2)由y 方向的运动方程可得该方向的速度和加速度分量分别为t b dt dy x y 22υυ== (3) 2222xy b dt y d a υ== （4） 当质点位于m x 0.2=时，由上述各式可得→-→-→→→⋅+⋅=+=j sm i s m j i y x 110.80.4υυυ； →-→→→⋅=+=j s m j a i a a y x 216． 1—5 质点的运动方程为230)10(t t x +-=；22015t t y -=．试求：(1)初速度的大小和方向；(2)加速度的大小和方向。
解 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．(1)速度的分量式为t dt dx x 6010+-==υ；t dt dy y 4015-==υ；当0=t 时，1010-⋅-=s m x υ，1015-⋅=s m y υ，则初速度大小为1202000.18-⋅=+=s m y x υυυ；设0→υ与x 轴的夹角为α，则2300-==x tg y υυα，/041123=α；(2)加速度的分量式为 260-⋅==s m dt d a x x υ；240-⋅-==s m dtd a y y υ．则加速度的大小为 2221.72-⋅=+=s m a a a y x设→a 与x 轴的夹角为β，则 32-==x y a a tg β，)19326(4133/0/0或-=β 1—9 一半径为0.50m 的飞轮在启动时的短时间内，角速度与时间的平方成正比。
自-西北工业大学大学物理作业答案3刚体力学10
第三次作业 刚体力学基础一、选择题1.AEG ； 2.AE ;3．Ｃ; 4．CD ；5.C ； 6．E;７.C ；８.C 。
二、填空题1. -2s 0.8rad ⋅; -1s 0.8rad ⋅； 1s m 51.0 -⋅。
２. 4104⨯; 6108⨯。
3．bFRlμ。
４．912ml ;l g 2cos 3θ。
５. s rad 81.251-⋅。
6.lg θsin 23; θsin 23mgl ; θsin 23mgl 。
7. 22sin 2R J m kx mgx +-θ或265.212.3x x -； ０．5９m 。
８. 02ωmRJ J+; 4．4９ 三、回答题１. 答:质点：合力为零;刚体：合外力、合外力矩均为零。
２. 答：转动惯量J 是描述刚体在转动中转动惯性大小量度的物理量。
影响刚体转动惯量的因素有三个:（1)刚体的转轴位置；(2）刚体的总质量；(3）在总质量一定的情况下,质量相对转轴的分布。
四、计算与证明题１．解:① 设此题中定滑轮顺时针转动为正,根据牛顿定律和转动定律列出方程组：ma mg-T =1 ①J βR -T T =)(21 ② （注意:这里有个力矩与角加速度正负的设定问题，若设顺时针为正,则如本题解；但若学生按逆时针为正也可,只是题解中力矩符号相反,答案中a 和β则为负，只意味着顺时针转动,后续计算中要取掉负号）。
02=-kx T ③βR a = ④联立求解得：2RJ m mg-kxa +=而 2d d d d d d d d R Jm mg-kxx t x x t a +==⋅==υυυυ ⎰⎰-+=h x kx mg RJ m d 002d )(1υυυ 解上式得： 22-2RJ m kh mgh +=υ 或 J mR h kR mghR +=2222-2υ ② 系统机械能守恒，取初始位置的势能为零点,则0212121222=-++mgh kh J ωm υ 且 Rωυ= 解上式得：22-2RJ m kh mgh +=υ 或 J mR h kR mghR +=2222-2υ，结果同上。
大学物理刚体力学习题讲解
m ,r
m1
6 解：撤去外加力矩后受力分析如图所示
m1g－T = m1a
Tr＝J
a＝r a = m1gr / ( m1r + J / r) 代入J ＝
a
T
P
m1 v 0
m, r1 2 mrFra bibliotek2m1 g a= = 6.32 ms2 1 m1 m 2
∵
v 0－at＝0
∴
t＝v / a＝0.095 s
设m1下降，m2 上升 m1g - T1 m1 a T2 m 2 g m 2 a T1 R T2 R I 1 2 I m3 R 2 a R
2(m1 m2 ) a 联立方程得到 g 2(m1 m2 ) m3 2(m1 m2 ) g [2(m1 m2 ) m3 ]R 4m1m2 m1m3 T1 g 2(m1 m2 ) m3 4m1m2 m2 m3 T2 g 2( m m ) m
①物体状态at=rβ （P-atm）r=Jβ ②拉力情况下Pr=Jβ
挂重物时，mg－T= ma =mRβ, TR =J, P=mg 由此解出
mgR 2 mR J
而用拉力时， mgR = Jβ`
mgR J
/
故有 β`＞
3. 三个质量均为m的质点，位于边长为a的等边 三角形的三个顶点上．此系统 对通过三角形中心并垂直于三角形平面的轴的转 动惯量J0＝ma2 ， 对通过三角形中心且平行于其一边的轴的转动惯 量为JA＝1/2ma2， 对通过三角形中心和一个顶点的轴的转动惯量为 JB＝1/2ma2 ．
大学物理典型例题分析第3章刚体力学
⼤学物理典型例题分析第3章刚体⼒学⼤学物理典型例题分析第3章刚体⼒学例1如图，三个质量相等的⼩球等间距地分布在x -y 平⾯的⾓平分线上，且绕y 轴转动。
求：系统的转动惯量解：由2222)())222i iJ m r m a a a =??=++??∑27ma =说明：（1）.本题的⽬的是要求能正确求解离散体的转动惯量，理解转动惯量中r 的物理含义。
（2）.简单计算可知，转动惯量依赖质量⼤⼩，更依赖质量分布。
例2(连续体的转动惯量)如图，线密度为ρ、质量为m 的均匀细杆与转轴(y 轴)的夹⾓为α.求:其转动惯量。
解：由：2d VJ r m=?，在杆上l 处任取微元dm ，显然，d d m l ρ=。
⽽杆的总长度：0ml ρ=，于是：220d (sin )d l VJ r m l lαρ==??2301sin ()3l αρ=? 2201sin 3ml α=说明：求解连续体的转动惯量，关键问题是将r 和dm 的积分变量统⼀起来。
并注意r 的物理含义。
例3电风扇开启电源时，经t 1时间达到额定转速ω0，关闭电源时经时间t 2停⽌。
设电风扇的转动惯量为J ，且电机的电磁⼒矩与摩擦⼒矩为恒量。
求：电机的电磁⼒矩.解：设电风扇的电磁⼒矩、摩擦⼒矩分别为M 、M f 且恒定，电风扇开启时受电磁⼒矩与摩擦⼒矩的作⽤，即：1αJ M M f =- （1）当电风扇达到额定转速时：110t αω= （2）电风扇关闭过程中，只受到摩擦⼒矩的作⽤，即：2αJ M f =- （3）达到停⽌时： 0220=+t αω（4）例3-1图例3-2图解此联⽴⽅程组，得：01211()M J t t ω=+ 例4质量m 1=24kg 的匀质圆盘可绕⽔平光滑轴转动，⼀轻绳缠绕于盘上，另⼀端通过质量为m 2=5k g 的具有⽔平光滑轴的圆盘形定滑轮后挂有m =10k g 的物体，如图所⽰。
求当物体m 由静⽌开始下落了h =0.5m 时，物体m 的速度及绳中的张⼒。
大学物理角动量3解读
o
(2) 欲使盘静止，可令
R/2
2v o 0 21R
21 v R o 2
定轴转动的功和能
刚体绕oz转动，外力F作用在与转轴距离为 r 的p点，刚体在F作用下转过d角度，在此过 程功为：
dA F dr F rd sin Md
o
A
I 00 ( I 0 mR2 )
I 00 I 0 mR2
B
O
R
C
机械能守恒
1 1 2 1 2 2 I 00 mgR I 0 mv 2 2 2
o
A
B
O
R
上式中的v是小球相对于地的速 度，它应为
v (R) vB
2 2
2
vB表示小球在B点时相对于地面的竖直分 速度(即相对于环的速度)。
I=常量
定轴转动的物体如果是 刚体，则 角速度恒定
定轴转动的物体如果不 是刚体
若I增大则减小 I减小则增大
系统定轴转动的角动量守恒
如果是几个物体组成的 系统， 只要系统所受到的外力 矩矢量和为 零，系统总角动量守恒
dL M dt
o
转轴存在运动的情况
可以证明：在物体有整 体运动的情况 下（既有平动又有转动 ），只要物体所受 到的合外力对通过其质 心的轴的力矩为零， 则物体对这个轴的角动 量保持不变。
I 00 R 2 v B 2gR mR2 I 0
2
例题12 长为l、质量为M的匀质杆可绕通过杆一端的 水平光滑固定轴o转动，开始时杆竖直下垂，如图所示。 有一质量为m的子弹以水平速度射入杆上的A点，并嵌 在杆中，oA=2l/3, 求:(1)子弹射入后瞬间杆的角速度; (2) 杆能转过的最大角度。
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3.1 一小球在弹簧的作用下做振动，如图)3-16所示，弹力kx F -=，而位移t A x ωcos =，其中k 、A 、ω都是常量。
求在t =0到ωπ2/=t 的时间间隔内弹力施于小球的冲量。
根据题意，弹力t kA kx F ωcos -=-=，力的冲量ωωωπkAtdt kA Fdt I t t -=-==⎰⎰2/0cos 0注: 此题做得很好!3.3用棒打击质量0.3kg 、速率1s m 20-⋅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。
设小球飞来时的速度为1v ，被捧击打后的速度为2v ，由上抛运动公式知，gh v 22=。
根据动量定理：1212v v P P I m m -=-=作矢量关系图，可得冲量的大小Ns 3.72)()(212221=+=+=v gh m mv mv I︒==35arctan12v v ϕ 平均冲力N 365=∆=tIF 注:此题个别同学计算错误!3.7 一质量为m =10kg 的木箱放在水平地面上，在水平拉力F 作用下由静止开始作直线运动，F 随时间t 变化的关系如图3-18所示。
已知木箱与地面的滑动摩擦因数20。
=μ，求t =4s 和7s 时的木箱速度，g=10m/s 2。
已知力求某时刻速度，可以考虑用动量定理p I ∆=求解。
木箱在直线运动过程中受水平拉力F 和滑动摩擦力f的作用，合外力的冲量⎰⎰+=-==tfF tF I dt F dt F I 0)(f 合 P 2=m 2P 1=m v 1I图3.3ϕm v 1 m v 2 I 45° v 1v 2习题3.4图F (N ) t (s )4 030习题3.7图7其中水平拉力的冲量F I 可以用F-t 曲线下的面积计算，在0-4s 和0-7s 的时间内，I F 分别为 Ns 120430)40(=⨯==s ～t I FN 5.1630)74(21)70(=⨯+==s ～t I F 本题中滑动摩擦力f 的大小为mg f μ-=，是一恒力，其冲量t f I f ∆-= Ns 80410102.0)40(-=⨯⨯⨯-==s ～t I fNs 140710102.0)70(-=⨯⨯⨯-==s ～t I f木箱初速00=v ，末速为v ，根据动量定理 mv mv mv I I I f F =-=+=0故mI I v fF +=t =4时 m/s 0.410801204=-=vt =7时 m/s 5.2101401657 v =-=注:此题做得比较好.3.9 将滑块B 与小球视为一个系统，分别讨论碰撞过程（时间为t ∆）中，竖直方向与水平方向的情况：竖直方向：系统受重力g m g m 21+，以及地面对B 的平均作用力F ，动量由零变为22v m ，根据动量定理2221)]([v m t g m g m F I y =∆+-=所以，平均冲力tv m g m m F ∆++≈2221)( 一般情况下，小球质量总是远小于斜块质量，12m m <<，故tv m g m F ∆+≈221 斜块B 对地面的平均作用力与F 大小相等，方向相反。
水平方向：系统不受外力作用，动量守恒，211211V m v m V m =+2v习题3.9图B 的速度增量11212v m m V V V ===∆ 注:此题大多数同学都能做对,有部分同学考虑了近似情况!3.12 三个物体A 、B 、C ，质量都是m 。
B 、C 用长0.4m 的细绳连接，先靠在一起放在光滑水平桌面上；A 、B 也用细绳连接，绳跨过桌边的定滑轮，如图3-21所示。
设绳长一定，绳质量和绳与定滑轮间摩擦力不计。
问： (1) A 、B 开始运动后，经多长时间C 才开始运动？(2) C 开始运动的速度多大(取g =10m/s 2)？(1) A 、B 运动h = 0.4 m 后绳方拉紧，此时C 开始运动。
这个过程中，只有A 受重力作用，重力做功gh m A 。
设绳拉紧瞬间A 、B 的共同速度为v ，根据动能定理0)(212-+=v m m gh m B A A 将m m m m c B A ===代入s m gh v /0.24.08.9=⨯==再设这个过程的时间为t ∆，根据动量定理mv t mg v m m t g m B A A 20)(=∆-+=∆即解得： s 4.08.9/22/2=⨯==∆g v t此题也可用牛顿定律求解。
将A 、B 看作一个整体，受重力g m A 作用ma mg am m g m B A A 2)(=+=即 2g a =由匀加速直线运动公式 at v at h ==及221，得： s 4.08.94.0442=⨯===gh ah t 19.80.4 1.33m/s 22g v at t ===⨯⨯= 注:此题做得比较好!3.15 电子质量为kg 10931-⨯，在半径为m 103.511-⨯的圆周上绕氢核作匀速运动，已知电子的角动量为π2/h (h 为普朗克常量，/s m kg 10.6.6234⋅⨯=-h )，求它的角速度。
以速率v ，半径r 作圆周运动的电子，对圆心（原子核所在处）的角动量为rmv L =， 故电子的速率和角速度分别为习题3.12图rmhrm L v π2==342112316.6261022 3.14(5.310)9.110v h w r r m π---⨯===⨯⨯⨯⨯⨯224.110/s =⨯ 注:此题有部分同学答案错了,数量级不对!3.16 长为l 的细绳，一端固定于O 点，另一端系一小球。
开始时，小球与O 点的距离l h <，以垂直于小球中心与O 点连线的方向在光滑的水平面上运动，待绳拉直后即以O 点为中心作圆周运动，见图3-23。
问小球作圆周运动时的动量为初动量的多少倍？小球在绳绷紧前水平方向不受外力作用，绳绷紧后受绳拉力作用，但拉力对0点不形成力矩，故整个过程对0点的力矩为零，小球对0点的角动量守恒。
设初始时小球速度大小为0v ，角动量00mhv L =，绳绷紧后速度大小为v ，角动量mlv L =，由角动量守恒mlv mhv =0则初始动量大小00mv p =，绳绷紧后动量大小mv p =，lh mv mv p p ==00 3.17 在图3-24中，A 、B 为质量相等的两个钢球，正被轻绳拉着以4.0rad/s 的角速度绕竖直轴在同一水平面内转动，两球与轴的距离都是15cm 。
现用外力将轴环C 缓慢下移，使两球到轴的距离缩短为5cm 。
求此时钢球的角速度增加的倍数。
将A 、B 球构成一个系统，相对于转轴上的任意一点，A 、B 球受到的合力矩均等于零，满足角动量守恒的条件，故有： 22221122r m r m ωω=121221129)515()(ωωωω=⨯==r r 钢球角速度增大为原来的9倍。
注:以上两题做得很好!3.18 地球绕太阳作椭圆运动，太阳在椭圆的一个焦点上，当地球处于远日点时，到太阳中心的距离m 1052.1111⨯=r ，轨道速度为m/s 1093.241⨯=v ，半年后，地球处于近日点，到太阳中心的距离m 1047.1112⨯=r ，求：(1) 地球在近日点时的轨道速度2v ；(2) 两种情况下，地球的角速度1ω和2ω。
(1)地球绕太阳作椭圆轨道运动时，受太阳的引力直指太阳中心，故对太阳的力矩为零，地球对太阳的角动量守恒。
在远日点111v mr L =，在近日点21222,L L v mr L ==2211v mr v mr =m/s 1003.31047.11052.11093.24111142112⨯=⨯⨯⨯⨯==r r v v （2）rv =ωs r v /1093.11052.11093.27114111-⨯=⨯⨯==ωs r v /1006.21047.11003.37114222-⨯=⨯⨯==ω注:此题做得很好!3.19 地球可看成是半径m 104.66⨯=R 的球体，人造卫星正在地面上空m 100.85⨯=h 的圆轨道上，以m/s 105.73⨯=v 的速度绕地球运动，今在卫星上点燃一火箭，利用其反冲力使卫星获得一个指向地心的分速度m/s 2002=v ，从而使卫星改为沿椭圆轨道运行。
求卫星近地点和远地点到地面的距离。
无论卫星是在圆轨道还是椭圆轨道上运动，卫星受到的对地心的引力力矩均为零，卫星对地心的角动量守恒。
卫星在圆轨道时，s m v h R r /105.7,3⨯=+=，角动量mrv L =，卫星在椭圆轨道的近地点或远地点时，距地心的距离设为r '，速度v '，且r v '⊥'，角动量v r m L ''='，根据角动量守恒定律，v r m mrv ''=①另外，卫星在椭圆轨道上运动时，机械能守恒。
初入椭圆轨道时r mM Gv v m E -+=22)(21（M 为地球质量），在近地点或远地点时，r mMG v m E '-'='221，有E E '=，即rmMGv m r mM G v v m '-'=-+22221)(21 ② 再考虑到卫星在圆轨道上时有r v m r mM G =2 ③联立①、②、③式，解得： 2v v vrr ±='则卫星距地面的距离Rr h -'='近地点时：R v v h R v R v v vrh -++=-+='22)( 63563104.6200105.7)100.8104.6(105.7⨯-+⨯⨯+⨯⨯⨯=m 1013.65⨯= 远地点时：R v v h R v R v v vrh --+=--='22)( 63563104.6200105.7)100.8104.6(105.7⨯--⨯⨯+⨯⨯⨯=m 1097.95⨯=注:此题很多同学没做对,没找到解题方法!（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。