大学物理刚体力学测试题答案.ppt
《大学物理》刚体力学练习题及答案解析
《大学物理》刚体力学练习题及答案解析一、选择题1.刚体对轴的转动惯量，与哪个因素无关 [ C ]（A）刚体的质量（B）刚体质量的空间分布（C）刚体的转动速度（D）刚体转轴的位置2.有两个力作用在一个有固定轴的刚体上. [ B ](1)这两个力都平行于轴作用时,它们对轴的合力矩一定是零;(2)这两个力都垂直于轴作用时,它们对轴的合力矩可能是零;(3)这两个力的合力为零时,它们对轴的合力矩也一定是零;(4)当这两个力对轴的合力矩为零时,它们的合力也一定是零.在上述说法中,(A)只有(1)是正确的；(B) (1)、(2) 正确, (3)、(4)错误；(C) (1)、(2)、(3)都正确, (4)错误；(D) (1)、(2)、(3)、(4)都正确.3.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，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 ](A) 角速度从小到大，角加速度从大到小；(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.4．如图所示，圆锥摆的小球在水平面内作匀速率圆周运动，小球和地球所组成的系统，下列哪些物理量守恒（ C ）（A）动量守恒，角动量守恒（B）动量和机械能守恒（C）角动量和机械能守恒（D）动量，角动量，机械能守恒5.一圆盘绕通过盘心且垂直于盘面的水平轴转动，轴间摩擦不计，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，它们同时射入圆盘并且留在盘内，在子弹射入后的瞬间，对于圆盘和子弹系统的角动量L以及圆盘的角速度ω则有（ B ）（A）L不变，ω增大（B）L不变，ω减小（C）L变大，ω不变（D）两者均不变6.一花样滑冰者，开始自转时，其动能为20021ωJ E =。
然后他将手臂收回，转动惯量减少为原来的1/3，此时他的角速度变为ω，动能变为E ，则下列关系正确的是（ D ） （A ）00,3E E ==ωω （B ）003,31E E ==ωω （C ）00,3E E ==ωω （D ）003,3E E ==ωω1C 2.B ，3.A ，4.C ，5.B ，6.D二、填空1.当刚体受到的合外力的力矩为零时，刚体具有将保持静止的状态或_____________状态，把刚体的这一性质叫刚体___________。
《刚体力学基础习题》课件
03 刚体的转动惯量
CHAPTER
转动惯量的定义与计算
转动惯量的定义
转动惯量是描述刚体转动惯性大小的物理量，其大小与刚体的质量分布和转轴的 位置有关。
转动惯量的计算
对于给定的刚体，可以通过积分计算其转动惯量，对于规则刚体，也可以通过公 式直接计算。
刚体的动量矩
动量矩的定义
动量矩是描述刚体转动动量的物理量 ，其大小等于刚体的动量与转动轴到 质心距离的乘积。
转动惯量与动量矩习题解析
转动惯量
01
描述物体转动惯性大小的物理量，与物体的质量分布和旋转轴
的位置有关。
动量矩
02
描述物体转动动量大小的物理量，等于物体质量与速度矢量的
乘积。
动量矩守恒
03
在没有外力矩作用的情况下，物体的动量矩保持不变。
谢谢
THANKS
04 刚体的动力学应用
CHAPTER
刚体的平动与转动
刚体的平动
刚体在空间中沿某一确定直线作等距离的移动，这种运动称为刚体的平动。
刚体的转动
刚体绕某一定点转动，这种运动称为刚体的转动。
刚体的定点运动
01
刚体的定点运动是指刚体绕通过 某一定点的转轴转动，其上任意 一点都绕该转轴作圆周运动。
02
刚体的定点运动可以分为定轴转 动、定平面转动和定点转动三种 类型。
转动动力学方程
T=Iβ（其中T为扭矩，I为转动惯量，β为角加速度）
复合运动动力学方程
需要将平动和转动动力学方程联立求解。
02 刚体转动的基本定理
CHAPTER
角动量定理
总结词
描述刚体转动时，力矩与角动量变化 量之间的关系。
详细描述
大学物理 第5章 刚体力学基础习题课ppt课件
M Jβ
1 0
2 0 M 2 2 5 ( k g m ) J 0 .8 β
2018/11/8
13
补充: 刚体在平面力系作用下静止平衡 A 的条件： 作用于刚体平面力系的 矢量和为0，对与力作用平面⊥的 任意轴的力矩的代数和为0.
2018/11/8
5. (P29 47) 一长为l、重W的均匀梯子，靠墙放置，如图， 梯子下端连一倔强系数为k 的弹簧。当梯子靠墙竖直放置 时，弹簧处于自然长度，墙和地面都是光滑的。当梯子 依墙而与地面成θ角且处于平衡状态时， (1)地面对梯子的作用力的大小为 。 B (2)墙对梯子的作用力的大小为 。 (3)W、k、l、θ应满足的关系式为 。 l
大学物理 第5 章 刚体力学基 础习题课
刚体力学基础
一、基本概念 1.刚体及其平动、转动、定轴转动 理想化的力学模型 特性：特殊的质点系(牛顿力学) 2.转动惯量
J mr
i
刚体对定轴的转动惯量等于刚体中每个质点的质量 与这一质点到转轴的垂直距离的平方的乘积的总和。
2 i i
J r dm
3.（p29. 45 ） 半径为20cm 的主动轮，通过皮带拖动半径 为50cm的被动轮转动。主动轮从静止开始作匀角加速转 动，在4s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。
1 0 t t 解：t = 4s 时， 1 1 1 1 1则 1 t1 两轮边缘上点的线速度大小相等： r r 1 1 2 2
θ
1B
l
F 0 N F kl co 无平动： F 0 N W
i i x B
i i y A
大学物理第三章刚体力学基础习题答案
方向竖直向下
3-15 由角动量守恒得
mul J mvl 1 1 2 1 2 2 mu m v J 因弹性碰撞，系统机械能守恒： 2 2 2 1 1 2 2 又： J M 2l Ml 12 3 6mu M 3m u 联立可得： v M 3m l M 3m
2 2 2 1 mv l [m( l ) M l 2 ] 3 3 3
o
2 l 3
6mv (4m 3M ) l
v
m
A
3-9 电风扇在开启电源后，经过t1时间到达了额定 转速，此时相应的角速度为 0。当关闭电源后，经 过t2时间风扇停转。已知风扇转子的转动惯量为 J， 并假定摩擦力矩和电机的电磁力矩均为常量，试根据 已知量推算电机的电磁力矩。 解： 设电机的电磁力矩为M，摩擦力矩为Mf
1
0
t1
3-9 (1)
mg T ma
T mg sin 30 ma
g 2 a m/s 4
方向竖直向下
T2 N 2
mg
(2)
mg T1 ma
T2 mg sin 300 ma
T1r T2r J
a r
T1
1
mg
J k m r2
g 联立求解得： a 22 k
质点运动 m 质 量 力 F 刚体定轴转动 2 J r 转动惯量 m dm 力矩 M Fr sin
dp dL F m a F 第二定律 转动定律 M J M dt dt p mv 动 量 角动量 L J t t2 动量定理 t Fdt mv2 mv1 角动量定理 t Mdt J 2 J1 1 动量守恒 F 0, mv 恒矢量 角动量守恒 M 0, J 恒矢量 力矩的功 W Md 力 的 功 W F dr
大学物理刚体力学习题课ppt课件
0 3g/ L
(2)弹性碰撞过程，角动量守恒 m
J0 JmvL
机械能守恒
12J02
1J21mv2
22
.
v 1 3gL 2
感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
2 23 2 3g
l
.
6. 如图所示的阿特伍德机装置中，滑轮和绳子间没
有滑动且绳子不可以伸长，轴与轮间有阻力矩，求
滑轮两边绳子的张力。已知m1=20 kg， m2=10 kg。
滑轮质量为m3=5 kg。滑轮半径为r=0.2 m。滑轮可视
为均匀圆盘，阻力矩Mf=6.6 Nm，圆盘对过其中心且
与盘面垂直的轴的转动惯量为
解：由于摩擦力矩恒定，因此轮子做匀角加速转动， 轮子上的各点做匀变速圆周运动
0t
t1, 0.80
0.20
t2,00.40
当轮子静止时 = 0
2022
2 0
2
02 0.40
2.50
.N 2 .5 0/2 5 0/4
4. 在恒力矩M=12 Nm作用下，转动惯量为4 kgm2 的圆盘从静止开始转动。当转过一周时，圆盘的转 动角速度为 2 3 rad/s。
与O点的距离为3l/4，求：(1)棒开始运动时的角速度；
(2)棒的最大偏转角。
o
解：对题中非弹性碰撞，角动量守恒，
mv 3 l J
4
J
m(3l)2 4
1 3Ml2
36ml
(27m16M)l
3
l 4
l
A
上摆过程， 机械能守恒
1J 2M l(1 g c o) sm3lg (1 c o)s
2
《刚体运动习题》课件
刚体的转动问题涉及到分析刚体的转动惯量、角速度、角加速度等物理量，以及力和扭矩对刚体转动的影响。通过解决刚体的转动问题，可以了解刚体在转动过程中的运动规律和特点。
刚体的复合运动问题涉及到刚体的平动和转动同时发生的情况。
总结词
刚体的复合运动问题需要综合考虑刚体的平动和转动，分析其相互影响和耦合作用。这类问题通常比较复杂，需要运用力学和运动学的知识进行求解。
总结词
在解答进阶习题时，学生需要具备较强的分析能力和计算能力，能够根据题目要求进行正确的分析和计算，并得出正确的结论。
详细描述
总结词：高难度习题是刚体运动中的高级题目类型，主要考察学生对刚体运动理论的深入理解和应用能力。
感谢您的观看
THANKS
详细描述
刚体的振动问题主要研究刚体在周期性外力作用下的振动现象。
总结词
刚体的振动问题涉及到分析刚体的振动频率、振幅、相位等物理量，以及周期性外力对刚体振动的影响。通过解决刚体的振动问题，可以了解刚体在振动过程中的运动规律和特点，对于工程实践中的振动控制和减振设计具有重要意义。
详细描述
刚体运动的解题方法
03
它基于力学的基本原理和数学工具，如微积分、线性代数和常微分方程等，来推导和求解刚体运动的数学模型。
解析法可以给出精确的解，但有时可能比较复杂，需要较高的数学水平。
解析法是一种通过数学公式和定理来求解刚体运动问题的方法。
几何法是通过图形和几何形状来描述和解决刚体运动问题的方法。
它通过绘制刚体的运动轨迹、速度和加速度等矢量图，以及分析刚体的转动和角速度等来解决问题。
04
建筑结构中的刚体运动是指建筑物在风、地震等外力作用下产生的运动，包括平动、扭转和复合运动等。
参考解答01 刚体力学 (1)(1)
=
r被 r主
被
=
0.40 0.20
8π=16π
s1
主 =
主
t
=4π
s2
= 1 t 2 =32π rad
2
n= 32π 16 2π
J2 J1 J3 从大到小
大学物理习题参考解答
从小到大，
大学物理习题参考解答
提示
W
1 J2
2
1 2
mr
2
(22
12 )
对O轴的角动量 对该轴的合外力矩为零
机械能
大学物理习题参考解答
1
提示 J11 J22
2
平衡杠杆
速度杠杆
省力杠杆
9.0103 m3 K p V0 ΔV
大学物理习题参考解答
大学物理习题参考解答
大学物理习题参考解答
大学物理习题参考解答
大学物理习题参考解答
大学物理习题参考解答
大学物理习题参考解答
大学物理习题参考解答
解:（1) 角动量守恒
O v
O'
大学物理习题参考解答
C
提示 卫星受地球引力,动量不守恒； 卫星对地球为轴的力矩为零, 角动量守恒.
大学物理习题参考解答
D
大学物理习题参考解答
C
大学物理习题参考解答
B
二．ห้องสมุดไป่ตู้空题 直线
曲线
大学物理习题参考解答
M J
匀加速转动
大学物理习题参考解答
提示
v主 =v被 r主主 =r被被
主
0 (J盘 J人） 盘地J盘 - 人地J人 - 人地 -人盘 盘地 0 (J盘 J人） 盘地J盘 - 人盘J人 盘地J人
上海理工大学 大学物理 第五章_刚体力学答案
一、选择题[ C ] 1、基础训练（2）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5-7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．参考答案：逆时针转动时角速度方向垂直于纸面向外, 由于(m 1＜m 2)，实际上滑轮在作减速转动,角加速度方向垂直纸面向内,所以,由转动定律21()T T R J β-=可得：21T T >[ B ] 2、基础训练（5）如图5-9所示，一静止的均匀细棒，长为L 、质量为M ，可绕通过棒的端点且垂直于棒长的光滑固定轴O 在水平面内转动，转动惯量为231ML ．一质量为m 、速率为v 的子弹在水平面内沿与棒垂直的方向射出并穿出棒的自由端，设穿过棒后子弹的速率为v 21，则此时棒的角速度应为(A)MLm v ． (B)MLm 23v ． (C)MLm 35v ． (D)MLm 47v ．图5-9[ C ] 3、基础训练（7）一圆盘正绕垂直于盘面的水平光滑固定轴O 转动，如图5-11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．图5-7m图5-11v21v俯视图[ C ] 4、自测提高（2）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 ．[ A ] 5、自测提高（7）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(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6、基础训练（8）绕定轴转动的飞轮均匀地减速，t ＝0时角速度为05rad ω=，t ＝20s 时角速度为00.8ωω=，则飞轮的角加速度β=-0.05 rad/s 2 ，t ＝0到 t ＝100 s 时间内飞轮所转过的角度θ= 250rad ．7、基础训练（9）一长为l ，质量可以忽略的直杆，可绕通过其一端的水平光滑轴在竖直平面内作定轴转动，在杆的另一端固定着一质量为m 的小球，如图5-12所示．现将杆由水平位置无初转速地释放．则杆刚被释放时的角加速度β0= g/l ，杆与水平方向夹角为60°时的角加速度β= g/2l ．图 5-128、基础训练（10）如图5-13所示，P 、Q 、R 和S 是附于刚性轻质细杆上的质量分别为4m 、3m 、2m 和m 的四个质点，PQ ＝QR ＝RS ＝l ，则系统对O O '轴的转动惯量为 50ml 2 。
大学物理学第二章刚体力学基础自学练习题
第二章 刚体力学基础 自学练习题、选择题4-1．有两个力作用在有固定转轴的刚体上：（1）这两个力都平行于轴作用时，它们对轴的合力矩一定是零； （2）这两个力都垂直于轴作用时，它们对轴的合力矩可能是零； （3）当这两个力的合力为零时，它们对轴的合力矩也一定是零；（4）当这两个力对轴的合力矩为零时，它们的合力也一定是零； 对上述说法，下述判断正确的是： （ ）（A ）只有（ 1）是正确的； （ B ）（ 1）、（2）正确，（ 3）、（ 4）错误；（C ）（1）、（ 2）、（3）都正确，（4）错误； （D ）（1）、（ 2）、（3）、（4）都正确。
【提示：（1）如门的重力不能使门转动，平行于轴的力不能提供力矩；（2）垂直于轴的力提供力矩，当两个力提供的力矩大小相等，方向相反时，合力矩就为零】4-2．关于力矩有以下几种说法：（1）对某个定轴转动刚体而言，内力矩不会改变刚体的角加速度； （2）一对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，它们的运动状态一定 相同。
对上述说法，下述判断正确的是： （ ）B ）（1）、（2）是正确的；D ）（1）、（2）、（3）都是正确的。
提示：（1）刚体中相邻质元间的一对内力属于作用力和反作用力，作用点相同，则对同一轴的力矩和为 零，因而不影响刚体的角加速度和角动量； （2）见上提示； （3）刚体的转动惯量与刚体的质量和大小形状 有关，因而在相同力矩的作用下，它们的运动状态可能不同】3．一个力 F v （3i v 5 vj ）N 作用于某点上，其作用点的矢径为4-3．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 到竖直位置的过程中，下述说法正确的是： （ ） （A ）角速度从小到大，角加速度不变； （B ）角速度从小到大，角加速度从小到大；A ）只有（ 2）是正确的；C ）（2）、（ 3）是正r (4i 3 j ) m ，则该力对 坐标原点的力矩为 vv（A ） 3kN m ； （B ） 29kN m ；C ）29k v N m ； vD ) 3kN m 。
刚体习题和答案
A
所示，滑块 A、重物 B 和滑轮 C
B
的质量分别为 mA、mB 和 mC，滑
轮的半径为
R
，滑 轮 对 轴 的 转 动 惯 量
J
＝
1 2
mC
4
编号 ____________姓名 __________
《大学物理Ⅰ》答题纸
第五 章
R2．滑 块 A 与桌面间、滑轮与轴承之间均无摩
擦，绳的质量可不计，绳与滑轮之间无相对滑
碰前的角mv0动32 l 量为：
碰后的角动量为：
m
1 2
v0
2 3
l
[m( 2 3
l)2
2m(1 l)2 ] 3
所以 mv0
2 3
l
m
1 2
v0
2 3
l
[m( 2 3
l)2
2m(1 l)2 ] 3
得 3v0 2l
6、自测提高（17）如图 5-25 所示，
一质量均匀分布的圆盘，质量为 m0，
O
动．滑块 A 的加速度 a 2mB g 2(mA mB ) mC
【解答】
T
T
由转动定律得:
B
A
TB R TAR J GB TB mBa TA mAa a R
(1)
(2) (3) GB
(4)
4 个方程,共有 4 个未知量: TA 、TB 、 a 和 。可求：
a 2mB g 2mA mB mc
(1 2
mv0 m0 m)R
（2）圆盘的质量面密度 m0 在圆盘上取一 R2
半径为 r,宽为 dr 的小环带，
dM 2rdr 此 环 带 受 到 的 摩 擦 阻 力 矩
dM rgdm rg 2r 2dr
《大学物理》试卷答案(补充试卷)--5刚体力学
m 2 v0l m2 vl J 4 4
m2l v0 v 3m2 v0 v 11.3rad / s 4J m1l
g m
M J
其中 于是
M 1 mgl sin 30 mgl / 4 2 M 3g 7.35 rad/s 2 J 4l
60°
当棒转动到水平位置时
M
1 mgl 2
则
M 3g 14.7 rad/s 2 J 2l
18、一均匀木杆，质量为m1 = 1 kg，长l = 0.4 m，可绕通过它的中点且 与杆身垂直的光滑水平固定轴，在竖直平面内转动．设杆静止于竖直位 置时，一质量为m2 = 10 g的子弹在距杆中点l/ 4处穿透木杆(穿透所用时 间不计)，子弹初速度的大小v0 = 200 m/s，方向与杆和轴均垂直．穿出 后子弹速度大小减为v = 50 m/s，但方向未变，求子弹刚穿出的瞬时， 杆的角速度的大小．(木杆绕通过中点的垂直轴的转动惯量J = m1l 2 / 12） 解：在子弹通过杆的过程中，子弹与杆系统因外力矩为零，故 角动量守恒．则有
[ B ]
2、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 [ D ]
3、一轻绳跨过一具有水平光滑轴、质量为M的定滑轮，绳的 O 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 m m1 2 (A) 处处相等． (B) 左边大于右边． [ C ] (C) 右边大于左边．(D) 哪边大无法判断 4、两个匀质圆盘A和B的密度分别为 A 和 B，若 A ＞ B ，但两圆盘的质量 与厚度相同，如两盘对通过盘心垂直于盘面轴的转动惯量各为JA和JB，则 (A) JA＞JB． (C) JA＝JB． (B) JB＞JA． (D) JA、JB哪个大，不能确定 [ B ]
大学物理刚体力学测试题答案学习版.ppt
J 1 mR2 1 m m 1
2
2 d
最新.
1
2.一个可以绕定轴转动的刚体：( D )
(A)若转动角速度很大，则角加速度一定很大； 匀角速度转动
(B)若转动角加速度为零，则受力一定为零；
（C）若受力很大，则角速度一定很大；
（D）若受力矩为零，则角加速度也一定为零。
M mgd mg 1 l cos30
30
2
由转动定理 M J
mg
mg 1 l cos 30 1 ml2
2
3
3g cos 30 3 3g
2l
4l
最新.
9
5若.半有径质为量为 R，m质，量速为度M为的v 圆的柱子可弹绕射水入平圆固柱定体轴边缘O并转留动在，其它中原，来如静图止所，
示，则圆柱体转动的角速度为____________。 2mv (M 2m)R
在子弹射入圆柱体的边缘的瞬间，其
合外力——重力过O轴，合外力矩为零，
子弹、圆盘系统对过O轴的角动量守恒。
mR 0 Jm JM
R O
m
R
0
mR2
1 2
MR2
2m
(M 2m)R
最新.
10
1.如图所示，一均匀圆盘，半径为 R，质量为 m，其中心轴装在光 滑的固定轴上，并与圆盘垂直。在圆盘边上绕一轻绳，绳的下端挂 一质量为 m' 的物体，求圆盘的角加速度和圆盘边缘各点切向加速度
2
1 2
2.5 102
125rad
最新.
5
2.半径为 30cm 的飞轮，从静止开始以 0.5rad s 2 的角加速度
转动，则飞轮边缘上一点在飞轮转过 2400 时的切向加速度 at
《刚体力学习题》PPT课件
A
rA
2021/4/24
fB fA
5-23 图
16
【解】据转动定律有：
f ArA = J A A
fBrB = J BrB
要使A、B 轮边缘处的切向加速度相同，应有：
【解】：受力分析如图
T1 = T1'
T2 = T2'
对质点： mg T1 = ma1
对刚体： T2 mg = ma2
T12r T2r = J
a1 = 2r a2 = r
联立以上几式解得： 2g
19r
2021/4/24
6
【例】基础训练（18）如图5-17所示、质量分别为m和2m、 半径分别为r和2r的两个均匀圆盘，同轴地粘在一起，可以绕
2021/4/24
2S
T
r
a T mg
5
【例】基础训练（18）如图5-17所示、质量分别为m和2m、 半径分别为r和2r的两个均匀圆盘，同轴地粘在一起，可以绕
通过盘心且垂直盘面的水平光滑固定轴转动，对转轴的转动
，
惯量为9mr2/2，大小圆盘边缘都绕有绳子，绳子下端都挂一 质量为m的重物，求盘的角加速度的大小．
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
把三者看作同一系统时,系统所受合外 m
m
力矩为零,系统角动量守恒。
O
M
Jw0 L L = (J J子弹 )w
大学物理基础教程答案1-4力-4-PPT
31
(m2 2 m 2 m1)
T1'
r
Hale Waihona Puke m 1T 2'
T2
m2
m2g
3 T1 2 ma 35(N)
T2 m2(g a) 37.3(N)
12
4-13 一根长为 l 、质量为m的均匀细杆可绕其一端的水平轴O 自由摆动。当被一发质量为m’的子弹在离O点的a处水平方向击
中后，子弹埋入杆内，杆的最大偏转角为 ，求子弹的初速度。 已知 l =1.0米，m =2千克，m’ =20千克，a=0.7米， =60o
v
2 0
2
3
m'2 a2
v0 186(m s1 )
13
4-14 质量为m长为l的匀质细杆，可绕端点O的固定水平轴转动，
把杆抬平后无初速地释放，当杆摆至竖直位置时刚好和光滑水平 桌面上的小球相碰。小球的转动不计，它的质量和杆相同，并且
碰撞是完全弹性的，轴上摩擦也忽略不计，求碰后小球的速度v。
解：下摆（定轴转动）能量守恒，
上缀一个质量m2=0.51千克的物体。试计算施在圆盘上的力矩从
静止开始，在2秒之内所作的功和2秒时物体m2的动能。
5
解: mgRdt mgRt L mRv 1 MR2 v
2
R
mgt
v m M 2
R m1
Ek ,m
1 mv2 2
1 mgt 2 m(m M
)2
8.2J
m2
2
RT W 1 I2 1 ( 1 MR2 )( v )2 M( mgt )2 20.2(J)
mg l 1 ( 1 ml 2 )2 2 23
( 1 ml2 ) ( 1 ml2 )'m' vl
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m相同d相同，而R的关系不知。
由 m V R2d R2 m d
J 1 mR2 1 m m 1
2
2 d
2.一个可以绕定轴转动的刚体：( D )
(A)若转动角速度很大，则角加速度一定很大； 匀角速度转动
(B)若转动角加速度为零，则受力一定为零；
（C）若受力很大，则角速度一定很大；
l
2l
重力的力矩
重力力臂
d
1 l cos 30o 2
M mgd mg 1 l cos30o
30o
2
由转动定理 M J
mg
mg 1 l cos 30o 1 ml2
2
3
3g cos 30o 3 3g
2l
4l
5若.半有径质为量为 R，m质，量速为度M为的v圆的柱子可弹绕射水入平圆固柱定体轴边缘O并转留动在，其它中原，来如静图止所，
示，则圆柱体转动的角速度为____________。 2mv (M 2m)R
在子弹射入圆柱体的边缘的瞬间，其
合外力——重力过O轴，合外力矩为零，
子弹、圆盘系统对过O轴的角动量守恒。
mR 0 Jm JM
R O
m
R
0
mR2
1 2
MR2
2m
(M 2m)R
m 3 L 0 m( 3 L)2 1 ML2
4
4
3
代入数据可求得 8.88rad s1
（2）在系统上摆过程，m、M机械能守恒
1 m( 3 l)2 1 J 2 mg 3 l(1 cos ) Mg l (1 cso )
24
2
4
2
代入数据可求得
94016'
1.如图所示，一均匀圆盘，半径为 R，质量为 m，其中心轴装在光 滑的固定轴上，并与圆盘垂直。在圆盘边上绕一轻绳，绳的下端挂 一质量为 m' 的物体，求圆盘的角加速度和圆盘边缘各点切向加速度
及绳中的张力。（圆盘的转动惯量为
1 2
m
R2
）
解：分别选物体、圆盘为研究对象，受力分析
如图所示。分别以物体的加速度方向、刚体
角位移
（角度）
0t
1 t2
2
1 t2
2
1 2
2.5 102
125rad
2.半径为 30cm 的飞轮，从静止开始以 0.5rad s 2 的角加速度
转动，则飞轮边缘上一点在飞轮转过 2400 时的切向加速度 at
＝ 0.15m s2 ，法向加速度 a n = 0.4 m s2 。
加速度为____3__3_g___。
2l
4l
h 1 l sin 30o
（1）质心下落高度为 h 1 l sin 30o
2 30o
2
重力的功
A mg 1 l sin 30o 2
由刚体的动能定理，
mg
mg 1 l sin 30o 1 J2 0 1 1 ml2
2
2
23
3g sin 30o 3g
4.花样滑冰一运动员可绕通过脚尖的垂直轴旋转，当他伸长两臂旋转
时的转动惯量为 J 0 ，角速度为0 ，当他突然收臂使转动惯量减少
为
2 3
J
0
时，则角速度为(
A
)
(A)
3 2
0
(B)
2 3
0
(C)
3 2
0
(D) 320
合外力矩为零，系统角动量守恒
J 00
2 3
J 0
3 2
0
5.有一小球，置于一光滑的水平桌面上，用细绳拴住小球，绳的另一
(5)式代入（4）式，得
T
mm' m 2m'
g2 .如 图 所 示 ， Nhomakorabea一 长 为 L = 0 .4 0 m 的 均 匀 木 棒 ， 质 量 M = 1 .0 k g ， 可 绕 水 平
轴 O 在 竖 直 面 内 转 动 。开 始 时 ，棒 自 然 地 竖 直 悬 垂 ，现 有 质 量 m ＝ 8 .0 g
绳下拉过程半径r变小，速度v变大， 动量mv变大，动能变大
1.一砂轮由静止开始作匀加速运动，角加速度 2.5rad s 2 。则
25rad s 10s 时的角速度为
1 ,在 10s 内转过的角度
为 125rad 。
由静止开始的匀加速转动运动学公式
角速度 0 t t 2.5 10 25rad s1
端穿过桌面中心的孔 O，该小球以角速度 在半径为 R 的圆周上运
动，如图所示，今将绳从小孔往下拉，则小球 ( C )
（A）动量大小不变，动能变，角动量变
（B）动量大小变，动能不变，角动量变
rO
（C）动量大小与动能都变，角动量不变
（D）三者都不变
质点受有心力作用，合外力矩为零，
质点角动量守恒
F
L mr 恒量
的 子 弹 以 v 200m s 1 的 速 率 从 A 点 水 平 射 入 棒 中 。 A 点 与 O 点 的 距
离 为
d
3 4
L
。
求
：
(1 )
开 始 转 动 时 的 角 速 度 ； (2 )棒 的 最 大 偏 转 角
。
（1）在子弹打入棒的瞬间，可看作棒仍在竖直 位置，合外力过转轴，m、M系统的角动量守恒。
T
的角加速度方向为正方向，运用牛顿定律
和转动定理，得
T
m'g T m'a
（1）
a
m'g
TR J 1 mR2 （2）
2
a R
（3）
(3)式代入(2)式得 T m a
(4)
2
(4)式代入（1）式得
a
2m' g m 2m'
(5)
a R
(m
2m'g 2m')R
一．选择题 1.两个匀质圆盘 A、B 密度分别为 A , B ，若 A B ，但质量和厚
度相同，两圆盘的旋转轴都通过盘心并垂直盘面，则转动惯量： （C ）
(A) J A J B
(B) J A J B (C) J A J B (D)不一定
均匀圆盘的转动惯量
J 1 mR2 2
3
3.质量均为 m 的三个小球用长为 l 的三根轻质的刚性杆连成一个
刚体。建立坐标系如图所示，将刚体置于 OYZ 平面内，则此刚体：
（ 量1为）_对__1_O_mX__l轴_2_的__转。动惯量为____45__m__l_2__；（2）对
OZ
轴的转动惯
z
2
2
J对OXm轴ir（i2 垂m直 12纸l 面2 向m外 12）l 的2 转m动 惯23量l 为2
l
l
5 ml2 4
对OZ轴的转动惯量为
3
1
lO
y
J
mi ri2
m
1 2
l
2
m
1 2
l
2
0
1 2
ml 2
x
4.长为 l 的均匀细棒可绕通过其一端并与之垂直的水平光滑轮转动。
设棒从水平位置开始释放，转过 300 时棒的角速度为____3__g_____,角
（D）若受力矩为零，则角加速度也一定为零。
M J
FF
3.力矩不变的情况下，下列说法正确的是：( B )
A. 质量越大的刚体角加速度越大
B．刚体的角加速度取决于刚体的质量，质量分布及刚体转轴
的位置
C．体积越大的刚体角加速度越小
D．均不正确。
M J, J miri2
ri为质元mi距离转轴的垂直距离
角度需变为弧度计算 240o 4 rad
1 t2 4
t2
2
3
2
4
3
16
2
3
0.5 3
切向加速度 法向加速度
at R 0.3 0.5 0.15m s2
an R2 R t2 0.3 0.52 t2 0.3 0.52 16 0.4 m s2