大学物理期末考试

一.选择题(每题三分,共三十分)1.如图1.1所示,两滑块A 、B ，质量分别为m 1和m 2,与斜面间的摩擦系数分别为μ1和μ2,今将A 、B 粘合在一起,并使它们的底面共面,而构成一个大滑块,则该滑块与斜面间的摩擦系数为(A) (μ1+μ2)/2. (B) μ1μ2/ (μ1+μ2).(C)2μμ1.(D) (μ1m 1+μ2m 2)/(m 1+m 2).2.一特殊的弹簧,弹性力F=－kx 3,k 为倔强系数,x 为形变量.现将弹簧水平放置于光滑的水平面上,一端固定,一端与质量为m 的滑块相连而处于自然状态.今沿弹簧长度方向给滑块一个冲量,使其获得一速度v ,压缩弹簧,则弹簧被压缩的最大长度为(A)m/k v . (B)k/m v .(C) (2mv 2/k )1/4. (D) (4mv/k )1/4.3.一物体正在绕固定光滑轴自由转动,(A) 它受热膨胀或遇冷收缩时,角速度不变. (A) 它受热时角速度变小,它遇冷时角速度变大. (B) 它受热或遇冷时,角速度均变大.(D) 它受热时角速度变大,它遇冷时角速度变小. 4. 图1.2(a)为一绳长为l 、质量为m 的单摆.图9.2(b)为一长度为l 、质量为m 能绕水平轴O 自由转动的匀质细棒.现将单摆和细棒同时从与铅直线成θ角度的位置由静止释放,若运动到竖直位置时, 单摆、细棒的角速度分别用ω1、ω2表示,则(A) ω1=ω2/2. (B) ω1=ω2. (C)ω1=2ω2/3.(D) ω1=3/2ω2.5.如图1.3,滑轮、绳子质量忽略不计,忽略一切摩擦阻力,物体A 的质量m 1大于物体B 的质量m 2. 在A 、B 运动过程中弹簧秤的读数是 (A) (m 1+m 2 )g .(B) (m 1－m 2)g .(C)2m 1m 2g/(m 1+m 2).(D)4m 1m 2g/(m 1+m 2).6.一人站在旋转平台的中央,两臂侧平举,整个系统以2π rad/s 的角速度旋转，转动惯量为6.0kgm 2.如果将双臂收回则系统的转动惯量变为2.0kgm 2.此时系统的转动动能与原来的转动动能之比E k / E k0为(A) 2.(B)2. (C)3.图1.1(a)(b)图1.21.3(D) 3.7.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的人站住转台中心,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)Jω 0/(J+mR2) .(B) Jω 0/[(J+m)R2].(C)Jω 0/(mR2) .(D) ω 0.8.有两个半径相同,质量相等的细圆环A和B,A环的质量分布均匀, B环的质量分布不均匀,它们对通过环心并与环面垂直的轴的转动惯量分别为J A和J B, 则(A)J A>J B.(B) J A<J B.(C)J A=J B.(D)不能确定J A、J B哪个大.9.速度为v的子弹,打穿一块木板后速度为零,设木板对子弹的阻力是恒定的.那末,当子弹射入木板的深度等于其厚度的一半时,子弹的速度是(A)v/2.(B)v/4.(C)v/3.(D) v/2.10.质量为m的铁锤竖直落下,打在木桩上并停下,设打击时间为∆t,打击前铁锤速率为v,则在打击木桩的时间内,铁锤所受平均合外力的大小为(A)mv/∆t－mg.(B)mv/∆t.(C)mv/∆t＋mg.(D) 2mv/∆t.二.填空题(每题三分,共三十分)1.一质点沿直线运动，其坐标x与时间t有如下关系：x=A e－βt cosω tA、β、ω皆为常数.(1)任意时刻t质点的加速度a=;(2)质点通过原点的时刻t=.2.如图1.4所示，质点P的质量为2kg，位置矢量为r，速度为v，它受到力F的作用.则三个矢量均在O xy平面内，且r=3.0m，v=4.0m/s，F=2N，则该质点对原点O的角动量L=;作用在质点上的力对原点的力矩M=.3.如图1.5所示，滑块A、重物B和滑轮C的质量分别为m A、m B和m C，滑轮的半径R，滑轮对轴的转动惯图1.4 图1.6量为J=m C R 2/2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动，滑块A 的加速度a =.4.一架轰炸机在俯冲后沿一竖直面内的圆周轨道飞行,如图1.6所示,如果飞机的飞行速率为一恒值v =640km/h ，为使飞机在最低点的加速度不超过重力加速度的7倍(7g ),则此圆周轨道的最小半径R =,若驾驶员的质量为70kg ，在最小圆周轨道的最低点,他的视重(即人对坐椅的压力)N '=.5.一质点沿半径为R 的圆周运动, 在t =0时经过P 点, 此后它的速率v 按v =A+B t (A 、B 为正的已知常量)变化,则质点沿圆周运动一周再经过P 点时的切向加速度a t =, 法向加速度a n =.6.灯距地面高度为h 1,一个人身高为h 2,在灯下以匀速率v 沿水平直线行走, 如图1.7所示.则他的头顶在地上的影子M 点沿地面移动的速度v M =.7.如图1.8，一匀质细杆AB,长为l ,质量为m . A 端挂在一光滑的固定水平轴上, 细杆可以在竖直平面内自由摆动.杆从水平位置由静止释放开始下摆,当下摆θ时,杆的角速度为.8.一个作定轴转动的轮子,对轴的转动惯量J = 2.0kg · m 2,正以角速度ω0匀速转动,现对轮子加一恒定的力矩M =－7.0 m· N,经过时间t =8.0s 时轮子的角速度ω=－ω0,则ω0=.9. 如图1.9所示一长为L 的轻质细杆,两端分别固定质量为m 和2m 的小球 (可作质点看待),此系统在竖直平面内可绕过中点O 且与杆垂直的水平光滑轴(O 轴)转动,开始时杆与水平成60°角,处于静止状态.无初转速地释放后,杆球这一刚体系统绕O 轴转动,系统绕O 轴的转动惯量J =.释放后,当杆转到水平位置时,刚体受到的合外力矩M =; 角加速度β=. 10.一质点在二恒力的作用下,位移为∆r =3i +8j (SI),在此过程中,动能增量为24J,已知其中一恒力F 1=12i －3j (SI),则另一恒力所作的功为.三.计算题(每题十分,共四十分)1.如图1.10所示,倔强系数为k 的轻弹簧,一端固定,另一端与桌面上的质量为m 的小球B 相连接. 推动小球,将弹簧压缩一段距离L 后放开. 假定小球所受的滑动摩擦力大小为F 且恒定不变, 滑动摩擦系数与静摩擦系数可视为相等. 试求L 必须满足什么条件时,才能使小球在放开后就开始运动,而且一旦停止下来就一直保持静止状态.2.质量为M =0.03kg, 长为l =0.2m 的均匀细棒, 在一水平面内绕通过棒中心并与棒垂直的光滑固定轴自由转动. 细棒上套有两个可沿棒滑动的小物体,每个质量都为m =0.02kg. 开始时,两小物体分别被固定在棒中心的两侧且距中心各为r =0.05m,此系统以n 1=15rev/min 的转速转动. 若将小物体松开后,它们在滑动过程中受到的阻力正比于速度, 已知棒对中心的转动惯量为M l 2/12. 求(1) 当两小物体到达棒端时,系统的角速度是多少？ (2) 当两小物体飞离棒端时, 棒的角速度是多少？1.102图1.7图1.8○ 2m ○ mO ·╮ 60° 图1.93.为求一半径R=50cm的飞轮对于通过其中心且与盘面垂直的固定轴的转动惯量,让飞轮轴水平放置，在飞轮边缘上绕以细绳,绳末端悬重物，重物下落带动飞轮转动.当悬挂一质量m1=8kg的重锤，且重锤从高2m处由静止落下时,测得下落时间t1=16s. 再用另一质量m2为4kg 的重锤做同样的测量, 测得下落时间t2=25s,假定摩擦力矩是一个常数,求飞轮的转动惯量.4.飞机降落时的着地速度大小v0=90km/h ,方向与地面平行,飞机与地面间的摩擦系数 =0.10,迎面空气阻力为C x v2,升力为C y v2 (v是飞机在跑道上的滑行速度,C x和C y均为常数),已知飞机的升阻比K=C y/C x=5,求从着地到停止这段时间所滑行的距离(设飞机刚着地时对地面无压力)一.选择题DC BD D C A C A B二.填空题1.A e -βt [(β2-ω 2)cos ω t +2βωsin ω t ] ; (2n+1)π/(2ω) (s) (n=1,2,3,…).2．12k kg·m 2/s; 3k N·m. 3. 2m B g/(2m A +2m B +m C ). 4. 461m, 5.49×103N5. B , (A 2/R )+4πB .6. v M =h 1v/(h 1－h 2)7.l g /sin 3θω=8. 14rad/s..9 3mL 2/4, mgL/2, 2g /(3L ) . 10. 12J三.计算题1.取点O 为坐标原点，向右为x 正向.t =0时,静止于x =-L 的小球开始运动的条件是kL ＞F由功能原理得小球运动到x 处静止的条件是-F (L+x )=kx 2/2-kL 2/2=k (x -L )(x +L )/2x =L -2F/k使小球继续保持静止的条件是k ⎜x ⎜= k ⎜ L -2F/k ⎜≤FF ＜kL ≤3F所以F/k ＜L ≤3F/k2. (1)角动量守恒(M l 2/12+2mr 2)ω1=(M l 2/12+2ml 2)ω2 ω2= (M l 2/12+2mr 2)ω1/(M l 2/12+2ml 2)=0.628rad/s(2)小物体飞离棒端时小物体对棒无冲力，故棒的角速度仍为ω2=0.628rad/s3. 飞轮受绳的张力T 产生的力矩和阻力矩M μ,重锤受绳的张力T 和重力mg .对飞轮和重锤分别用转动定律和牛顿定律列方程,有TR -M μ=J α=Ja/R mg -T=ma h=at 2/2得mgR -M μ=( J/R+mR )2h/t 2当重锤质量分别为m 1和m 2时, 重锤下落时间分别为t 1和t 2 ,于是有m 1gR -M μ=( J/R+m 1R )2h/t 12 m 2gR -M μ=( J/R+m 2R )2h/t 22相减得(m 1-m 2)gR=(2hJ/R )(1/t 12-1/t 22)+(2hR )( m 1/t 12-m 2/t 22) =2hJ (t 22-t 12)/(R t 12t 22)+2hR (m 1t 22-m 2t 12)/( t 12t 22)有J=[(m 1-m 2)gR 2 t 12t 22/[2h (t 22-t 12)]-R 2(m 1t 22-m 2t 12)/(t 22-t 12)=1.06×103kg·m 24. 飞机受力:重力、地面支持力N 、摩擦力f 、阻力与升力, 设飞机质量为m ,有方程:竖直向上N+C y v 2－mg =0水平向前-μN -C x v 2=m d v/d t= m (d v/d x )(d x/d t ) 所以有－μ( mg －C y v 2)－C x v 2=mv d v/d xd x=－mv d v/[μ mg +( C x －μC y ) v 2]x=()]{}⎰-+02d v yxv C C mg v mv μμ=()()mgv C C mg C C m y x y x μμμμ20ln 2-+-因飞机刚着地时对地面无压力，有mg=C y v 02,而K =C y /C x =5，故 C y = mg/v 02C x = mg/ (Kv 02)所以x={ Kv 02/[2g (1-K μ)]}ln[1/(K μ)]=221m。