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大学物理复习大纲土木系

第一章质点力学

理解

,和

物理量。

例:

P14课堂练习1.8,1.9

1.8选择:

根据上题的符号,则必有【C】

A.jvj=v;jvj=vB.jvj̸=v;jvj̸=v

C.jvj=v;jvj̸=vD.jvj̸=v;jvj=v

1.9选择:

质点在某瞬时位于位矢r=(x;y)处,其速度大小v的计算错误的为【A】

A.dr/dt

B.dr/dt

C.ds/dt

D.√(dx/dt)^2+(dy/dt)^2

掌握速度的表达式,能够利用位置关系求速度。

例:

P19课堂练习1.10

1.10直径为40cm的定滑轮上缠绕着一条细钢丝绳,绳的另一端吊着一个重物,若某时刻重物下落的加速度为1m=s2,速度为0:

3m=s,则此刻滑轮的角加速度为5rad/s2,角速度为1.5rad/s

解答:

物体下落的距离等于滑轮边缘转动的距离,物体下落的速度就是滑轮边缘的线速度,物体下落的加速度等于滑轮边缘的切线加速度.

掌握向心加速度和法向加速度的公式。

例:

P19课堂练习1.11,1.13-(4)(5)

1.11半径为0:

1m的轨道上有一个质点,它的角位置θ=π+t2,则任意时刻的切线加速度

at=0:

2,法线加速度an=0:

4t^2

解答:

ω=dθ/dt=2t,β=dω/dt=2,

at=Rβ,an=Rω^2

1.13判定正误:

(4)法线加速度的效果是改变速度的方向;__________________________[✓]

(5)切线加速度的效果是改变速度的大小;_________________________[✓]

掌握牛顿第二定律。

理解摩擦力的计算公式。

例:

P26课堂练习1.15,1.16,1.17,

1.15判定正误:

(1)物体质量越大,惯性越大;________________________________[✓]

(2)物体的速度越大,惯性越大;........................[X_]

1.16选择:

用水平力FN把一个物体压着靠在粗糙的竖直墙面上保持静止,当FN逐渐增大时,物体所受的静摩擦力Ff的大小【A】

A.不为零,但保持不变;B.随FN成正比地增大;

C.达到某一最大值后,就保持不变;

1.17选择:

一段路面水平的公路,转弯处轨道半径为R,汽车轮胎与路面间的摩擦因数为μ,要使汽车不

至于发生侧向打滑,汽车在该处的行驶速率【C】

A.不得小于μgR;B.必须等于μgR;

C.不得大于μgR;D.还需汽车的质量m决定;

掌握相对运动。

例:

P32课堂练习1.19,1.,20

1.19在东北天坐标系中,A车向东运动vA=2im=s,B车向北运动,vB=3jm=s;则B相对于A的速度vBA=(3j􀀀2i)m/s

1.20稳定的南风风速v1=2m=s,某人向西快跑,速率v2=4m=s.此人感受到的风速大小为

√2^2+4^2=20m/s

掌握动量,冲量,动量守恒,做功,动能定理,机械能守恒定律。

例:

P43课堂练习1.31,P47例题1.32,课堂练习1.32,1.34,P50:

1.27

1.31判定正误:

(1)沿着闭合路径,保守力做功等于零;_________________________[✓]

(2)保守力做功与运动路径无关;______________________________[✓]

(3)保守力做正功,系统的势能减小;____________________________[✓]

(4)沿着保守力方向移动物体,物体的势能减小;______________________[✓]

(5)非保守力的功一定为负值;.........................[X_]

1.32质量为2kg的质点,速率由1m=s增加至2m/s,则外力做功的大小为3J

1.33外力的冲量等于质点系统动量的增量.

所有作用力的功,等于系统动能的增量.

保守力做的功,等于系统势能的减少量.

非保守力做的功,等于系统机械能的增量.

1.34判定正误:

(1)保守力做负功,则系统的机械能一定减小;.................[X_]

(2)非保守力做负功,系统的势能一定增大;...................[X_]

(3)非保守力做负功,系统的机械能一定减小;_____________________[✓]

(4)一对相互作用内力能够改变系统的总动量;..................[X_]

(5)一对相互作用内力能够增加系统的总动能;_______________________[✓]

(6)作用力和反作用力大小相等方向相反,两者所作功的代数和必为零;......................................[X_]

1.27质量m=2kg的物体沿着x轴运动,初速度v0=2m=s.该物体受到沿着x轴正向的作用力F(t)

如下图所示.问在0

解答:

⼒F的冲量I=∫0-6F(t)dt=图线下⽅的⾯积=22N·s

根据动量定理I=mv􀀀mv0得末态速度v=(I+mv0)=m=(22+4)=2=13m=s

根据动能定理,⼒所做的功等于动能增量

W=1/2mv^2-1/2mv0^2=13^2-2^2=165J

1.32如下图所示,从半径为R的半球形屋顶上滑落一块冰.当下落到什么位置时冰块脱离屋顶?

此时的速度多大?

忽略一切摩擦.

解答:

设滑落⾄θ⾓度时速度是v,根据机械能守恒

mgR=mgRcosθ+1/2mv^2

在法线⽅向mgcosθ􀀀N=mv^2/R

冰块脱离屋顶的条件是⽀持⼒N=0.联⽴上述两式得

v=√2Rg/3;cosθ=2/3

1.34如下图所示,半径R的四分之一光滑圆槽放在光滑的地面上,小滑块从圆槽顶端下滑,当落至底部时,相对于地面的速度多大?

此时滑块对圆槽的压力多大?

假定圆槽与滑块质量相等M=m.

解答:

滑块运动⾄底部时,滑块与圆槽之间的作⽤⼒为竖直⽅向,因此⼆者⽔平⽅向均没有加速度.以圆槽为参照物,滑块相对于圆槽做圆周运动.

在底部,滑块相对圆槽的速度为v+V,N-mg=m(v+V)^2/R

在下落过程中,没有耗散⼒做功,机械能守恒mgR=1/2mv^2+1/2MV^2

滑块与圆槽在⽔平⽅向不受外⼒,⽔平动量守恒mv=MV

联⽴上述三式以及m=M,可得到v=V=gR;N=5mg

第二章连续介质力学

掌握力矩,角动量守恒定理。

P62:

2.5,2.6,P65:

例2.9,P66:

2.11,2.12,2.13,

掌握刚体转动公式

,会结合牛顿第二定律求解滑轮的物体的加速度。

例题1:

(1)求解B物体的加速度和绳的张力,已知转动惯量J。

(2)求解1s后的B下降的距离。

2.5判定正误:

(1)刚体受到的合外力不为零,则合外力矩一定不为零;.......[X_]

(2)若外力穿过转轴,则它产生的力矩为零;_________________[✓]

(3)若外力平行于转轴,则它对转轴的力矩为零;_______________[✓]

2.6判定正误:

有两个力作用在一个有固定转轴的刚体上,则

(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;......[X_]

(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;................................[X_]

2.9工程上常用摩擦力使得两个同轴转动的飞轮咬合,达到共同转速,若JA=10kg·m^2,JB=20kg·m^2;开始时轮静止不动,轮的角速度wA=300rev/min。

咬合之后两轮共同转速多大?

解:

两轮之间摩擦力属于内力,系统角动量守恒

JAwA+JBwB=(JA+JB)w

可解得w=JAwA+JBwB/(JA+JB)=10*300+0/10+20=100rev/min

2.11判定正误:

(1)刚体内部的相互作用力不能改变刚体的角动量;____________[✓]

(2)若刚体的角动量守恒,则刚体所受合外力为零;............[X_]

(3)若外力平行于转轴,则刚体的角动量守恒;______________[✓]

(4)若外力的延长线穿过转轴,则刚体角动量守恒;____________[✓]

2.12判定正误:

(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)质量相等而形状不同的两个刚体,受相同力矩,角加速度一定相同;...............................[X_]

2.13选择:

均匀细棒OA可绕O端自由转动,使棒从水平位置由静止开始自由下摆,在下摆过程中,则必有【D】

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

C.角速度不变,角加速度为零D.角速度从小到大,角加速度从大到小

 

第三章静电场

电场强度的概念,点电荷的电场强度公式。

电场强度通量的概念。

(表示通过某一横截面的)

掌握静电场的高斯定理,能够用高斯定理求解均与带电球面周围的电场。

静电场是一个保守场,做功与具体路径无关。

掌握静电场的电势的两种计算方法。

掌握点电荷的电势计算公式。

电势的叠加原理。

理解电势差的内涵。

(电势表示将单位正电荷从起点移动到末点过程中静电场所作的功。

)那么将电荷q从a点移动到b点过程中静电场力所作的功为:

掌握均匀带电球面在周围所产生的电势公式。

即:

其中q表示球面所带的电荷,r表示场点到球心的距离,R表示球面的半径。

例题:

求整个空间电场强度分布和电势分布。

 

解答:

根据对称性,球体内外的电场⽅向⼀定是沿着半径⽅向的.设距离球⼼为r处,场强⼤⼩为E,电通量Φe=E_4πr2.根据⾼斯定理Φe=qin=ε0得

0;r

E·4πr^2=1/ε0*q1;r1

q1+q2;r2

继续化简并添加电场⽅向er即可得

0;r

E=q1/ε0r^2er;r1

q1+q2/ε0r2er;r2

根据叠加原理,空间任意位置的电势为两个球⾯电荷电势的和.球⾯电荷周围的电势分布为

U(r)=q/4πε0Rr⩽R

q/4πε0rr>R

距离球⼼为r且r

距离球⼼r1

U(r)=q1/4πε0r+q2/4πε0r2

在r2

U(r)=q1/4πε0r+q2/4πε0r

例题:

A,C分别放置q,-q的点电荷,求B点的电场强度

 

 

例:

A和C分别放置了q和2q电荷,求B点的电势

 

P91:

3.2,P95:

例题3.4,P98:

例题3.7,P102:

例题3.8,P103:

例题3.10,P106:

3.19,

3.2真空中的直角坐标系上有三点A(x1;0)、B(0;y2)及C(0;0),在A点放置点电荷q1,B点放置点电荷q2,问C点处的场强大小为1/4πε0√q1^2/x1^4+q2^2/y2^4

3.8设空间有一静止的点电荷q,在其周围激发电场。

计算与q点相距r的p点的电势。

解:

以点电荷q为坐标原点,取无穷远为参考点,即无穷远处电势为零。

选择从p点沿着半径到达无穷远处的直线微积分路径,在这条路径上任取一线元dL,设它到点电荷的距离为L,方向和er;的方向一致。

U=∫p-∞E·dL=∫r-∞qer/4πε0l^2·dlerL=∫r-∞qer/4πε0l^2dl

积分得U=q/4πε0r

3.10平面坐标系xy中,三个点电荷q1=4*10^-9C=4nCq2=-3nCq3=5Nc,分别位于(4cm,0)(0,3cm)(4cm,3cm),若将一个试探电荷q0=10^-2C从坐标原点o移动至无穷远处,电场力做功多大?

解:

由电势的叠加原理得,U0=q1/4πε0r1+q2/4πε0r2+q3/4πε0r3

=1/4πε0(q1/r1+q2/r2+q3/r3)

三个电荷到原点距离:

r1=0.04mr2=0.03mr3=√0.04^2+0.03^2m=0.05m

代入数据计算得:

U0=9*10^2V

将试探电荷移动至无穷远,电场力做功:

W0-∞=q0U0-∞=q0(U0-U∞)=q0U0=9J

3.19判定正误:

(1)电场强度相等的位置电势相等;........................[X_]

(2)同一个等势面上的电场强度大小相等;.....................[X_]

(3)某区域内电势为常量,则该区域内电场强度为零;__________________[✓]

(4)电势梯度大的位置电场强度大;______________________________[✓]

(5)电场线与等势面必然正交.________________________________[✓]

第四章:

稳恒磁场

掌握几种常见的形状的电流导线在空间中产生的磁场,会用右手螺旋定理判断方向。

掌握无限长电流导线在空间产生的磁场大小公式,圆形电流在中心所产生磁场大小。

掌握安培环路定理。

洛仑磁力:

任意形状的通电导线在均匀磁场所受到的磁场力大小。

 

例题,o点磁场强度大小为多少?

 

例题:

计算圆形电流在均匀磁场B中所受的安培力。

 

P126:

4.2,P137:

4.11,P138:

例题4.7,P146:

4.1

4.2无限长的直导线载有电流I,距离导线x处的磁感应强度大小为μ0I/2πx;沿着直线运动的电荷,其运动的正前方的磁感应强度大小为0

4.11判断正误:

(1)均匀磁场不会改变带电粒子的速率;___________________________[✓]

(2)非均匀磁场的洛仑兹力能够对运动电荷做正功;..................[X]

(3)受到洛仑兹力后,带电粒子的动能和动量都不变................[X]

4.7无限长直线电流I1和长为L的电流I2共面且垂直放置,相距为a,求电流I2受到I1的磁场力。

解:

如图在坐标x处取电流元I2dl=I2dxi.电流I1在x处产生的磁感应强度大小为

B=μ0I1/2πx

磁场方向垂直于纸面向内。

故电流元I2dl所受的磁场力大小为

dF=I2dl·B=μ0I1I2/2πx·dx

力的方向垂直于I2向上。

因为各电流元受力方向相同,所以I2受到的磁场力合力为

F=∫a--a+Lμ0I1I2/2πx·dx=μ0I1I2/2πx·lna+L/a

4.1如下图所示,几种载流导线在平面内分布,电流均为I,它们在O点的磁感应强度各为多少?

I

(a)解答:

B=μ0I/8R-μ0I/4πR

(b)解答:

B=μ0I/4R-μ0I/2πR

(c)解答:

B=μ0I/2R-μ0I/2πR

第五章:

时变电磁场

掌握电磁感应现象,感应电流产生的条件,法拉第电磁感应定律。

会计算任意形状的导体在均匀磁场中切割磁感线所产生的电动势。

掌握动生电动势公式,并能判断电动势的方向和电势的高低。

P153:

5.1,P1,56:

例题5.4,P169:

5.2

5.1如下图所示,导线回路L的形状不变,而其位置正在发生移动.根据楞次定律判定各回路中是否有感应电流;若有,请用箭头标记其环绕方向.

5.4如图,无限长直线电流I旁边共面放置了一条长度为l的一根细铜棒,以速度v垂直向上运动。

计算铜棒上的电动势

解:

铜棒的不同部位,磁场大小是不同的,在铜棒上选取一小段dx,

dε=∣(V*B)·dl∣=Bvdx=μ0I/2πx·vdx

整个铜棒的总电动势大小为ε=∫a--a+Lμ0I/2πx·vdx=μ0Iv/2π·lna+L/a

5.2如图所示,无限长直线电流I旁边共面放置一个矩形导线框,其尺寸如图.若电流I恒定不变,导线框以速率v远离直线电流(dl=dt=v),计算在当前位置时导线框内的总电动势.

解答:

解法一:

将导线框切割为向下⽅向的细长矩形⾯积元,⾯积元距离直线电流r,其⾯积为dS=adr,则矩形线框的总磁通量为

Φ=∫l-l+bB·dS=∫l-l+bμ0I/2πr·adr=μ0Ia/2π·[ln(l+b)-lnl]

在上式中,距离l是时间的函数,

ε=-dΦ/dt=-dΦ/dl·dl/dt=μ0Ia/2π·[v/l-v/l+b]=μ0Ia/2π·bv/l(l+b)

⽅向为顺时针环绕.

解法二:

导线框中只有最左边和最右边切割磁场线.左边切割磁场线产⽣的电动势垂直向上,顺时针环绕,ε1=Bav=μ0I/2πl·av

右边切割磁场线产⽣的电动势垂直向上,逆时针环绕,

ε2=Bav=μ0I/2π(l+b)·av

总电动势ε=ε1-ε2

例,计算CD棒所产生的电动势。

 

第六章:

振动和波动

掌握简谐振动运动学方程。

掌握旋转矢量方法。

掌握两个同频率同方向的振动的合成。

P200:

6.12,6.13,6.18,P218:

6.1,6.2,6.4,P219:

6.11

6.12一列横波的波函数为y=0:

05cos(10πt􀀀4πx)SI,则频率f=5Hz,波长λ=0:

5m,波速c=2:

5m=s,座标x=2m的质点在t=1s的相位等于2πrad

6.13空气中的声速约u=330m=s,声音频率f=1000Hz,则波长λ=0:

33m;若水中的声波波长λ=1:

5m,周期T=1ms,则水声波速c=1500m=s

6.18判定正误:

(1)流体中不可以传播横波;________________________________[✓]

(2)固体中不可以传播纵波;..........................[X]

(3)空气中的声波是纵波;__________________________________[✓]

(4)水面波是横波;..............................[X]

(5)介质的速度与波的速度是两个不同的物理量;____________________[✓]

(6)介质能够随着波动一起向远方传送;....................[X]

(7)波的传播速度由介质决定;_______________________________[✓]

6.1一个质点沿着x轴做简谐振动,其角频率ω=10rad=s,初始位移x0=7:

5cm,初始速度v0=

75cm=s.请写出它的振动方程.

解答:

令振动⽅程为x=Acos(ωt+φ0),其中A;φ0为待定常量.根据初始条件得

x0=Acos(φ0)=7.5

(1)

v0=dx/dt∣t=0=-ωAsin(φ0)=75

(2)

上述两式联⽴得振幅A=√x0^2+(v0/ω)^2=15√2=10:

6cm

初相位φ0=arccos(7.5=A)=arccos(√2/2)=+_45◦

根据式

(2)可知sin(φ0)<0,所以φ0=-45◦,即x=10:

6cos(10t-45◦)cm

注:

亦可根据初速度大于零,故由旋转矢量图,必选取φ0=-45◦.

6.2弹簧振子沿着x轴运动,其角频率ω=10rad=s,振幅为A,初始时刻x0=A=2并且向着x负方向运

动,请写出振子的运动方程.

解答:

x0=Acos(φ0)=A=2;φ0=arccos(0:

5)=+60◦

根据旋转⽮量图,振⼦初速度向负⽅向,故φ0=60◦,振动⽅程

x=Acos(10t+60◦)

6.4两个简谐振动的曲线如下图所示,分别写出振动方程.

解答:

由图(a)可看出,A=10cm;x0=5cm,

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