16.at=an=v2/R,v=att=3t,,t=1;t=1,s=1.5m
17.
(1)以地球为参照系,炮弹的水平初速等于v+v0,垂直初速为零。
;,;去掉t,
(2)以飞机为参照系,炮弹的水平初速等于v,垂直初速为零。
18.按相对速度定义,飞机对地的速度,,风与机身夹角,飞机运动方向为北偏东19.5°
19.对两物体作隔离分析,设f为静摩擦力,N1=(m+M)g,N=mg,f=μN=μmg=ma,F-f=Ma,F=(m+M)a,f≤μN,ma≤μN,,a≤μg,F=(m+M)g≤(M+M)a
20.对猴进行受力分析,猴相对地面静止,因此它受到的合力为零。
f=mg对直杆受力分析:
Mg+f=Ma,(M+m)g=Ma,直杆的加速度
21.设f1、f2为摩擦力,沿斜面方向A和B一起运动,a对A和B分别作受力分析:
(1)
(2)
(1)+
(2)(3)
对两物体A+B总体考虑,设摩擦力F,摩擦系数μ,,,对比式(3)得到摩擦系数
22.,,N=0,,,,
B-23-2
B-22
B-23-1
23.F-N=m1a,N=m2a,
24.F-f=Ma,f=maF=(M+m)a,f≤μsmg,ma≤μsmg,a≤μsg,F=(M+m)a≤(m+M)μsg
25.移开时A受力为零,弹簧长度不变。
A的加速度aA=0,静止。
弹力f=k∆x=mAg=mg;而对B受力分析:
f+mBg=f+mg=maB,2mg=maB,aB=2g
26.F-T=m1a
(1)T-m2g=m2a
(2)
(1)+
(2):
F-m2g=(m1+m2)a,,
27.N=mBa,f=mBg≤μN,mBg≤μmBa,g≤μa,
B-27
B-28
28.滑轮质量为零得到2T=f,T=m1a1,m2g-f=m2a2,,m2g-2T=m2g-2m1a1=m2a2=m2a1/2,
29.,按相对加速度关系,以向上为正a人-地=a=a0+a1,Mg-T=Ma
(1),T-mg=ma=m(a0+a1)
(2);
(1)+
(2):
(M-m)g=(M+m)a1+ma0
绳相对地面的加速度
人相对地面的加速度
30.v=kx,,,,,
31.,,,,继续求导v=dx/dt,,
32.设质点运动方向向上,静摩擦力f方向如图所示,θ=45°。
质点作匀速率圆周运动,将质点受力在切线和法线方向分解。
切线受力为零,而法向力提供质点做圆周运动。
切线方向:
Nsinθ-fcosθ-mgsinθ=0
法线方向:
mgcosθ-Ncosθ-fsinθ=mv2/R
θ=45°,sinθ=cosθ,N=f+mg,
得到静摩擦力f=-0.28((N),支持力N=f+mg=1.68(N)。
“-”表示f方向与假设相反,它与质点运动方向一致。
33.vx=5,vy=t,v2=52+t2;t=4,;t=2,,外力做功
34.按题意质点的速度可视为零。
k∆x=mg,200∆x=2×9.8,∆x=0.098m.外力F向下移动9.8cm时,M脱离地面.取g=10m/s2,∆x=0.1m.物体离地0.1m,h=0.1m.在这个系统中,重力、弹力做功,运用质点系功能原理:
,;外力做功,F所做的功等于3J.
35.在重力方向上小球无位移,因此重力做功为零;绳子的张力可拆分成垂直和水平方向,垂直方向不做功;水平方向绳子提供小球作匀速率圆周运动所需的向心力,向心力与小球运动方向自始自终垂直,所以也不做功;
36.,,,
37.N-mg=mv2/R
(1),摩擦力做负功
(2),A<0;由
(1)得到,代入式
(2)中得到
38.根据动量定理mv-0=F∆t,F为平均冲力,∆t=60/900,F=mv/∆t=240N(C)
39.,摩擦力f=μN=μmg=20N,在t=0至t=4s时,F的冲量,摩擦力的冲量,mv-0=120-80=40,v=4m/s;t=0至t=7s,F的冲量,摩擦力的冲量,mv-0=165-140=25,v=2.5m/s
40.设小球落到地面时的垂直方向上的速度,方向向下;反弹时小球的速度v2y,方向向上,按题意这不是弹性碰撞,机械能不守恒。
设反弹后小球在垂直方向上的速度为vy=v2y-gt。
在最高点,vy=0,v2y=gt1,t1=v2y/g,球的高度,,
(1)地面对小球的垂直方向上的冲量:
(2)地面对小球的水平方向上的冲量
41.,,
42.
(1)当F=0时,t=3×10-3(s)
(2)冲量,将t=3×10-3s代入得到I=0.6N·s
(3)按动量定理I=mv,v=300m/s,子弹质量m=I/v=0.6/300=2×10-3kg
43.
(1)转动一周,回到初态,动量增量等于零
(2)重力的冲量等于重力乘以时间:
(3)小球转动一周动量的增量为零,它受到的合力的冲量等于零。
按水平和垂直方向分解:
水平方向向心力的冲量等于零Ix=0;垂直方向的合力的冲量也为零,即绳子与重力的冲量之和等于零,因此绳子给小球的冲量
44.
(1)水平方向速度增量为零;垂直方向v2y-v1y=v0sinα-(-v0sinα)=2v0sinα=v0,α=30°,动量的增量为mv0
(2)向下,和冲量方向一致。
I=mv2y-mv1y
45.引力的功,注意这里的负号“-”,物体沿引力方向移动R1>R2,引力做正功(用势能表示)
46.运用功能原理。
做功的力:
F、弹力、摩擦力。
,,势能
47.做功的力:
外力F、弹力、摩擦力。
kx=mg,x=mg/k,
48.,引力做负功。
49.系统的势能等于重力势能加上弹性势能。
b点:
a点:
50.作用力等于反作用力:
kAxA=kBxB,,弹性势能之比:
51.
52.θ=10°,,2
53.,v2=100m/s,v0=700m/s,v1=500m/s,,,v2=100m/s
54.
55.整个过程外力、重力和弹力做功。
A点:
B点:
56.加速度为零时,电梯作匀速直线运动,为惯性系。
物体在平衡位置速度有最大值。
当物体相对电梯静止时(电梯作匀加速直线运动):
kx0-Mg=Ma,弹簧伸长量x0=M(g+a)/K
电梯加速度等于零后,Mg=kd,d对应新的平衡位置时弹簧的伸长量。
机械能守恒:
,
57.动量守恒:
PA+PB=常
(1)t=0PA+PB=PA=P0
tPA+PB=P0-bt+PB=P0,PB=bt
(2)t=0PA+PB=0,PB=-P0+bt
58.第一次:
,
第二次:
,,
59.水平方向无外力系统动量守恒,垂直方向上有地面的支持力不可忽视。
60.,,,,(A)
61.合外力等于零,合外力的功不一定为零,则机械能不一定守恒;合外力为零时,合外力矩也不一定等于零,角动量不能守恒;动量守恒成立,(C)
62.按题意桌面上无摩擦力,因此两小球组成的质点系的合外力为零,但合外力的功不一定等于零,机械能守恒不能成立,动量守恒成立。
(B)
63.没有摩擦力时,车和小球组成的质点系在水平方向上无外力存在,因此动量守恒。
质点系开始是静止状态,总动量等于零。
任意时刻t,
质点系在整个过程中只有重力做功,因此机械能守恒,在小球运动到最低点时,球的速度方向在水平方向上,与车的速度方向相反:
,。
动量守恒定律是在惯性系里成立的,v1和v2都是相对于地面的速度。
(C)
64.光滑桌面表示无摩擦力,系统水平方向上无外力,动量守恒成立;
如果摩擦力做功,动能将转化为热能,机械能不守恒。
65.(A)由初态到弹簧恢复原长时,墙对A有作用力,系统的外力不为零,动量守恒不成立。
(B)墙对A的作用力不做功,整个过程中只有弹力做功,机械能守恒。
正确。
(C)A离开墙后,墙对A的作用力不存在,水平方向上系统无外力,动量守恒成立,因为只有弹力做功,机械能守恒。
(D)A离开墙后总动量守恒,不等于零,因为B在A离开墙时是有速度的。
总机械能自始自终保持不变为。
66.质点作匀速率圆周运动,受到的合力为向心力,向心力对转轴的力矩等于零。
当C下移,圆周运动的半径减少,但角动量守恒。
设开始两小球的速率v1圆周运动半径r1角速度ω,C下移后,半径r2,速率v2,角速度ω2:
,
67.质点受到的是向心力作用,向心力对圆心的力矩始终为零,质点对圆心的角动量守恒:
,
68.地球和太阳之间的力为万有引力,力矩为零,地球m对太阳M的角动量守恒。
角动量L=mvR,万有引力,,(A)
69.小球在碰撞前是作抛体运动,在垂直方向上的速度是向下的。
当球和平板作完全弹性碰撞,机械能是守恒的。
水平方向无摩擦力存在,因此小球的水平速度碰撞后保持不变,依旧为v。
垂直方向上碰撞后两物体质量相等,两者交换速度,即平板碰撞前静止,碰撞后获得一个向下的速度,而小球碰撞后垂直方向上速度变为零。
小球的运动方向应是水平方向A2方向,(C)。
大家可以自己证明一下,在弹性碰撞过程中当两物体质量相等时,碰撞前后,它们的速度是相互交换的。
70.子弹射中滑块A后,两者一起运动。
在射中滑块A后,弹簧还没有发生形变,这时弹力为零。
子弹射中滑块A前后,水平方向无外力存在,子弹和滑块A组成的系统动量守恒:
,;随后子弹、滑块A和滑块B组成的系统机械能守恒、动量守恒。
动量守恒得到:
v1=0,v2有最大值为
71.按题意把夯打击桩的过程看成是动量守恒过程,
碰撞前系统的总能量E0=m1gh
碰撞前后动量守恒
总能量
72.(A)不受外力时系统的动量守恒成立;但机械能不一定守恒(非保守内力做功的话,如摩擦力)
(B)合外力为零,但外力做功之和不一定为零,机械能不一定守恒。
(C)正确
(D)外力做功为零,如果系统的非保守内力做功之和不为零,系统的机械能不守恒。
机械能守恒条件是外力和系统的非保守内力做功之和为零:
;动量守恒条件是合外力等于零。
73.角动量L=mvr,动能,引力势能,引力为向心力:
,,总能量,可注意到总能量为负值。
74.从B到C,质点没有受到摩擦力作用,机械能守恒。
先求C点的速度,然后根据机械能守恒算出B点的速度。
按题意在C点质点只受重力作用作圆周运动,其速度是沿水平方向的:
.
机械能守恒:
,
从A运动到B,设路程,加速度a,,质点从C点落下作抛体运动,水平方向,垂直方向上,落到A点所需时间,,m/s2。
75.设圆周运动半径R=l-d,转动到最高点,按题意质点的速度v的最小值应满足条件:
v2=gR=g(l-d)。
摆球由水平位置静止释放到绕B作圆周运动到最高点,机械能守恒:
将R、v的值代入得到,d=0.6l
76.对A、B、C的受力情况作隔离分析,写成相应的牛顿力学方程:
A:
mg-T1=ma
(1)
B:
T1=ma,
(2)
由
(1)和
(2)式得到加速度a=g/2,当B走过路程s=0.4(绳长)后,绳子张紧了,C受到绳子的作用力后开始运动,,所需时间t=0.4s
C开始运动时A和B的速度,受绳子的张力,C和A、B一起运动,C的速度与A和B的速度大小相等。
77.这两个物体组成的系统。
水平方向上无外力(桌面光滑)。
小物体沿半圆槽滑下,以半圆槽为参照系,小物体做圆周运动。
由动量守恒:
(1)
这两个物体的速度v1,v2是未知数,因此还要建立一个等式。
设小物体相对滑槽速度,小物体的速度v1沿水平和垂直方向分解:
以v2(向右)为正方向
向下为正方向
水平方向上动量守恒:
(2)
机械能守恒:
将代入上式得到,
滑槽对地的速度,
将v2代入
(1)式,得到小物体对地的速度。
对式
(2)两边对时间t积分:
是小物体相对于半圆槽在垂直方向上移动的距离,是半圆槽对地移动的距离。
当小物体滑倒最低点B时,,R为半径.滑槽相对地移动的距离.
78.这是相对速度的题目。
相对速度:
。
船驶向对岸时,
将船对地的速度在x-y方向上分解:
;
以出发点为坐标原点,船相对地走过的距离:
y=vt,
写成的x-y表达式:
船驶向对岸
船离开岸边l/4处时,,
当船回头时,,
,
船调头驶向原岸
从船调头是开始计时:
,
y=0,,,
船回到原岸时离出发点距离为
79.滑块受到的正压力:
摩擦力:
切向加速度at:
,
80.对绳子微分,对质量元dm作受力分析:
用质心方法可得到同样结果。