质点力学B自我检查题库解答.docx

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质点力学B自我检查题库解答

B.质点力学自我检查题

1.

(1)

路程即曲线(弧线)长度s

(2)

,这里的速度增量

是指在时间∆t内速度矢量的增量,是矢量。

2.(D)

代表瞬时速度的大小,v为速率,

,瞬时速度大小等于该时刻的速率,即质点运动的快慢;

代表平均速度的大小(绝对值)不是平均速率

,注意区别速度和平均速度,速率和平均速率。

速度和速率与某时刻t对应,平均速度和平均速率与某时间段∆t对应。

黑体字代表矢量,大家做题时要注意正确书写矢量还有平均的符号

3.如图所示在t=0时质点开始向正方向运动,在t=2.5s时朝反方向运动。

,直线运动中,质点的位移、速度等是用代数来表示的,正负代表不同方向。

4.

x=4t2,,y=2t+3,x=(y-3)2

5.

(1)两车的速度,;t=0,vA=4m/s,vB=0,A领先。

(2)两车距离相同时xA=xB,,,得到方程,方程的解t=0或,取t=1.186s

(3)两车速度相等vA=vB,,,得到方程的解,取正值t=4/6=2/3=0.67s

6.;t=0,v0=5m/s;,得到t=2,v=17m/s

7.可以注意到在整个运动过程中,三角形几何关系自始自终成立。

等式两边微分,得到,即,

(1),船速随θ增大,绳的速率v0保持不变,

求加速度可再利用公式

(1),继续对等式两边求导:

,加速度加速度a2v=17m/sy-3)XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX大小为XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX,这里“-”无物理意义。

8.,,t=3,v=23m/s

9.,,速率,,匀速率圆周运动。

10.,,,

B-10

11.=60°,最高点v=v0cos,轨道半径,法向加速度,g=10m/s2,v0cos=10,v0=20m/s

12.

(1)变速率曲线运动

(2),得到v=0或→∞;由于表示质点的速率随时间变化,因此这是变速率直线运动。

B-11

13.,,,

切向加速度与速度方向相反。

14.,

15.

(1),,

(2)at=an,,,,

b>ct;b

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)

(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。

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