a
a
a
1
121
02 质点动力学 卷A 答案
班级 学号 姓名 .
一. 选择题(每题4分)
1. 如图所示，质量分别为m 1和m 2的两滑块A 和B 通过一轻弹簧水平连结后置于水平桌面上，滑块与桌面间的摩擦系数均为μ，系统在水平拉力F 作用下匀速运动.如突然撤消拉力，
则刚撤消后瞬间，二者的加速度a A 和a B 分别为 ( D ) (A) a A =0 ， a B =0. (B) a A >0 ， a B <0.
(C) a A <0 ， a B >0. (D) a A <0 ， a B =0.
(B 卷1)． 一轻绳跨过一定滑轮，两端各系一重物，它们的质量分别为1m 和2m ，且12m m > (滑轮质量及一切摩擦均不计)，此时系统的加速度大小为
a ，今用一竖直向下的恒力1F m g =代替1m ，系统的加速度大小为a '，则有 ( B ) (A)a a =' (B)a a >' (C)a a <' (D) 无法确定
2. 质量为20 g 的子弹，以400 m/s 的速率沿图示方向射入一原来静止的质量为980 g 的摆球中，摆线长度不可伸缩．子弹射入后开始与摆球一起运动的速率为 ( B ) (A) 2 m/s (B) 4 m/s (C) 7 m/s (D) 8 m/s
3. 沙子从h = 0.8m 高处落到以3m/s 速度水平向右运动的传送带上。取g = 10m/s 2，则传送带给予沙子的作用力的方向 ( B ) (A) 与水平夹角53向下； (B) 与水平夹角53向上； (C) 与水平夹角37向上； (D) 与水平夹角37向下。
分析与解：00.8m
h v =1002,v v v j v v vi ==-==
()()210I m v m v v m vi v j =?=-=+
04tan ,533
v v θθ?=
====，向上 4. 静止在光滑水平面上的一质量为M 的车上悬挂一单摆，摆球质量为m ，摆线长为l ．开始时，摆线水平，摆球静止于A 点．突然放手，当摆球运动到摆线呈竖直位置的瞬间，摆球相对于地面的速度为 ( C ) (A) 0． (B)
gl 2．
(C) M m gl
/12+． (D)
m
M gl
/12+5. 如图所示，质量分别为m 1, m 2的两物体用一屈强系数为k 放在水平光滑桌面上，当两物体相距x 时，系统由静止释放，已知弹簧的自然长度为x 0则当物体相距x 0时, m 1的速度大小为 ( D )
(A) (B)
(C) (D)
二. 填空题（每题4分）
1. 质量为m 的小球，用轻绳AB 、BC 连接，如图，其中AB 水平．剪断绳AB 前后的瞬间，绳BC 中的张力比 T : T ′＝____________．
21
cos θ
2. 如图所示，在一只半径为R 的半球形碗内，有一粒质量为m 的小钢球，当小球以角速度ω在水平面内沿碗内壁作匀速圆周运动时，它距碗底有的高度为 .
分析 维持钢球在水平面内作匀角速度转动时，必须使钢球受到一与向心加速度相对应的力(向心力)，而该力是由碗内壁对球的支持力F N 的分力来提供的，由于支持力F N 始终垂直于碗内壁，所以支持力的大小和方向是随ω而变的．取图示Oxy 坐标，列出动力学方程，即可求解钢球距碗底的高度．
解 取钢球为隔离体，其受力分析如图所示．在图示坐标中列动力学方程
θωmR ma θF n N sin sin 2== (1)
mg θF N =cos (2)
()R
h R θ-=
cos (3)
由上述各式可解得钢球距碗底的高度为2
g
h R ω
=-
3. 如图所示，一质量为m 的小球最初位于A 点，然后沿半径为r 的光滑圆轨道ADCB 下滑．试求小球到达点C 时的角速度和对圆轨道的作用力为 .
解 小球在运动过程中受到重力P 和圆轨道对它的支持力F N ．取图(b)所示的自然坐标系，
由牛顿定律得t m αmg F t d d sin v
=-= (1)；2cos n N F F mg m R
α=-=v (2)
由t
α
r t s d d d d ==
v ，得v αr t d d =，代入式(1)，并根据小球从点A 运动到点C 的始末条
件，进行积分，有
()?
?
-=α
ααrg o
90d sin d v
v v v 得 αrg cos 2=
v
则小球在点C 的角速度为r αg r
ω/cos 2==
v
由式(2)得 αmg αmg r
m m F N cos 3cos 2
=+=v 由此可得小球对圆轨道的作用力为αmg F F N N
cos 3-=-='负号表示F ′N 与e n 反向．
4. 两块并排的木块A 和B ，质量分别为m 1和m 2 ，静止地放置在光滑的
水平面上，一子弹水平地穿过两木块，设子弹穿过两木块所用的时间分别为?t 1 和?t 2 ，且木块对子弹的阻力为恒力F ，则子弹穿出后木块B 的速度大小为___________________． 答案：
2
1
211m t F m m t F ?+
+? 5. 如图所示，一绳索跨过无摩擦的滑轮，系在质量为1.00 kg 的物体上，起初物体静止在无摩擦的水平平面上．若用5.00 N 的恒力作用在绳索的另一端，使物体向右作加速运动，当系在物体上的绳索从与水平面成30°角变为37°角时，力对物体所作的功为
多少？ 已知滑轮与水平面之间的距离d ＝1.00 m ．
分析：该题中虽施以“恒力”，但是，作用在物体上的力的方向在不断变化．需按功的矢量定义式?
?=s F d W 来求解．
解 取图示坐标，绳索拉力对物体所作的功为
2
1
d cos d 1.67J x x W F x x θ=?===???F x
三. 计算题(每题5分)
1. 一可视为质点的物体，质量为3kg ，由原点出发沿x 轴正方向运动，初速度为0，作用在物体上的力为 F = 9t 2(N) 。试求：
(1) 试用质点的动量定理计算物体在t=2s 时的速度；
(2) 试用质点的动能定理计算头2秒内此力对物体做的功；
(3) 给出物体的运动方程x=x (t )，给出力F 关于x 的函数F=F (x )； (4) 试用功的定义式()W F x dx =?
计算头2秒内此力对物体做的功。 3. 解：(1) 由质点的动量定理2
1
2121d t t I F t p p m m =
=-=-?
v v
2
3
2
20d 32 49mv t t t -===?，8/v m s = (2分)
(2) 由质点的动能定理k W E =?
2
1962
W mv J =
= (2分) (3) 4
2
3
0034t a t v v adt t x x vdt =?=+=?=+=?? (3分
)
4
2,9,4
t x F t t F ===消去可得 (1分)
(4) 2,4t s x == (1分)
4
96W ==? (1分)
2. 设想有两个自由质点，其质量分别为m 1和m 2，它们之间的相互作用符合万有引力定律．开始时，两质点间的距离为l ，它们都处于静止状态，试求当它们的距离变为1
2
l 时，两质点的速度各为多少？
解：两自由质点组成的系统在自身的引力场中运动时，系统的动量和机械能均守恒．设两质点的间距变为l /2时，它们的速度分别为v 1及v 2，则有
02211=-v v m m (1)
l
m Gm m m l m Gm 212
222112122121-+=-v v (2) 联立(1)(2)，解得 )(22121m m l G m +=v ，)
(22112m m l G
m +=v
第一章 质点运动学 1．下列物理量是标量的为（ ） A ．速度 B ．加速度 C ．位移 D ．路程 2．下列物理量中是矢量的有 （ ） A . 内能 B. 动量 C . 动能 D . 功 答案：1.D 2.B 一、位矢、位移、速度、加速度等概念 1.一质点作定向直线运动，，下列说法中，正确的是 （ ） A.质点位置矢量的方向一定恒定，位移方向一定恒定 B.质点位置矢量的方向不一定恒定，位移方向一定恒定 C.质点位置矢量的方向一定恒定，位移方向不一定恒定 D.质点位置矢量的方向不一定恒定，位移方向不一定恒定 2．质点的运动方程是cos sin r R ti R tj ωω=+ ，,R ω为正的常数，从/t πω=到 2/t πω=时间内，该质点的位移是 （ ） A ．2Rj - B ．2Ri C ．2j - D ．0 3．一质点以半径为R 作匀速圆周运动，以圆心为坐标原点，质点运动半个周期内, 其位移大小r ?= _ _______，其位矢大小的增量r ?=_________． 4．质点在平面内运动，矢径 ()r r t = ，速度()v v t = ，试指出下列四种情况中哪种质点一 定相对于参考点静止： （ ） A. 0dr dt = B ．0dr dt = C ．0dv dt = D ．0 dv dt = 5.质点作曲线运动，某时刻的位置矢量为r ，速度为v ，则瞬时速度的大小是（ ）， 切向加速度的大小是（ ），总加速度大小是（ ） A.dt r d B. dt r d C. dt dr D. dt v d E. dt v d F. dt dv
6. 在平面上运动的物体，若0=dt dr ，则物体的速度一定等于零。 （ ） 7. 一质点在平面上作一般曲线运动，其瞬时速度为v ，瞬时速率为v ，某一段时间内的平均速度为v ，平均速率为v ,它们之间的关系应该是： （ ） A ． v = v ，v ≠v B ．v ≠v, v =v C ．v ≠v, v ≠v D ．v = v , v =v 8．平均速度的大小等于平均速率。 （ ） 9. 质点沿半径为R 的圆周作匀速率运动,每t 时间转一周,在2t 时间间隔中,其平均速度大小 与平均速率大小分别为 （ ） A ．2πR/t, 2πR/t. B. 0, 2πR/t. C.0, 0. D.2πR/t, 0. 10.质点作曲线运动,r 表示位置矢量, s 表示路程, at 表示切向加速度,下列表达式中 , 正确 的是 （ ） （1）dv/dt=a ； （2）dr/dt=v ； （3）ds/dt=v ； （4） dt v d =at. A. 只有(1)、(4)是正确的. B ．只有(2)、(4)是正确的. C ．只有(2) 是正确的. D ．只有(3)是正确的 11．质点作半径为R 的变速圆周运动时的加速度大小为（v 为任一时刻速率）： （ ） Ａ．dt dv Ｂ．R v 2 Ｃ．R v dt dv 2+ Ｄ．2/124 2)]()[(R v dt dv + 12.已知一质点在运动，则下列各式中表示质点作匀速率曲线运动的是（ ），表示作 匀速直线运动的是（ ），表示作变速直线运动的是（ ），表示作变速曲线运动 的是（ ） A. 0,0==n t a a ； B. 0,0≠≠n t a a ； C. 0,0=≠n t a a ； D. 0,0≠=n t a a 13.质点作直线运动的条件是： C.
习题 2-1 质量为0.25kg 的质点，受力为()F ti SI =的作用，式中t 为时间。0t =时，该质点以 102v jm s -=?的速度通过坐标原点，则该质点任意时刻的位置矢量是_____. 解 因为 40.25 d v F t i ti dt m ===,所以()4d v t i d t =， 于是有()0 4v t v dv ti dt =? ?， 222v t i j =+；又因为 dr v dt =，所以()222dr t i j dt =+，于是有()222dr t i j dt =+??，3 223 r t i tj C = ++，而t=0时质点通过了原点，所以0C =，故该质点在任意时刻的位置矢量为3 223 r t i tj =+。 2-2 一质量为10kg 的物体在力(12040)()f t i SI =+作用下，沿x 轴运动。0t =时，其速度 106v im s -=?，则3t s =时，其速度为（ ） A. 1 10im s -? B. 1 66im s -? C. 1 72im s -? D. 1 4im s -? 解 本题正确答案为C 在x 方向，动量定理可写为()3 12040t dt mv mv +=-?，即0660mv mv -= 所以 ()10660660 67210 v v m s m -=+ =+=?。
2-3 一物体质量为10kg 。受到方向不变的力3040()F t SI =+的作用，在开始的2s 内，此力的 冲量大小等于______;若物体的初速度大小为1 10m s -? ，方向与F 同向，则在2s 末物体的 速度大小等于_______. 解 在开始的2s 内，此力的冲量大小为 ()2 3040140()I t dt N s = +=?? 由质点的动量定理得 0I mv mv =- 当物体的初速度大小为1 10m s -?，方向与F 同向时，在2s 末物体速度的大小为 101401024()10 I v v m s m -=+=+=? 2-4 一长为l 、质量均匀的链条，放在光滑的水平桌面上。若使其长度的1/2悬于桌边下，由静 止释放，任其自由滑动，则刚好链条全部离开桌面时的速度为（） A. B. C. D. 解 本题正确答案为B 。 根据题意作图2.15.设链条的质量为m ，则单位长度的质量为m l ，若选取桌面为零势能点，则由机械能守恒定律得 21 2422m l l m l g l g mv l l ????????????-???=-???+ ? ? ? ????????????????? 其中v 为链条全部离开桌面时的速度。解之得 v = 2-5 一弹簧原长为0.5m ，劲度系数为k ，上端固定在天花板上，当下端悬挂一盘子时，其长度为0.6m ，然后在盘子中放一物体，弹簧长度变为0.8m,则盘中放入物体后，在弹簧伸长过程中
普通物理
黄 武 英
第二章
一.牛顿第一定律
质点动力学
三.牛顿第三定律
§2.1 牛顿定律
二.牛顿第二定律
§2.2 常见的力
一.万有引力 五.四种基本力 二.重力 三.弹力 四.摩擦力
牛顿定律应用举例
§2.3 单位制和量纲 §2.4 动量定理和动量守恒定律 §2.5 动能定理和功能原理 §2.6 能量守恒定律 §2.7 角动量定理和角动量守恒定律
物理与电子信息学院
§2.4 动量定理和动量守恒定律
一、质点的动量定理 二、动量定理的应用 三、质点系的动量定理 四、质心运动定理 五、质点系的动量守恒定律 六、变质量物体的运动方程
§2.5 动能定理和功能原理
一、动能及功的定义 三、功率 五、保守力和非保守力 六、质点的功能原理 七、质点系的动能定理和功能原理 二、动能定理
四、功的计算举例
§2.6 能量守恒定律
一、机械能守恒定律 二、守恒定律(机械能与动量) 的综合应用 三、能量转化及守恒定律 四、碰撞
§2.7角动量守恒定律
一、力矩 二、角动量 三、角动量守恒定律
四、动能定理
K rb G K 2 2 1 Wab = ∫K f ? dr = 1 2 mVb ? 2 mVa
ra
本章小结 G G dp d (mv ) G 一、牛顿第二定律 = =F dt dt
二、质点系的动量定理
五、质点系的功能原理和机械能守恒定律
Ekb + E pb ? ( Eka + E pa ) = W外 + W非保守内力
则： E kb + E pb = E ka + E pa 六、角动量定理和角动量守恒定律 K K dL 角动量定理 M= G dt 若 M =0 （条件）
功能原理
若外力和非保守内力都不作功或所作的总功为零（条件） 机械能守恒定律
G I =
∫
t2
t1
G G G F合外 dt = ∑ mi vi (t 2 ) ? ∑ mi vi (t1 )
i i
三、质点系的动量守恒定律 若系统不受外力作用，或所受外力的矢量和为零（条件） n K K K K 则： ∑ miVi＝m1V1 + m2V2 + " mnVn = 恒量
i =1
G
则
dL =0 dt
G L = 常矢量
角动量守恒定律
二、质点动力学习题 一、选择题 1.一轻绳跨过一定滑轮，两端各系一重物，它们的质量分别为1m 和2m ，且21m m > (滑轮质量及一切摩擦均不计)，此时系统的加速度大小为a ，今用一竖直向下的恒力g m F 1=代替1m ，系统的加速度大小为a '，则有 ( ) (A) a a ='； (B) a a >'； (C) a a <'； (D) 条件不足，无法确定。 2.如图所示，系统置于以g/2加速度上升的升降机内，A 、B 两物块质量均为m ，A 所处桌面是水平的，绳子和定滑轮质量忽略不计。 (1) 若忽略一切摩擦，则绳中张力为 （ ） (A) mg ；(B) mg /2；(C) 2mg ；(D) 3mg /4。 (2) 若A 与桌面间的摩擦系数为μ (系统仍 加速滑动)，则绳中张力为 ( ） （A ）mg μ； (B) 4/3mg μ； (C) 4/)1(3mg μ+；(D) 4/)1(3mg μ-。 3. 如图所示，一只质量为m 的猴，原来抓住一根用绳吊在天花板上的质量为M 的直杆，悬线突然断开，小猴则沿杆子竖直向上爬以保持它离地面的高度不变，此时直杆下落的加速度为 （ ） A 、 g M m ； B 、g M m M -； C 、 g M m M +； D 、g m M m M -+。 4. 一公路的水平弯道半径为R ，路面的外侧高出内侧，并与水平面夹角为θ。要使汽车通过该段路面时不引起侧向摩擦力，则汽车的速率为 （ ） A 、Rg ； B 、θtg Rg ； C 、 θ θ 2 sin cos Rg ； D 、θctg Rg 。 5. 质量为m 的物体自空中落下，它除受重力外，还受到一个与速度平方成正比的阻力的作用，比例系数为k ，k 为正值常量．该下落物体的收尾速度(即最后物体作匀速运动时的速度)将是 （ ） (A) k mg . (B) k g 2 . (C) gk . (D) gk . 6.如图所示，质量为m 的物体A 用平行于斜面的细线连结置于光滑的斜面上，若斜面向左方作加速运动，当物体开始脱离斜面时，它的加速度的大小为 （ ） (A) g sin θ． (B) g cos θ． (C) g ctg θ． (D) g tg θ． 2 g a =
第1章 质点力学 1-1 一质点的运动方程为x = 6t - t 2（SI ），则在t 由0至4s 的时间间隔内，质点的位移大小为 ；质点所走过的路程为 。 1-3 一质点沿x 轴运动，其加速度a 与位置坐标x 的关系为a=2+6x 2（SI ），如果质点在原点处的速度为零，试求其在任意位置处的速度。 1-4一质点沿半径R 的圆周运动，运动方程为 θ=3+2t 2（SI ），则t 时刻质点的法向加速度大小为a n ；角加速度 β= 。 1-5 某质点的运动方程为x= 3t-5t 3 +6（SI ），则该质点作 （A ）匀加速直线运动，加速度沿x 轴正方向。 （B ）匀加速直线运动，加速度沿x 轴负方向。 （C ）变加速直线运动，加速度沿x 轴正方向。 （D ）变加速直线运动，加速度沿x 轴负方向。 [ ] 1-9 一质点作直线运动，其坐标x 与时间t 的函数曲线如图所示，则该质点在第 秒瞬时速度为零；在第 秒 至第 秒间速度与加速度同方向。 1-10 一物体作斜抛运动，初速度0v 与水平方向夹角为θ， 如图所示，则物体到达最高点处轨道的曲率半径ρ为 。 1-11一物体作如图所示的斜抛运动，测得在轨道A 点处速度v 的大小为v ，其方向与水平方向夹角成30°。则物体在A 点的切向加速度a t = ，轨道的曲率半径ρ= 。 t(s) 题1-10图 题1-11图
1-12 在相对地面静止的坐标系内，A 、B 二船都以2 m/s 的速率匀速行驶，A 船沿x 轴正向，B 船沿y 轴正向。今在船上设置与静止坐标系方向相同的坐标系（x 、y 方向单位矢用i 、j 表示），那么在A 船的坐标系中，B 船的速度（以m/s 为单位）为 ： （A ）j 2i 2 + （B ）j 2i 2 +- （C ）j 2i 2 -- （D ）j 2i 2 - [ ] 1-13 一飞机相对空气的速度大小为200km/h ，风速为56 km/h ，方向从西向东，地面雷达测得飞机速度大小为192 km/h ，方向是 （A ）南偏西 16.3°。 （B ）北偏东 16.3°。 （C ）向正南或向正北。 （D ）西偏北 16.3°。 （E ）东偏南 16.3°。 [ ] 1-14 已知一质点运动方程为 j t t i t t r )3 14()2125(32++-+=（SI ）。当t =2s 时， a = 。 1-15 一质点从静止出发沿半径R=1m 的圆周运动，其角加速度随时间t 的变化规律是β=12t 2-6 t （SI ）则质点的角速度ω= ， 切向加速度a t = 。 1-21 在xy 平面内有一运动的质点，其运动方程为j t i t r 5sin 105cos 10+=（SI ），则t 时刻其速度v = 加速度的大小a t = ；该质点运动的轨迹是 。 1-26一质点沿x 轴作直线运动，它的运动方程为 x=3+5t +6t 2 _ t 3（SI ），则 （1）质点在t=0时刻的速度v 0 = ； （2）加速度为零时，该质点的速度v = 。 1-28一质点P 从O 点出发以匀速率1cm/s 作顺时针转向的圆周运动，圆的半径为1m ，如图所示。当它走过3 2圆周时，走过的路程是 ，这段时间内的平均速度大小为 ，方向是 。 1-29 已知质点的运动方程为()j t i t r 3242++=，则该质点的轨道方程为 。 y x O
习 题 二 2-1 质量为m 的子弹以速率0v 水平射入沙土中，设子弹所受阻力与速度反向，大小与速度成正比，比例系数为k ，忽略子弹的重力，求：(1)子弹射入沙土后，速度大小随时间的变化关系； (2)子弹射入沙土的最大深度。 [解] 设任意时刻子弹的速度为v ，子弹进入沙土的最大深度为s ，由题意知，子弹所受的阻力 f = - kv (1) 由牛顿第二定律 t v m ma f d d == 即 t v m kv d d ==- 所以 t m k v v d d -= 对等式两边积分 ??-=t v v t m k v v 0 d d 0 得 t m k v v -=0ln 因此 t m k e v v -=0 (2) 由牛顿第二定律 x v mv t x x v m t v m ma f d d d d d d d d ==== 即 x v mv kv d d =- 所以 v x m k d d =- 对上式两边积分 ??=-00 0d d v s v x m k 得到 0v s m k -=- 即 k mv s 0 = 2-2 质量为m 的小球，在水中受到的浮力为F ，当它从静止开始沉降时，受到水的粘滞阻力为f ＝kv (k 为常数)。若从沉降开始计时，试证明小球在水中竖直沉降的速率v 与时间的关系为 ??? ? ??--= -m kt e k F mg v 1 [证明] 任意时刻t 小球的受力如图所示，取向下为y 轴的正 方向，开始沉降处为坐标原点。由牛顿第二定律得 t v m ma f F mg d d ==--
即 t v m ma kv F mg d d ==-- 整理得 m t kv F mg v d d =-- 对上式两边积分 ??=--t v m t kv F mg v 00 d d 得 m kt F mg kv F mg -=---ln 即 ??? ? ??--= -m kt e k F mg v 1 2-3 跳伞运动员与装备的质量共为m ，从伞塔上跳出后立即伞，受空气的阻力与速率的平方成正比，即2kv F =。求跳伞员的运动速率v 随时间t 变化的规律和极限速率T v 。 [解] 设运动员在任一时刻的速率为v ，极限速率为T v ，当运动员受的空气阻力等于运动员及装备的重力时，速率达到极限。 此时 2 T kv mg = 即 k mg v = T 有牛顿第二定律 t v m kv mg d d 2=- 整理得 m t kv mg v d d 2= - 对上式两边积分 mgk m t kv mg v t v 21d d 00 2?? =- 得 m t v k mg v k mg = +-ln 整理得 T 22221 111v e e k mg e e v kg m t kg m t kg m t kg m t +-=+-=
练习（二） 质点动力学 1.三个质量相等的小球由二相同轻弹簧连接如图所示，再用细绳悬于天花板上，处 于静止状态。将绳子剪断瞬间，三个小球的加速度分别为：d （A ）1a =2a =3a =g （B ）1a =g ，2a = 3a =0 （C ）1a =2g ，2a = g ， 3a =0 （D ）1a =3g ，2a = 3a =0 2.如图所示，质量为m 的子弹以水平速度0v 射入静止的木块M ，并陷入木块内，射入过程中木块不反弹，则墙壁对木块的冲量为d （A ）0 （B ）m 0v （C ）（M +m ）0v （D ）－m 0v 3.质点的质量为m ，置于光滑固定球面的顶点A 处。如图所示，当它由静止开始下滑到球面上B 点时， 它的加速度的大小为：D （A ）a =2g(θcos 1-) B ）a =g θsin （C ）a =g （D ）a = θθ2222sin )cos 1(4g g +- 4.如图所示，两木块质量为1m 和2m ，由一轻弹簧连接，并静止于光滑 水平桌面上。现使两木块靠近而将弹簧压紧，然后由静止释放。若弹簧伸长到原长时1m 的速率为1v ，则弹簧原来在压缩状态时所具有的势能是：D （A ） 2121mv （B ）211 21221v m m m m + （C ）2121)(21v m m + （D ）212211)(21v m m m m + 5.如图所示，质量为m 的物体A 用平行于斜面的细线连结置于光滑的斜面上，若斜面向左方作加速运动，当物体开始脱离斜面时，它的加速度的大小为：C A 、g θsin B 、g θcos C 、g θctg D 、g θtg 6.一只质量为m 的猴，原来抓住一根用绳吊在天花板上的质量为M 的直杆，悬线 突然断开，小猴沿杆子竖直向上爬以保持它离地面的高度不变，此时直杆下落的加速度 为：C （A ）g （B ）M mg / （C ）M m M + g （D ）g M m M - 7.质量为m 的物体自空中落下，它除受重力外，还受到一个与速度平方成正比的阻力的作用。比例系数为k ，k 为正常数。该下落物体的收尾速度（即最后物体作匀速运动时的速度）将是：A （A ）k mg （B ）k g 2 （C ）gk （D ）gk 8.一质量为m 的质点，在半径为R 的半球形容器中，由静止开始自边缘上的A 点滑下，到达最低点B 点时，它将对容器的正压力数值为N ，则质点自A 滑到B 的过程中，摩擦力对其作的功为：
第一章质点运动学 1下列物理量是标量的为（ 2. 下列物理量中是矢量的有 、位矢、位移、速度、加速度 等概念 1. 一质点作定向直线运动，，下列说法中，正确的是 A. 质点位置矢量的方向一定恒定，位移方向一定恒定 B. 质点位置矢量的方向不一定恒定，位移方向一定恒定 C. 质点位置矢量的方向一定恒定，位移方向不一定恒定 D. 质点位置矢量的方向不一定恒定，位移方向不一定恒定 2?质点的运动方程是 r = Rcos ti Rsi n"j , R ，「为正的常数，从t =汀、 定相对于参考点静止: 也=0 B . dt 並=0 D . dt 5. 质点作曲线运动，某时刻的位置矢量为r ,速度为v ,则瞬时速度的大小是 （ ） ， 切向加速度的大小是（ ），总加速度大小是（ ） dr dr dr dv |dv| dv A. dt B. Idtl C. dt D. dt E 」 dt l F. dt A .速度 B .加速度 C .位移 D ?路程 A .内能 B.动量 C .动能 D .功 答案：1.D 2.B t =2- / ■时间内, 该质点的位移是 A . -2Rj B . 2Ri C . -2j 3.一质点以半径为 R 作匀速圆周运动，以圆心为坐标原点，质点运动半个周期内 ,其位移 大小 ，其位矢大小的增量 汀= 4.质点在平面内运动，矢径 W （t ），速度 v =V （t ） ，试指出下列四种情况中哪种质点一 空=0 A. dt 史=0 C . dt
空=0 6. 在平面上运动的物体，若 dt ，则物体的速度一定等于零。 只有(2)、(4)是正确的. 12. 已知一质点在运动，则下列各式中表示质点作匀速率曲线运动的是( 的是( 13. 质点作直线运动的条件是: 7. 一质点在平面上作一般曲线运动，其瞬时速度为 v ,瞬时速率为v ,某一段时间内的平均 速度为v ，平均速率为V ,它们之间的关系应该是: A . V = v H v C. JvN v IV =v M =v &平均速度的大小等于平均速率。 9. 质点沿半径为 R 的圆周作匀速率运动，每t 时间转一周，在2t 时间间隔中，其平均速度大小 与平均速率大小分别为 A . 2 二R/t, 2 二R/t. B. 0, 2 二R/t. C.0, 0. D.2 二R/t, 0. 10?质点作曲线运动,r 表示位置矢量， s 表示路程,at 表示切向加速度,下列表达式中,正确 的是 (1) dv/dt=a ; (2) dr/dt=v ; (3) ds/dt=v ; (4) l dv/dt =at. A. 只有(1)、(4)是正确的. C . 只有(2)是正确的. 只有(3)是正确的 11. 质点作半径为R 的变速圆周运动时的加速度大小为 (v 为任一时刻速率) dv A. dt dv v 2 c. dT 云 D . O 2 (R 4 V_、r1/2 2 )] ，表示作 匀速直线运动的是( ，表示作变速直线运动的是( )，表示作变速曲线运动 A a t =0,a n =0 B a^0,a^0 ； C a t ^0,a n =0 ； D. a t =0,a n 式0 C.
a a a 1 121 02 质点动力学 卷A 答案 班级 学号 姓名 . 一. 选择题(每题4分) 1. 如图所示，质量分别为m 1和m 2的两滑块A 和B 通过一轻弹簧水平连结后置于水平桌面上，滑块与桌面间的摩擦系数均为μ，系统在水平拉力F 作用下匀速运动.如突然撤消拉力， 则刚撤消后瞬间，二者的加速度a A 和a B 分别为 ( D ) (A) a A =0 ， a B =0. (B) a A >0 ， a B <0. (C) a A <0 ， a B >0. (D) a A <0 ， a B =0. (B 卷1)． 一轻绳跨过一定滑轮，两端各系一重物，它们的质量分别为1m 和2m ，且12m m > (滑轮质量及一切摩擦均不计)，此时系统的加速度大小为 a ，今用一竖直向下的恒力1F m g =代替1m ，系统的加速度大小为a '，则有 ( B ) (A)a a =' (B)a a >' (C)a a <' (D) 无法确定 2. 质量为20 g 的子弹，以400 m/s 的速率沿图示方向射入一原来静止的质量为980 g 的摆球中，摆线长度不可伸缩．子弹射入后开始与摆球一起运动的速率为 ( B ) (A) 2 m/s (B) 4 m/s (C) 7 m/s (D) 8 m/s 3. 沙子从h = 0.8m 高处落到以3m/s 速度水平向右运动的传送带上。取g = 10m/s 2，则传送带给予沙子的作用力的方向 ( B ) (A) 与水平夹角53向下； (B) 与水平夹角53向上； (C) 与水平夹角37向上； (D) 与水平夹角37向下。 分析与解：00.8m h v =1002,v v v j v v vi ==-== ()()210I m v m v v m vi v j =?=-=+ 04tan ,533 v v θθ?= ====，向上 4. 静止在光滑水平面上的一质量为M 的车上悬挂一单摆，摆球质量为m ，摆线长为l ．开始时，摆线水平，摆球静止于A 点．突然放手，当摆球运动到摆线呈竖直位置的瞬间，摆球相对于地面的速度为 ( C ) (A) 0． (B) gl 2． (C) M m gl /12+． (D) m M gl /12+5. 如图所示，质量分别为m 1, m 2的两物体用一屈强系数为k 放在水平光滑桌面上，当两物体相距x 时，系统由静止释放，已知弹簧的自然长度为x 0则当物体相距x 0时, m 1的速度大小为 ( D ) (A) (B) (C) (D)
第2章质点动力学 一、质点： 是物体的理想模型。它只有质量而没有大小。平动物体可作为质点运动来处理，或物体的形状大小对物体运动状态的影响可忽略不计是也可近似为质点。 二、力： 是物体间的相互作用。分为接触作用与场作用。在经典力学中，场作用主要为万有引力（重力），接触作用主要为弹性力与摩擦力。 1、弹性力：（为形变量） 2、摩擦力：摩擦力的方向永远与相对运动方向（或趋势）相反。 固体间的静摩擦力：（最大值） 固体间的滑动摩擦力： 3、流体阻力：或。 4、万有引力： 特例：在地球引力场中，在地球表面附近：。 式中R为地球半径，M为地球质量。 在地球上方（较大），。 在地球内部（），。 三、惯性参考系中的力学规律牛顿三定律 牛顿第一定律：时，。牛顿第一定律阐明了惯性与力的概念，定义了
惯性系。 牛顿第二定律： 普遍形式：； 经典形式：（为恒量） 牛顿第三定律：。 牛顿运动定律是物体低速运动（）时所遵循的动力学基本规律，是经典力学的基础。 四、非惯性参考系中的力学规律 1、惯性力： 惯性力没有施力物体，因此它也不存在反作用力。但惯性力同样能改变物体相对于参考系 的运动状态，这体现了惯性力就是参考系的加速度效应。 2、引入惯性力后，非惯性系中力学规律： 五、求解动力学问题的主要步骤 恒力作用下的连接体约束运动：选取研究对象，分析运动趋势，画出隔离体示力图，列出 分量式的运动方程。 变力作用下的单质点运动：分析力函数，选取坐标系，列运动方程，用积分法求解。 第2章质点动力学 二、解题示例 【例2-1】如题图2-1a所示一倾角为的斜面放在水平面上，斜面上放一木块，两者间摩擦
第二章质点动力学单元测验题 一、选择题 1.如图，物体A 和B 的质量分别为2kg 和1kg ，用跨过定滑轮的细线相连，静止叠放在倾角为θ=30°的斜面上，各接触面的静摩擦系数均为μ=0.2，现有一沿斜面向下的力F 作用在物体A 上，则F 至少为多大才能使两物体运动.A.3.4N; B.5.9N; C.13.4N; D. 14.7N 答案：A 解：设沿斜面方向向下为正方向。A 、B 静止时，受力平衡。A 在平行于斜面方向：sin A 12F m g T f f 0θ+---=B 在平行于斜面方向：1sin 0B f m g T θ+-=静摩擦力的极值条件： 1cos B f m g μθ ≤， 2()cos B A f m m g μθ ≤+联立可得使两物体运动的最小力min F 满足： min ()sin (3)cos B A B A F m m g m m g θμθ=-++=3.6N 2.一质量为m 的汽艇在湖水中以速率v 0直线运动，当关闭发动机后，受水的阻力为f =-kv ，则速度随时间的变化关系为A. t m k e v v 0=; B. t m k e v v -=0; C. t m k v v + =0; D. t m k v v - =0答案：B 解：以关闭发动机时刻汽艇所在的位置为原点和计时零点，以0 v 方向为正方向建 立坐标系. 牛顿第二定律： dv ma m kv dt ==-整理：dt m k v dv -=
积分得：t m k e v v -=03.质量分别为1m 和2m （21m m >）的两个人，分别拉住跨在定滑轮（忽略质量）上的轻绳两边往上爬。开始时两人至定滑轮的距离都是h .质量为1m 的人经过t 秒爬到滑轮处时，质量为2m 的人与滑轮的距离为A.0; B.h m m 2 1 ; C.)2 1 +(221gt h m m ; D. )2 1 +(-2212gt h m m m 答案：D 解：如图建立坐标系，选竖直向下为正方向。设人与绳之间的静摩擦力为f ，当质量为1m 的人经过t 秒爬到滑轮处时，质量为2m 的人与滑轮的距离为'h ，对二者分别列动力学方程。对1m ：11111 m m dv f m g m a m dt -+==对2m ：22222m m dv f m g m a m dt -+==将上两式对t 求积分，可得： 11 22 111 2 22 m m m m dy fdt m gt m v m dt dy fdt m gt m v m dt -+==-+==??再将上两式对t 求积分，可得： 2 2112 2222102 12 fdt m gt m h fdt m gt m h m h -+=-'-+=-????由上两式联立求得：22121 '()2 m m h h gt m -= +.4.一质量为m 的物体以v 0 的初速度作竖直上抛运动，若受到的阻力与其速度平
大学物理第2章-质点动力学习题(含解答)
2 第2章质点动力学习题解答 2-1 如图所示，电梯作加速度大小为a 运动。物体质量为m ，弹簧的弹性系数为k ，?求图示三种情况下物体所受的电梯支持力（图a 、b ）及电梯所受的弹簧对其拉力（图c ）。 解：（a ）ma mg N =- )(a g m N += （b ）ma N mg =- )(a g m N -= （c ）ma mg F =- )(a g m F += 2-2 如图所示，质量为10kg 物体，?所受拉力为变力21 32 +=t F （SI ），0=t 时物体静止。该物 体与地面的静摩擦系数为 20 .0=s μ，滑动摩擦系数为10.0=μ， 取10=g m/s 2，求1=t s 时，物体的速度和加速度。 解：最大静摩擦力) (20max N mg f s ==μ max f F >，0=t 时物体开始运动。
3 ma mg F =-μ，1 .13.02 +=-=t m mg F a μ 1 =t s 时，)/(4.12 s m a = dt dv a = Θ，adt dv =，??+=t v dt t dv 0 2 1.13.0 t t v 1.11.03+= 1 =t s 时，)/(2.1s m v = 2-3 一质点质量为2.0kg ，在Oxy 平面内运动， ?其所受合力j t i t F ρ ρρ232 +=（SI ），0=t 时，速度j v ρ ρ 20 =（SI ），位矢i r ρρ 20=。求：（1）1=t s 时，质点加速 度的大小及方向；（2）1=t s 时质点的速度和位 矢。 解：j t i t m F a ρρρ ρ+==22 3 22 3t a x = ，00=x v ，2 =x ?? =t v x dt t dv x 020 2 3 ， 2 3 t v x = ?? ?==t x t x dt t dt v dx 03 2 02， 2 84 +=t x t a y =，2 0=y v ，0 =y ?? =t v y tdt dv y 2 ， 2 2 2 +=t v y
第一章质点运动学 班级:__________ 姓名:__________ 学号: __________ 成绩:_______ 一、选择题 1．如图，物体沿两个半圆弧由C 运动至A ，它的位移和路程分别是： ［ ］ （A ）4R 向右；2πR 向右； （B ）4πR 向右；4R 向左； （C ）4R 向左；2πR ； （D ）4R ；2πR ． 2．一运动质点在某瞬时位于位矢()y x r , 的端点处, 其速度大小为： ［ ］ （A ）t r d d ； （B ）t r d d ； （C ）t r d d ； （D ）22d d d d ?? ? ??+??? ??t y t x ． 3．一物体在位置1的速度为1v ，加速度为1a ；经过t ?秒到达位置2，此时其速度为2v ，加速度为2a ；那么在t ?时间内的平均加速度是： ［ ］ （A ）t v v ?-12 ； （B ）t v v ?-12； （C ）212a a -； （D ）2 1 2a a -． 4．平均速度总是等于瞬时速度的运动是： ［ ］ （A ）匀速直线运动； （B ）匀变速直线运动； （C ）匀速圆周运动； （D ）抛体运动． 5．一个质点作曲线运动，r 表示位置矢量，S 表示路程，t a 表示切线方向加速度大小，下列几种表达式中，正确的表达式为： ［ ］ （A ）a dt dv =； （B ）v dt dr =； （C ）v dt ds =； （D ）t a dt v d = ． 6．如图，能正确表示质点在曲线轨迹上P 点的运动为减速的图是： ［ ］ 7．沿直线运动的物体，其速度大小与时间成反比，则其加速度大小与速度大小的关系是： ［ ］ （A ）与速度大小成正比； （B ）与速度大小的平方成正比； （C ）与速度大小成反比； （D ）与速度大小的平方成反比． R R v P v P v P a v P a a a
第二章 质点动力学习题答案 2-1一个质量为P 的质点，在光滑的固定斜面（倾角为α）上以初速度0v 运动，0v 的方向 与斜面底边的水平线AB 平行，如图所示，求这质点的运动轨道. 解: 物体置于斜面上受到重力mg ，斜面支持力N .建立坐标：取0v 方向为X 轴，平行 斜面与X 轴垂直方向为Y 轴.如图2-1. 图2-1 X 方向： 0=x F t v x 0= ① Y 方向： y y ma mg F ==αsin ② 0=t 时 0=y 0=y v 2 sin 2 1t g y α= 由①、②式消去t ，得 2 2 sin 21x g v y ?= α 2-2 质量为m 的物体被竖直上抛，初速度为0v ，物体受到的空气阻力数值为f KV =，K 为 常数.求物体升高到最高点时所用时间及上升的最大高度. 解：⑴研究对象：m ⑵受力分析：m 受两个力，重力P 及空气阻力f ⑶牛顿第二定律： 合力：f P F += a m f P =+ y 分量：dt dV m KV mg =-- dt KV mg mdV -=+? 即 dt m KV mg dV 1- =+ ? ? - = +t v v dt m KV mg dV 10
dt m KV mg KV mg K 1ln 10 - =++ )(0KV mg e KV mg t m K +?=+- mg K e KV mg K V t m K 1)(10- += ?- ① 0=V 时，物体达到了最高点，可有0t 为 )1ln(ln 00 0mg KV K m mg KV mg K m t + = += ② ∵ dt dy V = ∴ Vdt dy = dt mg K e KV mg K Vdt dy t t m K t y ? ?? ?? ????-+= = -0 1)(1 mgt K e KV mg K m y t m K 11)(02 -??????-+- =- 021()1K t m m mg KV e mgt K K -+--??=???? ③ 0t t = 时，max y y =， )1ln(11)(0)1ln(02 max 0mg KV K m mg K e KV mg K m y mg KV K m m K +?- ??? ?????-+= +?- )1ln(11)(0 2 2 002 mg KV g K m mg KV mg KV mg K m +-?? ??? ? ?????? +-+= )1ln() (02 20 002 mg KV g K m KV mg KV KV mg K m + - ++= )1ln(02 20mg KV g K m K mV + - = 2-3 一条质量为m ，长为l 的匀质链条，放在一光滑的水平桌面，链子的一端由极小的一 段长度被推出桌子边缘，在重力作用下开始下落，试求链条刚刚离开桌面时的速度.
大学物理_第2章_质 点动力学_习题答案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第二章 质点动力学 2－1一物体从一倾角为30的斜面底部以初速v 0=10m·s 1向斜面上方冲去，到最高点后又沿斜面滑下，当滑到底部时速率v =7m·s 1,求该物体与斜面间的摩擦系数。 解：物体与斜面间的摩擦力f ＝uN ＝umgcos30 物体向斜面上方冲去又回到斜面底部的过程由动能定理得 22011 2(1)22mv mv f s -=-? 物体向斜面上方冲到最高点的过程由动能定理得 201 0sin 302mv f s mgh f s mgs -=-?-=-?- 2 (2)(31) s g u ∴= - 把式（2）代入式（1）得， () 22 2 20 0.198 3u v v = + 2－2如本题图，一质量为m 的小球最初位于光滑圆形凹槽的A 点，然后沿圆弧ADCB 下滑，试求小球在C 点时的角速度和对圆弧表面的作用力，圆弧半径为r 。 解：小球在运动的过程中受到重力G 和轨道对它的支持力T .取如图所示的自然坐标系，由牛顿定律得 2 2 sin (1) cos (2) t n dv F mg m dt v F T mg m R αα=-==-= 由,,1ds rd rd v dt dt dt v αα= ==得代入式（）， A 并根据小球从点运动到点C 始末条件进行积分有， 习题2－2 A o B r D C T
90 2 n (sin )m cos 3cos '3cos ,e v vdv rg d v v r v mg mg r mg α αα ωαα α=-===+==-=-? ?得则小球在点C 的角速度为 ＝由式（2）得 T 由此可得小球对园轨道得作用力为T T 方向与反向 2－3如本题图，一倾角为θ的斜面置于光滑桌面上，斜面上放一质量为m 的木块，两者间摩擦系数为μ，为使木块相对斜面静止，求斜面的加速度a 应满足的条件。 解：如图所示 () 1212min max sin ,cos cos sin (1) sin cos 2(1)(2)(sin cos )(cos sin ) (sin cos )() (cos sin )1(2)(1)(sin cos )(cos sin )(sin cos a a a a N mg ma ma mg uN m a ma u g u a u g u g tg u a u utg u g u a u g u a θθθθθθ θθθθθθθθθθ θθθθθ==∴-==±==?+-=+--∴= = ++-?+=-+∴=得，得，)() (cos sin )1()()11g tg u u utg g tg u g tg u a utg utg θθθθθ θθθθ += ---+∴≤≤+- 2－4如本题图，A 、B 两物体质量均为m ，用质量不计的滑轮和细绳连接，并不计摩擦，则A 和B 的加速度大小各为多少 。 解：如图由受力分析得 习题2-3图
质点 动力学习题答案 2-1一个质量为P 的质点，在光滑的固定斜面（倾角为α） 上以初速度0v 运动，0v 的方向与斜面底边的水平线AB 平行，如图所示，求这质点的运动轨道. 解: 物体置于斜面上受到重力mg ，斜面支持力N .建立坐标：取0v 方向为X 轴，平行斜面与X 轴垂直方向为Y 轴.如图2-1. 图2-1 X 方向： 0=x F t v x 0=① Y 方向： y y ma mg F ==αsin ② 0=t 时 0=y 0=y v 由①、②式消去t ，得 2-2 质量为m 的物体被竖直上抛，初速度为0v ，物体受到的空气阻力数值为f KV =，K 为常数.求物体升高到最高点 时所用时间及上升的最大高度. 解：⑴研究对象：m ⑵受力分析：m 受两个力，重力P 及空气阻力f ⑶牛顿第二定律： 合力：f P F += y 分量：dt dV m KV mg =-- 即dt m KV mg dV 1-=+ mg K e KV mg K V t m K 1)(10-+=?-①
0=V 时，物体达到了最高点，可有0t 为 )1ln(ln 000mg KV K m mg KV mg K m t +=+=② ∵dt dy V = ∴Vdt dy = 021()1K t m m mg KV e mgt K K -+--??=????③ 0t t =时，max y y =， 2-3 一条质量为m ，长为l 的匀质链条，放在一光滑的水平 桌面，链子的一端由极小的一段长度被推出桌子边 缘，在重力作用下开始下落，试求链条刚刚离开桌 面时的速度. 解：链条在运动过程中，其部分的速度、加速度均相同， 沿链条方向，受力为 m xg l ，根据牛顿定律，有 图2-4 通过变量替换有 m dv xg mv l dx = 0,0x v ==，积分00 l v m xg mvdv l =?? 由上式可得链条刚离开桌面时的速度为v gl = 2-5 升降机内有两物体，质量分别为1m 和2m ，且2m ＝21m ．用 细绳连接，跨过滑轮,绳子不可伸长，滑轮质量及一切摩擦都忽略不计，当升降机以匀加速a ＝ 12 g 上升时，求：(1) 1m 和2m 相对升降机的加速度．(2)在地面上观察1m 和 2m 的加速度各为多少? 解: 分别以1m ,2m 为研究对象，其受力图如图所示． (1)设2m 相对滑轮(即升降机)的加速度为a '，则2m 对地加速