第一章质点运动学
1 - 2任意时刻a=0的运动是_____________ 运动；任意时刻a=0的运动是___________ 运动；任意时刻a=0的运动是运动；任意时刻a t=0, a“=常量的运动是运动。
解：匀速率；直线；匀速直线；匀速圆周。
1 - 3 一人骑摩托车跳越一条大沟，他能以与水平成30°角，其值为30m/s的初速从一边起跳，刚好
到达另一边，则可知此沟的宽度为____________ ( g =10m/s2)。
v0 sin 2 v 30 2sin 60
解：此沟的宽度为R 0m = 45 . 3m
g 10
1 - 4 一质点在xoy平面内运动，运动方程为x = 2t，y =9 _2t2，位移的单位为m试写出t =1s时质点的位置矢量___________________ ；t =2s时该质点的瞬时速度为 ___________ ，此时的瞬时加速度为__________ 。
解：将t = 1s 代入x = 2t，y = 9 —2t2得x=2m, y=7m
t =1s故时质点的位置矢量为r = 2i 7j (m
由质点的运动方程为x=2t，y=9_2t2得质点在任意时刻的速度为
dx dx ■■v x2m/s，v y4tm/s t =2s时该质点的瞬时速度为v = 2i「8j (m/s)
dt dt
-J
质点在任意时刻的加速度为 a - dV x- 0，a y = —V^ - -4m/s 2
x dt y dt
2
t =2s时该质点的瞬时加速度为-4 j m/s。
1 - 6 一质点作半径F=1.0m的圆周运动，其运动方程为v - 2t3亠3t，9以rad计，t以s计。则当t=2s时，质点的角位置为_________________ ;角速度为___________ ;角加速度为_________ ;切向加速度为___________ ；法向加速度为___________ 。
解：t=2s时，质点的角位置为v -2 233 2 =22rad
由v -2t33t得任意时刻的角速度大小为? =d 6t23
dt
t =2s 时角速度为.-6 22? 3 =27rad/s
任意时刻的角速度大小为-' =12t
t =2s时角加速度为t=2s时切向加速度为
dt
2 :-=12 ：：2 =24rad/s
a t=R「i.0 12 2 =24m/s?
t=2s时法向加速度为
2 22
a^R -1.0 27 -729m/s ；
1 - 8 一个质点作圆周运动时，下列说法中正确的是[]。
A.切向加速度一定改变，法向加速度也改变
B.切向加速度可能不变，法向加速度一定改变
C.切向加速度可能不变，法向加速度不变 D ?切向加速度一定改变，法向加速度不变
解：无论质点是作匀速圆周运动或是作变速圆周运动，法向加速度a n都是变化的，因此至少其方向在
不断变化。而切向加速度a t是否变化，要视具体情况而定。质点作匀速圆周运动时，其切向加速度为零，
保持不变；当质点作匀变速圆周运动时，&值为不为零的恒量，但方向变化；当质点作一般的变速圆周运
动时，a t值为不为零变量，方向同样发生变化。由此可见，应选( B)
1 - 10 一质点在平面上运动，已知质点位置矢量的表示式为r= at2i bt2j (其中a、b为常量)，则
该质点作[] 。A ?匀速直线运动 B ?变速直线运动 C ?抛物线运动 D ?一般曲线运动解：由r二at2i bt2j可计算出质点的速度为v =2at i ? 2bt j，加速度为a =2a i 2b j。因质点的速度变化，加速度的大小和方向都不变，故质点应作变速直线运动。故选( B)
1
1 - 18有一质点沿x轴作直线运动，t时刻的坐标为x = 4.5t2-2t3（SI）。试求：（1）第2s内的平均速度；（2）第2s末的瞬时速度；（3）第2s内的路程。
解：（1）将t=1s代入x =4.5t2—2t3得第1s末的位置为为=4.5 —2 =2.5m
将t=2s 代入x =4.5t2_2t3得第2s 末的位置为x2 =4.5 22_2 23=2.0m
则第2s内质点的位移为Ux =X2 —X1 = 2.0m - 2.5m = _0.5m
Ax _0 5
第2s内的平均速度v -0.5m/s式中负号表示平均速的方向沿x轴负方向。
i t 1
（2）质点在任意时刻的速度为v =坐=9t -6t2将t =2s代入上式得第2s末的瞬时速度为
dt
v =9 2 -6 22- -6m/s式中负号表示瞬时速度的方向沿x轴负方向。
dx 2
（3）由V 9t _6t2 =0得质点停止运动的时刻为t =1.5s。由此计算得第1s末到1.5s末的时dt
2 3
间内质点走过的路程为s1 =x（1.5）— x（1） = 4.5 1.5-2 1.5 一2.5 = 0.875m 第1.5s末到第2s末的时间内质点走过的路程为
s2二x(2) - x(1.5)
= 4.5 22 -2 23 -4.5 1.52 2 1.5^ -1.375m
则第2s内的质点走过的路程为s = s + s2 =0.875 +1.375= 2.25m
1 - 20 一艘正在沿直线行驶的电艇，在发动机关闭后，其加速度方向与速度方向相反，大小与速度平方成
正比，即_ = _Kv 2，式中K为常量。
dt
其中v o是发动机关闭时的速度。
试证明电艇在关闭发动机后又行驶x距离时的速度为V =v0eK
证明：由空一a2得业史
dt d x dt 即
- -K dx v
v dv
上式积分为［v dv=L Kdx 得v=v0e?讥v 七0
1 - 22长为I的细棒，在竖直平面内沿墙角下滑，上端
B离墙角距离为x （x 解：建立如图所示的坐标系。设A端离地高度为y。 A下滑速度为匀速v ,如图1-4所示。当下端 ?AOB为直角三 角形，有x2y2 = l 2 方程两边对t求导得2x dx 2y dy^0 dt dt 所以B端水平速度为= -=lv dt x dt x 一I2-x2 = ----------- v x 2 B端水平方向加速度为L /dy/d —ydx/dt v l22 2 2 一=_^V dt2x2x3 1 - 23质点作半径为R =3m的圆周运动，切向加速度为 a t =3 ms ，在t =0时质点的速度为零。试求：（1）t = 1s时的速度与加速度；（2）第2s内质点所通过的路程。 解：（1）按定义a t二包，得dv =a t dt,两端积分，并利用初始条件, 1dt 1可得v t t dv a t dt 二a t dt 0 0 0 图1-4 2 (5) 4 综上，飞机在有风沿此矩形路径运动所花的总时间，即周期为 」 」— 21 — V kv v-kv v 2-k 2v 2 利用(1)式，(5)式变为T /叽1 1 一 k 2)」(4 - k 2) 4(1—k 2) 4(1 -k 2) 飞机在有风时的周期与无风时的周期相比，周期增加值为 ?订二 T -T T(4 _k 2) 2 4(1 -k 2) 3k 2T v = a t t = 3t 当t =1s 时，质点的速度为v =3m/s ，方向沿圆周的切线方向 2 9t 2 任意时刻质点的法线加速度的大小为： a n 沙 3t 2m/s 2 R R 任意时刻质点加速度的大小为 a = af 亠a 2 = ； 9亠9t 4 m/s 2 任意时刻加速度的方向，可由其与速度方向的夹角 9给出。且有tanv -亟=2 t 2 a t 3 当 t =1s 时有 a = . 9 ■ 9 14 =3丁2 m/s 2 , tan ~1 注意到a t 0。所以得v -45 、 ds （2）按定义v ，得ds =vdt ，两端积分可得 ds = vdt = 3tdt dt 故得经t 时间后质点沿圆周走过的路程为 s =?t 2 C 2 其中C 为积分常数。则第2s 内质点走过的路程为：Js =s （2） _s （1） =（? 22 - C ） _（卫12 ? C ） =4.5m 2 2 1 - 24 一飞机相对于空气以恒定速率 v 沿正方形轨道飞行，在无风天气其运动周期为 T 。若有恒定小 风沿平行于正方形的一对边吹来，风速为 V 二kv （k 门:：1）。求飞机仍沿原正方形（对地）轨道飞行时周期 要增加多少？ 解：依题意，设飞机沿如图 1-5所示的ABCD 巨形路径运动，设矩形 每边长为|，如无风时，依题意有 4l (1) 当有风时，设风的速度如图 1-5所示，则飞机沿AB 运动时的速度为 v V =v ? kv ，飞机从A 飞到B 所花时间为 t 1」 （2） v kv 飞机沿CD 运动时的速度为v -V =v -kv ，飞机从C 飞到D 所花时间为 t 2」（3） v -kv 飞机沿BC 运动和沿DA 运动所花的时间是相同的，为了使飞机沿矩形线运动，飞机相对于地的飞行速度方 向应与运动路径成一夹角，使得飞机速度时的速度 v 在水平方向的分量等于 -kv ,故飞机沿BC 运动和沿 DA 运动的速度大小为、，v 2 —k 2v 2 飞机在BC 和 DA 上所花的总时间为t 3 21 7v^k 2v 2 T T J? t 3 图1-5 第一章 质点运动学 1–1 描写质点运动状态的物理量是 。 解：加速度是描写质点状态变化的物理量，速度是描写质点运动状态的物理量，故填“速度”。 1–2 任意时刻a t =0的运动是 运动；任意时刻a n =0的运动是 运动；任意时刻a =0的运动是 运动；任意时刻a t =0，a n =常量的运动是 运动。 解：匀速率；直线；匀速直线；匀速圆周。 1–3 一人骑摩托车跳越一条大沟，他能以与水平成30°角，其值为30m/s 的初速从一边起跳，刚好到达另一边，则可知此沟的宽度为 （)m/s 102=g 。 解：此沟的宽度为 m 345m 10 60sin 302sin 220=??==g R θv 1–4 一质点在xoy 平面运动，运动方程为t x 2=，229t y -=，位移的单位为m ，试写出s t 1=时质点的位置矢量__________；s t 2=时该质点的瞬时速度为__________，此时的瞬时加速度为__________。 解：将s t 1=代入t x 2=，229t y -=得 2=x m ，7=y m s t 1=故时质点的位置矢量为 j i r 72+=（m ） 由质点的运动方程为t x 2=，229t y -=得质点在任意时刻的速度为 m/s 2d d ==t x x v ，m/s 4d d t t x y -==v s t 2=时该质点的瞬时速度为 j i 82-=v （m/s ） 质点在任意时刻的加速度为 0d d ==t a x x v ，2m/s 4d d -==t a y y v s t 2=时该质点的瞬时加速度为j 4-m/s 2 。 大学物理(第四版)课 后习题及答案质点 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 题1.1：已知质点沿x 轴作直线运动，其运动方程为 3322)s m 2()s m 6(m 2t t x --?-?+= 。求（l ）质点在运动开始后s 0.4内位移的大小； （2）质点在该时间内所通过的路程。 题1.1解：（1）质点在4.0 s 内位移的大小 m 3204-=-=?x x x （2）由 0)s m 6()s m 12(d d 232=?-?=--t t t x 得知质点的换向时刻为 ｓ2=P t （t 0不合题意） 则：m 0.8021=-=?x x x m 40x 242-=-=?x x 所以，质点在4.0 s 时间间隔内的路程为 m 4821=?+?=x x s 题1.2：一质点沿x 轴方向作直线运动，其速度与时间的关系如图所示。设0=t 时，0=x 。试根据已知的图t v -，画出t a -图以及t x -图。 题1.2解：将曲线分为AB 、BC 、CD 三个过程，它们对应的加速度值分别为 2A B A B AB s m 20-?=--= t t v v a （匀加速直线运动） 0BC =a （匀速直线） 2C D C D CD s m 10-?-=--= t t v v a （匀减速直线运动） 根据上述结果即可作出质点的a －t 图 在匀变速直线运动中，有 2002 1at t v x x + += 由此，可计算在0~2和4~6 s 时间间隔内各时刻的位置分别为 t /s 0 0.5 1 1.5 2 4 4.5 5 5.5 6 x /m 5.7- 10- 5.7- 0 40 48.7 55 58.7 60 用描数据点的作图方法，由表中数据可作0~2 s 和4~6 s 时间内的x －t 图。在2~4 s 时间内，质点是作v = 201s m -?的匀速直线运动，其x －t 图是斜率k = 20的一段直线。 题1.3：如图所示，湖中有一小船。岸上有人用绳跨过定滑轮拉船靠岸。设滑轮距水面高度为h ，滑轮到原船位置的绳长为0l ，试求：当人以匀速v 拉绳，船运动的速度v '为多少？ 题1.3解1：取如图所示的直角坐标系，船的运动方程为 ()()()j i r h t x t -+= 船的运动速度为 ()i i i r v t r r h h r t t t x t d d 1d d d d d d 2 /12 2 2 2 -??? ? ? ?-=-= ==' 而收绳的速率t r v d d - =，且因vt l r -=0，故 ()i v 2 /12 021-??? ? ? ?-- -='vt l h v 题1.3解2：取图所示的极坐标(r ,θ)，则 θr r r d d d d d d d d d d e e e e r v t r t r t r t r t θ+=+== ' r d d e t r 是船的径向速度，θd d e t r θ是船的横向速度，而 t r d d 是收绳的速率。由于船速v '与径向速度之间夹角位θ ，所以 理工科大学物理知识点总结及典型例题解析 第一章 质点运动学 本章提要 1、 参照系：描述物体运动时作参考的其他物体。 2、 运动函数：表示质点位置随时间变化的函数。 位置矢量： k t z j t y i t x t r r )()()()( 位置矢量：)()(t r t t r r 一般情况下：r r 3、速度和加速度： dt r d v ； 2 2dt r d dt v d a 4、匀加速运动： a 常矢量 ； t a v v 0 2 2 10 t a t v r 5、一维匀加速运动： at v v 0 ； 2 210at t v x ax v v 22 02 6、抛体运动： x a ； g a y cos 0v v x ； gt v v y sin 0 t v x cos 0 ； 2 210sin gt t v y 7、圆周运动：t n a a a 法向加速度： 2 2 R R v a n 切向加速度：dt dv a t 8、伽利略速度变换式：u v v 【典型例题分析与解 答】 m j t i t j t i t r r ]2)310[(2322220 (2)由以上可得质点的运动方程的分量式x=x(t) y=y(t) 即 x=10+3t 2 y=2t 2 消去参数t, 3y=2x-20 这是一个直线方程.由 m i r 100 知 x 0=10m,y 0=0.而直线斜率 3 2 tga dy/dx k , 则1433 a 轨迹方程如图所示 3. 质点的运动方程为2 3010t t -x 和2 2015t t-y ,(SI)试求:(1) 初速度的大小和方向;(2)加速度的大小和方向. 解.(1)速度的分量式为 t -dx/dt v x 6010 t -dy/dt v y 4015 当t=0时,v 0x =-10m/s,v 0y =15m/s,则初速度的大小为0182 02 00 .v v v y x m/s 而v 0与x 轴夹角为 1412300 x y v v arctg a (2)加速度的分量式为 260-x x ms dt dv a 2 40-y y ms dt dv a 则其加速度的大小为 17222 . a a a y x ms -2 a 与x 轴的夹角为 1433 -a a arctg x y (或91326 ) X 10 第一章 质点运动学 1–1 描写质点运动状态的物理量是 。 1–2 任意时刻a t =0的运动是 运动；任意时刻a n =0的运动是 运动；任意时刻a =0的运动是 运动；任意时刻a t =0，a n =常量的运动是 运动。 1–3 一人骑摩托车跳越一条大沟，他能以与水平成30°角，其值为30m/s 的初速从一边起跳，刚好到达另一边，则可知此沟的宽度为 （)m /s 102=g 。 1–4 一质点在xoy 平面内运动，运动方程为t x 2=，229t y -=，位移的单位为m ，试写出s t 1=时质点的位置矢量__________；s t 2=时该质点的瞬时速度为__________，此时的瞬时加速度为__________。 1–5 一质点沿x 轴正向运动，其加速度与位置的关系为x a 23+=，若在x =0处，其速度m /s 50=v ，则质点运动到x =3m 处时所具有的速度为__________。 1–6 一质点作半径R =1.0m 的圆周运动，其运动方程为t t 323+=θ，θ以rad 计，t 以s 计。则当t =2s 时，质点的角位置为________；角速度为_________；角加速度为_________；切向加速度为__________；法向加速度为__________。 1–7 下列各种情况中，说法错误的是[ ]。 A ．一物体具有恒定的速率，但仍有变化的速度 B ．一物体具有恒定的速度，但仍有变化的速率 C ．一物体具有加速度，而其速度可以为零 D ．一物体速率减小，但其加速度可以增大 1–8 一个质点作圆周运动时，下列说法中正确的是[ ]。 A ．切向加速度一定改变，法向加速度也改变 B ．切向加速度可能不变，法向加速度一定改变 C ．切向加速度可能不变，法向加速度不变 D ．切向加速度一定改变，法向加速度不变 1–9 一运动质点某瞬时位于位置矢量),(y x r 的端点处，对其速度大小有四种意见： （1）t r d d （2）t d d r （3）t s d d （4）2 2d d d d ?? ? ??+??? ??t y t x 下述判断正确的是[ ]。 A ．只有（1），（2）正确 B ．只有（2），（3）正确 C ．只有（3），（4）正确 D ．只有（1），（3）正确 1–10 一质点在平面上运动，已知质点位置矢量的表示式为j i r 22bt at +=（其中a 、b 为常量），则该质点作[ ]。 A ．匀速直线运动 B ．变速直线运动 C ．抛物线运动 D ．一般曲线运动 1–11 一小球沿斜面向上运动，其运动方程为S ＝5＋4t –t 2（SI ），则小球运动到最高点的时刻是[ ]。 题1.1：已知质点沿x 轴作直线运动，其运动方程为3322)s m 2()s m 6(m 2t t x --?-?+= 。求（l ）质点在运动开始后s 0.4内位移的大小；（2）质点在该时间内所通过的路程。 题1.1解：（1）质点在4.0 s 内位移的大小 m 3204-=-=?x x x （2）由 0)s m 6()s m 12(d d 232=?-?=--t t t x 得知质点的换向时刻为 ｓ2=P t （t = 0不合题意） 则：m 0.8021=-=?x x x m 40x 242-=-=?x x 所以，质点在4.0 s 时间间隔内的路程为 m 4821=?+?=x x s 题1.2：一质点沿x 轴方向作直线运动，其速度与时间的关系如图所示。设0=t 时，0=x 。试根据已知的图t v -，画出t a -图以及t x -图。 题1.2解：将曲线分为AB 、BC 、CD 三个过程，它们对应的加速度值分别为 2A B A B AB s m 20-?=--=t t v v a （匀加速直线运动） 0BC =a （匀速直线） 2C D C D CD s m 10-?-=--= t t v v a （匀减速直线运动） 根据上述结果即可作出质点的a －t 图 在匀变速直线运动中，有 2002 1at t v x x + += 间内，质点是作v = 201s m -?的匀速直线运动，其x －t 图是斜率k = 20的一段直线。 题1.3：如图所示，湖中有一小船。岸上有人用绳跨过定滑轮拉船靠岸。设滑轮距水面高度为h ，滑轮到原船位置的绳长为0l ，试求：当人以匀速v 拉绳，船运动的速度v '为多少？ 一、判断题 1. 在自然界中，可以找到实际的质点. ···················································································· [×] 2. 同一物体的运动，如果选取的参考系不同，对它的运动描述也不同. ···························· [√] 3. 运动物体在某段时间内的平均速度大小等于该段时间内的平均速率. ···························· [×] 4. 质点作圆周运动时的加速度指向圆心. ················································································ [×] 5. 圆周运动满足条件d 0d r t =，而d 0d r t ≠ . · ··············································································· [√] 6. 只有切向加速度的运动一定是直线运动. ············································································ [√] 7. 只有法向加速度的运动一定是圆周运动. ············································································ [×] 8. 曲线运动的物体，其法向加速度一定不等于零. ································································ [×] 9. 质点在两个相对作匀速直线运动的参考系中的加速度是相同的. ···································· [√] 10. 牛顿定律只有在惯性系中才成立. ························································································ [√] 二、选择题 11. 一运动质点在某时刻位于矢径(),r x y 的端点处，其速度大小为：（ C ） A. d d r t B. d d r t C. d d r t D. 12. 一小球沿斜面向上运动，其运动方程为2 54SI S t t =+-（） ，则小球运动到最高点的时刻是： （ B ） A. 4s t = B. 2s t = C. 8s t = D. 5s t = 13. 一质点在平面上运动，已知其位置矢量的表达式为22 r at i bt j =+ （其中a 、b 为常量）则 该质点作：（ B ） A. 匀速直线运动 B. 变速直线运动 C. 抛物线运动 D. 一般曲线运动 14. 某物体的运动规律为2d d v kv t t =-，式中的k 为大于0的常数。当0t =时，初速为0v ，则速 度v 与时间t 的关系是：（ C ） A. 0221v kt v += B. 022 1 v kt v +-= C. 021211v kt v += D. 0 21211v kt v +-= 15. 在相对地面静止的坐标系中，A 、B 二船都以2m/s 的速率匀速行驶，A 沿x 轴正方向，B 第六章 机械振动参考答案 一. 选择题 1. ( C ) 2. ( B ) 3.( D ) 4. ( D ) 5. ( B ) 6. ( D ) 7. ( D ) 8. ( D ) 9. ( C ) 二. 填空题 10. （ , ） 11. （ ； ； ） 12. （ ； ） 13. （ ） 14. （ 0 ） 三. 计算题 15. 质量为10g 的小球与轻弹簧组成的系统，按 cm )3 8cos(5.0π π+=t x 的规律振动， 式中t 的单位为S 。 试求： （1）振动的圆周期、周期、初相、速度及加速度的最大值； （2）t =1s 、2s 时的相位各为多少？ 解：（1）将原式与简谐振动的一般表达式 比较 圆频率 ，初相 ，周期 速度最大值 加速度最大值 （2） 相位 将 代入，得相位分别为 ． 16. 一质点沿x 轴作简谐振动，平衡位置在x 轴的原点，振幅cm 3=A ，频率Hz 6=ν。 （1）以质点经过平衡位置向x 轴负方向运动为计时零点，求振动的初相位及振动方程； （2）以位移 cm 3-=x 时为计时零点，写出振动方程. 解: (1) 设振动方程为 当t =0, x =0, 做旋转矢量图，可得初相位 振动方程为 (2) 当t =0 , x = －3cm , 做旋转矢量图，可得初相位 所以振动方程为 17. 在一轻弹簧下端悬挂 砝码时，弹簧伸长8cm ，现在此弹簧下端悬挂 的物体，构成弹簧振子。将物体从平衡位置向下拉动4cm ，并给以向上的21cm/s 初 速度（设这时t = 0）令其振动起来，取x 轴向下，写出振动方程。 解: 设振动方程为 由 ，可知 振幅A 初相位由旋转矢量图可得 振动方程为 《大学物理学》课后习题参考答案 习 题1 1-1. 已知质点位矢随时间变化的函数形式为 )ωt sin ωt (cos j i +=R r 其中ω为常量．求：（1）质点的轨道；(2)速度和速率。 解：1） 由)ωt sin ωt (cos j i +=R r 知 t cos R x ω= t sin R y ω= 消去t 可得轨道方程 222R y x =+ 2） j r v t Rcos sin ωωt ωR ωdt d +-== i R ωt ωR ωt ωR ωv =+-=2 122 ])cos ()sin [( 1-2. 已知质点位矢随时间变化的函数形式为j i r )t 23(t 42++=，式中r 的单位为m ，t 的单位为s .求： （1）质点的轨道；（2）从0=t 到1=t 秒的位移；（3）0=t 和1=t 秒两时刻的速度。 解：1）由j i r )t 23(t 42++=可知 2t 4x = t 23y += 消去t 得轨道方程为：2)3y (x -= 2）j i r v 2t 8dt d +== j i j i v r 24)dt 2t 8(dt 1 1 +=+==??Δ 3） j v 2(0)= j i v 28(1)+= 1-3. 已知质点位矢随时间变化的函数形式为j i r t t 22+=，式中r 的单位为m ，t 的单 位为s .求：（1）任一时刻的速度和加速度；（2）任一时刻的切向加速度和法向加速度。 解：1）j i r v 2t 2dt d +== i v a 2dt d == 2）21 22 12)1t (2] 4)t 2[(v +=+= 1 t t 2dt dv a 2 t +== n a == 1-4. 一升降机以加速度a 上升，在上升过程中有一螺钉从天花板上松落，升降机的天花板与底板相距为d ，求螺钉从天花板落到底板上所需的时间。 解：以地面为参照系，坐标如图，升降机与螺丝的运动方程分别为 2012 1 at t v y += （1） 图 1-4 2022 1 gt t v h y -+= （2） 21y y = （3） 解之 t = 1-5. 一质量为m 的小球在高度h 处以初速度0v 水平抛出，求： （1）小球的运动方程； （2）小球在落地之前的轨迹方程； （3）落地前瞬时小球的t d d r ，t d d v ，t v d d . 解：（1） t v x 0= 式（1） 2gt 2 1 h y -= 式（2） j i r )gt 2 1 -h (t v (t)20+= （2）联立式（1）、式（2）得 2 02 v 2gx h y -= （3） j i r gt -v t d d 0= 而 落地所用时间 g h 2t = 第五章热力学基础 答案在最后 一.选择题 1.下列说法正确的是 (A) 热传递可以使系统内能发生变化,而做功不能 (B)做功与热传递都可以使系统内能发生变化 (C) 做功与热传递微观本质是一样的 (D) 做功与热传递均与具体过程无关 2. 一系统从外界吸收一定热量，则 (A) 系统的内能一定增加 (B) 系统的内能一定减少 (C) 系统的内能一定保持不变 (D) 系统的内能可能增加，也可能减少或保持不变 3. 用公式（式中为定体摩尔热容，视为常量，为气体摩尔数）计算理想气体内能增量时，此式 (A) 只适用于准静态的等体过程 (B) 只适用于一切等体过程 (C) 只适用于一切准静态过程 (D) 适用于一切始末态为平衡态的过程 4.一定量氧气经历等压膨胀过程，其对外做的功与从外界吸收的热量之比为 (A) (B) (C) (D) 5. 一定量理想气体从同一状态出发体积由V1膨胀至V2，经历的过程分别是：等压过程， 等温过程，绝热过程，其中吸热最多的过程是 (A) 等压过程 (B) 等温过程 (C) 绝热过程 (D) 几个过程吸热一样多 6. 两个卡诺热机共同使用同一低温热源，但高温热源的温度不同，在V p 图上，它们的循环曲线所包围的面积相等，则 (A) 两热机的效率一定相等 (B) 两热机从高温热源吸收的热量一定相等 (C) 两热机向低温热源放出的热量一定相等 (D) 两热机吸收的热量与放出的热量（绝对值）的差值一定相等 7. 在温度为427℃和27℃的高温热源和低温热源之间工作的热机，理论上的最大效率为 (A) 28.6% (B) 93.7% (C) 57.1% (D) 46.9% 8. 由热力学第二定律可知 （1）对任何热力学过程，功可以完全变为热，而热不能完全变为功 （2）一切热机的效率不可能为100% （3）热不能从低温物体向高温物体传递 （4）气体能自由膨胀，但不能自动收缩 以上说法正确的是 (A) （1）（2） (B) （2）（3）（4） (C) （2）（4） (D) 全正确 二. 填空题 第 1 页 共 4页 工科大学物理试题（2005~2006学年第一学期） 注意：第一大题和第二大题的答案填写在题后的表格内，否则按零分处理。 普朗克常数： s J h ??=-34106.6 电子电量：c e 19106.1-?= 里德堡常数：1 7 10097.1-?=m R 电子质量：kg m e 31 10 11.9-?= 一、单选题 （将答案填写在题后表格内，每小题2分） 1．平面电磁波在各向同性介质中传播，空间任一点处的电场强度E 、磁场强度H 和 波的传播方向k 之间的关系是 （A ）E 与H 相互垂直但两者与k 不垂直 （B ）E 与H 不垂直但两者与k 垂直 （C ）E 与H 不垂直且两者与k 也不垂直 （D ）E 、H 、k 三者相互垂直 2．物体在周期性外力作用下发生受迫振动，且周期性外力的频率与物体固有频率相同。 若忽略阻尼，在稳定情况下，物体的运动表现出如下特点 （A ）物体振动频率与外加驱动力的频率不同，振幅呈现有限值； （B ）物体振动频率与外加驱动力的频率相同，振幅呈现有限值； （C ）物体振动频率与外加驱动力的频率不同，振幅趋于无限大； （D ）物体振动频率与外加驱动力的频率相同，振幅趋于无限大。 3. 两相干波源S 1、S 2相距4/λ（λ是波长），S 1的位相比S 2的位相超前2/π，在过S 1、 S 2的直线上，两波源在S 1外侧各点引起振动的位相差是 （A ）0 (B) π (C ) 2 π (D) 2 3π 4. 中心波长是nm 5000＝λ、波长不确定量nm 4 10－＝λ?的光沿x 轴的正向传播，利 用不确定关系h p x x ≥???可以得出光的坐标x 的不确定量至少是 （A ）500cm （B ）250cm （C ）50cm （D ）25cm 5. 黑体温度升高，其辐射的峰值波长m λ和辐出度M 0将 （A ）峰值波长向长波方向移动，辐出度增大； （B ）峰值波长向长波方向移动，辐出度减小； （C ）峰值波长向短波方向移动，辐出度增大； （D ）峰值波长向短波方向移动，辐出度减小。 6．在激光工作物质中，处于高能级的粒子数为N 2，处于低能级的粒子数为N 1，则产 生受激辐射的必要条件是 （A ） 12N N = ( B) 12N N < （C ）12N N > （D ）与12N N 、无关 7．在单缝夫琅和费衍射实验中，波长是λ的平行光垂直入射宽度为5λ的单缝，对应衍射角300的方向，单缝处波面可以划分的半波带数目为 (A) 3个 (B) 4个 (C) 5个 (D) 8个 8．对于位置固定的声源，观察者相对声源沿直线以一定速率运动，他听到的声音频率相对声源振动频率的变化是 （A ）移近声源时频率升高，频率改变量与观察者的速率成正比； （B ）移近声源时频率降低，频率改变量与观察者的速率成正比； （C ）远离声源时频率升高，频率改变量与观察者的速率成反比； （D ）远离声源时频率降低，频率改变量与观察者的速率成反比。 9．α粒子在加速器中被加速，其质量达到静止质量的3倍，其动能是静止能量的 （A ） 2倍 (B) 3倍 (C ) 4倍 (D) 5倍 10．电子除绕核运动外，还存在一种自旋运动，相应自旋角动量满足 （A ）大小不变，取向量子化 (B) 大小不变，取向恒定 (C ) 大小可变，取向量子化 (D) 大小可变，取向恒定 [一题答案填写处] 请按题号将选项填入表格中 [习题解答] 1-3 如题1-3图所示，汽车从A地出发，向北行驶60km到达B地，然后向东行驶60km到达C地，最后向东北行驶50km到达D地。求汽车行驶的总路程和总位移。 解汽车行驶的总路程为 ； 汽车的总位移的大小为 ?r = 位移的方向沿东北方向，与 方向一致。 1-4 现有一矢量R是时间t的函数，问 与 在一般情况下是否相等？为什么？ 解 与 在一般情况下是不相等的。因为前者是对矢量R的绝对值(大小或长度)求导， 表示矢量R的大小随时间的变化率；而后者是对矢量R的大小和方向两者同时求导，再取绝对值，表示矢量R大小随时间的变化和矢量R方向随时间的变化两部分的绝对值。如果矢量R方向不变只是大小变化，那么这两个表示式是相等的。 1-5 一质点沿直线L运动，其位置与时间的关系为r = 6t 2 -2t 3 ，r和t的单位分别是m和s。求： (1)第二秒内的平均速度； (2)第三秒末和第四秒末的速度； (3)第三秒末和第四秒末的加速度。 解取直线L的正方向为x轴，以下所求得的速度和加速度，若为正值，表示该速度或加速度沿x轴的正方向，若为负值表示，该速度或加速度沿x轴的反方向。 (1)第二秒内的平均速度 m?s-1； (2)第三秒末的速度 因为，将t = 3 s 代入，就求得第三秒末的速度，为 v3 = - 18 m?s-1； 用同样的方法可以求得第四秒末的速度，为 v4 = - 48 m?s-1； (3)第三秒末的加速度 因为，将t = 3 s 代入，就求得第三秒末的加速度，为 a3 = - 24 m?s-2； 用同样的方法可以求得第四秒末的加速度，为 v4 = - 36 m?s-2 . 1-6 一质点作直线运动，速度和加速度的大小分别为和，试证明： (1) v d v = a d s； (2)当a为常量时，式v 2 = v02 + 2a (s-s0 )成立。 习 题 题10.1：如图所示，两根长直导线互相平行地放置，导线内电流大小相等，均为I = 10 A ，方向 相同，如图所示，求图中M 、N 两点的磁感强度B 的大小和方向（图中r 0 = 0.020 m ）。 题10.2：已知地球北极地磁场磁感强度B 的大小为6.0?10-5 T 。如设想此地磁场是由地球赤道上 一圆电流所激发的（如图所示），此电流有多大？流向如何？ 题10.3：如图所示，载流导线在平面内分布，电流为I ，它在点O 的磁感强度为多少？ 题10.4：如图所示，半径为R 的木球上绕有密集的细导线，线圈平面彼此平行，且以单层线圈 覆盖住半个球面，设线圈的总匝数为N ，通过线圈的电流为I ，求球心O 处的磁感强度。 题10.5：实验中常用所谓的亥姆霍兹线圈在局 部区域内获得一近似均匀的磁场，其装置简图如图所示，一对完全相同、彼此平行的线圈，它们的半径均为R ，通过的电流均为I ，且两线圈中电流的流向相同，试证：当两线圈中心之间的距离d 等于线圈的半径R 时，在两线圈中心连线的中点附近区域，磁场可看成是均匀磁场。（提示：如以两线圈中心为坐标原点O ，两线圈中心连线为x 轴，则中点附近的磁场可 看成是均匀磁场的条件为x B d d = 0；0d d 22=x B ） 题10.6：如图所示，载流长直导线的电流为I，试求通过矩形面积的磁通量。 题10.7：如图所示，在磁感强度为B的均匀磁场中，有一半径为R的半球面，B与半球面轴线的夹角为 ，求通过该半球面的磁通量。 题10.8：已知10 mm2裸铜线允许通过50 A电流而不会使导线过热。电流在导线横截面上均匀分布。求：（1）导线内、外磁感强度的分布；（2）导线表面的磁感强度。 题10.9：有一同轴电缆，其尺寸如图所示，两导体中的电流均为I，但电流的流向相反，导体的磁性可不考虑。试计算以下各处的磁感强度：（1）r 第三章刚体力学 一.选择题 1. 刚体的转动惯量较大，则 (A) 该刚体的质量较大 (B) 该刚体转动的角速度较大 (C) 该刚体转动的角加速度较大 (D) 该刚体转动惯性较大 2.匀质细棒可绕通过其一端并与棒垂直的水平光滑轴在竖直面内转动，今使棒从水平位置开始自由下摆，在摆动到竖直位置的过程中，下述说法正确的是 (A) 角速度从大到小，角加速度从大到小 (B) 角速度从大到小，角加速度从小到大 (C) 角速度从小到大，角加速度从大到小 (D) 角速度从小到大，角加速度从小到大 3.几个力同时作用在一个有固定转轴的刚体上，如果这几个力的矢量和为零，则此刚体 (A) 必不会转动 (B) 转速必不变 (C) 转速必改变 (D) 转速可能变，也可能不变 4.半径均为R的匀质圆盘和圆环，质量都为m，都围绕通过圆心垂直于圆平面的轴转动，在相同外力矩作用下，获得的角加速度分别是、，则 (A) (B) (C) (D) 无法确定 5. 两小球质量为m及2m，由长为的轻杆相连，系统绕通过杆中心垂直于杆的轴以恒定角速度转动，则系统的转动惯量和转动动能为 (A) ， (B) ， (C)， (D) ， 6. 质点作匀速率圆周运动时 (A) 它的动量不变，对圆心的角动量也不变 (B) 它的动量不变，对圆心的角动量不断变化 (C) 它的动量不断改变，对圆心的角动量不变 (D) 它的动量不断改变，对圆心的角动量也不断改变 7.人造地球卫星绕地球做椭圆运动(地球在椭圆一个焦点上),则卫星的 (A) 动量不守恒,角动量不守恒 (B) 动量不守恒,角动量守恒 (C) 动量守恒,角动量守恒 (D) 动量守恒,角动量不守恒 8.一转盘绕固定水平轴O匀速转动，沿同一水平直线从相反方 向射入两颗质量相同、速率相等的子弹，并留于盘中，则子弹射入 后的瞬时转盘的角速度 (A) 增大 (B) 减小 (C) 不变 (D) 无法确定 三.填空题 9. 一飞轮做匀减速运动，在5s内角速度由减至，则角加速度为__________，该飞轮在这5s内总共转过了__________圈. 10. 如图，长为l质量为m的匀质细杆，绕端点轴O在竖直面内旋转， 北航《大学物理（上）》在线作业二 单选题多选题判断题 一、单选题（共15 道试题，共60 分。） 1. 题面见图片 A. B. C. D. -----------------选择：C 2. 1 kg某种理想气体，分子平动动能总和是1.86×106 J，已知每个分子的质量是 3.34×10-27 kg，气体的温度（）。（玻尔兹曼常量k＝1.38×10-23 J?K-1） A. 200 K B. 250 K C. 300 K D. 350 K -----------------选择：C 3. 运动方程表示了质点的运动规律，运动方程有什么特点？[ ] A. 绝对的 B. 坐标系选定，方程形式唯一 C. 参照系改变，方程形式一定改变 D. 只适用于惯性系 -----------------选择：B 4. 将一重物匀速推上一个斜坡，因其动能不变，所以（） A. 推力不作功 B. 推力功与摩擦力的功等值反号 C. 推力功与重力的功等值反号 D. 此重物所受的外力的功之和为零 -----------------选择：D 5. 已知空气的密度r=1.29 kg/ ,摩尔质量Mmol=29×10-3 kg /mol,且空气分子可认为是刚性双原子分子.(普适气体常量R=8.31 J?mol-1?K-1)。一密封房间的体积为5×3×3 m3,室温为20 ℃,室内空气分子热运动的平均平动动能的总和是多少如果气体的温度升高1.0K,气体分子的方均根速率增加多少( ) A. 0.656 m/s B. 0.756 m/s C. 0.856 m/s D. 0.956 m/s -----------------选择：C 6. 题面见图片 A. B. 习题11 11-1．直角三角形ABC的A点上，有电荷C 10 8.19 1 - ? = q，B点上有电荷 C 10 8.49 2 - ? - = q，试求C点的电场强度(设0.04m BC=，0.03m AC=)。 解：1q在C点产生的场强： 1 12 4 AC q E i r πε = ， 2 q在C点产生的场强： 2 22 4 BC q E j r πε = ， ∴C点的电场强度：44 12 2.710 1.810 E E E i j =+=?+?； C点的合场强：224 12 3.2410V E E E m =+=?， 方向如图： 1.8 arctan33.73342' 2.7 α=== 。 11-2．用细的塑料棒弯成半径为cm 50的圆环，两端间空隙为cm 2，电 量为C 10 12 .39- ?的正电荷均匀分布在棒上，求圆心处电场强度的大小 和方向。 解：∵棒长为2 3.12 l r d m π =-=， ∴电荷线密度：91 1.010 q C m l λ-- ==?? 可利用补偿法，若有一均匀带电闭合线圈，则圆心处的合场强为 0，有一段空隙，则圆心处场强等于闭合线圈产生电场再减去m d02 .0 = 长的带电棒在该点产生的场强，即所求问题转化为求缺口处带负电荷 的塑料棒在O点产生的场强。 解法1：利用微元积分： 2 1 cos 4 O x Rd dE R λθ θ πε =? ， ∴2 000 cos2sin2 444 O d E d R R R α α λλλ θθαα πεπεπε - ==?≈?= ?1 0.72V m- =?； 解法2：直接利用点电荷场强公式： 由于d r <<，该小段可看成点电荷：11 2.010 q d C λ- '==?， 则圆心处场强： 11 91 22 2.010 9.0100.72 4(0.5) O q E V m R πε - - '? ==??=? 。 方向由圆心指向缝隙处。 11-3．将一“无限长”带电细线弯成图示形状，设电荷均匀分布，电 荷线密度为λ，四分之一圆弧AB的半径为R，试求圆 α j i 2cm O R x α α 第八章波动光学 (一) 光的干涉 答案在最后 一. 选择题 1. 波长为λ的单色平行光垂直照射在薄膜上，经上下两表面 反射的两束光发生干涉，如图所示，若薄膜的厚度为e，且 ，则两束反射光的光程差为 (A) (B) (C) (D) 2. 如图示，波长为λ的单色光，垂直入射到双缝，若P点是 在中央明纹上方第二次出现的明纹，则光程差为 (A) 0 (B) λ (C) 3λ/2 (D) 2 λ 3. 在双缝干涉实验中，屏幕上的P点处是明条纹，若将缝 盖住，并在连线的垂直平分面处放一高折射率介质反射面 M，如图示，则此时 (A) P点处仍为明条纹 (B) P点处为暗条纹 (C) 不能确定P点处是明条纹还是暗条纹 (D) 无干涉条纹 4. 双缝干涉中，若使屏上干涉条纹间距变大，可以采取 (A) 使屏更靠近双缝 (B) 使两缝间距变小 (C) 把两个缝的宽度稍稍调窄 (D) 用波长更短的单色光入射 5. 波长为λ的单色光垂直入射到折射率为n的透明薄膜上，薄膜放在空气中，要使反射光干涉加强，薄膜厚度至少为 (A) λ /2 (B) λ /2n (C) λ /4 (D) λ /4n 6. 两块平玻璃构成空气劈形膜，左边为棱边，用单色平行光垂直入射，若上面的平玻璃慢慢向上平移，则干涉条纹 (A) 向棱边方向平移，条纹间距变小 (B) 向棱边方向平移，条纹间距变大 (C) 向棱边方向平移，条纹间距不变 (D) 向远离棱边方向平移，条纹间距不变 (E) 向远离棱边方向平移，条纹间距变小 7. 在图示三种透明材料构成的牛顿环装置中，用单色光垂直 照射，再反射光中看到干涉条纹，则在接触点处形成的圆斑为 (A) 全明 (B) 全暗 (C) 右半边明，左半边暗 (D) 右半边暗，左半边明 8. 在迈克耳逊干涉仪的一条光路中放入折射率为n的透明薄膜后，观察到条纹移动6条，则薄膜的厚度是 (A) 3λ (B) 3λ /n (C) 3λ /(n-1) (D) 6λ /n 二. 填空题 9. 有两种获得相干光的基本方法，它们是__________________和___________________. 10. 两同相位相干点光源、，发出波长为λ的光，A是它们连线中垂线上的一点，在 与A间插入厚度为e折射率为n的薄玻璃片，两光源发出的光到达A点时光程差为______________，相位差为____________________. 11. 杨氏双缝干涉实验中，双缝间距为d，屏距双缝的间距为D（D >>d），测得中央明条纹与第三级明条纹间距为x，则入射光的波长为_____________________. 12. 一双缝干涉装置，在空气中观察时干涉条纹间距为1mm，若将整个装置放入水中，干涉条纹的间距变为_________________mm.（设水的折射率为4/3） 13. 波长为λ的单色光垂直照射到两块平玻璃片构成的劈尖上，测得相邻明条纹间距为l， 2013-2014工科大学物理期末考试题 整理制作人：1306学习部 二、填空题 1、在半径为R的圆周上运动的质点，其速率与时间的关系为v=ct2(式中c为常量)，则t=0到t时刻质点走过的路程S(t)=_________,t时刻质点的切向加速度a t=_________,t时刻质点的法向加速度a n=____________. 2、一物体的质量为M，置于光滑的水平地板上，今用一水平力F通过一质量为m的绳拉动 3 B 4 （ 5 6 7 为 8 当于质量为______________kg的物体从500m高空落到地面释放的能量。 9、在真空中有一半径为a的3/4圆弧形的导线，其中通以稳定电流I，导线置于均匀外磁场B中，且B与导线所在平面垂直，则该载流导线弧bc所受的磁力大小为___________. 10、平行板电容器的电容C为20.0 uF,两板上的电压变化率为1.5 X 105V/s,则平行板电容器中的位移电流为______________. 三、大题(共40分) 1、(本题10分)一根放在水平光华桌面上的匀质棒，可绕通过其一端的竖直固定光滑轴O 转动，棒的质量为m=1.5kg,长度为l=1.0m,对轴的转动惯量为J =13 m l 2.初始时棒静止。今有一水平运动的子弹垂直地射入棒的另一端，并留在棒中，如图所示。子弹的质量为m ’=0.020kg,速率为v=400m s ?1,试问： （1） 棒开始和子弹一起转动时的角速度w 有多大？ （2） 若棒转动时受到大小为M =4.0N ﹒m 的恒定阻力矩作用，棒能转过多大的角度θ？ I 4. (本题10分)如图所示，等边三角形平面回路ACDA位于磁感应强度为B的均匀磁场内，磁场方向垂直于平面回路，回路上的CD段为滑动导线，它以匀速v远离A端运动，并始终保持回路是等边三角形.设滑动导线CD到A端的垂直距离为x，且t=0时，x=0.试求在下述两种不同的磁场情况下，回路中的感应电动势ε与时间t的关系： （1）B=B0 =常矢量 （2）B=Kt,K=常矢量 7-3．在体积为2.0×10-3m 3 的容器中，有内能为 6.75×102J 的刚性双原子分子理想气体。求： (1)气体的压强；(2)设分子总数为 5.4×1022 个，则分子的平均平动动能及气体的温度。 [解] （1）理想气体的内能 kT i N E 2 ? = （1） 理想气体的压强 kT V N nkT p == （2） 由（1）、（2）两式可得 532 1035.110 251075.6252?=????==-V E p Pa （2）由 kT i N E 2 ?= 则 362104.51038.151075.625222232=??????==-kN E T K 又 2123105.73621038.12 323--?=???==kT w J 7-4．容器内储有氧气，其压强为 p = 1.01×10 5 Pa ，温度为 t = 27℃。试求： (1)单位体积内的分子数； (2)分子的平均平动动能。 解：（1）由nkT p = （2）J 1021.63001038.12 3232123--?=???==kT w 7-5．容器内某理想气体的温度T ＝273K ，压强p =1.00 ×10-3atm ，密度为31.25g m ρ-=?，求：(1)气体的摩尔质量；(2)气体分子运动的方均根速率；(3)气体分子的平均平动动能和转动动能；(4)单位体积内气体分子的总平动动能；(5)0.3mol 该气体的内能。 [解] （1）由 RT pV ν= 所以 4931025.110013.11000.133335 32 =?????===--ρp m kT v m （2） 气体的摩尔质量 所以该气体是2N 或CO （3）气体分子的平均平动动能 气体分子的转动动能 （4）单位体积内气体分子的总平动动能 （5）该气体的内能 8-3．一定量的理想气体，其体积和压强依照V =a 的规律变化，其中a 为已知常数。试求： (1)气体从体积V 1膨胀到V 2所作的功； (2)体积为V 1时的温度T 1与体积为V 2时的温度T 2之比。 解：???? ??-===??21 222112121V V a dv v a pdv A v v v V （2）由状态方程 RT M m PV = 得 8-4. 0.02kg 的氦气(视为理想气体)，温度由17℃升为27℃，假设在升温过程中 (1)体积保持不变；(2)压强保持不变；(3)不与外界交换热量。试分别求出气体内能的改变，吸收的热量，外界对气体所作的功。大学物理第一章质点运动学习题解(详细、完整)
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