质点运动学动力学作业解

作业04（质点动力学2）1. 质量为m 、速度大小为V 的质点受到某个力作用后，其速度的大小未变，但方向改变了θ，则这个力的冲量大小为[ ]。

A.)2/cos(2θmvB. )2/sin(2θmvC. )2/cos(θmvD. )2/sin(θmv 答：［B ］解：如图，由动量定理，冲量等于动量的变化 im v j m v i m v i m v j m v i m v v m v m v m I -+=-+=-=∆=θθθθsin cos sin cos /// 冲量的大小为 )2/s i n (2c o s 22s i n )c o s (222θθθθv m mv v v v m I I =-=+-==2. 一质量为kg m 60=的人静止站在一条质量为kg M 300=、且正以12-⋅=s m V 的速率向湖岸驶进的小木船上，湖水是静止的，其阻力不计。

现在人相对于船以一水平速度v 沿船的前进方向向河岸跳去，该人起跳后，船速减为原来的一半，v 应该是[ ]A. 12-⋅s mB. 13-⋅s mC. 15-⋅s mD. 16-⋅s m答：［C ］解：以地面为参考系。

人与船为系统。

人相对于地面的起跳速度为v V +，起跳后，船向岸边运动的速度为2/V ；原来人与船以水平速度V 一起向岸边运动。

水平方向不受外力 V M m MV v V m )(21)(+=++，)(5602230022-⋅=⨯⨯==s m m MV v 也可以原船为参考系（也是惯性系），人与船为系统。

人相对于原船的起跳速度为v ，起跳后，船相对于原船的运动速度为2/V -；在原船参考系中，起跳前，人与船静止。

水平方向不受外力，由动量守恒，得到VM mv 210-=，)(5602230022-⋅=⨯⨯==s m m MV v 3. 下列叙述中正确的是[ ]A. 质点的动量不变，则动能也不变。

B 质点的动能不变，则动量也不变C. 质点的动量变化，则动能也一定变化。

质点运动学及动力学练习题一 判断题1．质点作圆周运动，其加速度一定与速度垂直。

（ ）2．物体作直线运动，法向加速度必为零。

（ ）3．物体作曲线运动，法向加速度必不为零，且轨道最弯处，法向加速度最大。

（ ）4．某时刻质点速度为零，切向加速度必为零。

（ ）5．在单摆和抛体运动中，加速度保持不变。

（ ）6．某人器自行车以速率V 向正东方向行驶，遇到由北向南刮来的风，（设风速也为V ），则他感到风是从东北方向吹来的。

（ ）7．质点沿x 方向作直线运动，其 v - t示。

判断下列说法的正误：（1）21t t 时加速度为零。

（ ）（2）在0 ~ t 2 秒内的位移可用图中v – t 曲线与t 轴所围面积表示，t 轴上、下部分的面积均取正值。

（ ）（3）在0 ~ t 2 秒内的路程可用图中v – t 曲线与t 轴所围面积表示，t 轴上、下部分的面积均取正值。

（ ）8．某质点的运动方程为 x =3t -5t 3+6 (SI) ，则该质点作变加速直线运动，加速度沿X 负方向。

（ ）9．物体的运动方向和合外力方向一定相同。

（ ）t10．物体受到几个力的作用，一定产生加速度。

（）11．物体运动的速度很大，所受到的合外力也很大。

（）12．物体运动的速率不变，所受到的合外力为零。

（）13．小力作用在一个静止的物体上，只能使它产生小的速度。

（）14．小球从距地面高为h处以初速度v0水平抛出，与地面碰撞后又反弹回同样的高度，速度仍为水平方向，大小为v0在这一过程中小球的动量受恒。

（）15．物体m被放在斜面M上，如把m和M看成一个系统，判断在下列何种情形下，系统的水平方向分动量是守恒的？（1）m与M间无摩擦，而M与地面间有摩擦。

（）（2）m与M间无摩擦，而M与地面间无摩擦。

（）（3）两处都没有摩擦。

（）（4）两处都有摩擦。

（）16．不受外力作用的系统，动量和机械能必然同时守恒。

（）17．内力都为保守力，而它受的合外力为零，该系统的动量和机械能都必然守恒。

第二章质点动力学习题解答第二章质点动力学习题解答第2章质点动力学2-1.如附图右图，质量均为m的两木块a、b分别紧固在弹簧的两端，直角的放到水平的积极支持面c上。

若忽然撤除积极支持面c，反问在撤除积极支持面瞬间，木块a和b的加速度为多小？求解：在撤除积极支持面之前，a受到重力和弹簧压力均衡，f弹?mg，b受支持面压力向上为2mg，与重力和弹簧压力平衡，撤去支持面后，弹簧压力不变，则a：平衡，aa2-2推论以下观点与否恰当？表明理由。

（1）质点做圆周运动时收到的作用力中，指向圆心的力便是向心力，不指向圆心的力不是向心力。

（2）质点做圆周运动时，所受的合外力一定指向圆心。

求解：（1）不恰当。

不指向圆心的力的分量可以为向心力。

（2）不正确。

合外力为切向和法向的合成，而圆心力只是法向分量。

2-3如附图右图，一根绳子装设着的物体在水平面内搞匀速圆周运动（称作圆锥挂），有人在重力的方向力促合力，写下tcos??0；b：不均衡，f合?2mg?ab?2g。

g0。

另有沿绳子拉力t的方向求合力，写出t?gcos??0。

显然两者无法同时设立，表示哪一个式子就是错误的，为什么？解：tcos??g?0正确，因物体在竖直方向上受力平衡，物体速度直角分量为0，只在水平面内运动。

t?gcos??0不正确，因沿t方向，物体运动有分量，必须考量其中的一部分提供更多向心力。

应属：t?gcos??m?2r?sin?。

2-4未知一质量为m的质点在x轴上运动，质点只受指向原点的引力的促进作用，引力大小与质点距原点的距离x的平方成反比，即为f??kx2，k为比例常数。

设质点在x?a时的速度为零，求x?a处的速41度的大小。

解：由牛顿第二定律：f?ma，f?m?dvdt。

寻求v与x的关系，换元：kdvdxdv?m??m?v，2xdxdtdx拆分变量：kdx?。

mx2vkxdx12k11?0vdv??m?ax2，2v?m(x?a)vdv6ka时，v?ma4。

第2章《质点运动学》习题解答2.1.1质点的运动学方程为I(1), (3 2t)? 5?,(2).r(2 3t)? (4t 1)j?求质点轨迹并用图表示。

【解】①.x 3 2t,y 5,轨迹方程为y=5x 2 3t②3t消去时间参量t 得：3y 4x 5 0y 4t 12.1.2 质点运动学方程为r e 2t ? e 2t ? 2k?， ( 1).求质点的轨迹；(2)求自t=-1至t=1质点的位移。

【解】2tx e ① y e 2t 消去t 得轨迹：xy=1,z=2z 2② 才 e 2i? e 2? 2!?,才 e 2i? e 2? 20,3 ^1 ^1 (e 2 e 2)? (e 2 e 2) j?2.1.3 质点运动学方程为求自t=0至t=1质点的位移。

【解】4t 2? (2t 3)?,( 1).求质点的轨迹；(2)①.x 4t 2, y 2t 3,消去t 得轨迹方程x (y 3)2②r 0 3?』2.2.1雷达站于某瞬时测得飞机位置为R i 4100m, i 33.70，°.75s 后测得R 2 4240m, 2 29.3°, R,R 2均在铅直平面内。

求飞机瞬时速率的近似值和飞行方向（a 角）。

R i 2 R ； 2RR, cos( i 2)代入数值得: .41002 42402 -2 4100 4240cos 4.4°349.385(m)利用正弦定理可解出34.8902.2.2 一小圆柱体沿抛物线轨道运动，抛物线轨道为y x 2 / 200 （长度mm 。

第一次观察到圆柱体在349.3850.75 465.8(m/s)x=249mn 处，经过时间2ms 后圆柱体移到 x=234mn 处。

求圆柱体瞬时速度的近似4i? 5? r4? 2?t［解］19.6mm/ms152 36.22522112.502.2.3 一人在北京音乐厅内听音乐，离演奏者 17m 另一人在广州听同一 演奏的转播，广州离北京2320km 收听者离收音机2m 问谁先听到声音？声速 为340m/s,电磁波传播的速度为3.0 108m/s 。

第一章 质点动力学1－3 解：运动方程：θtan l y =，其中kt =θ。

将运动方程对时间求导并将030=θ代入得34cos cos 22lk lk l y v ====θθθ938cos sin 2232lk lk ya =-==θθ1－6证明：质点做曲线运动，所以质点的加速度为：n t a a a +=,设质点的速度为v ，由图可知: aa v v y n cos ==θ，所以: yv v a a n =将c v y =，ρ2n va =代入上式可得 ρc va 3=证毕 1－7证明：因为n2a v=ρ，va a v a ⨯==θsin n所以：va ⨯=3vρ证毕1－10解：设初始时,绳索AB 的长度为L ,时刻t 时的长度 为s ,则有关系式：t v L s 0-=，并且 222x l s +=将上面两式对时间求导得：0v s -= ，x x s s 22=由此解得：xsv x 0-= （a ）(a)式可写成：s v x x 0-= ，将该式对时间求导得：2002v v s x x x=-=+ (b)xoovovFNFgmyθ将(a)式代入(b)式可得：3220220xl v xxv xa x -=-== （负号说明滑块A 的加速度向上）取套筒A 为研究对象，受力如图所示，根据质点矢量形式的运动微分方程有：gF F a m m N ++=将该式在y x ,轴上投影可得直角坐标形式的运动微分方程：N F F y m F mg x m +-=-=θθsin cos其中：2222sin ,cos lx l lx x +=+=θθ0,3220=-=yxl v x将其代入直角坐标形式的运动微分方程可得：23220)(1)(x l xl v g m F ++=1－11解：设B 点是绳子AB 与圆盘的切点，由于绳子相对圆盘无滑动，所以R v B ω=，由于绳子始终处于拉直状态，因此绳子上A 、B 两点的速度在 A 、B 两点连线上的投影相等，即：θcos A B v v = （a ）因为x Rx 22cos -=θ （b ）将上式代入（a ）式得到A 点速度的大小为：22Rx x Rv A -=ω （c ）由于x v A -=，（c ）式可写成：Rx R x xω=--22 ，将该式两边平方可得：222222)(x R R x x ω=-将上式两边对时间求导可得：x x R x x R x x x 2232222)(2ω=--将上式消去x2后，可求得： 22242)(R x xR x--=ω (d)由上式可知滑块A 的加速度方向向左，其大小为 22242)(R x xR a A -=ω取套筒A 为研究对象，受力如图所示，根据质点矢量形式的运动微分方程有：gF F a m m N ++=将该式在y x ,轴上投影可得直角坐标形式的 运动微分方程：mg F F ym F x m N -+=-=θθsin cos其中：xR x x R 22cos ,sin -==θθ, 0,)(22242=--=yR x x R xω将其代入直角坐标形式的运动微分方程可得2525)(,)(225222242R x x R m mg F R x xR m F N --=-=ωω1－13解：动点：套筒A ；动系：OC 杆；定系：机座；运动分析：绝对运动：直线运动；相对运动：直线运动；牵连运动：定轴转动。

作业05（质点动力学3）1..21t t >。

2. 人造地球卫星绕地球做椭圆轨道运动，卫星轨道近地点和远地点分别为A 和B ，用L 和K E 分别表示卫星对地心的角动量及动能，则应有[ ]。

A ． KB KA B A E E L L >>, B. KB KA B A E E L L >=,C. KB KA B A E E L L <=,D. KB KA B A E E L L <<,答：［B ］解：人造地球卫星绕地球做椭圆轨道运动时，它们之间的引力沿着径向，因此角动量守恒B A L L =同时，由角动量的定义B B A A v r v r =由于B A r r <，所以B A v v >因此KB B A KA E mv mv E =>=222121 3. 体重相同的甲乙两人，分别用双手握住跨过无摩擦滑轮绳子两端。

忽略滑轮和绳子的质量。

当它们由同一高度向上爬时，相对于绳子，甲的速率是乙的两倍，则到达顶点的情况是[ ]。

A ． 甲先到达 B. 乙先到达 C. 同时到达答：［C ］解：由于此二人受到的力相同，质量相同，则加速度就相同。

同时到达。

4. 一质点在如图所示的坐标平面内作圆周运动，有一力)(0j y i x F F +=作用在质点上，该质点从坐标原点运动到)2,0(R 位置的过程中，此力F 对它做的功为_____。

答： 202R F A = 解：如图首先进行坐标变换，即将坐标原点移到圆周轨道的圆心/o处，实际上，就是将x 轴平移R 。

在新的坐标系中，圆周轨道θ角处（矢径r ），质点受到的力为 ])1(sin [cos ])([)(0//00j i R F j R y i x F j y i x F F ++=++=+=θθ 在新的坐标系中，矢径为 j R i R r θθsin cos += θθθRd j i r d )cos sin ( +-=元功表示为θθθθθθθd R F Rd j i j i R F rd F dA cos )cos sin (])1(sin [cos 200=+-⋅++=⋅= 所以，质点从坐标原点运动到)2,0(R 位置的过程中，F 对它做的功为 2022/2/02cos R F d R F dA A ===⎰⎰-θθππ5. 一个半径为R 的水平圆盘以恒定角速度ω作匀速转动，一质量为m 的人要从圆盘边缘走到圆盘中心处，圆盘对他做的功为_______。

第二章 质点动力学习题解答2-1 如题图2-1中(a)图所示,质量为m 的物体用平行于斜面的细线联结置于光滑的斜面上,若斜面向左方作加速运动,当物体刚脱离斜面时,它的加速度的大小为( D )(A) g sin θ (B) g cos θ (C) g tan θ (D) g cot θ2-2 用水平力F N 把一个物体压着靠在粗糙的竖直墙面上保持静止．当F N 逐渐增大时,物体所受的静摩擦力F f 的大小( A )(A) 不为零,但保持不变 (B) 随F N 成正比地增大(C) 开始随F N 增大,达到某一最大值后,就保持不变 (D) 无法确定2-3 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gR μ (B) 必须等于gR μ(C) 不得大于gR μ (D) 还应由汽车的质量m 决定2-4 如习题2-4图所示，一物体沿固定圆弧形光滑轨道由静止下滑,在下滑过程中，则( B )(A) 它的加速度方向永远指向圆心,其速率保持不变 (B) 它受到的轨道的作用力的大小不断增加 (C) 它受到的合外力大小变化,方向永远指向圆心 (D) 它受到的合外力大小不变,其速率不断增加2-5 习题2-5图所示，系统置于以a ＝1/4 g 的加速度上升的升降机内,A 、B 两物体质量相同均为m ，A 所在的桌面是水平的,绳子和定滑轮质量均不计,若忽略滑轮轴上和桌面上的摩擦,并不计空气阻力，则绳中张力为( A )(A) 5/8mg (B) 1/2mg (C) mg (D) 2mg 2-6 对质点组有以下几种说法： (1) 质点组总动量的改变与内力无关； (2) 质点组总动能的改变与内力无关； (3) 质点组机械能的改变与保守内力无关． 下列对上述说法判断正确的是( C )习题2-4图A习题2-5图B(A) 只有(1)是正确的 (B) (1)、(2)是正确的 (C) (1)、(3)是正确的 (D) (2)、(3)是正确的2-7 有两个倾角不同、高度相同、质量一样的斜面放在光滑的水平面上,斜面是光滑的,有两个一样的物块分别从这两个斜面的顶点由静止开始滑下，则( D )(A) 物块到达斜面底端时的动量相等 (B) 物块到达斜面底端时动能相等(C) 物块和斜面(以及地球)组成的系统,机械能不守恒 (D) 物块和斜面组成的系统水平方向上动量守恒 2-8 对功的概念有以下几种说法：(1) 保守力作正功时,系统内相应的势能增加； (2) 质点运动经一闭合路径,保守力对质点作的功为零；(3) 作用力和反作用力大小相等、方向相反,所以两者所作功的代数和必为零． 下列上述说法中判断正确的是( C )(A) (1)、(2)是正确的 (B) (2)、(3)是正确的 (C) 只有(2)是正确的(D) 只有(3)是正确的2-9 如图所示,质量分别为m 1和m 2的物体A 和B ，置于光滑桌面上，A 和B 之间连有一轻弹簧。

r r r r r r rr、⎰ dt⎰0 dx = ⎰ v e⎰v v1122v v d tv v d tvg 2 g h d tdt [v 2 + ( g t ) 2 ] 12 (v 2 + 2 g h ) 12第一章质点运动学1、(习题 1.1)：一质点在 xOy 平面内运动，运动函数为 x = 2 t, y = 4 t 2 - 8 。

（1）求质点 的轨道方程；（2）求 t = 1 s 和 t = 2 s 时质点的位置、速度和加速度。

解：（1）由 x=2t 得，y=4t 2-8可得： r y=x 2-8r 即轨道曲线（2）质点的位置 ： r = 2ti + (4t 2 - 8) jr r rr r 由 v = d r / d t 则速度： v = 2i + 8tjr r rr 由 a = d v / d t 则加速度： a = 8 jrr r r r r r r 则当 t=1s 时，有 r = 2i - 4 j , v = 2i + 8 j , a = 8 j r当 t=2s 时，有r = 4i + 8 j , v = 2i +16 j , a = 8 j 2 （习题 1.2）： 质点沿 x 在轴正向运动，加速度 a = -kv ， k 为常数．设从原点出发时速度为 v ，求运动方程 x = x(t ) .解：dv = -kvdt v1 v 0 vd v = ⎰ t - k dt 0v = v e - k tdx x= v e -k t0 t0 -k t d t x = v0 (1 - e -k t )k3、一质点沿 x 轴运动，其加速度为 a = 4 t (SI)，已知 t = 0 时，质点位于 x 0=10 m 处，初速 度 v 0 = 0．试求其位置和时间的关系式．解：a = d v /d t = 4 td v = 4 t d tv 0d v = ⎰t 4t d t v = 2 t 2v = d x /d t = 2 t 2⎰x d x = ⎰t 2t 2 d t x = 2 t 3 /3+10 (SI)x4、一质量为 m 的小球在高度 h 处以初速度 v 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； d r d v d v （3）落地前瞬时小球的 ，，.d td td t解：（1）x = v t式（1）v v v y = h - gt 2 式（2）r (t ) = v t i + (h - gt 2 ) j0 （2）联立式（1）、式（2）得y = h -vd r（3） = v i - gt j而落地所用时间t =0 gx 22v 22hgvd r所以 = v i - 2gh jvd vdv g 2t= - g j v = v 2 + v 2 = v 2 + (-gt) 2= =x y 0 0vv v d rv d v 2） v = [(2t )2+ 4] 2 = 2(t 2+ 1)2t t 2 + 1, V a = a - a = m + M m + Mvg gvv v 5、 已知质点位矢随时间变化的函数形式为 r = t 2i + 2tj ，式中 r 的单位为 m ， 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。

质点运动学和动力学习题解答一、选择题1、 D ，位移()m x x x s t s t 313-=-=∆==；()⎰⎰=+-=-==32205,42m vdt vdt s t xv 。

2、 B ，3、 B ，4 、C ，020==∆∆=t t rv；tR t R t s v ππ224==∆=。

5、 B ，A B a a 2=，B A T T 2=，对A 、B 两物体应用牛顿运动定律：A A ma T =，B B ma T mg =-，联立上述各式可得g a B54=。

6、 D ，绳中张力为零时，物体仅受重力和支持力的作用。

由于物体的加速度方向水平向右，可知支持力的竖直分量刚好与重力抵消，水平分量使得物体有了水平方向的加速度，因此可得物体的加速度为θgtg 。

7、 D ， 8、 A ，设绳中张力为T ，则弹簧秤的读数为T 2，因为A 、B 两物体的加速度大小相等，方向相反，可设加速度大小为a ，对A 、B 两物体应用牛顿运动定律：a m T g m 11=-，a m g m T 22=-，可得g m m m m T 21212+=。

二、填空题1．tS ∆ ；0 ；tV ∆-2 。

2．大小；方向；n a a an+=ττ 。

3．3002310Ct V V dt Ct dV adt dV dt dV at V V +=⇒=⇒=⇒=⎰⎰；400030121310Ct t V x x dt Ct V dx Vdt dx dt dx V t x x ++=⇒⎪⎭⎫⎝⎛+=⇒=⇒=⎰⎰。

4．t R a 4.2==θτ ，()28.42-⋅==s m s t a τ；4224.14t R R a n ===θω ，由a a 21=τ可得τa a n 3=，633=t ，rad t 15.33322423=+=+=θ。

5．30023ct dt ct Vdt ds Vdt ds dt ds V s t ===⇒=⇒=⎰⎰⎰；ct dtdV a 6==τ；R t c R V a n 4229==。

一、 填空题1．一质点沿半径0.1米的圆周运动，其角位移θ可用下式表示342t +=θ（SI），则当2t s =时，切向加速度=τa 2/m s ；[答案：24.8/m s ] 2.一质点沿x 方向运动，其加速度随时间的变化关系为32a t =+(SI)，如果初始时刻质点的速度0v 为5/m s ，则当t 为3s 时，质点的速度v = 。

[答案：23/m s ]3．一个质量为10kg 的物体，沿X 轴无摩擦地滑动，设t=0时物体静止于原点，若物体在力F=3+4t(N)的作用下运动2秒，则它的速度增加为/m s 。

[答案：1.4/m s ] 4．一个质量为7kg 的物体，沿X 轴无摩擦地滑动，设t=0时物体静止于原点，若物体在力F=3+4x (N)的作用下运动2米，则它的速度增加为 /m s 。

[答案：2/m s ]二、计算题1.已知质点运动方程为()2352r t i t j =+−K K K ，求：1）轨道方程；2）0t =到1s 的位移；3）1t s =时的速度、加速度。

解：1）2352x t y t⎧=⎨=−⎩消去t 得轨道方程为()2354x y =− 2）0t =时，()20305205r i j j =×+−×=K K K K1t =时，133r i j =+K K K1032r r r i j ∴Δ=−=−K K K K K3）62drv ti j dt ==−K K K K ，6dv a i dt==K K K1t s =时，162v i j =−K K K，6a i =K K2.已知一质点的运动方程为234r ti t j =−KKK，求质点的运动轨道、速度、加速度、切向加速度、法向加速度。

解：1）由3x t =，24y t =−得质点轨道方程为2490x y +=2）速度38drv i tj dt ==−K K K K3) 加速度8dva j dt==−K K K4)速率v ==切向加速度dv a dt τ==5）法向加速度n a =na = 3.一质点沿半径为1m 的圆周运动，它通过的弧长s 按22s t t =+的规律变化.问它在2s 末的速率、切向加速度、法向加速度各是多少？ 解：1）速率14dsv t dt==+ 2s 末21429/v m s =+×=2）切向加速度4dva dtτ== 2s 末24/a m s τ=3）2s 末法向加速度228181/1n v a m s r ===4.一质点沿半径为1m 的圆周转动，其角量运动方程为323t 4t θ＝＋－(SI)，求质点在2s 末的角位置、角速度、角加速度、速率、切向加速度、法向加速度、总加速度.解：1）2t =，角位置263224rad θ=−＝＋－2）角速度2312t d dtθω==－ 2t =，312445/rad s ω=×=−－3）角加速度24d t dtωα==−2t =，224248/rad s α=−×=−4）速率1(45)45/v R m s ω==×−=− 5）切向加速度248/a R m s τα==−6）法向加速度2222025/n v a R m s Rω===7）总加速度22025.6/a m s ==5.一质点在xOy 平面上运动，运动方程为x =3t +5, y =21t 2+3t -4.式中t 以 s计，x ,y 以m计．(1)以时间t 为变量，写出质点位置矢量的表示式；(2)求出t =1 s 时刻和t ＝2s 时刻的位置矢量，计算这1秒内质点的位移；(3)计算t ＝0 s时刻到t ＝4s时刻内的平均速度；(4)求出质点速度矢量表示式，计算t ＝4 s 时质点的速度；(5)计算t ＝0s 到t ＝4s 内质点的平均加速度；(6)求出质点加速度矢量的表示式，计算t ＝4s 时质点的加速度(请把位置矢量、位移、平均速度、瞬时速度、平均加速度、瞬时加速度都表示成直角坐标系中的矢量式)．　解：（1）j t t i t r KKK)4321()53(2−+++=m (2)将1=t ,2=t 代入上式即有j i r K K K5.081−= m2114r i j =+K K Km 213 4.5r r r i j Δ=−=+K K K K Km(3)∵ 0454,1716r i j r i j =−=+K K K K KK ∴401122040435m s r r r i j v ti j −−Δ+===Δ−=+⋅K K K KK K K K(4) 1s m )3(3d d −⋅++==j t i t rv K K K K则 j i v K K K 734+= 1s m −⋅(5)∵ j i v j i v KK KK KK73,3340+=+=24041m s 44v v v ja j t −−Δ====⋅ΔK K K K K K(6) 2s m 1d d −⋅==j tva K K K6．某质点的加速度为j i t a K K K26+=，已知t =0时它从坐标原点静止开始运动（即初始位矢00=r K 、初速度00=v K），求质点在2秒时刻的位矢、速度。

第二章 质点动力学习题解答2-1 如题图2-1中(a)图所示,质量为m 的物体用平行于斜面的细线联结置于光滑的斜面上,若斜面向左方作加速运动,当物体刚脱离斜面时,它的加速度的大小为( D )(A) g sin θ (B) g cos θ (C) g tan θ (D) g cot θ2-2 用水平力F N 把一个物体压着靠在粗糙的竖直墙面上保持静止．当F N 逐渐增大时,物体所受的静摩擦力F f 的大小( A )(A) 不为零,但保持不变 (B) 随F N 成正比地增大(C) 开始随F N 增大,达到某一最大值后,就保持不变 (D) 无法确定2-3 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gR μ (B) 必须等于gR μ(C) 不得大于gR μ (D) 还应由汽车的质量m 决定2-4 如习题2-4图所示，一物体沿固定圆弧形光滑轨道由静止下滑,在下滑过程中，则( B )(A) 它的加速度方向永远指向圆心,其速率保持不变 (B) 它受到的轨道的作用力的大小不断增加 (C) 它受到的合外力大小变化,方向永远指向圆心 (D) 它受到的合外力大小不变,其速率不断增加2-5 习题2-5图所示，系统置于以a ＝1/4 g 的加速度上升的升降机内,A 、B 两物体质量相同均为m ，A 所在的桌面是水平的,绳子和定滑轮质量均不计,若忽略滑轮轴上和桌面上的摩擦,并不计空气阻力，则绳中张力为( A )(A) 5/8mg (B) 1/2mg (C) mg (D) 2mg 2-6 对质点组有以下几种说法： (1) 质点组总动量的改变与内力无关； (2) 质点组总动能的改变与内力无关； (3) 质点组机械能的改变与保守内力无关． 下列对上述说法判断正确的是( C )习题2-4图A习题2-5图B(A) 只有(1)是正确的 (B) (1)、(2)是正确的 (C) (1)、(3)是正确的 (D) (2)、(3)是正确的2-7 有两个倾角不同、高度相同、质量一样的斜面放在光滑的水平面上,斜面是光滑的,有两个一样的物块分别从这两个斜面的顶点由静止开始滑下，则( D )(A) 物块到达斜面底端时的动量相等 (B) 物块到达斜面底端时动能相等(C) 物块和斜面(以及地球)组成的系统,机械能不守恒 (D) 物块和斜面组成的系统水平方向上动量守恒 2-8 对功的概念有以下几种说法：(1) 保守力作正功时,系统内相应的势能增加； (2) 质点运动经一闭合路径,保守力对质点作的功为零；(3) 作用力和反作用力大小相等、方向相反,所以两者所作功的代数和必为零． 下列上述说法中判断正确的是( C )(A) (1)、(2)是正确的 (B) (2)、(3)是正确的 (C) 只有(2)是正确的(D) 只有(3)是正确的2-9 如图所示,质量分别为m 1和m 2的物体A 和B ，置于光滑桌面上，A 和B 之间连有一轻弹簧。

2-20天平左端挂一定滑轮，一轻绳跨过定滑轮，绳的两端分别系上质量为 m 1,m 2的物体(m 1M m 2),天平右端的托盘上放有砝码.问天平托盘和 砝码共重若干，天平才能保持平衡？不计滑轮和绳的质量及轴 承摩擦，绳不伸长。

解：隔离m 1,m 2及定滑轮，受力及运动情况如图示，应用 牛顿第二定律：第二章习题解答2-17质量为2kg 的质点的运动学方程为r (6t 2 1)? (3t 2 3t 1)?(单位：米，秒)，求证质点受恒力而运动，并求力的方 向大小。

解：T a d 2r/dt 2 12? 6?, F ma 24? 12?为一与时间无关的恒矢量， 质点受恒力而运动。

F=(242+122)1/2=12 ■ 5N ，力与x 轴之间夹角为：arctgF y / F xarctg 0.526 34'2-18 质量为m 的质点在o-xy 平面内运动，质点的运动学方程为:r acos t ? bsin t ?, a,b,3为正常数，证明作用于质点的合力总指向原点证明：•.• a d 2r /dt 22(acos t? bsin tp) 2rF ma m 2r , •••作用于质点的合力总指向原点2-19在图示的装置中两物体的质量各为 m 1,m 2，物体之间及物 体与桌面间的摩擦系数都为卩，求在力F 的作用下两物体的加速度 及绳内张力，不计滑轮和绳的质量及轴承摩擦，绳不可伸长。

解：以地为参考系，隔离 m 1,m 2,受力及运动情况 如图示，其中：f 1=卩N 1=卩m 1g ， f 2=卩N 2=卩(N 1+m 2g)=卩(m 1+m 2)g.在水平方向对 两个质点应用牛二定律：①+②可求得：a F 2 m 1ggm 1 m 2JlN 1 T ---------------- * f 11Fm1ga 亠T m g m 1a ① F m 1g (m 1 m 2)g T m 2a ②将a 代入①中，可求得：Tm 1(F 2 mg) m 1 m 2仃N 1 ‘‘ m2ga -N 1a 1一 1 • f 1 I'm 1gT' m 1 g m 1a ① m 2g T' m ?a ②T 2T' 由①②可求得：T' 2m 1m 2g T m 1 m 2 '2mim 2g m 1 m 22-21 一个机械装置如图所示，人的质量为m 仁60kg ，人所站的底 板的质量为m 2=30kg 。

第七章 质点动力学本章要点一、质点运动的动力学建模 1动力学基本定律：牛顿三定律. 2质点运动微分方程矢量形式 ∑==ni i t m 122d d F r；形式直角坐标 ∑∑∑======n i zi n i yi n i xi F t zm F t y m F t x m 122122122d d d d d d ，，；自然坐标形式 ∑∑∑======ni i ni i ni ti F F v mF t s m 1b 1n 21220,,d d ρ.式中n t F F ,和b F 分别是作用于质点的各力F i 在切线、主法线和副法线上的投影；ρ为运动轨迹在该点处的曲率半径；v 是质点的速度。

二、质点运动的动力学分析 1 质点动力学的两类基本问题质点动力学基本问题可分为两类：一类是已知质点的运动，求作用于质点的力；另一类是已知作用于质点的力，求质点的运动。

求解质点动力学第一类基本问题只需求两次导数得到质点的加速度，代入到质点运动方程中，得到一代数方程组，即可求解。

求解质点动力学第二类基本问题在数学上归结为求解微分方程的定解问题。

还要根据已知的初始条件确定积分常数。

此外，有些质点动力学问题是第一类和第二类问题的综合。

解题要领1） 解题步骤：(1) 根据题意选取某质点为研究对象；(2) 分析作用在质点上的主动力和约束反力；(3) 根据质点的运动特征，建立适当的坐标系。

（4）选择适当的形式建立运动微分方程，第二类问题还要确定初始条件；(4)求解运动微分方程。

2） 最好将要建立运动微分方程的“一般状态”下速度投影的正向为坐标轴方向，要特别注意当阻力与速度的奇次方成正比时在轴上的投影，注意各力在坐标轴上投影的正负号。

3） 在3维空间，质点运动微分方程有3个投影式，只能够解3个未知量。

2 单自由度系统的线性振动(1) 单自由度系统的自由振动的微分方程：02=+x xn ω ，在初始条件：0000,v x x x t t ==== 下的解为)sin(ϕω+=t A x n其中⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=+==002220arctan ,,v x v x A mk n n n ωϕωω 这里A 为振幅，ϕ为初相位，ωn 为固有频率。

第六章 “ 质点系动力学”习题解答6-1解：由质心定义式：∑∑∑∑======41414141,i i C i i i i i C i i i y m y m x m x m ，有1,1)4321(343)2(2)1(1)(33432144332211=⨯+++=⨯++-⨯+-⨯+++=+++x x x m m m m x m x m x m x m C 1),1()4321()2(430211)(33432144332211-=-⨯+++=-⨯++⨯+⨯+++=+++y y y m m m m y m y m y m y m C6-2 解：（1）用质点系动量定理解：以岸为参考系，把车、 船当作质点系，该系在水平方向只受缆绳的拉力F 的作用， 应用 质点系动量定理，有F Δt=m 1v ∴F=m 1v/Δt=1500×5/5=1500N（2）用质心运动定理解：F=(m 1+m 2)a c ,据质心定义式，有：(m 1+m 2)a c =m 1a 1+m 2a 2 ， a 1为车对岸的加速度，a 1=(v-0)/Δt=v/Δt ， a 2为船对地的加速度，据题意a 2=0，∴a c =a 1m 1/(m 1+m 2)，代入a 1， a c =m 1v/[(m 1+m 2)Δt] ，∴F=m 1v/Δt=1500N（3）用牛顿定律解： a 2=0 a 1分别分析车、船两个质点的 受力与运动情况：其中f 为静摩擦力，a 1=v/Δt ，对两个质点分别应用牛顿二定律：N f F f F Ntv m a m f150001500/111===-=∆==6-3解：⑴用质心定理求解 车相对船无论静止还是运动，螺旋桨的水平推力不变，即车、船系统所受外力不变，由质心运动定理可知，车运动时的质心加速度与车静止时的质心加速度相等a C =0.2m/s 2设车运动时相对船的加速度为a '，相对地的加速度为a 1，船相对地的加速度为a 2，由相对运动公式：,'21a a a += ①由质心定义式可知：C a m m a m a m )(212211+=+②将①代入②中，可得：'2112a a a m m m C +-=，取船前进方向为正，代入数据：3.0)5.0(2.06000150015002=--=+a m/s 2 ⑵用质点系动量定理求解 设船所受的水平推力为F ，在车静止时，可把车、船当作质x a 2'x量为(m 1+m 2)的质点，加速度为a =0.2，由牛顿第二定律：①a m m F )(21+=设车运动时相对船的加速度为a '，相对地的加速度为a 1，船相对地的加速度为a 2，由相对运动公式：,'21a a a +=对车、船应用质点系动量定理的导数形式：②2221221121)'(21a m a a m a m a m m m F dtdv dtdv ++=+=+=令①=②，',)'()(2112222121a a a a m a a m a m m mm m +-=++=+,取船前进方向为正，代入数据：3.0)5.0(2.06000150015002=--=+a m/s 26-4解：由质心定理：F- (m+M)g = (m+M)a C ①设人相对地的加速度为a 1，气球相对地的加速度为a 2，由相对运动公式：a 1=a m +a 2， 由质心定义式可知：（m+M ）a C = m a 1+M a 2=m(a m +a 2)+M a 2 ② ①②联立，可求得：g Mm ma F a m-+-=26-5解：以地为参考系，选图示坐标o-x,设人的质量为m 1=70kg ，人相对地的速度为v 1，相对船的速度为v 1’，它们的方向显然与x 轴同向；设船的质量为m 2=210kg ，船相对地的速度为v 2，（方向显然与x 轴相反）；据相对运动的速度变换公式，人对地的速度v 1=v 1’+v 2.由于不计水的阻力，所以在水平方向上，人与船构成的质点系动量守恒，有：m 1v 1+m 2 v 2=0，即 m 1(v 1’+ v 2)+m 2 v 2=0 ，可求得v 2= - v 1’m 1/(m 1+m 2)，将上式两边同时乘上相互作用时间Δt ，v 2Δt=s 2为船相对地的位移，v 1’Δt=s 1’=3.2m ，即s 2 = - s 1’m 1/(m 1+m 2) = - 3.2×70/(70+210) = - 0.8m6-6解：以地为参考系，把手榴弹视为质点系，由于在爆炸过程中，弹片所受的重力远远小于弹片之间的冲力，因而在爆炸过程中可忽略重力作用，认为质点系动量守恒。