大学物理力学基础训练及答案

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力学基础训练一选择题1·某质点作直线运动的运动学方程为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. [ ]2. 一质点作直线运动,某时刻的瞬时速度=v 2 m/s ,瞬时加速度2/2s m a -=,则一秒钟后质点的速度 (A) 等于零. (B) 等于-2 m/s . (C) 等于2 m/s . (D) 不能确定.[ ]3. 如图所示,湖中有一小船,有人用绳绕过岸上一定高度处的定滑轮拉湖中的船向岸边运动.设该人以匀速率0v 收绳,绳不伸长、湖水静止,则小船的运动是(A) 匀加速运动. (B) 匀减速运动. (C) 变加速运动. (D) 变减速运动.(D) 匀速直线运动. [ ]4. 某物体的运动规律为t k t 2d /d v v -=,式中的k 为大于零的常量.当0=t 时,初速为v 0,则速度v 与时间t 的函数关系是(A) 0221v v +=kt , (B) 0221v v +-=kt ,(C) 02121v v +=kt , (D) 02121v v +-=kt [ ]5.在相对地面静止的坐标系内,A 、B 二船都以2 m/s 速率匀速行驶,A 船沿x 轴正向,B 船沿y 轴正向.今在A 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 船上的坐标系中,B 船的速度(以m/s 为单位)为 (A) 2i +2j . (B) -2i +2j.(C) -2i -2j . (D) 2i -2j. [ ]6. 一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改变. (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.均匀细棒OA 可绕通过其一端O 而与棒垂直的水平固定光滑轴转动,如图所示.今使棒从水平位置由静止开始自由下落,在棒摆动到竖直位置的过程中,下述说法哪一种是正确的? (A) 角速度从小到大,角加速度从大到小.(B) 角速度从小到大,角加速度从小到大. (C) 角速度从大到小,角加速度从大到小.(D) 角速度从大到小,角加速度从小到大. [ ]8. 花样滑冰运动员绕通过自身的竖直轴转动,开始时两臂伸开,转动惯量为J 0,角速度为ω0.然后她将两臂收回,使转动惯量减少为31J 0.这时她转动的角速度变为(A) 31ω0. (B) ()3/1 ω0.(C) 3 ω0. (D) 3 ω0. [ ]9. 如图所示,一静止的均匀细棒,长为L 、质量为M ,可绕通过棒的端点且垂直于棒长的光滑固定轴O 在水平面内转动,转动惯量为231ML .一质量为m 、速率为v 的子弹在水平面内沿与棒垂直的方向射出并穿出棒的自由端,设穿过棒后子弹的速率为v 21,则此时棒的角速度应为(A) ML m v . (B) ML m 23v.(C) ML m 35v . (D) ML m 47v. [ ].俯视图10. 如图所示,一水平刚性轻杆,质量不计,杆长l =20 cm ,其上穿有两个小球.初始时,两小球相对杆中心O 对称放置,与O 的距离d =5 cm ,二者之间用细线拉紧.现在让细杆绕通过中心O 的竖直固定轴作匀角速的转动,转速为ω 0,再烧断细线让两球向杆的两端滑动.不考虑转轴的和空气的摩擦,当两球都滑至杆端时,杆的角速度为 (A) 2ω 0. (B)ω 0.(C) 21 ω 0. (D)041ω. [ ]二填空题11 一质点沿x 方向运动,其加速度随时间变化关系为 a = 3+2 t (SI) ,如果初始时质点的速度v 0为5 m/s ,则当t为3s 时,质点的速度v = .12. 质点p 在一直线上运动,其坐标x 与时间t 有如下关系: x =-A sin ω t (SI) (A 为常数)(1) 任意时刻t,质点的加速度a =____________;(2) 质点速度为零的时刻t =______________.13. 一质点从静止出发沿半径R =1 m 的圆周运动,其角加速度随时间t 的变化规律是β =12t 2-6t (SI), 则质点的角速ω =______________________________;切向加速度 a t =________________________.14. 如图所示,x 轴沿水平方向,y 轴竖直向下,在t =0时刻将质量为m 的质点由a 处静止释放,让它自由下落,则在任意时刻t ,质点所受的对原点O 的力矩M=________________;在任意时刻t ,质点对原点O的角动量L=__________________.15.质点P 的质量为2 kg ,位置矢量为 r,速度为v ,它受到力F的作用.这三个矢量均在Oxy 面内,某时刻它们的方向如图所示,且r =3.0 m ,v =4.0 m/s ,F=2 N ,则此刻该质点对原点O 的角动量L=____________________;作用在质点上的力对原点的力矩M=________________. 16. 某质点在力F =(4+5x )i(SI)的作用下沿x 轴作直线运动,在从x =0移17.动到x =10 m 的过程中,力F所做的功为__________.17. 利用皮带传动,用电动机拖动一个真空泵.电动机上装一半径为 0.1m 的轮子,真空泵上装一半径为0.29m 的轮子,如图所示.如果电动机的转速为1450 rev/min ,则真空泵上的轮子的边缘上一点的线速度为__________________,真空泵的转速为____________________.18.一长为l ,质量可以忽略的直杆,可绕通过其一端的水平光滑轴在竖直平面内作定轴转动,在杆的另一端固定着一质量为m 的小球,如图所示.现将杆由水平位置无初转速地释放.则杆刚被释放时的角加速度β0=____________,杆与水平方向夹角为60°时的角加速度β =________________.m19.一长为l 、质量可以忽略的直杆,两端分别固定有质量为2m 和m 的小球,杆可绕通过其中心O 且与杆垂直的水平光滑固定轴在铅直平面内转动.开始杆与水平方向成某一角度θ,处于静止状态,如图所示.释放后,杆绕O 轴转动.则当杆转到水平位置时,该系统所受到的合外力矩的大小M =_____________________,此时该系统角加速度的大小β =______________________.20. 一飞轮以角速度ω0绕光滑固定轴旋转,飞轮对轴的转动惯量为J 1;另一静止飞轮突然和上述转动的飞轮啮合,绕同一转轴转动,该飞轮对轴的转动惯量为前者的二倍.啮合后整个系统的角速度ω=__________________.三 计算题21. 一质点沿x 轴运动,其加速度为a = 4t (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.22. 一人从10 m 深的井中提水.起始时桶中装有10 kg 的水,桶的质量为1 kg ,由于水桶漏水,每升高1 m 要漏去0.2 kg 的水.求水桶匀速地从井中提到井口,人所作的功.23. 如图所示,一个质量为m 的物体与绕在定滑轮上的绳子相联,绳子质量可以忽略,它与定滑轮之间无滑动.假设定滑轮质量为M 、半径为R ,其转动惯量为221MR ,滑轮轴光滑.试求该物体由静止开始下落的过程中,下落速度与时间的关系.24.一长为1 m 的均匀直棒可绕过其一端且与棒垂直的水平光滑固定轴转动.抬起另一端使棒向上与水平面成60°,然后无初转速地将棒释放.已知棒对轴的转动惯量为231ml ,其中m 和l 分别为棒的质量和长度.求:(1) 放手时棒的角加速度; (2) 棒转到水平位置时的角加速度.25. 一质量m = 6.00 kg 、长l = 1.00 m 的匀质棒,放在水平桌面上,可绕通过其中心的竖直固定轴转动,对轴的转动惯量J = ml 2 / 12.t = 0时棒的角速度ω0 = 10.0 rad ·s -1.由于受到恒定的阻力矩的作用,t = 20 s 时,棒停止运动.求: (1) 棒的角加速度的大小; (2) 棒所受阻力矩的大小; (3) 从t = 0到t = 10 s 时间内棒转过的角度.26.如图所示,A 和B 两飞轮的轴杆在同一中心线上,设两轮的转动惯量分别为 J =10 kg ·m 2 和 J =20kg ·m 2.开始时,A 轮转速为600 rev/min ,B 轮静止.C为摩擦啮合器,其转动惯量可忽略不计.A 、B 分别与C 的左、右两个组件相连,当C 的左右组件啮合时,B 轮得到加速而A 轮减速,直到两轮的转速相等为止.设轴光滑,求:(1) 两轮啮合后的转速n ; (2) 两轮各自所受的冲量矩.27. 质量为M =0.03 kg ,长为l =0.2 m 的均匀细棒,在一水平面内绕通过棒中心并与棒垂直的光滑固定轴自由转动.细棒上套有两个可沿棒滑动的小物体,每个质量都为m =0.02 kg .开始时,两小物体分别被固定在棒中心的两侧且距棒中心各为r =0.05 m ,此系统以n 1=15 rev/ min 的转速转动.若将小物体松开,设它们在滑动过程中受到的阻力正比于它们相对棒的速度,(已知棒对中心轴的转动惯量为Ml 2 / 12)求:(1) 当两小物体到达棒端时,系统的角速度是多少? (2) 当两小物体飞离棒端,棒的角速度是多少?四 理论推导与证明题28. 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2/d d v v K t -=, 式中K 为常量.试证明电艇在关闭发动机后又行驶x 距离时的速度为 )e x p (0Kx -=v v 其中0v 是发动机关闭时的速度.力学基础训练答案一 选择题1. (D)2. (D)3. (C)4. (C)5. (B)6. (C)7. (A)8. (D)9. (B) 10. (D) 二.填空题11. 23 m/s 12. t A ωωsin 2-()ωπ+1221n (n = 0,1,… ) 13. 4t 3-3t 2 (rad/s) 12t 2-6t (m/s 2)14. mgb kmgbt k15. k 12 kg· m 2 · s-1k3 N · m16. 290 J17. v ≈15.2 m /sn 2=500 rev /min 18. g / lg / (2l ) 19. mgl 212g / (3l ) 20. 031ω三 计算题21. 解: =a d v /d t 4=t , d v 4=t d t⎰⎰=vv 0d 4d tt tv 2=t 2v d =x /d t 2=t 2t tx tx x d 2d 02⎰⎰=x 2= t 3 /3+x 0 (SI)22. 解:选竖直向上为坐标y 轴的正方向,井中水面处为原点.由题意知,人匀速提水,所以人所用的拉力F 等于水桶的重量 即: F =P =gy mg ky P 2.00-=-=107.8-1.96y (SI) 人的拉力所作的功为:W=⎰⎰=Hy F W 0d d =⎰-10d )96.18.107(y y =980 J23. 解:根据牛顿运动定律和转动定律列方程对物体: mg -T =ma ① 对滑轮: TR = J β ② 运动学关系: a =R β ③ 将①、②、③式联立得a =mg / (m +21M )∵ v 0=0,∴ v =at =mgt / (m +21M ) 24. 解:设棒的质量为m ,当棒与水平面成60°角并开始下落时,根据转动定律M = J β其中 4/30sin 21mgl mgl M ==于是 2r a d /s 35.743 ===l g J M β 当棒转动到水平位置时, M =21mgl那么 2r a d /s 7.1423 ===lg J M β 25. 解:(1) 0=ω 0+β tβ=-ω 0 / t =-0.50 rad ·s -2 (2) M r =ml 2β / 12=-0.25 N ·m(3) θ10=ω 0t +21β t 2=75 rad 26. 解:(1) 选择A 、B 两轮为系统,啮合过程中只有内力矩作用,故系统角动量守恒J A ωA +J B ωB = (J A +J B )ω, 又ωB =0得 ω ≈ J A ωA / (J A +J B ) = 20.9 rad / s 转速 ≈n 200 rev/min (2) A 轮受的冲量矩⎰t M A d = J A (ω-ωA ) = -4.19×10 2N ·m ·s 负号表示与A ω方向相反. B 轮受的冲量矩⎰t MBd = J B (ω - 0) = 4.19×102 N ·m ·s方向与A ω相同.27. 解:选棒、小物体为系统,系统开始时角速度为 ω1 = 2πn 1=1.57 rad/s .(1) 设小物体滑到棒两端时系统的角速度为ω2.由于系统不受外力矩作用, 所以角动量守恒.a故 2221222112212ωω⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+ml Ml mr Ml 2212222121122Ml mr Ml ml ωω⎛⎫+ ⎪⎝⎭=+=0.628 rad/s(2) 小物体离开棒端的瞬间,棒的角速度仍为ω2.因为小物体离开棒的瞬间 内并未对棒有冲力矩作用. 四 理论推论与证明题28. 证:2d d d d d d d d v xv v t x x v t v K -==⋅= ∴ d v /v =-K d x⎰⎰-=x x K 0d d 10v v vv , Kx -=0ln v v∴ v =v 0e -Kx。