下载文档原格式
大学物理（上）练习题解答第一章 质点运动学 参考解答1．解：瞬时速率就是指瞬时速度的大小，所以v v= 平均速率 tS v ∆∆=平均速度的大小tr t rv ∆∆=∆∆=vv rs≠∴≠∆∆故答案为（B ）2．解：位移大小 m 8)0(x )4(x x =-=∆ 速度t 2b dtdxv -==易知t=3s 时v=0，在此前后，速度方向逆转， 因此，路程m 10)0(x )3(x )3(x )4(x s =-+-=∆ 3．解：（1）s m x x v /5.012)1()2(-=--=（2）s m v t t dt dx v /6)2(,692-=-==（3）令v=0，得v=0 或1.5m/s ， 于是 m x x x x S 25.2)5.1()2()1()5.1(=-+-= 4． 如图：有MM 12x x x h h -= 可得x h h h x 211M -=两边求导，得v h h h v 211M -=5.解：（1）a a dt dv t ≠= （2）v dt r d dt dr =≠（3）v dt ds = 正确 （4）t a a dt v d ≠=6. 解：（A ）反例：匀速率圆周运动h（B ）正确。
ρ2va n = ，除拐点外，ρ为有限值，0≠∴n a（C ）n a 反应速度方向变化的快慢，只要速度方向有变化，n a 就不为零。
（D ）此时，0≠=∴n a a （E ）反例：抛体运动。
7. 解：（1）2ct dtds= 作积分⎰⎰=tt s dt ct ds 02)(0得 331)(ct t s =（2）ct dtdva t 2==（3）Rt c R v a n 422== 第二章 牛顿运动定律 参考解答1.解：（1）v ＝kx ，x k kv dt dva 2===，F ＝Ma ＝Mk 2x （2）由v ＝kx ，得kx dtdx= 作积分 ⎰⎰=tx x kdt x dx ∆010 得 01ln 1x x k t =∆ 2.解：（1）子弹进入沙土后受力为—kv ，由牛顿定律得 dtdvmkv =- 对上式分离变量，并作积分⎰⎰=-v v tvdv dt m k00 得m kt e v v /0-=（2）由 v dxdvm dt dx dx dv m dt dv mkv ===-分离变量后作积分：⎰⎰=-0max v x mdvkdx得 km v x 0max =3.解：j mv j mv j mv p2-=--=∆4.解：设水流向叶片的速度为i v，则水流出叶片的速度为i v-，在t ∆时间内，流过叶片的水的质量为t Q m ∆∆=，其动量增量为i mv p∆∆2-=，叶片作用于水的力为i Qv i tmv t p22-=-=∆∆∆∆ 由牛顿第三定律可知，水作用于叶片的力为i Qv2，其大小为Qv 2，方向为水流向叶片的速度方向。
习题解答 习题一1-1 ｜r D ｜与r D 有无不同?t d d r 和t d d r 有无不同? t d d v 和td d v 有无不同?其不同在哪里?试举例说明．解：（1）r D 是位移的模，D r 是位矢的模的增量，即r D 12r r -=，12r r r-=D ；（2）t d d r 是速度的模，即t d d r ==v t s d d . trd d 只是速度在径向上的分量. ∵有r r ˆr =（式中r ˆ叫做单位矢），则tˆr ˆt r t d d d d d d rr r += 式中trd d 就是速度径向上的分量，∴trt d d d d 与r 不同如题1-1图所示. 题1-1图(3)t d d v 表示加速度的模，即t v a d d =，tv d d 是加速度a 在切向上的分量. ∵有t t(v =v 表轨道节线方向单位矢），所以t vt v t v d d d d d d tt += 式中dt dv就是加速度的切向分量. (tt r d ˆd d ˆd t 与的运算较复杂，超出教材规定，故不予讨论) 1-2 设质点的运动方程为x =x (t )，y =y (t )，在计算质点的速度和加速度时，有人先求出r ＝22y x +，然后根据v =tr d d ，及a ＝22d d t r而求得结果；又有人先计算速度和加速度的分v =22d d d d ÷øöçèæ+÷øöçèæt y t x 及a =222222d d d d ÷÷øöççèæ+÷÷øöççèæt y t x 你认为两种方法哪一种正确？为什么？两者差别何在？解：后一种方法正确.因为速度与加速度都是矢量，在平面直角坐标系中，有j y i x r+=， jt y i t xt r a j t y i t x t r v222222d d d d d d dd d d d d +==+==\ 故它们的模即为22222222222222d d d d d d d d ÷øöçèæ+÷øöçèæ=+=÷øöçèæ+÷øöçèæ=+=t y t x a a a t y t x v v v y x y x而前一种方法的错误可能有两点，其一是概念上的错误，即误把速度、加速度定义作22d d d d tr a trv ==其二，可能是将22d d d d t r t r 与误作速度与加速度的模。
⼤学物理（上册）参考答案⼤学物理第⼀章作业题P21 1.1； 1.2； 1.4；1.9 质点沿x 轴运动，其加速度和位置的关系为 a ＝2+62x ，a 的单位为2s m -?，x 的单位为 m. 质点在x ＝0处，速度为101s m -?,试求质点在任何坐标处的速度值．解：∵x v v t x x v t v a d d d d d d d d ===分离变量：x x adx d )62(d 2+==υυ两边积分得 cx x v ++=322221 由题知，0=x 时，100=v ,∴50=c∴ 13s m 252-?++=x x v1.10已知⼀质点作直线运动，其加速度为 a ＝4+3t 2s m -?，开始运动时，x ＝5 m ，v =0，求该质点在t ＝10s 时的速度和位置．解：∵ t t va 34d d +==分离变量，得 t t v d )34(d +=积分，得 12234c t t v ++=由题知，0=t ,00=v ,∴01=c故2234t t v += ⼜因为2234d d t t t x v +==分离变量， tt t x d )234(d 2+=积分得 232212c t t x ++=由题知 0=t ,50=x ,∴52=c故 521232++=t t x所以s 10=t 时m70551021102s m 190102310432101210=+?+?=?=?+=-x v1.11⼀质点沿半径为1 m 的圆周运动，运动⽅程为θ=2+33t ，θ式中以弧度计，t 以秒计，求：(1) t ＝2 s 时，质点的切向和法向加速度；(2)当加速度的⽅向和半径成45°⾓时，其⾓位移是多少?解：t t t t 18d d ,9d d 2====ωβθω(1)s 2=t 时， 2s m 362181-?=??==βτR a2222s m 1296)29(1-?=??==ωR a n(2)当加速度⽅向与半径成ο45⾓时，有145tan ==na a τ即βωR R =2亦即 t t 18)9(22= 则解得923=t 于是⾓位移为rad67.29232323=?+=+=t θ1.12 质点沿半径为R 的圆周按s ＝2021bt t v -的规律运动，式中s 为质点离圆周上某点的弧长,0v ，b 都是常量，求：(1)t 时刻质点的加速度；(2) t 为何值时，加速度在数值上等于b ．解：（1）bt v t sv -==0d dR bt v R v a b tva n 202)(d d -==-==τ则 240222)(R bt v b a a a n -+=+=τ加速度与半径的夹⾓为20)(arctanbt v Rba a n --==τ?(2)由题意应有2402)(R bt v b b a -+== 即 0)(,)(4024022=-?-+=bt v R bt v b b∴当b v t 0=时，b a =第⼆章作业题P612.9 质量为16 kg 的质点在xOy 平⾯内运动，受⼀恒⼒作⽤，⼒的分量为x f ＝6 N ，y f ＝-7 N ，当t ＝0时，==y x 0，x v ＝-2 m ·s -1，y v ＝0．求当t ＝2 s 时质点的 (1)位⽮；(2)速度．解：2s m 83166-?===m f a x x2s m 167-?-==mf a y y(1)--?-=?-=+=?-=?+-=+=20101200s m 872167s m 452832dt a v v dt a v v y y y x x x于是质点在s 2时的速度 1s m 8745-?--=ji v(2)m874134)167(21)4832122(21)21(220j i ji jt a i t a t v r y x --=?-+??+?-=++=2.10 质点在流体中作直线运动，受与速度成正⽐的阻⼒kv (k 为常数)作⽤，t =0时质点的速度为0v ，证明(1) t 时刻的速度为v ＝t mk ev )(0-；(2) 由0到t 的时间内经过的距离为x ＝(k mv 0)［1-t mke )(-］；(3)停⽌运动前经过的距离为)(0k m v ；(4)证明当k m t =时速度减⾄0v 的e 1，式中m 为质点的质量．答: (1)∵t v m kv a d d =-= 分离变量，得m tk v v d d -=即 ??-=vv t m t k v v 00d dmkt e v v -=ln ln 0∴ tm k ev v -=0(2)---===tttm k m ke k mv t ev t v x 000)1(d d(3)质点停⽌运动时速度为零，即t →∞，故有∞-=='00d k mv t ev x tm k(4)当t=k m时，其速度为e v e v ev v km m k 0100===-?-即速度减⾄0v 的e 1.2.11⼀质量为m 的质点以与地的仰⾓θ=30°的初速0v ?从地⾯抛出，若忽略空⽓阻⼒，求质点落地时相对抛射时的动量的增量．解: 依题意作出⽰意图如题2-6图题2-6图在忽略空⽓阻⼒情况下，抛体落地瞬时的末速度⼤⼩与初速度⼤⼩相同，与轨道相切斜向下,⽽抛物线具有对y 轴对称性，故末速度与x 轴夹⾓亦为o30，则动量的增量为0v m v m p -=?由⽮量图知，动量增量⼤⼩为v m ?，⽅向竖直向下．2.13 作⽤在质量为10 kg 的物体上的⼒为i t F ?)210(+=N ，式中t 的单位是s ，(1)求4s 后，这物体的动量和速度的变化，以及⼒给予物体的冲量．(2)为了使这⼒的冲量为200 N ·s ，该⼒应在这物体上作⽤多久，试就⼀原来静⽌的物体和⼀个具有初速度j ?6-m ·s -1的物体,回答这两个问题．解: (1)若物体原来静⽌，则it i t t F p t10401s m kg 56d )210(d -??=+==,沿x 轴正向，i p I im p v ??111111s m kg 56s m 6.5--??=?=?=?=?若物体原来具有6-1s m -?初速，则+-=+-=-=t ttF v m t m F v m p v m p 000000d )d (,??于是 ??==-=?t p t F p p p 0102d ?,同理， 12v v ?=?,12I I =这说明，只要⼒函数不变，作⽤时间相同，则不管物体有⽆初动量，也不管初动量有多⼤，那么物体获得的动量的增量(亦即冲量)就⼀定相同，这就是动量定理．(2)同上理，两种情况中的作⽤时间相同，即+=+=tt t t t I 0210d )210(亦即 0200102=-+t t 解得s 10=t ，(s 20='t 舍去)3.14⼀质量为m 的质点在xOy 平⾯上运动，其位置⽮量为j t b i t a rωωsin cos +=求质点的动量及t ＝0 到ωπ2=t 时间内质点所受的合⼒的冲量和质点动量的改变量．解: 质点的动量为)cos sin (j t b i t a m v m pωωω+-==将0=t 和t 分别代⼊上式，得j b m p ??ω=1,i a m p ??ω-=2,则动量的增量亦即质点所受外⼒的冲量为)(12j b i a m p p p I +-=-=?=ω2.15 ⼀颗⼦弹由枪⼝射出时速率为10s m -?v ，当⼦弹在枪筒内被加速时，它所受的合⼒为 F =(bt a -)N(b a ,为常数)，其中t 以秒为单位：(1)假设⼦弹运⾏到枪⼝处合⼒刚好为零，试计算⼦弹⾛完枪筒全长所需时间；(2)求⼦弹所受的冲量．(3)求⼦弹的质量．解: (1)由题意，⼦弹到枪⼝时，有0)(=-=bt a F ,得b a t =(2)⼦弹所受的冲量-=-=tbt at t bt a I 0221d )(将b at =代⼊，得b a I 22=(3)由动量定理可求得⼦弹的质量202bv a v I m ==第三章作业题P88 3.1； 3.2； 3.7；3.13计算题2-27图所⽰系统中物体的加速度．设滑轮为质量均匀分布的圆柱体，其质量为M ，半径为r ，在绳与轮缘的摩擦⼒作⽤下旋转，忽略桌⾯与物体间的摩擦，设1m ＝50kg ，2m ＝200 kg,M ＝15kg, r ＝0.1 m解: 分别以1m ,2m 滑轮为研究对象，受⼒图如图(b)所⽰．对1m ,2m 运⽤⽜顿定律，有a m T g m 222=- ① a m T 11= ②对滑轮运⽤转动定律，有(212Mr r T r T =- ③⼜，βr a = ④联⽴以上4个⽅程，得2212s m 6.721520058.92002-?=++?=++=M m m g m a题2-27(a)图题2-27(b)图题2-28图3.14 如题2-28图所⽰，⼀匀质细杆质量为m ，长为l ，可绕过⼀端O 的⽔平轴⾃由转动，杆于⽔平位置由静⽌开始摆下．求：(1)初始时刻的⾓加速度； (2)杆转过θ⾓时的⾓速度. 解: (1)由转动定律，有β)31(212ml mg=∴ l g23=β(2)由机械能守恒定律，有22)31(21sin 2ωθml l mg =∴ l g θωsin 3=题2-29图3.15 如题2-29图所⽰，质量为M ，长为l 的均匀直棒，可绕垂直于棒⼀端的⽔平轴O ⽆摩擦地转动，它原来静⽌在平衡位置上．现有⼀质量为m 的弹性⼩球飞来，正好在棒的下端与棒垂直地相撞．相撞后，使棒从平衡位置处摆动到最⼤⾓度=θ30°处． (1)设这碰撞为弹性碰撞，试计算⼩球初速0v 的值；(2)相撞时⼩球受到多⼤的冲量?解: (1)设⼩球的初速度为0v ，棒经⼩球碰撞后得到的初⾓速度为ω，⽽⼩球的速度变为v ，按题意，⼩球和棒作弹性碰撞，所以碰撞时遵从⾓动量守恒定律和机械能守恒定律，可列式：mvl I l mv +=ω0 ①2220212121mv I mv +=ω②上两式中231Ml I =，碰撞过程极为短暂，可认为棒没有显著的⾓位移；碰撞后，棒从竖直位置上摆到最⼤⾓度o30=θ，按机械能守恒定律可列式：)30cos 1(2212?-=lMg I ω③由③式得2121)231(3)30cos 1(?-=-=l g I Mglω由①式ml I v v ω-=0 ④由②式m I v v 2202ω-= ⑤所以22001)(2ωωm v ml I v -=-求得glmM m m M l ml I l v +-=+=+=31232(6)311(2)1(220ωω (2)相碰时⼩球受到的冲量为-==0d mvmv mv t F由①式求得ωωMl l I mv mv t F 31d 0-=-=-=?glM 6)32(6--=负号说明所受冲量的⽅向与初速度⽅向相反．第五章作业题P145 5.1； 5.2；5.7 质量为kg 10103-?的⼩球与轻弹簧组成的系统，按)SI ()328cos(1.0ππ+=x 的规律作谐振动，求：(1)振动的周期、振幅和初位相及速度与加速度的最⼤值；(2)最⼤的回复⼒、振动能量、平均动能和平均势能，在哪些位置上动能与势能相等?(3)s 52=t 与s 11=t 两个时刻的位相差；解：(1)设谐振动的标准⽅程为)cos(0φω+=t A x ，则知：3/2,s 412,8,m 1.00πφωππω===∴==T A ⼜πω8.0==A v m 1s m -? 51.2=1s m -?2.632==A a m ω2s m -?(2) N 63.0==m m a FJ 1016.32122-?==m mv E J 1058.1212-?===E E E k p当p k E E =时，有p E E 2=，即 )21(212122kA kx ?=∴ m 20222±=±=A x (3) ππωφ32)15(8)(12=-=-=?t t5.8 ⼀个沿x 轴作简谐振动的弹簧振⼦，振幅为A ，周期为T ，其振动⽅程⽤余弦函数表⽰．如果0=t 时质点的状态分别是：(1)A x -=0；(2)过平衡位置向正向运动；(3)过2Ax =处向负向运动； (4)过2Ax -=处向正向运动．试求出相应的初位相，并写出振动⽅程．解：因为 -==000sin cos φωφA v A x将以上初值条件代⼊上式，使两式同时成⽴之值即为该条件下的初位相．故有)2cos(1πππφ+==t T A x)232cos(232πππφ+==t T A x)32cos(33πππφ+==t T A x)452cos(454πππφ+==t T A x5.9 ⼀质量为kg 10103-?的物体作谐振动，振幅为cm 24，周期为s 0.4，当0=t 时位移为cm 24+．求：(1)s 5.0=t 时，物体所在的位置及此时所受⼒的⼤⼩和⽅向； (2)由起始位置运动到cm 12=x 处所需的最短时间； (3)在cm 12=x 处物体的总能量．解：由题已知 s 0.4,m 10242=?=-T A ∴ 1s rad 5.02-?==ππωT⼜，0=t 时，0,00=∴+=φA x 故振动⽅程为m )5.0cos(10242t x π-?=(1)将s 5.0=t 代⼊得0.17mm )5.0cos(102425.0=?=-t x πN102.417.0)2(10103232--?-=-=-=-=πωxm ma F⽅向指向坐标原点，即沿x 轴负向． (2)由题知，0=t 时，00=φ，t t =时 3,0,20πφ=<+=t v A x 故且∴ s 322/3==?=ππωφt(3)由于谐振动中能量守恒，故在任⼀位置处或任⼀时刻的系统的总能量均为J 101.7)24.0()2(10102121214223222--?====πωA m kA E5.11 图为两个谐振动的t x -曲线，试分别写出其谐振动⽅程．题4-8图解：由题4-8图(a)，∵0=t 时，s 2,cm 10,,23,0,0000===∴>=T A v x ⼜πφ即 1s rad 2-?==ππωT故 m )23cos(1.0ππ+=t x a 由题4-8图(b)∵0=t 时，35,0,2000πφ=∴>=v A x 01=t 时，22,0,0111ππφ+=∴<=v x⼜ππωφ253511=+?= ∴πω65= 故 m t x b )3565cos(1.0ππ+= 5.12 ⼀轻弹簧的倔强系数为k ，其下端悬有⼀质量为M 的盘⼦．现有⼀质量为m 的物体从离盘底h ⾼度处⾃由下落到盘中并和盘⼦粘在⼀起，于是盘⼦开始振动．(1)此时的振动周期与空盘⼦作振动时的周期有何不同? (2)此时的振动振幅多⼤?(3)取平衡位置为原点，位移以向下为正，并以弹簧开始振动时作为计时起点，求初位相并写出物体与盘⼦的振动⽅程．解：(1)空盘的振动周期为k M π2，落下重物后振动周期为km M +π2，即增⼤．(2)按(3)所设坐标原点及计时起点，0=t 时，则kmgx -=0．碰撞时，以M m ,为⼀系统动量守恒，即0)(2v M m gh m +=则有 Mm ghm v +=20 于是gM m khk mg M m gh m k mg v x A )(21))(2()()(22222++=++=+=ω（3）gm M khx v )(2tan 000+=-=ωφ (第三象限)，所以振动⽅程为 ?+++++=g m M kh t M m k gM m khk mg x )(2arctan cos )(215.15 试⽤最简单的⽅法求出下列两组谐振动合成后所得合振动的振幅：(1) +=+=cm )373cos(5cm )33cos(521ππt x t x (2)??+=+=cm)343cos(5cm )33cos(521ππt x t x 解： (1)∵ ,233712πππφφφ=-=-=?∴合振幅 cm 1021=+=A A A(2)∵ ,334πππφ=-=?∴合振幅 0=A5.16 ⼀质点同时参与两个在同⼀直线上的简谐振动，振动⽅程为-=+=m)652cos(3.0m )62cos(4.021ππt x t x 试分别⽤旋转⽮量法和振动合成法求合振动的振动幅和初相，并写出谐振⽅程。
第一章 质点的运动1-1 已知质点的运动方程为：23010t t x +-=，22015t t y -=。
式中x 、y 的单位为m ，t 的单位为ｓ。
试求：(1) 初速度的大小和方向；(2) 加速度的大小和方向。
分析 由运动方程的分量式可分别求出速度、加速度的分量,再由运动合成算出速度和加速度的大小和方向．解 (1) 速度的分量式为t t xx 6010d d +-==v t tyy 4015d d -==v当t ＝0 时, v o x ＝-10 m·ｓ-1 , v o y ＝15 m·ｓ-1 ,则初速度大小为120200s m 0.18-⋅=+=y x v v v设v o 与x 轴的夹角为α,则23tan 00-==xy αv vα＝123°41′(2) 加速度的分量式为2s m 60d d -⋅==t a xx v , 2s m 40d d -⋅-==ta y y v则加速度的大小为222s m 1.72-⋅=+=y x a a a设a 与x 轴的夹角为β,则32tan -==x ya a β β＝-33°41′(或326°19′)1-2 一石子从空中由静止下落，由于空气阻力，石子并非作自由落体运动。
现测得其加速度a ＝A-B v ，式中A 、B 为正恒量，求石子下落的速度和运动方程。
分析 本题亦属于运动学第二类问题,与上题不同之处在于加速度是速度v 的函数,因此,需将式d v ＝a (v )d t 分离变量为t a d )(d =v v后再两边积分． 解选取石子下落方向为y 轴正向,下落起点为坐标原点．(1) 由题 v vB A ta -==d d (1) 用分离变量法把式(1)改写为t B A d d =-vv(2)将式(2)两边积分并考虑初始条件,有⎰⎰=-t t B A 0d d d 0v v v vv 得石子速度 )1(Bte B A --=v由此可知当,t →∞时,BA→v 为一常量,通常称为极限速度或收尾速度．(2) 再由)1(d d Bt e BAt y --==v 并考虑初始条件有 t e BAy tBt yd )1(d 00⎰⎰--= 得石子运动方程)1(2-+=-Bte B A t B A y1-3 一个正在沿直线行驶的汽船，关闭发动机后，由于阻力得到一个与速度反向、大小与船速平方成正比例的加速度，即a = - k v 2，k 为常数。
大学物理上册课后习题答案大学物理上册课后习题答案大学物理是一门重要的基础学科，它为我们提供了理解自然界的物质和能量运动规律的工具。
然而，学习物理并不仅仅是理论知识的学习，更需要通过实践和习题的解答来巩固和应用所学的知识。
本文将为大家提供大学物理上册课后习题的答案，希望能够帮助大家更好地学习和理解物理知识。
第一章：运动的描述1. 一个物体从静止开始做匀加速直线运动，经过2秒后速度达到10m/s，求物体的加速度和位移。
答案：加速度a = (10m/s - 0m/s) / 2s = 5m/s²，位移s = (0m/s + 10m/s) / 2 ×2s = 10m。
2. 一个物体做直线运动，已知它的初速度为20m/s，加速度为4m/s²，求它在5秒内的位移。
答案：位移s = 20m/s × 5s + 1/2 × 4m/s² × (5s)² = 100m + 50m = 150m。
第二章：力学1. 一个质量为2kg的物体受到一个10N的水平力，求物体的加速度。
答案：根据牛顿第二定律F = ma，可得加速度a = F / m = 10N / 2kg = 5m/s²。
2. 一个质量为0.5kg的物体受到一个向上的力10N和一个向下的力5N，求物体的加速度。
答案：合力F = 10N - 5N = 5N，根据牛顿第二定律F = ma，可得加速度a = F / m = 5N / 0.5kg = 10m/s²。
第三章：能量守恒1. 一个质量为0.1kg的物体从地面上抛起，初速度为10m/s，求物体达到最高点时的动能、势能和总机械能。
答案：最高点时，物体的速度为0，所以动能为0；势能由重力势能计算，势能mgh = 0.1kg × 9.8m/s² × h，总机械能为动能和势能之和。
2. 一个质量为2kg的物体从高度为5m的斜面上滑下，摩擦系数为0.2，求物体滑到底部时的动能损失。
