第一章 质点运动学
- 格式:docx
- 大小:908.43 KB
- 文档页数:24
第1章 质点运动学 习题及答案一、填空题1.一质点沿Ox 轴运动,其运动方程为335x t t =-+,则质点在任一时刻的速度为 ,加速度为 。
2.一质点沿Ox 轴运动,其运动方程为335x t t =+-,则质点在2t s =时的加速度大小为 ,方向为 。
3. 一质点沿Ox 轴运动,其速度为22t υ=,初始时刻位于原点,则质点在2t s =时的位置坐标x = ,加速度大小为 。
4.一质点做直线运动,其瞬时加速度的变化规律为t A a ωωcos 2-=,在t=0 时,,,0A x x ==υ其中ω,A 均为正常数,则此质点的运动方程是 。
5.一质点的运动学方程为cos sin R t R t =+r i j ,在任意时刻,切向加速度和法向加速度的大小分别为 , 。
6.质点作圆周运动的法向加速度反映了 的变化快慢,切线加速度反映了 的变化快慢。
7.一质点沿半径为R 的圆周按规律221bt t s o -=υ而运动, o υ,b 都是常数. t 时刻质点的总加速度为 ; t 为 时总加速度在数值上等于b ,当加速度达到b 时,质点已沿圆周运行了 圈。
二、回答问题1.|r ∆|与r ∆ 有无不同?t d d r 和dr dt 有无不同? td d v 和dv dt 有无不同?其不同在哪里?试举例说明. 解: |r ∆|与r ∆ 不同. |r ∆|表示质点运动位移的大小,而r ∆则表示质点运动时其径向长度的增量;t d d r 和dr dt 不同. td d r 表示质点运动速度的大小,而dr dt 则表示质点运动速度的径向分量;t d d v 和dv dt 不同. td d v 表示质点运动加速度的大小, 而dv dt 则表示质点运动加速度的切向分量. 2.质点沿直线运动,其位置矢量是否一定方向不变?质点位置矢量方向不变,质点是否一定做直线运动?解: 质点沿直线运动,其位置矢量方向可以改变;质点位置矢量方向不变,质点一定做直线运动.3.匀速圆周运动的速度和加速度是否都恒定不变?圆周运动的加速度是否总是指向圆心,为什么? 解: 由于匀速圆周运动的速度和加速度的方向总是随时间发生变化的,因此,其速度和加速度不是恒定不变的;只有匀速圆周运动的加速度总是指向圆心,故一般来讲,圆周运动的加速度不一定指向圆心.三、计算题1.一物体做直线运动,运动方程为2362x t t =-,式中各量均采用国际单位制,求:(1)第二秒内的平均速度(2)第三秒末的速度;(3)第一秒末的加速度;(4)物体运动的类型。
第一章质点运动学 基本要求: 1、掌握位矢、位移、速度、加速度、角速度和角加速度等物理量。 2、能计算速度、加速度、角加速度、切向加速度和法向加速度等。 教学重点:位矢、运动方程,切向加速度和法向加速度。 教学难点:角加速度、切向加速度和法向加速度。
主要内容: 本章首先从描述物体机械运动的方法问题入手,阐述描述运动的前提——质点理想模型、时间和空间的量度,参照系坐标系。其次重点讨论描写质点和刚体运动所需要的几个基本物理量(如位移、速度、加速度、角速度、角加速度等)及其特性(如相对性、瞬时性、矢量性)。
(一)时间和空间 研究机械运动,必然涉及时间、空间及其度量.我们用时间反映物体运动的先后顺序及间隔,即运动的持续性.现行的时间单位是1967年第13届国际计量大会规定的,用铯(133Cs)原子基态的两个超精细能级间跃迁相对应的辐射周期的9 192 631 770倍为1秒.空间反映物质的广延性.空间距离为长度,长度的现行单位是1983年10月第17届国际计量大会规定的,把光在真空中1/299 792 458秒内走过的路程定义为1米. (二)参照系和坐标系 宇宙间任何物质都在运动,大到地球、太阳等天体,小到分子、原子及各种基本粒子,所以说,物质的运动是普遍的、绝对的,但对运动的描述却是相对的.比如,在匀速直线航行的舰船甲板上,有人放开手中的石子,他看到石子作自由落体运动,运动轨迹是一条直线,而站在岸边的人看石子作平抛运动,运动轨迹是一条抛物线.这是因为他们站在不同的物体上.因此,要描述一个物体的运动,必须先确定另一个物体作为标准,这个被选作标准的物体叫参照系或参考系.选择哪个物体作为参照系,主要取决于问题的性质和研究的方便.在研究地球运动时,多取太阳为参照系,当研究地球表面附近物体的运动时,一般以地球为参照系.我们大部分是研究地面上物体的运动,所以,如不特别指明,就以地球为参照系. (三)质点 实际的物体都有一定的大小和形状,物体上各点在空中的运动一般是不一样的.在某些情况下,根据问题的性质,如果物体的形状和大小与所研究的问题关系甚微,以至可以忽略其大小和形状,这时就可以把整个物体看作一个没有大小和形状的几何点,但是它具有整个物体的质量,这种具有质量的几何点叫质点.必须指出质点是一种理想的物理模型.同样是地球,在研究它绕太阳公转时,把它看作质点,在研究它的自转时,又把它看作刚体. (四)速度
0dlimdtttrrv
速度v是矢量,其方向沿t时刻质点在轨迹上A处的切线,它的单位是m·s1. (五)加速度 220ddlimddtttt
vvra
加速度a是速度v对时间的一阶导数,或者是位矢r对时间的二阶导数.它的单位是m·s2. (六)圆周运动 圆周运动是最简单、最基本的曲线运动,2d,dnvvaatR 习题及解答: 一、填空题 1. 一质点作半径为R的匀速圆周运动,在此过程中质点的切向加速度的方向改变,法向加速度的大小不变。(填“改变”或“不变”)
2. 一质点作半径为 0.1 m的圆周运动,其角位移随时间t的变化规律是= 2 + 4t2 (SI)。在t =2 s时,它的法向加速度大小an=_______25.6_______m/s2;切向加速度大小at=________0.8______ m/s2。
3. 一质点在OXY平面内运动,其运动方程为22,192xtyt,则质点在任意时刻的速度
表达式为jti42;加速度表达式为ja4。 4、沿半径为R的圆周运动,运动学方程为212t (SI) ,则t时刻质点的法向加速度大小为an=( 16 R t2);角加速度=( 4 rad /s2)(1 分).
5. 一质点作半径为 0.1 m的圆周运动,其角位置的运动学方程为:2214πt,则其切向加速度大小为ta=______0.1______2ms, 第1秒末法向加速度的大小为n
a
=______0.1______2ms. 6.一小球沿斜面向上作直线运动,其运动方程为:245tts,则小球运动到最高点的时刻是t=___2___s. 7、一质点在OXY平面内运动,其运动方程为22,192xtyt,则质点在任意时刻的速度
表达式为(jti42);加速度表达式为(ja4)。 8. 一质点沿半径R=0.4 m作圆周运动,其角位置=2+3t2,在t=2s时,它的法向加速度n
a
=( 57.6 )2/sm,切向加速度ta=( 2.4 ) 2/sm。 9、已知质点的运动方程为jtitr)2(22,式中r的单位为m,t的单位为s。则质点的运动轨迹方程y(2412x),由0t到st2内质点的位移矢量r(ji44)m。 10、质点在OXY平面内运动,其运动方程为210,2tytx,质点在任意时刻的位置矢量为(jtit)10(22);质点在任意时刻的速度矢量为(jti22);加速度矢量为(j2)。
二、选择题 1. 某质点作直线运动的运动学方程为x=5t-2t3 + 8,则该质点作( D )。 (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. 一质点在平面上运动,已知质点位置矢量的表示式为jbtiatr22(其中a、b为常量), 则该质点作( C )。 (A) 匀速直线运动; (B) 抛物线运动; (C) 变速直线运动; (D)一般曲线运动。
3、某质点作直线运动的运动学方程为6533ttx (SI),则该质点作( D )。 (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
4、一质点在x轴上运动,其坐标与时间的变化关系为x =4t-2t2,式中x、t分别以m、s为单位,则4秒末质点的速度和加速度为 ( B ) (A)12m/s、4m/s2;(B)-12 m/s、-4 m/s2; (C)20 m/s、4 m/s2;(D)-20 m/s 、-4 m/s2;
5.在一直线上相向运动的两个小球作完全弹性碰撞,碰撞后两球均静止,则碰撞前两球应满足: ( D )。 (A)质量相等; (B) 速率相等; (C) 动能相等; (D) 动量大小相等,方向相反。
6. 以下四种运动形式中,加速度保持不变的运动是( A )。 A.抛体运动; B.匀速圆周运动; C.变加速直线运动; D.单摆的运动.。
7、一质点沿x轴运动的规律是mttx3352。则第三秒时的加速度的大小是( A )2/sm
。 A. 10 B.50; C.15; D.12。
8、质点做半径为1m的圆周运动,运动方程为=3+2t2(SI单位),则t时刻质点的切向加
速度的大小为ta=( C )m/s2。 A. 1 B.3; C.4; D.8。
9、质点沿半径R做圆周运动,运动方程为232tt(SI单位),则任意时刻质点角速度的大小=(B)。 A.31t B.62t; C.42t; D.62t。
10、质点在OXY平面内运动,其运动方程为210,tytx,质点在任意时刻的加速度为( B )。 A.j B.j2;
C.3j; D.4j。
三、一质点沿半径为R的圆周按规律2021bttvs运动,bv,0都是常量。 (1) 求t时刻质点加速度的大小; (2) t为何值时总加速度在数值上等于b? (3) 当加速度达到b时,质点已沿圆周运行了多少圈?
(1)由2021bttvs可知btvv0
RbtvRv
at202bdtdvan
RbtvbRaaatn402222
(2)bRbtvbRaaatn402222即00btvbvt0 (3)bvt0带入2021bttvsbvbttvs2212020bRvn420 四、质点P在水平面内沿一半径为1m的圆轨道转动,转动的角速度与时间t的关系为2kt
,已知t=2s时,质点P的速率为16m/s,试求t=1s时,质点P的速率与加速度的
大小。 解:由线速度公式221ktRktR得421622tk P点的速率为24t m/s ttat8dd m/s24222161)4(ttRan m/s2 t=1时:)/(414422smt)/(882smtat )/(1611616244smtan)/(9.175881622222smaaant 五、已知质点的运动学方程为:2283126810rttittj. 式中r的单位为米,t的单位为秒,求作用于质点的合力的大小。
解:163(128)drvtitjdt
1612dvaijdt
六、一质点沿x方向运动,其加速度随时间的变化关系为a = 3+2 t (SI) ,如果初始时质点的速度v0为5m/s,则当t为3s时,质点的速率v为多大。
解:2()3+2 3 +vatdttdtttC
0t时,05v可得积分常量5Cm/s
速度为23+5vtt 当3t时,233+523vtt m/s 七、一质点在OXY平面内运动,其运动方程为22,10xtyt,求(1)质点运动的轨迹方程;(2)质点在任意时刻的速度和加速度矢量。
(1)4102xy (2)jti22, ja2 八、已知一质点的运动方程为22ratibtj(a、b为常数,且不为零),求此质点运动速度的矢量表达式、加速度的矢量表达式和轨迹方程。