普通物理学第二版第七章课后习题答案

第七章 刚体力学

7.1.1 设地球绕日作圆周运动.求地球自转和公转的角速度为多少rad/s?估算地球赤道上一点因地球自转具有的线速度和向心加速度.估算地心因公转而具有的线速度和向心加速度（自己搜集所需数据）.

[解 答]

7.1.2 汽车发动机的转速在12s 内由1200rev/min 增加到3000rev/min.（1）假设转动是匀加速转动，求角加速度.(2)在此时间内，发动机转了多少转？

[解 答]

（1）22(30001200)1/60

1.57(rad /s )t 12ωπβ⨯-⨯=

==V V

（2）

2222

20

(

)(30001200)302639(rad)

2215.7

π

ωω

θβ

--=

==⨯

所以 转数=2639

420()

2π=转

7.1.3 某发动机飞轮在时间间隔t 内的角位移为

球t 时刻的角速度和角加速度.

[解 答]

7.1.4 半径为0.1m 的圆盘在铅直平面内转动，在圆盘平面内建立O-xy 坐标系，原点在轴上.x 和y 轴沿水平和铅直向上的方向.边缘上一点A 当t=0时恰好在x 轴上，该点的角坐标满足2

1.2t t (:rad,t :s).θθ=+求（1）t=0时，（2）自t=0开始转45o 时，（3）转过90o 时，A 点的速度和加速度在x 和y 轴上的投影.

[解 答]

（1） A ˆˆt 0,1.2,R j 0.12j(m/s).

0,0.12(m/s)

x y ωνωνν====∴==v

（2）45θ=o 时，

由

2

A

1.2t t,t0.47(s)

4

2.14(rad/s)

v R

π

θ

ω

ω

=+==

∴=

=⨯

v

v

v

得

（3）当90

θ=o时，由

7.1.5 钢制炉门由两个各长1.5m的平行臂AB和CD支承，以角速度10rad/s

ω=逆时针转动，求臂与铅直45o时门中心G的速度和加速度.

[解答]

因炉门在铅直面内作平动，门中心G的速度、加速度与B或D点相同。所以：

7.1.6 收割机拔禾轮上面通常装4到6个压板.拔禾轮一边旋转，一边随收割机前进.压板转到下方才发挥作用，一方面把农作物压向切割器，另一方面把切割下来的作物铺放在收割台上，因此要求压板运动到下方时相对于作物的速度与收割机前进方向相反.

已知收割机前进速率为1.2m/s，拔禾轮直径1.5m，转速22rev/min,求压板运动到最低点挤压作物的速度.

[解答]

取地面为基本参考系，收割机为运动参考系。

取收割机前进的方向为坐标系正方向

7.1.7 飞机沿水平方向飞行，螺旋桨尖端所在半径为150cm，发动机转速2000rev/min.（1）桨尖相对于飞机的线速率等于多少？（2）若飞机以250km/h的速率飞行，计算桨尖相对于地面速度的大小，并定性说明桨尖的轨迹.

[解答]

取地球为基本参考系，飞机为运动参考系。

（1）研究桨头相对于运动参考系的运动：

（2）研究桨头相对于基本参考系的运动：

由于桨头同时参与两个运动：匀速直线运动和匀速圆

周运动。故桨头轨迹应是一个圆柱螺旋线。

7.1.8 桑塔纳汽车时速为166km/h.车轮滚动半径为0.26m.自发动机至驱动轮的转速比为0.909.问发动机转速为每分多少转.

[解 答]

设发动机转速为n 发，驱动轮的转速为n 轮。

由题意：n 0.909,n 0.909n n ==发

发轮轮 （1）

汽车的速率为3

16610,60⨯

3

16610n 2R 60π⨯∴=

轮轮 （2）

（2）代入（1）3

316610n 0.9091.5410(rev /min)

2R 60π⨯==⨯发轮

7.2.2 在下面两种情况下求直圆锥体的总质量和质心位置.

（1）圆锥体为均质；（2）密度为h 的函数:

h

(1),L

ρρρ=-o o

为正常数.

[解 答]

建立如图坐标O-x,由对称轴分析知质心在x 轴上。

由c dm dv dv dm

dv

dv x x x x ρρ=

=

=

⎰⎰⎰⎰⎰⎰

得：

（1）L

20

c

2

(a /L)d 3L 14

a L 3

x x x ππ=

=

⎰

质量

21

m v a L 3ρπρ

==

（2）L

200c 2

00a h ()(1)d 4L L L(h=L )

h a 5(1)()d L L x x x x x x x ππρρπ⋅⋅-==--⋅⎰⎰

质量

22

000h a L

m (1)()d a L L 4x x π

ρπρπ=-⋅=⎰ 7.2.3 长度为l 的均质杆，令其竖直地立于光滑的桌面上，

然后放开手，由于杆不可能绝对沿铅直方向，故随即到下.求杆子的上端点运动的轨迹（选定坐标系，并求出轨迹的方程式）.

[解 答]

建立坐标系，水平方向为x 轴，竖直方向为y 轴.杆上

端坐标为（x,y ）,杆受重力、地面对杆竖直向上的支承力，无水平方向力。

由i c F a m =∑r r 外 （质心运动定理）

质心在杆的中点，沿水平方向质心加速度为零。开始

静止，杆质心无水平方向移动。

由杆在下落每一瞬时的几何关系可得： 即杆上端运动轨迹方程为：

7.3.1 （1）用积分法证明：质量为m 长为l 的均质细杆对通

过中心且与杆垂直的轴线的转动惯量等于2

1

m 12l .

[解 答]

建立水平方向o —x 坐标

（2）用积分法证明：质量为m 、半径为R 的均质薄圆盘对

通过中心且在盘面内的转动轴的转动惯量为2

1

mR 4.

[解 答] 令x Rsin θ=

或3R

2

22

2

4m I (R x )dx,

3R π=

-⎰

利用公式

7.3.2 图示实验用的摆，0.92m =l ，r 0.08m =，m 4.9kg =l ，r m 24.5kg =，近似认为

圆形部分为均质圆盘，长杆部分为均质细