《文科物理学》思考题和习题精解

《文科物理学教程》思考题和习题精解第1章科学和科学的方法1、你对哲学感兴趣吗？有什么体会呢？2、你对在高等教育中强调“人文文化与科学文化的融合”的必要性和迫切性有何认识？3．爱因斯坦指出的近代科学的发展在方法论上需要两大发现，是以实验为基础的从特殊到一般的分析和归纳法和从一般到特殊的演绎法。

4．《易经》中包含的“阴阳对立，物极必反”的思想成为我国辩证法思想的发源。

5．近代哲学一般认为是从法国数学家、演绎法的奠基人笛卡儿开始的。

他有一句名言：“我思故我在”。

6、仅通过直接观察，你怎样辨别天空中的一个特定天体是不是行星？答：追踪这个星星在天空中的位置几个星期，如果它相对于周围的恒星的位置发生变化，它就是一颗行星。

7、描述一个你用眼睛能做的观察以否定下述理论：各行星附在一些透明球壳上，这些球壳以复杂的方式旋转，但总是以地球为中心，行星就是这样绕地球运行的（地心说）。

答：在夜晚跟踪一颗行星，直到它显著变亮或变暗——这表明它离地球近了后远了。

8、哥白尼喜欢开普勒的理论中的那些地方，不喜欢哪些地方？答：哥白尼喜欢的方面：地球是一颗行星，它绕太阳旋转，同托勒密理论相比开普勒的理论简单而明了；哥白尼不喜欢的方面：在开普勒的理论中，行星的运动不是圆周运动，也不是圆周运动的组合。

9．哥白尼赞成毕达哥拉斯学派，认为宇宙是和谐的，可以用简单数学关系表达宇宙规律的基本思想。

可是在托勒密的地心说中，对环绕地球运动的太阳河其他五颗行星的运动描述非常烦琐复杂、牵强。

哥白尼发现如果把太阳作为宇宙的中心，一切将变的简单、清晰。

10．开普勒在第谷的观测数据的基础上，经过各种尝试，认识到了行星运动轨道不是圆而是椭圆，由此他提出了两个定律，分别是：①椭圆定律，即每个行星的轨道是一个椭圆，太阳位于一个焦点上；；②等面积定律，即在行星与太阳间作一条直线，则此直线在行星运动时在相同时间内扫过相等的面积。

11．伽利略用来驳斥亚里士多德的教义——宇宙中只有地球一个中心，一切都围绕它转的重要发现是木星有4颗卫星，它们都围绕木星转。

12、科学最重要和最有特色的特点是什么？答：理论和实践之间的互动。

13、诸如占星术、推理教、超感官知觉（ESP）、外星人来访、地球年龄是6000年、百慕大三角以及金字塔魔力等信念的科学态度是什么？答：从科学的观点看，最好的态度是“让我们看证据”。

这个“理论”能够做出明确的观察预言吗？这些预言可以检测吗？检验的结果如何？从理论的观点看：还应该问这个理论是否清晰和逻辑上是否前后一致。

14、一光年（1.y）是光走一年的距离。

我们最邻近的恒星离我们4光年。

光从太阳到达地球要8分钟，用这一事实计算最邻近的恒星离我们多少天文单位（是从地球到太阳的距离，用符号AU表示）？解答：用4年除8分钟。

我们首先必须把4年换算成多少分钟：4=⨯分钟⨯⨯36521024006024然后除8分钟2528002102400=÷（AU）。

815．亚里士多德的运动把运动分为自然运动和强迫运动。

伽利略否定了这种运动划分，而是从运动的基本特征量：和速度、加速度出发，把运动分为匀速运动和变速运动。

16．伽利略选择了最简单的变速运动——匀加速运动进行研究，还开创性地设计了小球沿斜面滚下实验，这个实验被评为物理学史上“最美丽”的十大实验之一。

17．爱因斯坦说：“伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。

”伽利略对科学方法的贡献是，他开创了科学实验方法，并将实验、观察与理论思维（科学假设，数学推理和演绎）相结合，获得了突破性的发现。

18．从特殊到一般，再从一般回到特殊。

前者被英国哲学家培根称为．归纳法，它是以实验为基础的，后者被数学家兼哲学家笛卡尔称为演绎法，它必须依靠数学作为工具。

在牛顿以前，一般认为这两种方法是互相排斥的。

牛顿在科学方法上的重大贡献就是将两种方法结合起来。

他用自己的一系列重大成果表明：就科学研究全过程而言，这两种方法是相辅相成、不可或缺的。

A．观察法；B．归纳法；C．测量法；D．演绎法。

【 B ，D 】第2章经典力学的建立和发展2.1．牛顿出版的一部划时代的著作叫《自然哲学的数学原理》A．现象；B．科学；C．哲学；D．规律。

2.2．第二宇宙速度是指逃离地球的速度，这个概念最先是由牛顿提出的。

A．绕地球运行的速度，伽利略；B．逃离地球的速度，牛顿；C．逃离太阳的速度，牛顿；D．绕地球运行的速度，牛顿。

【 B 】2.3．万有引力公式221Rm m G F -=中的G 叫做 万有引力常数 ，它最早是由 卡文迪许 通过 扭秤 实验测得的。

2.4．万有引力定律不仅正确地解释已知行星的运动规律，并准确预言了 彗星 的轨道和出现的周期等，还发现了一颗新的行星，它是 海王星 。

2.5、一辆汽车行驶的速率是130-∙h km ，接着司机踩加湿器踏板，产生1125.2-=∙∙s h km 的加速度，维持4秒。

在4秒末汽车的速率是多少？解：速率的变化是：119425.2--∙=⨯∙∙=h km s s h km at 。

必须把它与初速度相加，得到在4秒末汽车的速率139930-∙=+h km 。

2.6、一个光滑的球在光滑的桌面上滚动。

起初，没有水平的力作用于球。

然后，你拿一块磁铁靠近运动的球，但并不清楚磁铁是否真的对球施加一个磁力。

你怎么才能判断磁铁是否对球施加一个水平力？解答：如球受到加速（快起来、慢下去或改变方向），那它必受到一个力。

2.7、把书放在桌上，用锤子沿水平方向给书短促而有力的一击。

不忽略摩擦力，从你用锤子即将击到书时开始，描写该书的运动情况。

描写该书在整个运动过程中，作用在书上的合力的方向和大小。

解答：开始时书是静止的，然后在锤子接触到书的几分之一秒时间里，克服最大静摩擦力，速率迅速增加；在锤子脱离书后，书的速率逐渐变慢直到停下来。

在锤子接触到书之前，没有净力作用在书上；然后在锤子接触到书的期间，有一个很大的向前的力；再后在书慢下来期间，有一个小一些的力（摩擦力）向后拉。

2.8、你是愿意有一块在月亮上重1牛顿的黄金，还是愿意有一块在地球上重1牛顿的黄金？或者它们并没有什么不同?解答：拥有一块在月亮上重1牛顿的黄金要好得多。

因为它的物质的量比在地球上重1牛顿的黄金要多（含有更多的金原子）。

2.9、你的手使一个苹果加速上升，苹果的重量与你的手给它向上的力哪个更大？如果你手掌里的苹果加速向下如何？如果你以不变的速度举起这个苹果如何？如果你以不变的速度往下放这个苹果又将如何？解答：你的手给向上的力肯定要大一些，因为苹果要有一个向上的净力以提供向上的加速度。

对于向下的加速度，则苹果的重量要比手向上的力大。

对于速度不变的情况（不论是上抬还是下降），你的手向上的力与向下的重力大小相等。

2.10、一斜抛物体的水平速度是x v 0，它的轨道最高点处的曲率圆的半径是多大？答：斜抛物体在运动过程中，只受重力作用，水平速度保持不变x v v 0=，它的轨道最高点处的斜率是水平的，切向加速度,0=t a 该处的曲率圆的半径沿垂直方向，法向加速度为重力加速度，即Rv a g n 2==，g v g v R x 202==。

2.11、在粗糙的水平桌面上放着质量为M 的物体A ，在A 上放有一表面粗糙的小物体B ，其质量为m ．试分别画出：当用水平恒力F 推A 使它作加速运动时，B 和A 的受力图。

图 2.1(1) 1f (2))(11f f -'2f ' F B2.12如图2.2，滑轮、绳子质量及运动中的摩擦阻力都忽略不计，物体A 的质量m 1大于物体B 的质量m 2．在A 、B 运动过程中弹簧秤S(A) .)(21g m m+(B) .)(21g m m - (C) .22121g m m m m + (D) .42121g m m m m + ［ ］ 解题思路：1、从受力分析开始，研究物体的运动过程，在滑轮、绳子质量及运动中的摩擦阻力都忽略不计的情况下，绳中张力大小相等，即21T T =，两物体的加速度的大小 图2.2也相等，方向相反。

2、弹簧秤S 的读数是 2T ，应用牛顿运动定律求T ： 选向上的方向为正 对M2： 2222a m g m T =-即 a m g m T 22=- （1） 对M1：1111a m T g m =-a m T g m 11=-（2） 3、数理逻辑推理，联立（1）和（2），解得：（1）/（2）221211Tm g m m g m m Tm -=-，21212m m g m m T +=， 故（D ）为正确答案。

2.13、自由落体从0=t 时刻开始下落，用公式221gt h =计算，它下落的距离达到m 6.19的时刻为s t 2,0±=。

这-2秒，有什么物理意义？该时刻物体的位置和速度各如何？答：这-2秒是指物体下落前的2秒。

从0=t 的时刻回溯，物体是自由落体的“逆过程”，即上抛运动，在0=t 的时刻到达最高点，即物体开始下落的位置。

由此可见，该时刻（s t 2-=）物体的位置和速度与s t 2=时刻都相同，但是，其 1运动方向相反，即质点向上运动。

2.14、以下五种运动形式中， a 保持不变的运动是（A ）单摆的运动（B ）匀速率圆周运动（C ）行星的椭圆轨道运动（D ）抛物运动（E ）圆锥摆运动 [ D ]提示：在（A ）、（B ）、（C ）、（E ）中a 均有变化，只有（D ）中a g = 保持不变。

2.15、一辆做匀加速直线运动的汽车，在6s 内通过相隔60m 远的两点。

已知汽车经过第二点时的速率为15m/s ，则（1）、汽车通过第一点的速率1v = ；（2）、汽车的加速度 a = 。

解： 已知1215-∙=s m v ， s t 6= 。

m s 60=at v v at v v -=+=2112,，即a v 6151-= （1）又 )(602121m at t v S =+=，即 a v 186601+= （2）联立（1）和（2）两式，)/(0.5),/(67.112s m v s m a ==。

2.16、一质点从P 点出发，以匀速率做顺时针转向的圆周运动。

圆的半径为1m ，如图1.6当它走过2/3圆周时，走过的路程是 。

这段时间的平均速度的大小为 ，其方向是。

解：质点由P 点出发，做顺时针转向的圆周运动到 图1.6Q 点，走过的路程是2/3圆周，路程)(19.434232m R S ==⨯=ππ； )(4191019.42s v S t ===-，圆弧PQ 所对应的圆心角为32π，则∠OPQ=30º 平均速度 )/(10413.0419330cos 23s m t R t PQ v -⨯==︒== 速度的方向是与x 轴成60º，即∠QP x =60º。