大学物理习题课3
大学物理第三章课后习题答案
r3
， k 为常量。试求两粒子相距为 r 时的势能，设力为零的
r = a cos ωt i + b sin ωt j ， r 式中 a ， b ， ω 是正值常数，且 a ≻ b 。
（1）说明这质点沿一椭圆运动，方程为
�
x2 y 2 + = 1； a2 b2
（2）求质点在 A 点 (a ,0) 时和 B 点 (0, b ) 时的动能； （3）当质点从 A 点到 B 点，求力 F 所做的功，并求 F 的分力 Fx i 和 Fy j 所做的 功； （4） F 力是不是保守力？ 12 . 如果物体从髙为 h 处静止下落，试求（1）时间为自变量； 12. （2）高度为自变量， 画出它的动能和势能图线，并证明两曲线中动能和势能之和相等。 . 一质量为 m 的地球卫星，沿半径为 3R e 的轨道运动， R e 为地球的半径，已知 13 13. 地球的质量为 M e ，求（1）卫星的动能； （2）卫星的引力势能； （3）卫星的机械 能。 . 如图所示， 14 14. 小球在外力作用下， 由静止开始从 A 点出发做匀加速运动，到达 B 点时撤消外力，小球 无摩擦的冲上竖直的半径为 R 的半圆环， 到达最高 点 C 时，恰能维持在圆环上做圆周运动，并以此速 度抛出而刚好落回到原来的出发点 A 处， 如图试求 小球在 AB 段运动的加速度为多大？ . 如图所示，有一自动卸货矿车，满载时的质量 15 15. 为 M ，从与水平倾角 α = 30° 斜面上的点 A 由静 止下滑。设斜面对车的阻力为车重的 0.25 倍， 矿 车下滑距离 l 时，矿车与缓冲弹簧一道沿斜面运 动。当矿车使弹簧产生最大压缩形变时，矿车自 动卸货， 然后矿车借助弹簧的弹性力作用， 使之返回原位置 A 在装货。试问要完成这 一过程，空载时车的质量与满载时车的质 量之比应为多大? . 半径为 R 的光滑半球状圆塔的顶点 A 16 16. 上，有一木块 m ，今使木块获得水平速度
大学物理第三章部分课后习题答案
大学物理第三章部分课后习题答案3-1半径为R、质量为M的均匀薄圆盘上，挖去一个直径为R的圆孔，孔的中心在求所剩部分对通过原圆盘中心且与板面垂直的轴的转动惯量。
分析：用补偿法（负质量法）求解，由平行轴定理求其挖去部分的转动惯量，用原圆盘转动惯量减去挖去部分的转动惯量即得。
注意对同一轴而言。
解：没挖去前大圆对通过原圆盘中心且与板面垂直的轴的转动惯量为：1R处，2J11MR2①2由平行轴定理得被挖去部分对通过原圆盘中心且与板面垂直的轴的转动惯量为：1MRMR3J2Jcmd2()2()2MR2②2424232由①②式得所剩部分对通过原圆盘中心且与板面垂直的轴的转动惯量为：JJ1J213MR2323-2如题图3-2所示，一根均匀细铁丝，质量为M，长度为L，在其中点O处弯成120角，放在某Oy平面内，求铁丝对O某轴、Oy轴、Oz轴的转动惯量。
分析：取微元，由转动惯量的定义求积分可得解：（1）对某轴的转动惯量为：L20J某rdm(lin600)22M1dlML2L32（2）对y轴的转动惯量为：L1ML2M5Jy()2(lin300)2dlML20322L96（3）对Z轴的转动惯量为：1ML1Jz2()2ML2322122题图3-23-3电风扇开启电源后经过5达到额定转速，此时角速度为每秒5转，关闭电源后经过16风扇停止转动，已知风扇转动惯量为0.5kgm，且摩擦力矩Mf和电磁力矩M均为常量，求电机的电磁力矩M。
分析：Mf，M为常量，开启电源5内是匀加速转动，关闭电源16内是匀减速转动，可得相应加速度，由转动定律求得电磁力矩M。
解：由定轴转动定律得：MMfJ1，即52520.54.12Nm5163-4飞轮的质量为60kg，直径为0.5m，转速为1000r/min，现要求在5内使其制动，求制动力F，假定闸瓦与飞轮之间的摩擦系数0.4，飞轮的质量全部分布在轮的外周上，MJ1MfJ1J20.5尺寸如题图3-4所示。
分析：分别考虑两个研究对象：闸瓦和杆。
大学物理-磁学部分习题课
+
v
+ Fm ++
A+
p
+
B
E
+d
-
B v02 2Ed E
m
带电粒子达到最右端时其轨迹与右侧平板相切，
该处速度方向沿轨迹切线方向，与平板平面平行。
Eq
y
带电粒子在磁场，电场中受力
F
Fe
磁不场做力功。Fm
qvFmB与E速q度 方qv向始B终垂直，
x 电场力作功等于粒子动能的增量：
z
Eqd
2r sin
该力对O点的力矩 dM rdF 0 I 2dl
2 sin
任一段单位长的导线对O点的力矩：
M
l 1
dM
0 I 2dl
0I 2
l 2 sin 2 sin
13
5. 如图所示，有一通有电流 I 的直导线附近，有一半 径为 R，质量为m 的细小线圈。细小线圈可绕通过其 中心与直导线平行的轴转动。直导线与细小线圈中心
两导线间夹角为，通有相同的电流I。试求单位长度的导线
所受磁力对O点的力矩。
解：导线1在 dl 处激发的磁场的大小
1
B 0I 0I
2d 2r sin
I dF
O
I
d
Idl
B 2
r
M
电流元 Idl受到的磁力为
dF Idl B
大小： dF (Idl )B 0 I 2dl
根据：
M
r
F
B 0 i
2
二.磁场的性质
i 为线电流密度
1.
高斯定理
:
B
ds
0,
B 0
大学物理课后习题答案(上下册全)武汉大学出版社 习题3详解
3-1 有一半径为R 的水平圆转台，可绕通过其中心的竖直固定光滑轴转动，转动惯量为J ，开始时转台以匀角速度ω0转动，此时有一质量为m 的人站在转台中心，随后人沿半径向外跑去，当人到达转台边缘时，转台的角速度为 [ ] A.2ωmR J J + B. 02)(ωR m J J+ C.02ωmR JD. 0ω 答案：A3-2 如题3-2图所示，圆盘绕O 轴转动。
若同时射来两颗质量相同,速度大小相同,方向相反并在一直线上运动的子弹,子弹射入圆盘后均留在盘内,则子弹射入后圆盘的角速度ω将：[ ]A. 增大.B. 不变.C. 减小.D. 无法判断. 题3-2 图 答案： C3-3 芭蕾舞演员可绕过脚尖的铅直轴旋转,当她伸长两手时的转动惯量为J 0，角速度为ω0,当她突然收臂使转动惯量减小为J 0 / 2时,其角速度应为：[ ] A. 2ω0 . B. ω0 . C. 4ω0 . D. ω 0/2. 答案：A3-4 如题3-4图所示，一个小物体，位于光滑的水平桌面上，与一绳的一端相连结，绳的另一端穿过桌面中心的小孔O . 该物体原以角速度ω 在半径为R 的圆周上绕O 旋转，今将绳从小孔缓慢往下拉．则物体：[ ]A. 动量不变，动能改变； 题3-4图B. 角动量不变，动量不变；C. 角动量改变，动量改变；D. 角动量不变，动能、动量都改变。
答案：D3-5 在XOY 平面内的三个质点,质量分别为m 1 = 1kg, m 2 = 2kg,和 m 3 = 3kg,位置坐标(以米为单位)分别为m 1 (－3,－2)、m 2 (－2,1)和m 3 (1,2),则这三个质点构成的质点组对Z 轴的转动惯量J z = .答案： 38kg ·m 23-6 如题3-6图所示，一匀质木球固结在一细棒下端，且可绕水平光滑固定轴O 转动，今有一子弹沿着与水平面成一角度的方向击中木球并嵌于其中，则在此击中过程中，木球、子弹、细棒系统对o 轴的 守恒。
大学物理实验第二版第3册课后练习题含答案
大学物理实验第二版第3册课后练习题含答案前言大学物理实验是大学物理的重要组成部分，通过实验可以加深对物理知识的理解，并培养实验能力和科学精神。
掌握大学物理实验的技能对学生未来从事相关领域的工作和研究具有重要的帮助。
本文将为大家提供大学物理实验第二版第3册的课后练习题，其中还包含了答案供大家参考。
课后练习题实验一答案1.望远镜通过调节焦距可以使得远处的物体像变清晰。
2.擦拭物镜和目镜的透镜，调节合适焦距即可。
3.（略）实验二答案1.$sin\\theta_1=n \\cdot sin\\theta_2$2.$n=\\frac{sin\\theta_1}{sin\\theta_2}=1.48$3.（略）实验三答案1.声压级L的单位是分贝，$L=10log\\frac{p}{p_0}$，其中p0为参考压强，$p_0=2 \\times 10^{-5} Pa$。
2.$L_2-L_1=10log\\frac{p_2}{p_1}=10log\\frac{d_1^2}{d_2^2}=10log(\\frac{0 .58^2}{1.00^2})=-4.07dB$3.分贝的单位不仅可以用于声压级的表示，也可以用于其他物理量的表示，如电压、功率等。
实验四答案1.通过调节功率可以控制液晶显示屏的亮度，使其达到最佳显示效果。
2.（略）3.在夜晚使用液晶显示屏的亮度应该适当降低，以免刺眼的光线照射到车外影响其他驾车人的视线。
实验五答案1.环状光路的长度为$L=2\\pi r$。
2.通过调节镜头位置可以改变光路的长度，从而改变干涉条纹的位置和数量。
3.（略）实验六答案1.通过调节球面镜、平面镜的位置，以及反光板的角度可以改变光路的长度、方向，从而实现干涉实验。
2.洛伦兹-费歇实验可以测量电子的速度和能量。
3.（略）结语本文为大家提供了大学物理实验第二版第3册的课后练习题，其中还包含了答案供大家参考。
希望本文能够帮助大家更好地掌握物理实验的知识和技能。
第一章质点运动学习题课
质点运动学
30
物理学
第五版
第一章习题课
9 一质点在半径为0.10m的圆周上运动，设t=0时 质点位于x轴上，其角速度为ω=12t2。试求
质点运动学
23
物理学
第五版
第一章习题课 5 一小轿车作直线运动，刹车时速度为v0，刹车 后其加速度与速度成正比而反向，即a=-kv，k 为正常量。
试求
（1）刹车后轿车的速度与时间的函数关系
（2）刹车后轿车最多能行多远？
解：
dv 1 kt 由 a kv kv dv kdt v Ce （1） dt v
（3） v R 25 1 25m s
1
a R m s 2
质点运动学
29
物理学
第五版
第一章习题课 8 一质点沿半径为R的圆周运动，质点所经过的弧 长与时间的关系为s=bt+ct2/2，其中b，c为常量， 且Rc>b2。 求切向加速度与法向加速度大小相等之前所经历的 时间 解：
答案：B
质点运动学
4
物理学
第五版
第一章习题课
4 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v0 收绳,绳不伸长且湖水静止,小船的速率 为v,则小船作( )
质点运动学
5
物理学
第五版
第一章习题课
v0 (A) 匀加速运动, v cos
(B) 匀减速运动,
第一章习题课
大学物理学(第三版上) 课后习题3答案详解
习题33.1选择题(1) 有一半径为R 的水平圆转台，可绕通过其中心的竖直固定光滑轴转动，转动惯量为J ，开始时转台以匀角速度ω0转动，此时有一质量为m 的人站在转台中心，随后人沿半径向外跑去，当人到达转台边缘时，转台的角速度为(A)02ωmRJ J+ (B) 02)(ωR m J J + (C)02ωmRJ(D) 0ω [答案： (A)](2) 如题3.1（2）图所示，一光滑的内表面半径为10cm 的半球形碗，以匀角速度ω绕其对称轴OC 旋转，已知放在碗内表面上的一个小球P 相对于碗静止，其位置高于碗底4cm ，则由此可推知碗旋转的角速度约为 (A)13rad/s (B)17rad/s (C)10rad/s (D)18rad/s(a) (b)题3.1（2）图[答案： (A)](3)如3.1(3)图所示，有一小块物体，置于光滑的水平桌面上，有一绳其一端连结此物体，；另一端穿过桌面的小孔，该物体原以角速度ω在距孔为R 的圆周上转动，今将绳从小孔缓慢往下拉，则物体 （A ）动能不变，动量改变。
（B ）动量不变，动能改变。
（C ）角动量不变，动量不变。
（D ）角动量改变，动量改变。
（E ）角动量不变，动能、动量都改变。
[答案： (E)]3.2填空题(1) 半径为30cm 的飞轮，从静止开始以0.5rad·s -2的匀角加速转动，则飞轮边缘上一点在飞轮转过240˚时的切向加速度a τ= ，法向加速度a n=。
[答案：0.15; 1.256](2) 如题3.2（2）图所示，一匀质木球固结在一细棒下端，且可绕水平光滑固定轴O转动，今有一子弹沿着与水平面成一角度的方向击中木球而嵌于其中，则在此击中过程中，木球、子弹、细棒系统的守恒，原因是。
木球被击中后棒和球升高的过程中，对木球、子弹、细棒、地球系统的守恒。
题3.2（2）图[答案：对o轴的角动量守恒，因为在子弹击中木球过程中系统所受外力对o轴的合外力矩为零，机械能守恒](3) 两个质量分布均匀的圆盘A和B的密度分别为ρA和ρB (ρA>ρB)，且两圆盘的总质量和厚度均相同。
《大学物理简明教程》第三章课后习题答案
（6）氮气分子为双原子分子，有 5 个自由度。所以氮气分子的平均动能为
3.7 1 mol 氧气贮于一氧气瓶中， 温度为 27℃。 如果把它视为刚性双原子分子的理想气体，
能又称为内动能即理想气体的内能。若运输氧气瓶的运输车正以 10m/s 的速率行驶，这些氧气 分子的内能又是多少？
解： （1）刚性双原子分子有 5 个自由度，所以氧气分子的平均动能为
后
答
2ε t 2 × 0.1 × 1.60 × 10 −19 = = 773( K ) 3k 3 × 1.38 × 10 − 23
5
3.6 容器内储有氮气， 其温度为 27 o C ， 压强为 1.013×10 Pa。 把氮气看作刚性理想气体，
平动能； （5 ）氮气分子的平均转动动能； （6）氮气分子的平均动能。 （摩尔气体常量
解：当水银滴在正中不动时， N 2 和 O2 的压强和体积都相等，即
3
后
−1
3.2 技术上真空度常用 Toor(托)表示， 它代表 1mmHg 水银柱高的压强， 有 1atm = 760 托。
答
如果 T1 < T2 ，也有同样的结果。
案
3 −1
C1T1 + C 2T2 C1 + C 2
网
p N 2 = pO2 ， V N 2 = VO2
o
后
答
快” （电热丝）加热。已知在通电使水从 25 o C 升高到 75 o C 的过程中，
案
网
图 3-32 习题 3.13 用图
课
o
Q = cm∆T = 4.2 × 10 3 × 1 × (75 − 25) = 2.1 × 10 5 ( J )
设水从周围环境吸收的热量为 Q ′ ，根据能量守恒定律有
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q R O
r0
l
解：设x轴沿细线方向，原点在球心处，在x处取线元dx， 其上电荷为 d q d x 均匀带电球面场强分布
0 E= (r<R)
dx O R r0 x r0+l
x
1 4 0
q r2
(r>R)
均匀带电球面 (R, q) 电场中电势的分布 当 r > R 时, U p r 当 r < R 时,
r
dq dV 4r2dr
视为许多半径不等的均匀带电球面,利用均匀带电 球面的电势公式及叠加原理,得:
均匀带电球面(r/)在 球内p(r)点的电势
r
o r
dq
R
U
r r du
r r du
dq 40 r
dq 40 r
dq 4 r
0 0
电偶极子在均匀电场中所受的力矩为：
P E
M PE
M PE sin
A Md
PEsind
3：如图所示，半径为R的均匀带电球面，带有电荷 q．沿某一半径方向上有一均匀带电细线，电荷 线密度为λ，长度为l，细线左端离球心距离为 r0．设球和线上的电荷分布不受相互作用影响， 试求细线在该电场中的电势能(设无穷远处的电势 为零)．
（r R）
E
q 4 0 r
2
q 12 0 R q
4
r
3 R r
q 4 0 r
（r R)
R
r3 (4 3 ) 12 0 R R
（r R）
球外各点的电势
U Edr
r r
q 4 0 r
2
dr
q 4 0 r
（r R)
6： 解：
2
r
q
球内各点的电势
qr 2 q U Edr dr dr 4 2 4 0 R 4 0 r r r R
R
球内各点的电势
U Edr qr2 q dr dr 4 2 4 0 R 4 0 r r R
r R
U Edr
r
qr 2 E 4 0 R 4
dq 40 r
dq 40 r
（r R）
球外各点的电势
r
R o
r
U
dq 4 r
0 0
1
R
q 4 0 r
（r R)
方法（2）: U Edr 在球内取半径r的球面为高斯面，则 S qr4 R r R q 1 qr qr 4 2 2 o 4r E 4 4r dr 4 S 0 0 R 0R 0 2 qr 方向沿半径向外 E 4 （r R） 4 0 R 在球外取半径r的球面为高斯面，则 4r E 0 q （r R) 方向沿半径向外 E 2 4 0 r
p
r r r q q l r 0
0
Er 0，
E
40 r
Pe
3
电偶极子中垂线上一点的场强。
r
在距圆心o为b的位置时, 粒子的速度为v0, 求
粒子击中圆板时的速度(设圆板带电的均匀性
始终不变).
q v0
(x轴)方向上任一点的电势 为：
U
4
0
R
2rdr
0
r 2 x 2
r 2 x 2 2 0
R 0
[ R2x2 x ] 2 0
习题课
静电场力作功
电势与电势能的计算 1. 利用点电荷电势公式及电势叠加原理求电势.
dq dU 4 0 r 1
电势能
电势
U
dU
Q
2. 已知场强分布,由U a a
零势点
E dl 求电势.
3.电场力作功和电势能的计算 Aab q 0 (U a U b )
Up
q q 2 dr 4 0 r 4 0 r
R 1 q 1 q E dl 0dr 2 dr r R 4 40 R 0 r
1
r
均匀带电球面 (R, q) 电场中电势的分布 当 r > R 时, U p r 当 r < R 时,
1
r
r
R
40 r
R
4r 2dr 4r 2dr 4 0 r 0 4 0 r r
1
r
qr 4r 2 dr r R 1 qr 2 R 4 U R 4 4r dr 4 0 r 4 0 r 0 r
球内各点的电势
dq dV 4r2dr
p r
r
o r
R
qr 4 4 4 0 r R 1
q
qr 3 0 3 0 R 4
r
3
R r
均匀带电球面(r/)在 球内p(r)点的电势
r (4 3 ) 12 0 R R
r r du
r r du
dW Udq
W U dq
1.试验电荷q沿半径为R的3/4 圆弧轨道由a点移到d点，电场 R +Q 力作功为________， d 0 q 从d点移到无穷远处，电场力 a
qQ 4 0 R 作功为______________ 。
Aad q(U a U d ) 0 Ad qUd
设带电粒子击中圆板时的速度为v，根据能量守恒，可 求得v ：
1 2 1 2 2 2 R mv 0 q [ R b b] mv q 2 0 2 2 2 0
5 一半径为R的带电q的球体，其电荷体密度分布 qr 为
R 4
（r R）
p
求：球内，外各点的电势. 解:方法（1）
Up
q q 2 dr 4 0 r 4 0 r
R 1 q 1 q E dl 0dr 2 dr r R 4 40 R 0 r
1
r
电荷元在球面电荷电场中具有电势能： dW = (qdx) / (40 x)
O R r0 dx x r0+l x
求电偶极子的电势分布及其
场强的分布。
p
Up
q 4 0 r
q 4 0 r
当 r》 l
时,可做如下近似：
l r r cos , 2
q
r r q l cos Up ( ) 2 2 2 40 r r 40 (r l cos 4) Pe cos 2 40 r 1
qQ 4 0 R
2. 一电偶极矩为 P 的电偶极子放在场强为 E的均匀 外电场中，P 与 E 的夹角为 ，在此电偶极子饶垂 直于 （P ， ）平面的轴沿 角增加的方向转过 E
1800 的过程中，电场力做功 A =_________________ 2PE cos
整个线电荷在电场中具有电势能：
q W 4 0
r0 l r0
dx q r0 l ln r x 4 0 0
4. 一半径为 R 的均匀带电圆板, 其电荷面密度为
(>0), 今有一质量为m, 带电量为q的粒子
(q>0)沿圆板轴线(x轴)方向向圆板运动. 已知
l r r cos 2
r r r q q l
已知电偶极子的电势为
1 Pe cos U 2 40 r U 2 Pe cos Er r 40 r 3 U Pe sin E 3 r 40 r
当θ =π / 2 时