期末大学物理复习题参考习题2-1
大学物理习题答案解析第二章
第二章牛顿定律2 -1如图(a)所示,质量为m的物体用平行于斜面的细线联络置于圆滑的斜面上,若斜面向左方作加速运动 ,当物体刚离开斜面时,它的加快度的大小为()(A) gsin θ(B) gcos θ(C) gtan θ(D) gcot θ剖析与解当物体走开斜面瞬时 ,斜面对物体的支持力消逝为零,物体在绳索拉力 F Ｔ (其方向仍可认为平行于斜面 )和重力作用下产平生行水平面向左的加快度a,如图 (b) 所示 ,由其可解得合外力为 mgcot θ,应选 (D)．求解的重点是正确剖析物体刚走开斜面瞬时的物体受力状况和状态特点．2 -2 用水平力 F N把一个物体压着靠在粗拙的竖直墙面上保持静止．当 F N渐渐增大时 ,物体所受的静摩擦力 F f的大小 ()(A)不为零 ,但保持不变(B)随 F N成正比地增大(C)开始随 F N增大 ,达到某一最大值后 ,就保持不变(D)没法确立剖析与解与滑动摩擦力不一样的是 ,静摩擦力可在零与最大值μF N范围内取值．当F N增加时,静摩擦力可取的最大值成正比增加 ,但详细大小则取决于被作用物体的运动状态．由题意知 ,物体向来保持静止状态 ,故静摩擦力与重力大小相等 ,方向相反 ,并保持不变 ,应选 (A) ．2 -3一段路面水平的公路,转弯处轨道半径为R,汽车轮胎与路面间的摩擦因数为μ,要使汽车不至于发生侧向打滑,汽车在该处的行驶速率()(A)不得小于(C)不得大于μgR (B) 一定等于μgRμgR (D) 还应由汽车的质量m 决定剖析与解由题意知 ,汽车应在水平面内作匀速率圆周运动,为保证汽车转弯时不侧向打滑,所需向心力只好由路面与轮胎间的静摩擦力供给,能够供给的最大向心力应为μF N．由此可算得汽车转弯的最大速率应为 v＝μRg．所以只需汽车转弯时的实质速率不大于此值,均能保证不侧向打滑．应选 (C) ．2 -4 一物体沿固定圆弧形圆滑轨道由静止下滑,在下滑过程中 ,则 ( )(A)它的加快度方向永久指向圆心,其速率保持不变(B)它遇到的轨道的作使劲的大小不停增加(C)它遇到的合外力大小变化 ,方向永久指向圆心(D)它遇到的合外力大小不变 ,其速率不停增加剖析与解 由图可知 ,物体在下滑过程中遇到大小和方向不变的重力以实时辰指向圆轨道中心的轨 道支持力 F N 作用 ,其合外力方向并不是指向圆心 ,其大小和方向均与物体所在地点有关．重力的切向分 量 (m g cos θ) 使物体的速率将会不停增加 ( 由机械能守恒亦可判断 ),则物体作圆周运动的向心力 (又称法向力 )将不停增大 ,由轨道法向方向上的动力学方程F Nmgsin θ mv 2可判断 ,随 θ 角的不停增R大过程 ,轨道支持力 F N 也将不停增大 ,因而可知应选 (B) ．2 -5 图 (a)示系统置于以 a ＝ 1/4 g 的加快度上涨的起落机内 ,A 、B 两物体质量相同均为 m,A 所在的桌面是水平的 ,绳索和定滑轮质量均不计 ,若忽视滑轮轴上和桌面上的摩擦,其实不计空气阻力 ,则绳中张力为 ( )(A) 58 mg (B) 12 mg (C) mg (D) 2 mg剖析与解此题可考虑对 A 、B 两物体加上惯性力后 ,以电梯这个非惯性参照系进行求解． 此时 A 、B两物体受力状况如图 (b)所示 ,图中 a ′为 A 、B 两物体相对电梯的加快度 ,ma ′为惯性力． 对 A 、B 两物体 应用牛顿第二定律 ,可解得 F ＝ 5/8 mg ．应选 (A) ．Ｔ议论 关于习题 2 -5 这种种类的物理问题 ,常常从非惯性参照系 (此题为电梯 )察看到的运动图像较为 明确 ,但因为牛顿定律只合用于惯性参照系,故从非惯性参照系求解力学识题时,一定对物体加上一个虚构的惯性力．如以地面为惯性参照系求解,则两物体的加快度 a A 和a B 均应付地而言 ,此题中 a A 和 a 的大小与方向均不相同．此中 aA 应斜向上．对 a A 、a 、a 和a ′之间还要用到相对运动规律 ,求解BB过程较繁．有兴趣的读者不如自己试试试看．2 -6 图示一斜面 ,倾角为 α,底边 AB 长为 l ＝ 2.1 m,质量为 m 的物体从题 2 -6 图斜面顶端由静止开始向下滑动 ,斜面的摩擦因数为 μ＝ 0.14 ．试问 ,当 α为何值时 ,物体在斜面上下滑的时间最短？ 其数值为多少？剖析动力学识题一般分为两类：(1) 已知物体受力争其运动状况；(2) 已知物体的运动状况来剖析其所受的力．自然,在一个详细题目中,这两类问题并没有截然的界线,且都是以加快度作为中介,把动力学方程和运动学规律联系起来．此题重点在列出动力学和运动学方程后,解出倾角与时间的函数关系α＝ f(t),而后运用对 t 求极值的方法即可得出数值来．解取沿斜面为坐标轴Ox,原点 O 位于斜面极点,则由牛顿第二定律有mgsin α mgμcosαma(1) 又物体在斜面上作匀变速直线运动,故有l 1 at2 1g sin α μcosαt 2cosα 2 2则t2l(2) gcosαsin α μcosα为使下滑的时间最短,可令dt0 ,由式(2)有dα则可得此时sin αsin α μcosαcosαcosα μsin α0 tan 2α 1 , 49oμt 2l 0.99 sgcosαsin α μcosα2 -7 工地上有一吊车 ,将甲、乙两块混凝土预制板吊起送至高空．甲块质量为 m 2 k g,乙块＝ 2.00 10×1质量为 m2＝ 1.00 ×102 kg．设吊车、框架和钢丝绳的质量不计．试求下述两种状况下,钢丝绳所受的张力以及乙块对甲块的作使劲：(1) 两物块以 10.0 m ·ｓ-2的加快度上涨； (2) 两物块以 1.0 m ｓ·-2的加快度上涨．从此题的结果,你能领会到起吊重物时一定迟缓加快的道理吗？剖析预制板、吊车框架、钢丝等可视为一组物体．办理动力学识题往常采纳“隔绝体”的方法物体所受的各样作使劲 ,在所选定的惯性系中列出它们各自的动力学方程．依据连结体中物体的多少可列出相应数量的方程式．联合各物体之间的互相作用和联系 ,可解决物体的运动或互相作使劲．,剖析解按题意 ,可分别取吊车(含甲、乙 )和乙作为隔绝体,画示力争 ,并取竖直向上为Oy 轴正方向 (如图所示 )．当框架以加快度 a 上涨时 ,有FＴ-(m1 ＋ m )g ＝(m ＋ m )a (1)2 1 2FN2- m g ＝ m a (2)2 2解上述方程 ,得F ＝ 1 2 (3)ＴFN2 ＝m (g ＋ a) (4) 2(1)当整个装置以加快度 a ＝ 10 m ·ｓ-2上涨时 ,由式 (3) 可得绳所受张力的值为FＴ＝10×3 N乙对甲的作使劲为N2 N2 2(g ＋ a) ＝3F′＝-F ＝ -m 10× N(2)当整个装置以加快度 a ＝ 1 m·ｓ-2上涨时 ,得绳张力的值为FＴ＝10×3 N此时 ,乙对甲的作使劲则为F′ N2＝103× N由上述计算可见,在起吊相同重量的物体时,因为起吊加快度不一样 ,绳中所受张力也不一样,加快度大 ,绳中张力也大．所以,起吊重物时一定迟缓加快,以保证起吊过程的安全．2 -8 如图 (a)所示 ,已知两物体 A、 B 的质量均为 m ＝ 3.0kg 物体 A 以加快度 a ＝ 1.0 m ·ｓ-2 运动 ,求物体 B 与桌面间的摩擦力． (滑轮与连结绳的质量不计)剖析该题为连结体问题 ,相同可用隔绝体法求解．剖析时应注意到绳中张力大小到处相等是有条件的 ,即一定在绳的质量和伸长可忽视、滑轮与绳之间的摩擦不计的前提下成立．同时也要注意到张力方向是不一样的．解分别对物体和滑轮作受力剖析［图(b)］．由牛顿定律分别对物体 A 、B 及滑轮列动力学方程,有m A g -F Ｔ＝m A a (1)F′1 -Fｆ＝ m B a′(2)ＴF′ -2FＴ1＝ 0 (3)Ｔ考虑到 mＴＴＴ1 Ｔ,a ′＝ 2a,可联立解得物体与桌面的摩擦力A ＝mB ＝m, F ＝F′ ,F ＝ F′1F f mg m 4m a7.2 N2议论动力学识题的一般解题步骤可分为：(1) 剖析题意 ,确立研究对象,剖析受力 ,选定坐标； (2) 根据物理的定理和定律列出原始方程组； (3) 解方程组 ,得出文字结果； (4) 查对量纲 ,再代入数据 ,计算出结果来．2 -9 质量为m′的长平板 A 以速度v′在圆滑平面上作直线运动,现将质量为m 的木块 B 轻轻安稳地放在长平板上 ,板与木块之间的动摩擦因数为μ,求木块在长平板上滑行多远才能与板获得共同速度？剖析当木块 B 安稳地轻轻放至运动着的平板 A 上时 ,木块的初速度可视为零,因为它与平板之间速度的差别而存在滑动摩擦力,该力将改变它们的运动状态．依据牛顿定律可获得它们各自相对地面的加快度．换以平板为参照系来剖析,此时 ,木块以初速度-v ′(与平板运动速率大小相等、方向相反)作匀减速运动 ,其加快度为相对加快度,按运动学公式即可解得．该题也可应用第三章所叙述的系统的动能定理来解．将平板与木块作为系统,该系统的动能由平板原有的动能变成木块和平板一同运动的动能,而它们的共同速度可依据动量定理求得．又因为系统内只有摩擦力作功,依据系统的动能定理,摩擦力的功应等于系统动能的增量．木块相对平板挪动的距离即可求出．解 1 以地面为参照系 ,在摩擦力 Fｆ＝μmg的作用下 ,依据牛顿定律分别对木块、平板列出动力学方程F ｆ＝μ mg＝ma1F ′ｆ＝-F ｆ＝ m′a2a1和 a2分别是木块和木板相对地面参照系的加快度．若以木板为参照系,木块相对平板的加快度 a ＝ a1＋ a2 ,木块相对平板以初速度- v ′作匀减速运动直至最后停止．由运动学规律有2- v′＝ 2as由上述各式可得木块有关于平板所挪动的距离为sm v 22 μg m m解 2 以木块和平板为系统 ,它们之间一对摩擦力作的总功为W ＝F ｆ(s ＋l ) -F ｆl＝μ mgs式中 l 为平板相对地面挪动的距离．因为系统在水平方向上不受外力,当木块放至平板上时,依据动量守恒定律,有m′v′＝ (m′＋ m) v″由系统的动能定理 ,有μmgs 1 m v 2 1 m m v 22 2由上述各式可得sm v 22 μg m m2 -10 如图 (a)所示 ,在一只半径为 R 的半球形碗内 ,有一粒质量为 m 的小钢球 ,当小球以角速度ω在水平面内沿碗内壁作匀速圆周运动时 ,它距碗底有多高？剖析保持钢球在水平面内作匀角速度转动时,一定使钢球遇到一与向心加快度相对应的力(向心力 ), 而该力是由碗内壁对球的支持力 F N的分力来供给的 ,因为支持力 F N一直垂直于碗内壁,所以支持力的大小和方向是随ω而变的．取图示 Oxy 坐标 ,列出动力学方程 ,即可求解钢球距碗底的高度．解取钢球为隔绝体 ,其受力剖析如图 (b) 所示．在图示坐标中列动力学方程F N sin θ ma n mRω2sin θ(1)F N cosθ mg (2)且有由上述各式可解得钢球距碗底的高度为R h cos θ(3)Rgh Rω2可见 ,h 随 ω的变化而变化．2 -11 火车转弯时需要较大的向心力,假如两条铁轨都在同一水平面内 (内轨、外轨等高 ),这个向心力只好由外轨供给 ,也就是说外轨会遇到车轮对它很大的向外侧压力 ,这是很危险的．所以 ,对应于火车的速率及转弯处的曲率半径,一定使外轨适合地超出内轨,称为外轨超高．现有一质量为m 的火车 ,以速率 v 沿半径为 R 的圆弧轨道转弯 ,已知路面倾角为 θ,试求： (1) 在此条件下 ,火车速率 v 0 为多大时 ,才能使车轮对铁轨内外轨的侧压力均为零？(2) 假如火车的速率 v ≠v 0 ,则车轮对铁轨的侧压力为多少？剖析如题所述 ,外轨超高的目的欲使火车转弯的所需向心力仅由轨道支持力的水平重量F N sin θ 提供 (式中 θ角为路面倾角 )．从而不会对内外轨产生挤压． 与其对应的是火车转弯时一定以规定的速率v 0行驶．当火车行驶速率 v ≠v 0 时,则会产生两种状况： 如下图 ,如 v ＞ v 0 时 ,外轨将会对车轮产生斜向 内的侧压力 F 1 ,以赔偿原向心力的不足,如 v ＜ v 0时 ,则内轨对车轮产生斜向外的侧压力F 2 ,以抵消剩余的向心力 ,不论哪一种状况火车都将对外轨或内轨产生挤压． 由此可知 ,铁路部门为何会在每个铁轨的转弯处规准时速 ,从而保证行车安全．解 (1) 以火车为研究对象 ,成立如下图坐标系．据剖析 ,由牛顿定律有F N sin θ mv 2(1)RF N cos θ mg 0(2)解 (1)(2) 两式可得火车转弯时规定速率为v 0gRtan θ(2) 当 v ＞ v 0 时 ,依据剖析有F N sin θ F 1cos θ m v2(3)RF N cos θ F 1sin θ mg 0(4)解 (3)(4) 两式 ,可得外轨侧压力为F 1 m v 2cos θ gsin θR当 v ＜ v 0 时,依据剖析有2F N sin θ F 2cos θ mv(5)RF N cos θ F 2sin θ mg(6)解 (5)(6) 两式 ,可得内轨侧压力为F 2 m gsin θ v 2cos θR2 -12 一杂技演员在圆筒形建筑物内表演飞车走壁．设演员和摩托车的总质量为 m,圆筒半径为 R,演员骑摩托车在直壁上以速率 v 作匀速圆周螺旋运动 ,每绕一周上涨距离为 h,如下图．求壁对演员和摩托车的作使劲．剖析 杂技演员 (连同摩托车 )的运动能够当作一个水平面内的匀速率圆周运动和一个竖直向上匀速直线运动的叠加．其旋转一周所形成的旋线轨迹睁开后,相当于如图 (b)所示的斜面． 把演员的运动速度分解为图示的 v 1 和 v 2 两个重量 ,明显 v 1是竖直向上作匀速直线运动的分速度 ,而 v 2则是绕圆筒壁作水平圆周运动的分速度,此中向心力由筒壁对演员的支持力F N 的水平重量 F N2 供给 ,而竖直重量 F N1则与重力相均衡．如图 (c) 所示 ,此中 φ角为摩托车与筒壁所夹角．运用牛顿定律即可求得筒壁支持力 的大小和方向解 设杂技演员连同摩托车整体为研究对象 ,据 (b)(c)两图应有FN1mg 0(1) F N 2m v 2(2)Rv 2vcos θ v2πR(3)R 2 h 22πF NF N 21 F N 2 2(4)以式 (3) 代入式 (2),得22 22 2m4π R v4π RmF N 222222v2(5)RhR 4πRh 4π将式 (1) 和式 (5)代入式 (4),可求出圆筒壁对杂技演员的作使劲( 即支承力 )大小为2222224πRF NFN1F N 2 m g2 2 v2h4πR与壁的夹角 φ为FN 222arctan4πRv2arctan2 2FN 14πRh g议论 表演飞车走壁时 , 演员一定控制好运动速度,行车路线以及摩托车的方向 ,以保证三者之间知足解题用到的各个力学规律．2 -13 一质点沿 x 轴运动 ,其受力如下图 ,设 t ＝ 0 时 ,v 0＝ 5m ·ｓ-1,x 0＝ 2 m, 质点质量 m ＝ 1kg, 试求该 质点 7ｓ末的速度和地点坐标．剖析 第一应由题图求得两个时间段的 F(t)函数 ,从而求得相应的加快度函数,运用积分方法求解题目所问 ,积分时应注意积分上下限的取值应与两时间段相应的时辰相对应． 解 由题图得F t2t, 0 t 5s 35 5t,5s t 7s由牛顿定律可得两时间段质点的加快度分别为a 2t , 0 t 5sa 35 5t , 5s t 7s对 0 ＜ t ＜ 5ｓ 时间段 ,由 adv 得dtvd tv 0 adtv积分后得 v 5 t 2再由 vdx 得dtxt dxvdtx 0积分后得 x 2 5t1 t 33将 t ＝ 5ｓ 代入 ,得 v 5＝ 30 m ·ｓ-1 和 x 5 ＝ 68.7 m 对 5ｓ＜ t ＜7ｓ 时间段 ,用相同方法有vtdva 2dtv 0 5 s得v 35t2xt再由dx vdtx5 5 s得x ＝23 -82.5t ＋将 t ＝7ｓ代入分别得 v 7＝ 40 m ·ｓ -1 和 x 7 ＝ 142 m2 -14 一质量为 10 kg 的质点在力 F 的作用下沿 x 轴作直线运动 ,已知 F ＝120t ＋ 40,式中 F 的单位为 N, t 的单位的ｓ．在 t ＝ 0 时 ,质点位于 x ＝5.0 m 处 ,其速度 v 0 ＝6.0 m ·ｓ-1 ．求质点在随意时辰的速度和地点．剖析 这是在变力作用下的动力学识题． 因为力是时间的函数 ,而加快度 a ＝ dv/dt,这时 ,动力学方程就成为速度对时间的一阶微分方程 ,解此微分方程可得质点的速度v (t)；由速度的定义 v ＝dx /d t,用积分的方法可求出质点的地点．解 因加快度 a ＝ dv/dt,在直线运动中 ,依据牛顿运动定律有120t40m dvdt依照质点运动的初始条件 ,即t 0 ＝ 0 时 v 0 ＝ 6.0 m ｓ·-1 ,运用分别变量法对上式积分,得vt4.0 dtdv 0 vv ＝2又因 v ＝ dx /dt,并由质点运动的初始条件： t 0 ＝ 0 时 x 0 ＝ 5.0 m,对上式分别变量后积分 ,有xt6.0t 2dtdxx 0x ＝2 +2.0 t 32 -15 轻型飞机连同驾驶员总质量为10×3 kg ．飞机以 55.0 m ｓ·-1 的速率在水平跑道上着陆后,驾驶员开始制动 ,若阻力与时间成正比 ,比率系数 α＝ 5.0 ×102 N ·ｓ -1,空气对飞机升力不计 ,求： (1) 10 ｓ后飞机的速率； (2) 飞机着陆后 10ｓ内滑行的距离．剖析 飞机连同驾驶员在水平跑道上运动可视为质点作直线运动． 其水平方向所受制动力 F 为变力 ,且是时间的函数．在求速率和距离时,可依据动力学方程和运动学规律,采纳分别变量法求解．解 以地面飞机滑行方向为坐标正方向,由牛顿运动定律及初始条件,有 Fma mdvαtαt dtdtvdt vmv 0得v v 0α t 22m所以 ,飞机着陆 10ｓ后的速率为v ＝ 30 m ｓ· -1xt α t 2 dt又dxv 0x02m故飞机着陆后 10ｓ内所滑行的距离s x x 0 v 0tα t 3 467 m6m2 -16 质量为 m 的跳水运动员 ,从 10.0 m 高台上由静止跳下落入水中．高台距水面距离为 h ．把跳水运动员视为质点 ,并略去空气阻力．运动员入水后垂直下沉,水对其阻力为 bv 2 ,此中 b 为一常量．若以水面上一点为坐标原点O,竖直向下为Oy轴,求： (1)运动员在水中的速率v 与 y的函数关系；(2) 如 b/m＝-1 , 跳水运动员在水中下沉多少距离才能使其速率v 减少到落水速率v 0的1 /10？(假设跳水运动员在水中的浮力与所受的重力大小恰巧相等)剖析该题能够分为两个过程,入水前是自由落体运动,入水后 ,物体受重力 P、浮力 F 和水的阻力 F ｆ的作用 ,其协力是一变力 ,所以 ,物体作变加快运动．固然物体的受力剖析比较简单 ,可是 ,因为变力是速度的函数(在有些问题中变力是时间、地点的函数 ),对这种问题列出动力学方程其实不复杂 ,但要从它计算出物体运动的地点和速度就比较困难了．往常需要采纳积分的方法去解所列出的微分方程．这也成认识题过程中的难点．在解方程的过程中 ,特别需要注意到积分变量的一致和初始条件确实定．解 (1) 运动员入水前可视为自由落体运动,故入水时的速度为v02gh运动员入水后,由牛顿定律得P -F ｆ-F ＝ma由题意 P ＝ F、 F ｆ＝ bv2 ,而a ＝ dv /dt ＝ v (d v /dy),代入上式后得-bv2＝ mv (d v /dy)考虑到初始条件 y0＝0 时 , v0 2gh ,对上式积分,有mv dvtdy0b v0 vv v0e by / m 2ghe by / m(2) 将已知条件 b/m ＝ 0.4 m -1 ,v ＝0 代入上式 ,则得y m ln v 5.76 mb v0*2 -17 直升飞机的螺旋桨由两个对称的叶片构成．每一叶片的质量m＝ 136 kg,长 l ＝ 3.66 m．求当它的转速 n＝ 320 r/min 时 ,两个叶片根部的张力．(设叶片是宽度必定、厚度平均的薄片)剖析 螺旋桨旋转时 ,叶片上各点的加快度不一样,在其各部分双侧的张力也不一样；因为叶片的质量是连续散布的 ,在求叶片根部的张力时 ,可选用叶片上一小段 ,剖析其受力 ,列出动力学方程 ,而后采纳积分的方法求解．解 设叶片根部为原点 O,沿叶片背叛原点 O 的方向为正向 ,距原点 O 为 r 处的长为 dr 一小段叶片 ,其 双侧对它的拉力分别为 F Ｔ(r) 与 F Ｔ (r ＋ dr )．叶片转动时 ,该小段叶片作圆周运动 ,由牛顿定律有dF T F T rF T r drmω2 rdrl因为 r ＝l 时外侧 F Ｔ ＝ 0,所以有t dF Tlm ω2F T rl r drrF T m ω2 2r 22πmn 22r 2rll2ll上式中取 r ＝0,即得叶片根部的张力F Ｔ 0 ＝10×5 N负号表示张力方向与坐标方向相反．2 -18 一质量为 m 的小球最先位于如图 (a)所示的 A 点 ,而后沿半径为 r 的圆滑圆轨道 ADCB 下滑．试求小球抵达点 C 时的角速度和对圆轨道的作使劲．剖析 该题可由牛顿第二定律求解． 在取自然坐标的状况下 ,沿圆弧方向的加快度就是切向加快度a ,ｔ与其相对应的外力 F 是重力的切向重量 mgsin α,而与法向加快度 a n 相对应的外力是支持力 F N 和重力ｔ的法向重量 mgcos α．由此 ,可分别列出切向和法向的动力学方程F ＝ mdv/dt 和F n ＝ma n ．因为小球在ｔ滑动过程中加快度不是恒定的 ,所以 ,需应用积分求解 ,为使运算简易 ,可变换积分变量． 倡该题也能应用以小球、圆弧与地球为系统的机械能守恒定律求解小球的速度和角速度 ,方法比较简易．但它不可以直接给出小球与圆弧表面之间的作使劲．解 小球在运动过程中遇到重力 P 和圆轨道对它的支持力 F N ．取图 (b) 所示的自然坐标系,由牛顿定律得F tmgsin α mdv(1)dtF n F Nmgcos α mmv 2(2)R由 vdsr α r α运动到点 C 的始末条件 ,进行积分 ,有d ,得 dtd ,代入式 (1),并依据小球从点 Adtdtvvαv 0d90org sin αd αv v得v2rgcos α则小球在点 C 的角速度为ωv2 cos α/rr g由式 (2)得F Nm mv 2 mgcos α 3mgcos αr由此可得小球对圆轨道的作使劲为F NF N 3mgcos α负号表示 F ′N 与 e n 反向．2 -19 圆滑的水平桌面上搁置一半径为 R 的固定圆环 ,物体紧贴环的内侧作圆周运动 ,其摩擦因数为μ,开始时物体的速率为 v 0 ,求： (1) t 时辰物体的速率； (2) 当物体速率从 v 0减少到 12 v 0时 ,物体所经历的时间及经过的行程．剖析运动学与动力学之间的联系是以加快度为桥梁的,因此 ,可先剖析动力学识题．物体在作圆周运动的过程中,促进其运动状态发生变化的是圆环内侧对物体的支持力 F N和环与物体之间的摩擦力 F ｆ,而摩擦力大小与正压力 F N′成正比 ,且F N与F N′又是作使劲与反作使劲 ,这样 ,便可经过它们把切向和法向两个加快度联系起来了 ,从而可用运动学的积分关系式求解速率和行程．解 (1) 设物体质量为 m,取图中所示的自然坐标 ,按牛顿定律 ,有mv2F N ma nRdvF f ma tdt由剖析中可知,摩擦力的大小 Fｆ＝μF ,由上述各式可得N2μv dvR dt取初始条件 t ＝0 时 v ＝v 0 ,并对上式进行积分,有t R v dvdt20 μ v0 vv Rv0R v0μt(2)当物体的速率从 v 0减少到 1/2v 0时 ,由上式可得所需的时间为tRμv0物体在这段时间内所经过的行程t stRv0dt vdtv0μt0 RsRln 2μ2 -20 质量为 45.0 kg 的物体 ,由地面以初速 60.0 m·ｓ-1 竖直向上发射 ,物体遇到空气的阻力为 F r＝kv, 且 k ＝ 0.03 N/( m-1最大高度为多少？ｓ· )． (1) 求物体发射到最大高度所需的时间．(2)剖析物体在发射过程中 ,同时遇到重力和空气阻力的作用,其协力是速率v 的一次函数 ,动力学方程是速率的一阶微分方程,求解时 ,只需采纳分别变量的数学方法即可．可是,在求解高度时 ,则一定将时间变量经过速度定义式变换为地点变量后求解 ,并注意到物体上涨至最大高度时 ,速率应为零．解 (1) 物体在空中受重力 mg 和空气阻力 F r ＝ kv 作用而减速．由牛顿定律得mg k mdv(1)vdt依据始末条件对上式积分,有t vddtmvvv 0mg kvtmln 1 kv 06.11 skmgdv dv(2) 利用v 的关系代入式 (1),可得dtdydvmg kv mv分别变量后积分y 0dyv 0mvdvmgkv故m mg ln 1kv 0 v 0183 mykmgkv 0 和 y 2议论 如不考虑空气阻力 ,则物体向上作匀减速运动．由公式tv 0 分别算得 t ≈ｓ和g2gy ≈184 m,均比实质值略大一些．2 -21 一物体自地球表面以速率 v 0 竖直上抛．假设空气对物体阻力的值为F r ＝ kmv 2 ,此中 m 为物体的质量 ,k 为常量．试求： (1) 该物体能上涨的高度； (2)物体返回地面时速度的值． (设重力加快度为常量． )剖析因为空气对物体的阻力一直与物体运动的方向相反 ,所以 ,物体在上抛过程中所受重力 P 和阻力 F r 的方向相同；而下落过程中 ,所受重力 P 和阻力 Fr 的方向则相反．又因阻力是变力 ,在解动力学方程时 ,需用积分的方法．解 分别对物体上抛、 下落时作受力剖析 ,以地面为原点 ,竖直向上为 y 轴 (如下图 ) ．(1) 物体在上抛过程中 ,依据牛顿定律有mg km 2 m dv m vdvv dt dy 依照初始条件对上式积分,有y 0 v ddy v2v0 g kvy 1ln g kv 2 2k g kv02物体抵达最高处时, v ＝ 0,故有hymax 1 ln g kv 022k g (2)物体下落过程中 ,有2vdvmg kmv m对上式积分 ,有ydy 0vdv0 v0 g k2vkv 2 1/ 2v则v0 1g2 -22 质量为 m 的摩托车 ,在恒定的牵引力 F 的作用下工作 ,它所受的阻力与其速率的平方成正比,它能达到的最大速率是 v m．试计算从静止加快到mv /2所需的时间以及所走过的行程．剖析该题依旧是运用动力学方程求解变力作用下的速度和地点的问题,求解方法与前两题相像,只是在解题过程中一定想法求出阻力系数k．因为阻力 Fr ＝ kv2 ,且 F r又与恒力 F 的方向相反；故当阻力随速度增加至与恒力大小相等时,加快度为零 ,此时速度达到最大．所以,依据速度最大值可求出阻力系数来．但在求摩托车所走行程时,需对变量作变换．解设摩托车沿 x 轴正方向运动 ,在牵引力 F 和阻力 F r同时作用下 ,由牛顿定律有F k 2 m dv(1)v dt当加快度 a ＝ dv/dt ＝ 0 时,摩托车的速率最大,所以可得k＝F/v m2 (2) 由式 (1) 和式 (2)可得依据始末条件对式(3)积分 ,有t mdtFF 1 v 2 m dv (3)v m2 dt1v m v2 12 dv1 2v m则tmv m ln3 dvmvdv 2F(3)积分 ,有又因式 (3) 中 m,再利用始末条件对式dtdxxmdxF 1v m v212 dv0 12v m则xmv m2ln40.144 mv m 22F3F*2 -23 飞机下降时 ,以 v 0 的水平速度下落伍自由滑行,滑行时期飞机遇到的空气阻力 F 1＝ -k 1 v 2, 升力F 2＝ k 2 v 2, 此中 v 为飞机的滑行速度 ,两个系数之比 k 1/ k 2 称为飞机的升阻比．实验表示,物体在流体中运动时 ,所受阻力与速度的关系与多种要素有关 ,如速度大小、流体性质、物体形状等．在速度较小或流体密度较小时有 F ∝ v,而在速度较大或流体密度较大的有 F ∝ v 2 ,需要精准计算时则应由实验测定．此题中因为飞机速率较大,故取 F ∝v 2 作为计算依照．设飞机与跑道间的滑动摩擦因数为μ,试求飞机从触地到静止所滑行的距离．以上计算实质上已成为飞机跑道长度设计的依照之一．剖析 如下图 ,飞机触地后滑行时期遇到 5 个力作用 ,此中 F 1 为空气阻力 , F 2 为空气升力 , F 3 为跑道作用于飞机的摩擦力 , 很明显飞机是在合外力为变力的状况下作减速运动 ,列出牛顿第二定律方程 后 ,用运动学第二类问题的有关规律解题．因为作用于飞机的合外力为速度 v 的函数 ,所求的又是飞机 滑行距离 x,所以比较简易方法是直接对牛顿第二定律方程中的积分变量dt 进行代换 ,将 dt 用dx取代 ,获得一个有关 v 和 x 的微分方程 ,分别变量后再作积分．v解 取飞机滑行方向为 x 的正方向 ,着陆点为坐标原点,如下图 ,依据牛顿第二定律有F N k 1v 2m dv(1)k 2v 2dtF Nmg 0(2)将式 (2)代入式 (1),并整理得μmg k μkv 2m dvm dv12dt v dx分别变量并积分 ,有vm dvv2dxμmgk 1 μk 2v 0v得飞机滑行距离xm ln μmg k 1 μk 2 v 2(3)2 k 1 μk 2 μmg考虑飞机着陆瞬时有 F N ＝ 0 和v ＝ v 0 ,应有 k 2v 02＝ mg,将其代入 (3)式 ,可得飞机滑行距离 x 的另一表达。
《大学物理》复习题及答案
《大学物理》复习题及答案《大学物理》复习题及答案一：填空题1: 水平转台可绕通过中心的竖直轴匀速转动.角速度为?,台上放一质量为m的物体，它与平台之间的摩擦系数为?，m在距轴Ｒ处不滑动，则?满足的条件是??; 2: 质量为m的物体沿x轴正方向运动，在坐标x处的速度大小为kx，则此时物体所受力的大小为F?。
3: 质点在xoy平面内运动，任意时刻的位置矢量为r?3sin?ti?4cos?tj，其中?是正常数。
速度v?，速率v?，运动轨迹方程;物体从x?x1运动到x?x2所需的时间为4: 在合外力F?3?4x(式中F以牛顿，x以米计)的作用下，质量为6kg的物体沿x 轴运动。
如果t?0时物体的状态为，速度为x0?0,v0?0,那么物体运动了3米时，其加速度为。
2５：一质点沿半径为米的圆周运动，其转动方程为??2?t。
质点在第1s 末的速度为，切向加速度为6: 一质量为m?2kg的质点在力F?4ti?(2?3t)j(N)作用下以速度v0?1j(m?s?1)运动，若此力作用在质点上的时间为2s，则此力在这2s内的冲量I?在第2s末的动量P? ;质点7：一小艇原以速度v0行驶，在某时刻关闭发动机，其加速度大小与速率v成正比，但方向相反，即a??kv,k为正常数，则小艇从关闭发动机到静止这段时间内，它所经过的路程?s?，在这段时间内其速率v与时间t的关系为v? 8：两个半径分别为R1和R2的导体球，带电量都为Q,相距很远，今用一细长导线将它们相连，则两球上的带电量Q1?则球心O处的电势UO?,Q2?9:有一内外半径分别为R及2R金属球壳，在距离球心O为R处放一电量为q的点电荷，2.在离球心O为3R处的电场强度大小为E?,电势U? 2210: 空间某一区域的电势分布为U?Ax?By，其中A,B为常数，则场强分布为Ex?为，Ey? ；电势11: 两点电荷等量同号相距为a，电量为q，两电荷连线中点o处场强为；将电量为?q0的点电荷连线中点移到无穷远处电场力做功为12: 在空间有三根同样的长直导线，相互间距相等，各通以同强度同方向的电流，设除了磁相互作用外，其他影响可忽略，则三根导线将13: 一半径为R的圆中通有电流I，则圆心处的磁感应强度为第1页。
大学物理期末复习题(内含答案)
第1章 质点运动学1 下面各种判断中, 错误的是A. 质点作直线运动时, 加速度的方向和运动方向总是一致的B.质点作匀速率圆周运动时, 加速度的方向总是指向圆心C . 质点作斜抛运动时, 加速度的方向恒定D . 质点作曲线运动时, 加速度的方向总是指向曲线凹的一边[ ]答案：A难易程度：中答案解析：无题型：单选题2. 质点作圆周运动时，下列说表述中正确的是（ ）A. 速度方向一定指向切向，加速度方向一定指向圆心B. 速度方向一定指向切向，加速度方向也一般指向切向C. 由于法向分速度为零，所以法向加速度也一定为零D. 切向加速度仅由速率的变化引起答案：D难易程度：中答案解析：无题型：单选题3 有两个各自作匀变速运动的物体, 在相同的时间间隔内所发生的位移大小应有A. 加速度大的位移大B. 路程长的位移大C.平均速率大的位移大D. 平均速度大的位移大[ ]答案：D难易程度：中答案解析：无题型：单选题4 质点作曲线运动, r 表示位置矢量的大小, s 表示路程, a 表示加速度大小, 则下列各式中正确的是 A. a t =d d v B. v =t r d d C. v =t s d d D. a t=d d v [ ] 答案：C难易程度：中答案解析：无题型：单选题5. 关于加速度的物理意义, 下列说法正确的是A. 加速度是描述物体运动快慢的物理量B. 加速度是描述物体位移变化率的物理量C. 加速度是描述物体速度变化的物理量D. 加速度是描述物体速度变化率的物理量 [ ]答案：D难易程度：中答案解析：无题型：单选题5 作匀变速圆周运动的物体A.法向加速度大小不变B. 切向加速度大小不变C. 总加速度大小不变D. 以上说法都不对[ ]答案：B难易程度：中答案解析：无题型：单选题7 作圆周运动的物体A. 加速度的方向必指向圆心B.切向加速度必定等于零C. 法向加速度必定等于零D.总加速度必定不总等于零[ ]答案：D难易程度：中答案解析：无题型：单选题8 一质点在平面上运动, 已知质点位置矢量的表示式为j t b i t a r22+=(其中a 、b 为常量) , 则该质点作A. 匀速直线运动B. 变速直线运动C. 抛物曲线运动D.一般曲线运动[ ]答案：B难易程度：中答案解析：无题型：单选题9 一质点在xOy 平面内运动, 其运动方程为Rt t R x ωω+=sin , R t R y +=ωcos ,式中R 、ω均为常数．当y 达到最大值时该质点的速度为A ．0,0==y x v v B. 0,2==y x R v v ωC . ωR y x −==v v ,0 D. ωωR R y x −==v v ,2[ ]答案：B难易程度：难答案解析：无题型：单选题10某物体的运动规律为t k t2d d v v −=, 式中k 为常数．当t = 0时，初速度为0v ．则速度v 与时间t 的函数关系是 A. 0221v v +=t k B. 0221v v +−=t k C. 02121v v +=t k D. 02121v v +−=t k [ ] 答案：C难易程度：难答案解析：无题型：单选题11 某质点作直线运动的运动学方程为x ＝3t -5t 3 + 6 (SI)，则该质点作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． ( )答案：D难易程度：中答案解析：无题型：单选题12 物体不能出现下述哪种情况?A.运动中, 瞬时速率和平均速率恒相等B. 运动中, 加速度不变, 速度时刻变化C. 曲线运动中, 加速度越来越大, 曲率半径总不变D. 曲线运动中, 加速度不变, 速率也不变[ ]答案：D难易程度：中答案解析：无题型：单选题13.下列说法中，哪一个是正确的？A. 一质点在某时刻的瞬时速度是2 m/s ，说明它在此后1 s 内一定要经过2 m 的路程．B. 斜向上抛的物体，在最高点处的速度最小，加速度最大．C. 物体作曲线运动时，有可能在某时刻的法向加速度为零．D.物体加速度越大，则速度越大． ［ ］答案：C难易程度：中答案解析：无题型：单选题第2章牛顿运动定律一、选择题1．牛顿第一定律告诉我们A 物体受力后才能运动B 物体不受力也能保持本身的运动状态C 物体的运动状态不变, 则一定不受力D 物体的运动方向必定和受力方向一致[ ]答案：B难易程度：中答案解析：无题型：单选题2. 下列说法中正确的是A. 运动的物体有惯性, 静止的物体没有惯性B. 物体不受外力作用时, 必定静止C. 物体作圆周运动时, 合外力不可能是恒量D. 牛顿运动定律只适用于低速、微观物体[ ] 答案：C难易程度：中答案解析：无题型：单选题3. 下列诸说法中, 正确的是A.物体的运动速度等于零时, 合外力一定等于零B. 物体的速度愈大, 则所受合外力也愈大C.物体所受合外力的方向必定与物体运动速度方向一致D.以上三种说法都不对[ ]答案：D难易程度：中答案解析：无题型：单选题4. 一个物体受到几个力的作用, 则A. 运动状态一定改变B. 运动速率一定改变C.必定产生加速度D. 必定对另一些物体产生力的作用[ ]答案：D难易程度：中答案解析：无题型：单选题5. 对一运动质点施加以恒力, 质点的运动会发生什么变化?A.质点沿着力的方向运动B.质点仍表现出惯性C.质点的速率变得越来越大D. 质点的速度将不会发生变化[ ]答案：B难易程度：中答案解析：无题型：单选题6. 一物体作匀速率曲线运动, 则A. 其所受合外力一定总为零B.其加速度一定总为零C.其法向加速度一定总为零D.其切向加速度一定总为零[ ]答案：D难易程度：中答案解析：无题型：单选题7. 一炮弹由于特殊原因在飞行中突然炸成两块, 其中一块作自由下落, 则另一块着地点A. 比原来更远B. 比原来更近C. 仍和原来一样D.条件不足不能判定[ ]答案：A难易程度：中答案解析：无题型：单选题8用水平力F N把一个物体压着靠在粗糙的竖直墙面上保持静止．当F N逐渐增大时,物体所受的静摩擦力F f的大小( )A.不为零,但保持不变B．随F N成正比地增大C ． 开始随F N 增大,达到某一最大值后,就保持不变D ． 无法确定答案：A难易程度：中答案解析：无题型：单选题 9. 一物体沿固定圆弧形光滑轨道由静止下滑,在下滑过程中,则( )A. 它的加速度方向永远指向圆心,其速率保持不变B.它受到的轨道的作用力的大小不断增加C. 它受到的合外力大小变化,方向永远指向圆心D.它受到的合外力大小不变,其速率不断增加答案：B难易程度：中答案解析：无题型：单选题第4章 振动与波动一、选择题1. 已知四个质点在x 轴上运动, 某时刻质点位移x 与其所受合外力F 的关系分别由下列四式表示(式中a 、b 为正常数)．其中不能使质点作简谐振动的力是[ ]A. abx F =B. abx F −=C. b ax F +−=D. a bx F /−=答案：A难易程度：中答案解析：无题型：单选题2. 在下列所述的各种物体运动中, 可视为简谐振动的是[ ]A. 将木块投入水中, 完全浸没并潜入一定深度, 然后释放B. 将弹簧振子置于光滑斜面上, 让其振动C. 从光滑的半圆弧槽的边缘释放一个小滑块D. 拍皮球时球的运动答案：B难易程度：中答案解析：无题型：单选题3. 在简谐振动的运动方程中，振动相位)(ϕω+t 的物理意义是[ ]A.表征了简谐振子t 时刻所在的位置B. 表征了简谐振子t 时刻的振动状态C. 给出了简谐振子t 时刻加速度的方向D. 给出了简谐振子t 时刻所受回复力的方向答案：B难易程度：中答案解析：无题型：单选题4. 一质点作简谐振动, 振动方程为)cos(ϕω+=t A x ． 则在2T t =(T 为振动周期) 时, 质点的速度为[ ]A.ϕωsin A −B.ϕωsin AC. ϕωcos A −D.ϕωcos A答案：B难易程度：中答案解析：无题型：单选题5. 一质点以周期T 作简谐振动, 则质点由平衡位置正向运动到最大位移一半处的最短时间为[ ] A.6T B. 8T C. 12T D. T 127 答案：C难易程度：中答案解析：无题型：单选题6. 某物体按余弦函数规律作简谐振动, 它的初相位为2π3, 则该物体振动的初始状态为[ ]A. x 0 = 0 , v 0 > 0B. x 0 = 0 , v 0＜0C. x 0 = 0 , v 0 = 0D. x 0 = −A , v 0 = 0答案：A难易程度：中答案解析：无题型：单选题7. 一作简谐运动质点的振动方程为π)21π2cos(5+=t x , 它从计时开始, 在运动一个周期后[ ]A. 相位为零B. 速度为零C. 加速度为零D. 振动能量为零答案：C难易程度：中答案解析：无题型：单选题8. 当一质点作简谐振动时, 它的动能和势能随时间作周期变化．如果ν是质点振动的频率, 则其动能变化的频率为[ ]A.ν4B.ν2C. νD.2ν 答案：B难易程度：中答案解析：无题型：单选题9. 两个同方向、同频率、等振幅的谐振动合成, 如果其合成振动的振幅仍不变, 则此二分振动的相位差为[ ] A.2π B.3π2 C. 4π D. π 答案：B难易程度：中答案解析：无题型：单选题10. 谐振子作简谐振动时, 速度和加速度的方向[ ]A. 始终相同B. 始终相反C. 在某两个41周期内相同, 另外两个41周期内相反 D.在某两个21周期内相同, 另外两个21周期内相反 答案：C难易程度：中答案解析：无题型：单选题11. 关于振动和波, 下面几句叙述中正确的是[ ]A.有机械振动就一定有机械波B.机械波的频率与波源的振动频率相同C.机械波的波速与波源的振动速度相同D.机械波的波速与波源的振动速度总是不相等的答案：B难易程度：中答案解析：无题型：单选题12. 按照定义，振动状态在一个周期内传播的距离就是波长．下列计算波长的方法中错误的是[ ]A. 用波速除以波的频率B. 用振动状态传播过的距离除以这段距离内的波数C.测量相邻两个波峰的距离D.测量波线上相邻两个静止质点的距离答案：D难易程度：中答案解析：无题型：单选题13. 当x 为某一定值时, 波动方程)π(2cos λx T t A x −=所反映的物理意义是[ ] A. 表示出某时刻的波形B. 说明能量的传播C. 表示出x 处质点的振动规律D. 表示出各质点振动状态的分布答案：C难易程度：中答案解析：无题型：单选题14. 下列方程和文字所描述的运动中，哪一种运动是简谐振动? [ ]A.x A t =1cos ωB.x A t A t =+123cos cos ωωC.d d 2222x tx =−ω D.两个同方向、频率相近的谐振动的合成答案：A难易程度：中答案解析：无题型：单选题15. 下列函数f ( x , t )可以用来表示弹性介质的一维波动, 其中a 和b 是正常数．则下列函数中, 表示沿x 轴负方向传播的行波是[ ]A. )sin(),(bt ax A t x f +=B. )sin(),(bt ax A t x f −=C. )cos()cos(),(bt ax A t x f =D.)sin()sin(),(bt ax A t x f =答案：A难易程度：中答案解析：无题型：单选题16. 已知一波源位于x = 5 m 处, 其振动方程为: )cos(ϕω+=t A y (m)．当这波源产生的平面简谐波以波速u 沿x 轴正向传播时, 其波动方程为[ ] A.)(cos ux t A y −=ω B. ])(cos[ϕω+−=ux t A y C.])5(cos[ϕω++−=ux t A y D.])5(cos[ϕω+−−=u x t A y 答案：D难易程度：中答案解析：无题型：单选题17. 已知一平面余弦波的波动方程为)01.05.2π(cos 2x t y −=, 式中 x 、y 均以cm 计．则在同一波线上, 离x = 5 cm 最近、且与 x = 5 cm 处质元振动相位相反的点的坐标为[ ]A.7.5 cmB. 55 cmC.105 cmD. 205 cm答案：C难易程度：中 答案解析：无 题型：单选题18. 若一平面简谐波的波动方程为)cos(cx bt A y −=, 式中A 、b 、c 为正值恒量．则[ ] A. 波速为cB.周期为b 1 C. 波长为c π2D.角频率为bπ2答案：C难易程度：中 答案解析：无 题型：单选题19. 一平面简谐横波沿着Ox 轴传播．若在Ox 轴上的两点相距8λ（其中λ为波长）, 则在波的传播过程中, 这两点振动速度的[ ] A. 方向总是相同 B. 方向有时相同有时相反C.方向总是相反D. 大小总是不相等答案：B难易程度：中 答案解析：无 题型：单选题20. 一简谐波沿Ox 轴正方向传播，t ＝0时刻波形曲线如图所示，其周期为2 s ．则P 点处质点的振动速度v 与时间t 的关系曲线为 [ ]AωsD ωsω−ω−s图 波形图难易程度：中 答案解析：无 题型：单选题静电场2. 将某电荷Q 分成q 和(Q −q )两部分, 并使两部分离开一定距离, 则它们之间的库仑力为最大的条件是 [ ] (A) 2Q q = (B) 4Qq = (C) 8Qq =(D) 16Qq =答案：A难易程度：易 答案解析：无 题型：单选题5. 关于静电场, 下列说法中正确的是[ ] (A) 电场和检验电荷同时存在, 同时消失(B) 由qF E =知, 电场强度与检验电荷电荷量成反比(C) 电场的存在与否与检验电荷无关(D) 电场是检验电荷与源电荷共同产生的 答案：C难易程度：易 答案解析：无 题型：单选题8. 关于电场强度, 以下说法中正确的是[ ] (A) 电场中某点场强的方向, 就是将点电荷放在该点所受电场力的方向 (B) 在以点电荷为中心的球面上, 由该点电荷所产生的场强处处相同(C) 场强方向可由qFE =定出, 其中q 可正, 可负(D) 以上说法全不正确难易程度：易 答案解析：无 题型：单选题11. 在静电场中, 电场线为平行直线的区域内 [ ] (A) 电场相同, 电势不同(B) 电场不同, 电势相同(C) 电场不同, 电势不同(D) 电场相同, 电势相同 答案：A难易程度：易 答案解析：无 题型：单选题15、如图所示，一均匀带电球面, 面内电场强度处处为零, 则球面上的带电量为S d σ的电荷元在球面内产生的场强[ ] (A) 处处为零(B) 不一定为零(C) 一定不为零 (D) 是一常数答案：C难易程度：易 答案解析：无 题型：单选题18. 半径为R 的均匀带电球面, 若其面电荷密度为σ, 则在球面外距离球面R 处的电场强度大小为 [ ] (A)εσ(B)2εσ(C)04εσ(D)8εσ 答案：C难易程度：中 答案解析：无 题型：单选题24. 高斯定理0d ε∑⎰⎰=⋅isqS E, 说明静电场的性质是[ ] (A) 电场线是闭合曲线(B) 库仑力是保守力 (C) 静电场是有源场 (D) 静电场是保守场答案：C难易程度：易 答案解析：无 题型：单选题26. 电场中一高斯面S , 内有电荷q 1、q 2，S 面外有电荷q 3、q 4．关于高斯定理d ε∑⎰⎰=⋅isqS E , 正确的说法是[ ] (A) 积分号内E只是q 1、q 2共同激发的(B) 积分号内E是q 1、q 2、q 3、q 4共同激发的(C) 积分号内E只是q 3、q 4共同激发的(D) 以上说法都不对答案：B难易程度：中 答案解析：无 题型：单选题33. 将点电荷Q 从无限远处移到相距为2l 的点电荷＋和－q 的中点处, 则电势能的增加量为[ ] (A) 0(B)l q0π4ε(C) l Qq 0π4ε(D) lQq0π2ε答案：A难易程度：中 答案解析：无题型：单选题35. 下面关于某点电势正负的陈述中, 正确的是 [ ] (A) 电势的正负决定于试探电荷的正负(B) 电势的正负决定于移动试探电荷时外力对试探电荷做功的正负(C) 空间某点电势的正负是不确定的, 可正可负, 决定于电势零点的选取 (D) 电势的正负决定于带电体的正负答案：C难易程度：易 答案解析：无 题型：单选题37. 由定义式⎰∞⋅=RR l E Ud 可知[ ] (A) 对于有限带电体, 电势零点只能选在无穷远处(B) 若选无限远处为电势零点, 则电场中各点的电势均为正值 (C) 已知空间R 点的E , 就可用此式算出R 点的电势(D) 已知R →∞积分路径上的场强分布, 便可由此计算出R 点的电势答案：D难易程度：中 答案解析：无 题型：单选题 D41. 两个点电荷相距一定距离, 若这两个点电荷连线的中垂线上电势为零, 则这两个点电荷的带电情况为[ ] (A) 电荷量相等, 符号相同 (B) 电荷量相等, 符号不同(C) 电荷量不同, 符号相同 (D) 电荷量不等, 符号不同答案：B难易程度：易 答案解析：无 题型：单选题44. 如图5-1-45所示，等边三角形的三个顶点上分别放置着均为正的点电荷q 、2 q 、和3 q , 三角形的边长为a , 若将正电荷Q 从无穷远处移至三角形的中心点处, 所需做的功为[ ] (A) aQq0π44.3ε(B) aQq0π7.1ε (C) aQq0π6.2ε (D) aQq0π4.3ε 答案：C难易程度：难 答案解析：无 题型：单选题48. 关于电场强度和电势的关系, 下列说法中正确的是 [ ] (A) 电势不变的空间, 电场强度一定为零 (B) 电势不变的空间, 电场强度不为零 (C) 电势为零处, 电场强度一定为零 (D) 电场强度为零处, 电势一定为零 答案：A难易程度：易 答案解析：无 题型：单选题52. 带电－q 的粒子在带电＋q 的点电荷的静电力作用下在水平面内绕点电荷作半径为R 的匀速圆周运动. 如果带电粒子质量及点电荷的电量均增大一倍, 并使粒子的运动速率也增大一倍, 则粒子的运动半径将变为 [ ] (A) 4R(B)2R(C) 2R (D) 4R答案：A难易程度：中 答案解析：无 题型：单选题56. 边长为a 的正方体中心放置一电荷Q , 则通过任一个侧面S 的电通量⎰⎰⋅sS E d 为[ ] (A) 04εQ(B)6εQ(C)08 Q(D) 6Q答案：B难易程度：易 答案解析：无 题型：单选题第7章 恒定磁场一、选择题1. 磁场可以用下述哪一种说法来定义? (A) 只给电荷以作用力的物理量 (B) 只给运动电荷以作用力的物理量(C) 贮存有能量的空间(D) 能对运动电荷做功的物理量 答案：B难易程度：易 答案解析：无 题型：单选题2. 下列叙述中不能正确反映磁感应线性质的是 (A) 磁感应线是闭合曲线(B) 磁感应线上任一点的切线方向为运动电荷的受力方向 (C) 磁感应线与载流回路象环一样互相套连 (D) 磁感应线与电流的流向互相服从右手定则答案：B难易程度：中 答案解析：无 题型：单选题3. 一电荷放置在行驶的列车上, 相对于地面来说, 电荷产生电场和磁场的情况将是A) 只产生电场 (B) 只产生磁场 (C) 既产生电场, 又产生磁场(D) 既不产生电场, 又不产生磁场答案：C难易程度：中 答案解析：无 题型：单选题4. 通以稳恒电流的长直导线, 在其周围产生电场和磁场的情况将是 (A) 只产生电场 (B) 只产生磁场(C) 既产生电场, 又产生磁场(D) 既不产生电场, 又不产生磁场答案：C难易程度：中 答案解析：无 题型：单选题5. 磁场的高斯定理⎰⎰=⋅sS B 0d, 说明(A) 穿入闭合曲面的磁感应线的条数必然等于穿出的磁感应线的条数(B) 穿入闭合曲面的磁感应线的条数不等于穿出的磁感应线的条数 (C) 一根磁感应线可以终止在闭合曲面内 (D) 一根磁感应线不可能完全处于闭合曲面内答案：A难易程度：中 答案解析：无 题型：单选题 6. 下述情况中能用安培环路定律求磁感应强度的是 (A) 一段载流直导线 (B) 无限长直线电流(C) 一个环形电流(D) 任意形状的电流 答案：B难易程度：中 答案解析：无 题型：单选题7. 取一闭合积分回路L , 使三根载流导线穿过L 所围成的面，如图所示. 现改变三根导线之间的相互间隔, 但不越出积分回路, 则(A) 回路L 内的∑I 不变, L 上各点的B 不变(B) 回路L 内的∑I 不变, L 上各点的B 改变(C) 回路L 内的∑I 改变, L 上各点的B 不变(D) 回路L 内的∑I 改变, L 上各点的B 改变答案：B难易程度：中 答案解析：无 题型：单选题 8. 一无限长直圆柱体, 半径为R , 沿轴向均匀流有电流，如图所示．设圆柱体内(r ＜R )的磁感应强度大小为B 1, 圆柱体外( r ＞R )感应强度大小为B 2, 则有(A) B 1、B 2均与 r 成正比 (B) B 1、B 2均与 r 成反比(C) B 1与 r 成反比, B 2与 r 成正比2B •(D) B 1与r成正比, B 2与r成反比答案：D难易程度：中答案解析：无题型：单选题9. 运动电荷受洛伦兹力后, 其动能、动量的变化情况是(A) 动能守恒(B) 动量守恒(C) 动能、动量都守恒(D) 动能、动量都不守恒答案：A难易程度：中答案解析：无题型：单选题10. 如图所示，一个长直螺线管通有交流电, 把一个带负电的粒子沿螺线管的轴线射入管中, 粒子将在管中作(A) 圆周运动(B) 沿管轴来回运动(C) 螺旋线运动(D) 匀速直线运动答案：D难易程度：中答案解析：无题型：单选题11. 在均匀磁场中放置三个面积相等且通过相同电流的线圈: 一个是矩形, 一个是正方形, 另一个是三角形, 如图所示．下列叙述中正确的是(A) 正方形线圈受到的合磁力为零, 矩形线圈受到的合磁力最大(B) 三角形线圈受到的最大磁力矩为最小(C) 三线圈所受的合磁力和最大磁力矩均为零(D) 三线圈所受的最大磁力矩均相等答案：D难易程度：中答案解析：无B题型：单选题12. 两个电子同时由两电子枪射出, 它们的初速度与均匀磁场垂直, 速率分别为2v 和v , 经磁场偏转后(A) 第一个电子先回到出发点 (B) 第二个电子先回到出发点(C) 两个电子同时回到出发点 (D) 两个电子都不能回到出发点答案：C难易程度：中 答案解析：无 题型：单选题13. 电荷为(+q )的粒子以速度为v ＝0.01c 沿x 轴方向运动, 磁感应强度B的方向沿y轴．要使粒子不偏转需加一个什么样的电场? (A) E ＝B , 沿－y 方向 (B) E ＝B , 沿z 方向 (C) E ＝v B , 沿－z 方向 (D) E ＝v B , 沿z 方向答案：C难易程度：中 答案解析：无 题型：单选题14. 如图所示，在磁感应强度为B的均匀磁场中，有一圆形载流导线，a 、b 、c 是其上三个长度相等的电流元，则它们所受安培力大小的关系为(A) a F >b F >c F (B) a F <b F <c F (C) b F >c F >a F(D) a F >c F >b F 答案：C难易程度：中 答案解析：无 题型：单选题15. 若用条形磁铁竖直插入木质圆环, 则在环中是否产生感应电流和感应电动势的判断是(A) 产生感应电动势, 也产生感应电流 (B) 产生感应电动势, 不产生感应电流 (C) 不产生感应电动势, 也不产生感应电流(D) 不产生感应电动势, 产生感应电流 答案：B难易程度：中 答案解析：无 题型：单选题第八章 光学测验题1. 如右图所示，1S 、2S 是两个相干光源，他们到P 点的距离分别为 1r 和 2r 。
《大学物理》期末复习试卷及答案(二)
第4章 冲量和动量§4.2 质点系的动量定理一．选择题和填空题1. 如图所示．一斜面固定在卡车上，一物块置于该斜面上．在卡车沿水平方向加速起动的过程中，物块在斜面上无相对滑动. 此时斜面上摩擦力对物块的冲量的方向 (A) 是水平向前的． (B) 只可能沿斜面向上． (C) 只可能沿斜面向下．(D) 沿斜面向上或向下均有可能． ［ ］2. 如图所示，圆锥摆的摆球质量为m ，速率为v ，圆半径为R ，当摆球在轨道上运动半周时，摆球所受重力冲量的大小为(A) 2m v ． (B) 22)/()2(v v R mg m π+(C) v /Rmg π．(D) 0．［ ］3. 设作用在质量为1 kg 的物体上的力F ＝6t ＋3（SI ）．如果物体在这一力的作用下，由静0到2.0 s 的时间间隔内，这个力作用在物体上的冲量大小Ｉ＝__________________．二．计算题1. 矿砂从传送带A 落到另一传送带B （如图），其速度的大小v 1＝4 m/s ，速度方向与竖直方向成30︒角，而传送带B 与水平成15︒角，其速度的大小v 2＝2 m/s ．如果传送带的运送量恒定，设为m q ＝2000 kg/h ，求矿砂作用在传送带B 上的力的大小和方向．θmmvR30°15°B1v 2vA§4.3 质点系动量守恒定律一． 选择题和填空题在水平冰面上以一定速度向东行驶的炮车，向东南（斜向上）方向发射一炮弹，对于炮车和炮弹这一系统，在此过程中（忽略冰面摩擦力及空气阻力） (A) 总动量守恒． (B) 总动量在炮身前进的方向上的分量守恒，其它方向动量不守恒． (C) 总动量在水平面上任意方向的分量守恒，竖直方向分量不守恒．(D) 总动量在任何方向的分量均不守恒． ［ ］质量为1 kg 的球A 以5 m/s 的速率和另一静止的、质量也为1 kg 的球B 在光滑水平面上碰撞后球B 以2.5 m/s 的速率，沿与A 原先运动的方向成60°的方向运动，则球A 的速率为__________________________，方向为________________________________. 两块并排的木块Ａ和Ｂ，质量分别为m 1和m 2 ，静止地放置在光滑一子弹水平地穿过两木块，设子弹穿过两木块所用的时间分别为∆t 1 和∆t 2 ,木块对子弹的阻力为恒力F ，则子弹穿出后，木块A 的速度大小为_________________________________，木块B 的速度大小为______________________．二．计算题1. 质量为M 的木块在光滑的固定斜面上，由A 点从静止开始下滑，当经过路程l 运动到B 点时，木块被一颗水平飞来的子弹射中，子弹立即陷入木块内．设子弹的质量为m ，速度为v，求子弹射中木块后，子弹与木块的共同速度．质量为M ＝1.5 kg 的物体，用一根长为l ＝1.25 m 今有一质量为m ＝10 g 的子弹以v 0＝500 m/s 的水平速度射穿物体，刚穿出物体时子弹的速度大小v ＝30 m/s ，设穿透时间极短．求： (1) 子弹刚穿出时绳中张力的大小；(2) 子弹在穿透过程中所受的冲量．M 0v第5章 刚体力学基础 动量矩§5.2 力矩 刚体绕定轴转动微分方程量3. 两个匀质圆盘A 和B 的密度分别为A ρ和B ρ，若ρA ＞ρB ，但两圆盘的质量与厚度相同，如两盘对通过盘心垂直于盘面轴的转动惯量各为J A 和J B ，则 (A) J A ＞J B ． (B) J B ＞J A ．(C) J A ＝J B ． (D) J A 、J B 哪个大，不能确定． ［ ］4. 一个以恒定角加速度转动的圆盘，如果在某一时刻的角速度为ω1＝20πrad/s ，再转60转后角速度为ω2＝30π rad /s ，则角加速度β =_____________，转过上述60转所需的时间Δt ＝________________．5. 一飞轮作匀减速转动，在5 s 内角速度由40π rad ·s -1减到10π rad ·s -1，则飞轮在这5 s 内总共转过了________________圈，飞轮再经______________的时间才能停止转动．6. 一个作定轴转动的物体，对转轴的转动惯量为J ．正以角速度ω0＝10 rad ·s -1匀速转动．现对物体加一恒定制动力矩 M ＝－0.5 N ·m ，经过时间t ＝5.0 s 后， 物体停止了转动．物体的转动惯量J ＝__________．二．计算题§5.3 绕定轴转动刚体的动能 动能定理一．选择题和填空题1. 图(a)为一绳长为l 、质量为m 的单摆．图(b)为一长度为l 、质量为m 能绕水平固定轴O 自由转动的匀质细棒．现将单摆和细棒同时从与竖直线成θ 角度的位置由静止释放，若运动到竖直位置时，单摆、细棒角速度分别以ω 1、ω 2表示．则：(A) 2121ωω=． (B) ω 1 = ω 2．(C) 2132ωω=． (D) 213/2ωω=． ［ ］3.一人站在旋转平台的中央，两臂侧平举，整个系统以2π rad/s 的角速度旋转，转动惯量为 6.0 kg ·m 2．如果将双臂收回则系统的转动惯量变为2.0 kg ·m 2．此时系统的转动动能与原来的转动动能之比E k / E k 0为(A) 2． (B) 3．(C) 2． (D) 3． ［ ］(a)(b)二．计算题2.某人站在水平转台的中央，与转台一起以恒定的转速n 1转动，他的两手各拿一个质量为m 的砝码，砝码彼此相距l 1 (每一砝码离转轴21l 1),当此人将砝码拉近到距离为l 2时(每一砝码离转轴为21l 2)，整个系统转速变为n 2．求在此过程中人所作的功．(假定人在收臂过程中自身对轴的转动惯量的变化可以忽略)§5.4 动量矩和动量矩守恒定律的两端滑动．不考虑转轴的和空气的摩擦，当两球都滑至杆端时，杆的角速度为(A) 2ω 0． (B)ω 0．(C)21 ω 0． (D)041ω． ［ ］上述转动的飞轮啮合，绕同一转轴转动，该飞轮对轴的转动惯量为 前者的二倍．啮合后整个系统的角速度ω＝__________________．6. 有一半径为R 的匀质圆形水平转台，可绕通过盘心O 且垂直于盘面的竖直固定轴OO ＇转动，转动惯量为J ．台上有一人，质量为m ．当他站在离转轴r 处时(r ＜R )，转台和人一起以ω1的角速度转动，如图．若转轴处摩擦可以忽略，问当人走到转台边缘时，转台和人一起转动的角速度ω2＝__________________________．二．计算题1m21v 0v2. 在半径为R 的具有光滑竖直固定中心轴的水平圆盘上，有一人静止站立在距转轴为R 21处，人的质量是圆盘质量的1/10．开始时盘载人对地以角速度ω0匀速转动，现在此人垂直圆盘半径相对于盘以速率v 沿与盘转动相反方向作圆周运动，如图所示． 已知圆盘对中心轴的转动惯量为221MR ．求： (1) 圆盘对地的角速度． (2) 欲使圆盘对地静止，人应沿着R 21圆周对圆盘的速度v 的大小及方向？ω参考答案 第4章 冲量和动量§4.2质点系的动量定理一．选择题和填空题 1. (D) 2. (C)3. 18 N ·s二．计算题1. 解：设在某极短的时间t ∆内落在传送带B 上矿砂的质量为m ，即m=q m t ∆，这时矿砂动量的增量为（参看附图） 图1分12v v vm m m -=∆)( 1212221s m kg 98.375cos 2)(-⋅⋅∆=︒-+=∆t q m m m v v v v v2分设传送带作用在矿砂上的力为F，根据动量定理)(v m t F ∆=∆于是 N 2.213.98/)(==∆∆=m q t m F v2分方向：︒==︒∆2975θ,sin sin )(θm m 2v v 2分 由牛顿第三定律，矿砂作用在传送带B 上的（撞击）力与F大小相等方向相反，即等于2.21 N ，偏离竖直方向1︒，指向前下方． 1分第4章 冲量和动量§4.3质点系动量守恒定律一．选择题和填空题 1. (C)2. 4.33 m/s ；与A 原先运动方向成 -30° 3.二．计算题1. 解：这个问题有两个物理过程：第一过程为木块M 沿光滑的固定斜面下滑，到达B 点时速度的大小为θsin gl 21=v 1分方向：沿斜面向下第二个过程：子弹与木块作完全非弹性碰撞．在斜面方向上，内力的分量远远大于外力，动量近似守恒，以斜面向上为正，则有30︒15︒θ1vm )(vm ∆ 2v m211m m t F +∆22211m t F m m t F ∆∆++V v v )(cos M m M m +=-1θ 3分Mm gl M m +-=θθsin cos 2v V 1分2. 解：(1) 因穿透时间极短，故可认为物体未离开平衡位置．因此,作用于子弹、物体系统上的外力均在竖直方向，故系统在水平方向动量守恒．令子弹穿出时物体的水平速度为v '有 m v 0 = m v +M v 'v ' = m (v 0 - v )/M =3.13 m/s 2分 T =Mg+M v '2/l =26.5 N 2分(2) s N 7.40⋅-=-=∆v v m m t f (设0v方向为正方向) 2分负号表示冲量方向与0v方向相反． 2分第5章 刚体力学基础 动量矩 §5.2力矩 刚体绕定轴转动微分方程量一．选择题和填空题 1. (C) 2. (B) 3.（B)4. 6.54 rad / s 24.8 s5. 62.51.67ｓ6. 0.25 kg ·m 2二．计算题1. 解：(1) ∵ mg －T ＝ma 1分TR ＝J β 2分 a ＝R β 1分 ∴ β = mgR / (mR 2＋J )()R M m mgMR mR mgR +=+=222122 ＝81.7 rad/s 2 1分 方向垂直纸面向外． 1分(2) ∵ βθωω2202-= 当ω＝0 时， rad 612.0220==βωθ 物体上升的高度h = R θ = 6.12×10-2 m 2分(3)==βθω210.0 rad/s方向垂直纸面向外. 2分2. 解：(1) 0＝ω 0＋β tβ＝－ω 0 / t ＝－0.50 rad ·s -2 2分 (2) M r ＝ml 2β / 12＝－0.25 N ·m 2分a(3) θ10＝ω 0t ＋21β t 2＝75 rad 1分第5章 刚体力学基础 动量矩§5.3绕定轴转动刚体的动能 动能定理一．选择题和填空题 1. (D) 2. (A) 3.（D)4. 6π rad/s 237 J5. 角动量gl mM 334二．计算题1.解：选泥团和杆为系统，在打击过程中，系统所受外力对O 轴的合力矩为零，对定轴O 的角动量守恒，设刚打击后两者一起摆起的角速度为ω，则有 1分ωJ lm lm +=v v 21210 ① 2分其中 2/l ⋅=ωv ② 1分在泥团、杆上摆过程中，选杆、泥团、地球为系统，有机械能守恒．当杆摆到最大角度θ 时有()()222121cos 121ωθJ m l g m M +=-+v ③ 3分联立解以上三式可得()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡++-=-gl M m m M m 4331cos 221v θ 3分2.解：(1) 将转台、砝码、人看作一个系统，过程中人作的功W 等于系统动能之增量： W ＝∆E k ＝212210222204)21(214)21(21n ml J n ml J π+-π+2 4分 这里的J 0是没有砝码时系统的转动惯量．(2) 过程中无外力矩作用，系统的动量矩守恒：2π(J 0＋2121ml ) n 1 = 2π (J 0＋2221ml ) n 2 ∴ ()()1222212102n n n l n l m J --= 4分(3) 将J 0代入W 式，得 ()2221212l l n mn W -π= 2分§5.4动量矩和动量矩守恒定律一．选择题和填空题1. (C)2. (B)3.（C)4.（D)5.031ω 6. ()212mR J mr J ++ω2mml 31l 32021vm7.()l m M /3460+v二．计算题1. 解：将杆与两小球视为一刚体，水平飞来小球与刚体视为一系统．由角动量守恒得 1分ωJ l m lm +-=3223200v v （逆时针为正向） ① 2分 又 22)3(2)32(lm l m J += ② 1分将②代入①得 l230v =ω 1分2. 解：(1) 设当人以速率v 沿相对圆盘转动相反的方向走动时，圆盘对地的绕轴角速度为ω，则人对与地固联的转轴的角速度为R R v v221-=-='ωωω ① 2分 人与盘视为系统，所受对转轴合外力矩为零，系统的角动量守恒． 1分设盘的质量为M ，则人的质量为M / 10，有：ωωω'⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+22022211021211021R M MR R M MR ② 2分 将①式代入②式得：R2120v+=ωω ③ 1分(2) 欲使盘对地静止，则式③必为零．即ω0 +2v / (21R )＝0 2分 得： v ＝－21R ω0 / 2 1分式中负号表示人的走动方向与上一问中人走动的方向相反，即与盘的初始转动方向一致．1分3. 解：(1) 角动量守恒：ω⎪⎭⎫ ⎝⎛'+='2231l m ml l m v 2分∴l m m m ⎪⎭⎫ ⎝⎛'+'=31vω＝15.4 rad ·s -1 2分(2) －M r ＝(231ml ＋2l m ')β 2分0－ω 2＝2βθ 2分∴ rM l m m 23122ωθ⎪⎭⎫ ⎝⎛'+=＝15.4 rad 2分。
大学物理第二章质点动力学习题答案
习题二2-1质量为m 的子弹以速率0v 水平射入沙土中，设子弹所受阻力与速度反向，大小与速度成正比，比例系数为k ，忽略子弹的重力，求：(1)子弹射入沙土后，速度大小随时间的变化关系；(2)子弹射入沙土的最大深度。
[解]设任意时刻子弹的速度为v ，子弹进入沙土的最大深度为s ，由题意知，子弹所受的阻力f =-kv (1)由牛顿第二定律tv mma f d d == 即tv mkv d d ==- 所以t mk v v d d -=对等式两边积分⎰⎰-=tvv t m k v v 0d d 0得t mkv v -=0ln因此t mke v v -=0(2)由牛顿第二定律xv mv t x x v m t v m ma f d d d d d d d d ==== 即xvmv kv d d =- 所以v x mkd d =-对上式两边积分⎰⎰=-000d d v sv x mk 得到0v s m k-=-即kmv s 0=2-2质量为m 的小球，在水中受到的浮力为F ，当它从静止开始沉降时，受到水的粘滞阻力为f ＝kv (k 为常数)。
若从沉降开始计时，试证明小球在水中竖直沉降的速率v 与时间的关系为[证明]任意时刻t 小球的受力如图所示，取向下为y 轴的正方向，开始沉降处为坐标原点。
由牛顿第二定律得即tvm ma kv F mg d d ==--整理得mtkv F mg v d d =--对上式两边积分⎰⎰=--t vmt kv F mg v00d dy得mktF mg kv F mg -=---ln即⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-m kte kFmg v 1 2-3跳伞运动员与装备的质量共为m ，从伞塔上跳出后立即张伞，受空气的阻力与速率的平方成正比，即2kv F =。
求跳伞员的运动速率v 随时间t 变化的规律和极限速率T v 。
[解]设运动员在任一时刻的速率为v ，极限速率为T v ，当运动员受的空气阻力等于运动员及装备的重力时，速率达到极限。
《大学物理》(I1)期末复习题及答案.doc
大物期末复习题(II)、单项选择题1、质量为加= 0.5畑的质点，在oxy坐标平面内运动，其运动方程为x = 5t,y = 0.5/2,从t二2s到t二4s这段时间内，外力对质点做的功为()A、 1.5JB、3JC、 4.5JD、-1.5J2、对功的概念有以下几种说法：①作用力与反作用力大小相等、方向相反，所以两者所作功的代数和必为零。
②保守力作正功时，系统内相应的势能增加。
③质点运动经一闭合路径，保守力对质点作的功为零。
在上述说法中：()(A)①、②是正确的。
(B)②、③是正确的。
(C)只有②是正确的。
(D)只有③是正确的。
3、如图3所示1/4圆弧轨道(质量为M)与水平面光滑接触，一物体(质量为m)自轨道顶端滑下，M与ni间有摩擦，则A> M与m组成系统的总动量及水平方向动量都守恒，M、m与地组成的系统机械能守恒。
M与m组成系统的总动量及水平方向动量都守恒，M、m与地组成的系统机械能不守恒。
C、M与ni组成的系统动量不守恒，水平方向动量不守恒，M、ni与地组成的系统机械能守恒。
D、M与m组成的系统动量不守恒，水平方向动量守恒，M、m与地组成的系统机械能不守恒。
图34、一个圆形线环，它的一半放在一分布在方形区域的匀强磁场中，另一半位于磁场之外，如图所示。
磁场的方 向垂直指向纸内。
预使圆环中产生逆 时针方向的感应电流，应使()线环向右平移 B 、线环向上平线环向左平移 D 、磁场强度 减 若尺寸相同的铁环与铜环所包围的而积中穿过相同变化率的磁通量，则在两 环屮( )(A) 感应电动势相同，感应电流不同.(B) 感应电动势不同，感应电流也不同.(C) 感应电动势不同，感应电流相同.(D) 感应电动势相同，感应电流也相同.6、线圈与一通有恒定电流的直导线在同一平面内，下列说法正确的是 A 、 当线圈远离导线运动时，线圈中有感应电动势B 、 当线圈上下平行运动时，线圈中有感应电流C 、 直导线中电流强度越大，线圈中的感应电流也越大D 、 以上说法都不对7.真空带电导体球而与一均匀带电介质球体，它们的半径和所带的电量都相 等，设带电球面的静电能为W1,球体的静电能为W2,则()A 、W1>W 2；B 、W 1<W 2；C 、W 1=W2D 、无法比较 &关于高斯定理的理解有下面几种说法，其中正确的是：()(A) 如果高斯面上E 处处为零，则该面内必无电荷(B) 如果高斯面内无电荷，则高斯面上E 处处为零(C) 如果高斯面上E 处处不为零，则高斯面内必有电荷(D) 如果高斯面内有净电荷，则通过高斯面的电场强度通量必不为零9•两个同心的均匀带电球面，内球面半径为R 】、带有电荷外球面半径为&、 带有电荷则在内球面里面、距离球心为r(r<R.<R 2)处的P 点的场强大小E 为：()(A)(B)—+ ―(C)-^ (D)0 4亦0广 4亦()/?2「 4齊厂 A 、移C、弱10•如图所示，螺绕环截面为矩形，通有电流I，导线总匝数为M内外半径分别为R1和R2,则当R2 >r >R1时，磁场的分布规律为（）11. 4、一根很长的电缆线由两个同轴的圆柱面导体组成，若这两个圆柱面的半 径分别为召和用（召〈施），通有等值反向电流，那么下列哪幅图正确反映了电流 产生的磁感应强度随径向距离的变化关系？（）12、一个半径为厂的半球面如图放在均匀磁场屮，通过半球面的磁通量 为（ )(A) 2nr 2B(B) Ttr 2B (C) 2nr 2Bcosa (D) 7ir 2Bcosa 13. 带电导体达到静电平衡时， 其正确结论是A 、 导体表面上曲率半径小处电荷密度小B 、 表面曲率较小处电势较高C 、 导体内部任一点电势都为零D 、 导体内任一点与其表面上任一点的电势差等于零M &NI⑷ 0 (B) ^7 (C) Kr (D) 1 N^S J B °、R\ R 214.在电场中的导体内部的（）（A）电场和电势均为零；（B）（C）电势和表面电势相等；（D）15•对于带电的孤立导体球，（）A、导体球内部的场强和电势均为零C、导体内电势比导体表面高法确定16.如图所示，绝缘带电导体上a, b, c三点，屯荷密度是（），屯势是（）A、a点最大B、b点最大C^ c点最大D^ d点最大导体17.电量分别为6, q2,细的三个点电荷分别位于同一圆周的三个点上，如图所示.设无穷远处为电势零点，圆半径为R,则b点处的电势______________ 18.—个不带电的空腔导体壳，内半径为R,在腔内离球心的距离为a处放一点电荷+q,如图所示，用导线把球壳接地后，再把地线撤去。
大学物理2期末复习
(2)假若线圈能以某一条水平边为轴自由摆动,当线圈平衡时,线圈平面与竖直面夹角为多少.
解：1.(1)Pm=IS=Ia2
方向垂直线圈平面.
线圈平面保持竖直,即Pm与B垂直.有
Mm=Pm×B
Mm=PmBsin(/2)=Ia2B
=9.4×10－4mN
(2)平衡即磁力矩与重力矩等值反向
在平面②的上方向左,在平面②的下方向右.
(1)两无限大电流流在平面之间产生的磁感强度方向都向左,故有B=B1+B2=0J
(2)两无限大电流流在平面之外产生的磁感强度方向相反,故有B=B1B2=0
练习九安培力
三、计算题
1.一边长a=10cm的正方形铜导线线圈(铜导线横截面积S=2.00mm2,铜的密度=8.90g/cm3),放在均匀外磁场中.B竖直向上,且B=9.40103T,线圈中电流为I=10A .线圈在重力场中求:
解：1.取窄条面元dS=bdr,
面元上磁场的大小为
B=0I/(2r),面元法线与磁场方向相反.有
1=
2=
1/2=1
2.半径为R的薄圆盘均匀带电，总电量为Q.令此盘绕通过盘心且垂直盘面的轴线作匀速转动，角速度为，求轴线上距盘心x处的磁感强度的大小和旋转圆盘的磁矩.
解;2.在圆盘上取细圆环电荷元dQ=2rdr,
解得1=4=(Q1+Q2)/(2S)=2.66108C/m2
2=3=(Q1Q2)/(2S)=0.89108C/m2
两板间的场强E=2/0=(Q1Q2)/(20S)
V=UA－UB
=Ed=(Q1Q2)d/(20S)=1000V
四、证明题
1.如图6.7所示，置于静电场中的一个导体，在静电平衡后，导体表面出现正、负感应电荷.试用静电场的环路定理证明，图中从导体上的正感应电荷出发，终止于同一导体上的负感应电荷的电场线不能存在.
大学物理A2期末总复习题及答案
大学物理A2期末总复习题及答案一、大学物理期末选择题复习 1．运动质点在某瞬时位于位矢r 的端点处,对其速度的大小有四种意见,即 (1)t r d d ； (2)dt r d ； (3)t s d d ； (4)22d d d d ⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛t y t x ． 下述判断正确的是( )(A) 只有(1)(2)正确 (B) 只有(2)正确(C) 只有(2)(3)正确 (D) 只有(3)(4)正确答案D2．对质点组有以下几种说法：(1) 质点组总动量的改变与内力无关；(2) 质点组总动能的改变与内力无关；(3) 质点组机械能的改变与保守内力无关．下列对上述说法判断正确的是( )(A) 只有(1)是正确的 (B) (1) (2)是正确的(C) (1) (3)是正确的 (D) (2) (3)是正确的答案C3．均匀细棒OA 可绕通过其一端O 而与棒垂直的水平固定光滑轴转动，如图所示，今使棒从水平位置由静止开始自由下落，在棒摆到竖直位置的过程中，下述说法正确的是( )(A ) 角速度从小到大，角加速度不变(B ) 角速度从小到大，角加速度从小到大(C ) 角速度从小到大，角加速度从大到小(D ) 角速度不变，角加速度为零答案C4．下列说法正确的是（ ）（A ） 闭合回路上各点磁感强度都为零时，回路内一定没有电流穿过（B ） 闭合回路上各点磁感强度都为零时，回路内穿过电流的代数和必定为零（C ） 磁感强度沿闭合回路的积分为零时，回路上各点的磁感强度必定为零（D ） 磁感强度沿闭合回路的积分不为零时，回路上任意一点的磁感强度都不可能为零答案B5．在图（ａ）和（ｂ）中各有一半径相同的圆形回路L 1 、L 2 ，圆周内有电流I 1 、I 2 ，其分布相同，且均在真空中，但在（ｂ）图中L 2 回路外有电流I 3 ，P 1 、P 2 为两圆形回路上的对应点，则（ ）（A ） ⎰⎰⋅=⋅21L L d d l B l B ，21P P B B = （B ） ⎰⎰⋅≠⋅21L L d d l B l B ，21P P B B = （C ） ⎰⎰⋅=⋅21L L d d l B l B ，21P P B B ≠ （D ） ⎰⎰⋅≠⋅21L L d d l B l B ，21P P B B ≠ 答案C6． 一物体沿固定圆弧形光滑轨道由静止下滑，在下滑过程中，则（ ）（A ）它的加速度的方向永远指向圆心，其速率保持不变（B ）它受到的轨道的作用力的大小不断增加（C ）它受到的合外力大小变化，方向永远指向圆心（D ）它受到的合外力大小不变，其速率不断增加答案 B7． 图示系统置于以14a g =的加速度上升的升降机内，A 、B 两物体质量相同均为m ，mA 所在的桌面是水平的，绳子和定滑轮质量均不计，若忽略滑轮轴上和桌面上的摩擦并不计空气阻力，则绳中张力为（ ）（A ）58mg （B ）12mg （C ）mg （D ）2mg答案 A8． 有两个倾角不同、高度相通、质量一样的斜面放在光滑的水平面上，斜面是光滑的，有两个一样的物块分别从这两个斜面的顶点由静止开始滑下，则（ ）（A ）物块到达斜面低端时的动量相等（B ）物块到达斜面低端时动能相等（C ）物块和斜面（以及地球）组成的系统，机械能不守恒（D ）物块和斜面组成的系统水平方向上动量守恒答案 D9． 有两个力作用在一个有固定转轴的刚体上：（1）这两个力都平行于轴作用时，它们对轴的合力距一定是零；（2）这两个力都垂直于轴作用时，它们对轴的合力距可能是零；（3）当这两个力的合力为零时，它们对轴的合力距也一定是零；（4）当这两个力对轴的合力距为零时，它们的合力也一定为零。
大学物理学期末考试复习题及参考答案-高起本
《大学物理学》复习题一、填空题1．一物体在某瞬间以速度v从某点开始运动，在t∆时间内，经一长度为s的路径后，又回到出发点，此时速度为-v，则在这段时间内,物体的平均加速度是_________。
υ水平射入沙土中。
设子弹所受阻力与速度反向，2.质量为m的子弹以速度大小与速度成正比，比例系数为k，忽略子弹的重力。
则子弹射入沙土后，速度随时间变化的函数式为__________。
3. 质量为M的木块静止在光滑的水平桌面上，质量为m、速度为v0的子弹水平的射入木块，并陷在木块内与木块一起运动。
则子弹相对木块静止后，子弹与木块共同运动的速度v=________，在这个过程中，子弹施与木块的冲量I=_________。
4. 在系统从一个平衡态过渡到另一个平衡态的过程中，如果任一个中间状态都可看作是平衡状态，这个过程就叫_________________过程。
5.温度为T的热平衡态下，自由度为i的物质分子的每个自由度都具有的平均动能为6.位移电流和传导电流的共同点是_________________________________________。
7.在无限长载流导线附近有一个闭合球面S，当S面向导线靠近时，穿过S 面的磁通量Φm将；面上各点的磁感应强度的大小将（填：增大、不变或变小）。
8. 真空中，有一个长直螺线管，长为l，截面积为S，线圈匝数线密度为n，则其自感系数L 为________。
9.波长nm 600=λ的单色光垂直照射到牛顿环装置上，第二级明纹与第五级明纹所对应的空气膜厚度之差为______nm 。
10.有一单缝，宽a ＝0.2mm ，缝后放一焦距为50cm 的会聚透镜，用平行绿光λ=546nm 垂直照射单缝，则位于透镜焦面处的屏幕上的中央明纹宽度为______mm 。
11.在x ，y 面内有一运动质点其运动方程为10cos510sin5r i j t t =+，则t 时刻其速度______________。
大学物理期末考试试卷和答案(G)
XXX 学年第二学期《大学物理（2-1）》期末试卷（答案附后）一、选择题1、（本题3分）两辆小车A 、B ，可在光滑平直轨道上运动．第一次实验，B 静止，A 以0.5 m/s 的速率向右与B 碰撞，其结果A 以 0.1 m/s 的速率弹回，B 以0.3 m/s 的速率向右运动；第二次实验，B 仍静止，A 装上1 kg 的物体后仍以 0.5 m/s 的速率与B 碰撞，结果A 静止，B 以0.5 m/s 的速率向右运动，如图．则A 和B 的质量分别为(A) m A = 2 kg m B = 1 kg ． (B) m A = 1 kg m B = 2 kg ．(C) m A = 3 kg m B = 4 kg ． (D) m A = 4 kg m B = 3 kg ．［ ］2、(本题3分）有一劲度系数为k 的轻弹簧，原长为l 0，将它吊在天花板上．当它下端挂一托盘平衡时，其长度变为l 1．然后在托盘中放一重物，弹簧长度变为l 2，则由l 1伸长至l 2的过程中，弹性力所作的功为(A)⎰-21d l l x kx ． (B)⎰21d l l x kx ．(C)⎰---0201d l l l l x kx ． (D)⎰--0201d l l l l x kx ．［ ］3、（本题3分）一圆盘绕过盘心且与盘面垂直的光滑固定轴O 以角速度ω按图示方向转动.若如图所示的情况那样，将两个大小相等方向相反但不在同一条直线的力F 沿盘面同时作用到圆盘上，则圆盘的角速度ω(A) 必然增大． (B) 必然减少． (C) 不会改变． (D) 如何变化，不能确定．［ ］4、（本题3分）在狭义相对论中，下列说法中哪些是正确的？(1) 一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速．(2) 质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的．(3) 在一惯性系中发生于同一时刻，不同地点的两个事件在其他一切惯性系中也是同时发生的．(4)惯性系中的观察者观察一个与他作匀速相对运动的时钟时，会看到这时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些．(A) (1)，(3)，(4)．(B) (1)，(2)，(4)．(C) (1)，(2)，(3)．(D) (2)，(3)，(4)．［］5、（本题3分）某核电站年发电量为100亿度，它等于36×1015 J的能量，如果这是由核材料的全部静止能转化产生的，则需要消耗的核材料的质量为(A) 0.4 kg．(B) 0.8 kg．(C) (1/12)×107 kg．(D) 12×107 kg．［］6、（本题3分）已知一定量的某种理想气体，在温度为T1与T2时的分子最概然速率分别为v p1和v p2，分子速率分布函数的最大值分别为f(v p1)和f(v p2)．若T1>T2，则(A) v p1 > v p2， f (v p1)> f (v p2)．(B) v p1 > v p2， f (v p1)< f (v p2)．(C) v p1 < v p2， f (v p1)> f (v p2)．(D) v p1 < v p2， f (v p1)< f (v p2)．［］7、（本题3分）关于热功转换和热量传递过程，有下面一些叙述：(1) 功可以完全变为热量，而热量不能完全变为功；(2) 一切热机的效率都只能够小于1；(3) 热量不能从低温物体向高温物体传递；(4) 热量从高温物体向低温物体传递是不可逆的．以上这些叙述（A）只有(2)、(4)正确．（B）只有(2)、(3) 、(4)正确．（C）只有(1)、(3) 、(4)正确．（D）全部正确．［］8、（本题3分）频率为 100 Hz ，传播速度为300 m/s 的平面简谐波，波线上距离小于波长的两点振动的相位差为π31，则此两点相距（A ） 2.86 m ． （B) 2.19 m ．（C ） 0.5 m ． （D) 0.25 m ． ［ ］ 9、（本题3分）如图，S 1、S 2是两个相干光源，它们到P 点的距离分别为r 1和r 2．路径S 1P 垂直穿过一块厚度为t 1，折射率为n 1的介质板，路径S 2P 垂直穿过厚度为t 2，折射率为n 2的另一介质板，其余部分可看作真空，这两条路径的光程差等于 (A) )()(111222t n r t n r +-+．(B) ])1([])1([211222t n r t n r -+--+． (C) )()(111222t n r t n r ---． (D) 1122t n t n -．［ ］10、（本题3分）一束平行单色光垂直入射在光栅上，当光栅常数（a+b ）为下列哪种情况时（a 代表每条缝的宽度），k ＝3、6、9等级次的主极大均不出现？ （A ） a+b ＝2a ．（B ） a+b ＝3a ． （C ） a+b ＝4a ．（D ） a+b ＝6a ．［ ］二、简单计算与问答题（共6小题，每小题5分，共30分） 1、（本题5分）一质点作直线运动，其x- t 曲线如图所示，质点的运动可分为OA 、AB 、BC 和CD 四个区间，AB 为平行于t 轴的直线，CD 为直线，试问每一区间速度、加速度分别是正值、负值，还是零？PS 1S 2 r 1n 1n 2t 2r 2t 1tx2、（本题5分）一车轮可绕通过轮心O 且与轮面垂直的水平光滑固定轴，在竖直面内转动，轮的质量为M ，可以认为均匀分布在半径为R 的圆周上，绕O 轴的转动惯量J ＝MR 2．车轮原来静止，一质量为m 的子弹，以速度v 0沿与水平方向成α角度射中轮心O 正上方的轮缘A 处，并留在A 处，如图所示．设子弹与轮撞击时间极短．问：(1) 以车轮、子弹为研究系统，撞击前后系统的动量是否守恒？为什么？动能是否守恒？为什么？角动量是否守恒？为什么？ (2) 子弹和轮开始一起运动时，轮的角速度是多少？3、（本题5分）经典力学的相对性原理与狭义相对论的相对性原理有何不同？4、（本题5分）试从分子动理论的观点解释：为什么当气体的温度升高时，只要适当地增大容器的容积就可以使气体的压强保持不变？5、（本题5分）一质点作简谐振动，其振动方程为x = 0.24)3121cos(π+πt (m)，试用旋转矢量法求出质点由初始状态（t = 0的状态）运动到x = -0.12 m ，v < 0的状态所需最短时间∆t ．6、（本题5分）让入射的平面偏振光依次通过偏振片P 1和P 2．P 1和P 2的偏振化方向与原入射光光矢量振动方向的夹角分别是α和β．欲使最后透射光振动方向与原入射光振动方向互相垂直，并且透射光有最大的光强，问α 和β 各应满足什么条件？三．计算题（共4小题，每小题10分，共40分） 1、（本题10分）两个质量分别为m 1和m 2的木块A 和B ，用一个质量忽略不计、劲度系数为k 的弹簧联接起来，放置在光滑水平面上，使A 紧靠墙壁，如图所示．用力推木块B 使弹簧压缩x 0，然后释放．已知m 1 = m ，m 2 = 3m ，求： (1) 释放后，A 、B 两木块速度相等时的瞬时速度的大小；(2) 释放后，弹簧的最大伸长量．2、（本题10分）1 mol 双原子分子理想气体从状态A (p 1,V 1)沿p -V 图所示直线变化到状态B (p 2,V 2)，试求：（1）气体的内能增量．（2）气体对外界所作的功． （3）气体吸收的热量．（4）此过程的摩尔热容．3、（本题10分）已知一平面简谐波的表达式为 )24(cos x t A y +π= (SI)． (1) 求该波的波长λ，频率ν 和波速u 的值；(2) 写出t = 4.2 s 时刻各波峰位置的坐标表达式，并求出此时离坐标原点最近的那个波峰的位置；(3) 求t = 4.2 s 时离坐标原点最近的那个波峰通过坐标原点的时刻t ．4、（本题10分）（1）单缝夫琅禾费衍射实验中，垂直入射的光含有两种波长，λ 1 = 400 nm ，λ2 = 760 nm (1 nm =10 -9 m)．已知单缝宽度a = 1.0×10 -2 cm ，透镜焦距f = 50 cm ．求两种光第一级衍射明纹中心之间的距离．（2）用光栅常数-3101.0⨯=d cm 的光栅替换单缝，其他条件和上一问相同，求两种光第一级主极大之间的距离．p 1p p 12答案一、1、B 2、C 3、A 4、B 5、A 6、B 7、A 8、C 9、B 10、B 二、1、1、答： OA 区间：v > 0 , a < 0 2分AB 区间：v = 0 , a = 0 1分 BC 区间：v > 0 , a > 0 1分 CD 区间：v > 0 , a = 0 1分2、答：(1) 系统动量不守恒．因为在轴O 处受到外力作用，合外力不为零． 1分动能不守恒．因为是完全非弹性碰撞(能量损失转化为形变势能和热运动能)．1分 角动量守恒．因为合外力矩为零． 1分 (2) 由角动量守恒 m v 0R cos α = (M + m )R 2ω ∴ ()Rm M m +=αωcos 0v 2分3、答：经典的力学相对性原理是指对不同的惯性系，牛顿定律和其它力学定律的形式都是相同的． 2分 狭义相对论的相对性原理指出：在一切惯性系中，所有物理定律的形式都是相同的，即指出相对性原理不仅适用于力学现象，而且适用于一切物理现象。
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题图 2-37
选一体元 dV Sdx ，则其质量为 dm pdV pSdx 。 把 dm 从地下室中抽到街道上来所需作的功为
dA g (6.5 x ) dm
故A
1.5
0
dA
1.5
0
pSg (6.5 x)dx 4.23 106 J
2—39． 一质量为 m、 总长为 l 的匀质铁链， 开始时有一半放在光滑的桌面上， 而另一半下垂。 试求铁链滑离桌面边缘时重力所作的功。 解：取桌面为坐标原点，竖直向下为 y 轴正向，建立坐标轴， 当绳子悬垂下长度为 y 时，其质量为
方向： tan 1
2
Iy Ix
， 1 202.5
1-3．一质点在 xOy 平面内运动，运动函数为 x 2t , y 4t 8 。 （1）求质点的轨道方程 并画出轨道曲线； （2）求 t = 1 s 和 t = 2 s 时质点的位置、速度和加速度。
2 解： （1）由 x 2t , 得： t x , 代入 y 4t 8
1、一质点的运动轨迹如图所示，已知质点的质量为 质点上的外力的总冲量。 解：由动量定理知质点所受外力的总冲量
r r 20m / s ， v A 与 x 轴成 45 角， vB 垂直于 y 轴，求质点由 A 到 B 点这段时间内，作用在 I (mv ) mv 2 mv1
米尺相对 S 系沿 x 方向运动，设运动速度为 v，为 S 系中的观察者，米尺在 x 方向将产生长 度收缩，而 y 方向的长度不变，即
Lx Lx ' 1
v2 c2 Ly '
Ly Ly '
故米尺与 x 轴的夹角满足
tg
Ly Lx
Lx ' 1 v 2 c2
将 与 Lx ' 、 Ly ' 的值代入可得：
a a 2 a 2 n 0.22 0.252 0.32(m / s 2 )
a 0.8, 3840 ', an 则总加速度与速度夹角 90 12840'
如图 1-9， tan
2-26．如图所示，在水平地面上，有一横截面 S=0.20m 2 的直角弯管，管中有流速为
m y ，从该位置开始继续下落 dy 过程中，重力做功 l
dA
m ygdy l
l
则铁链滑离桌面边缘过程中，重力作的功为
A 1 dA 1
2 l
l
2
l
m 3 ygdy mgl l 8
2-41．一沿 x 轴正方向的力作用在一质量为 3.0kg 的质点上。已知质点的运动方程为 （1）力在最初 4.0s 内作的 x 3t 4t 2 t 3 ，这里 x 以 m 为单位，时间 t 以 s 为单位。试求： 功； （2）在 t =1s 时，力的瞬时功率。 解： (1) v (t ) 则
kx ( M 1 M 2 ) g kx M 1 g
系统达到平衡位置时，速度最大，设为 v 。由机械能守恒，得
1 2 1 2 1 kx kx M 1 g ( x x) M 1v 2 2 2 2 联立两式，解之： v 1.4m / s 4-2 长度为 1m 的米尺 L 静止于 K ' 中， 与 x 轴的夹角 ' 30, K ' 系相对 K 系沿 x 轴运动，
在 K 系中观察得到的米尺与 x 轴的夹角为 45 ，试求： （1） K ' 系相对 K 系的速度是多 少？（2） K 系中测得的米尺的长度？ 解： （1）米尺相对 S ' 系静止，它在 x ' 和y ' 轴的投影分别为：
Lx ' L0 cos ' 0.866m Ly ' L0 sin ' 0.5m
t
t0 1 v
2
3 108 ( s ) c2
因而飞行距离为：
d vt 7.2m
4-8
子的静止质量是电子静止质量的 207 倍，静止时的平均寿命 0 2 108 s ，若它在
8
实验室参考系中的平均寿命 7 10 s ，试问其质量是电子静止质量的多少倍？ 解：设 子在实验室参考系中的速度为 u 、质量为 m ，依题意有：
1-9．汽车在半径为 400m 的圆弧弯道上减速行驶，设在某一时刻，汽车的速率为 10m s -1 ， 切向加速度的大小为 0.2m s -2 。求汽车的法向加速度和总加速度的大小和方向。 解：法向加速度的大小 an 总加速度的大小
v2
102 0.25(m / s 2 ), 方向指向圆心 400
x ,代入 y (t 1) 2
y x 1 ，即轨迹方程 2 2 （2）质点的运动方程可表示为： r t i (t 1) j 则： v dr / dt 2ti 2(t 1) j a dv / dt 2i 2 j 2 因此, 当 t 2s 时，有 v 4i 2 j ( m / s ), a 2i 2 j ( m / s )
v =3.0m s 1 的水通过，求弯管所受力的大小和方向。
解：对于水，在竖直方向上，由动量定理有：
0 vdtSv F1dt
①
在水平方向上，由动量定理有：
vdtSv F2 dt
F F12 F22
③
② 题图 2－26
由牛顿第三定律得弯管所受力的大小：
由①②③带入数据得 F=2500N，方向沿直角平分线指向弯管外侧。 2-34．设 F合 7i 6 j ( N ) 。
（1）当一质点从原点运动到 r 3i 4 j 16k (m) 时，求 F合 所作的功； （2）如果质点到 r 处时需 0.6s，试求 F合 的平均功率； （3）如果质点的质量为 1kg，试求动能的变化。 解： （1） A=
= (7i 6 j ) (dxi dyj dzk )
l2 在 P 点产生的场强大小为：
E2 2 2π 0 a2
方向如题 9-11 解图所示。 把 E 2 写成分量形式为：
题图 9-11
1 2 mv 2
mv 2 FN mg l d
其中，绳张力为 0 时等号成立。联立以上两式，解得 d 0.6l
题图 2—46
题图 2—47
2—47．弹簧下面悬挂着质量分别为 M 1 、 M 2 的两个物体，开始时它们都处于静止状态。 突 然把 M 1 与 M 2 的连线剪断后， M 1 的最大速率是多少？设弹簧的劲度系数 k 8.9 N m 1 ， 而 M 1 500 g , M 2 300 g 。 解:设连线剪断前时弹簧的伸长为 x， 取此位置为重力势能的零点。M 1 系统达到平衡位置时 弹簧的伸长为 x ,根据胡克定律，有
v 0.816c
（2）在 S 系中测得米尺的长度为：
L
Ly sin 45
0.707(m)
4-3 已知 x 介子在其静止系中的半衰期为 1.8 10 8 s 。今有一束 介子以 0.8c 的速度 离开加速器，试问，从实验室参考系看来，当 介子衰变一半时飞越了多长的距离？ 分析： 本题考察的是时间膨胀效应。 根据静止系中的半衰期加上时间膨胀效应我们可以求出 在实验室参考系中的半衰期，然后根据该半衰期求出飞行距离。 解：在 介子的静止系中，半衰期 t0 1.8 10 8 s 是本征时间。由时间膨胀效应，实验室 参系中的观察者测得的同一过程所经历的时间为：
dx 3 8t 3t 2 dt
v (4) 19m / s, v (0) 3m / s
由功能原理，有
1 m v (4) 2 v (0) 2 528 J 2 dx dv （2） v (t ) 3 8t 3t 2 , a (t ) 6t 8 dt dt A Ek
由 v dr / dt 则速度： v 2i 8tj 当 t=2s 时，有 r
4i 8 j , v 2i 16 j , a 8 j
2 2
1-4．一质点的运动学方程为 x t ，y (t 1) ，x 和 y 均以 m 为单位，t 以 s 为单位。 （1） 求质点的轨迹方程； （2）在 t 2s 时质点的速度和加速度。 解： （1）由题意可知：x≥0，y≥0，由 x t 2， ，可得 t 整理得：
2
可得： y x 8 ，即轨道曲线。 画图略
2
（2）质点的位置可表示为： r 2ti (4t 8) j
2
由 a dv / dt 则加速度： a 8 j 则：当 t=1s 时，有 r 2i 4 j , v 2i 8 j , a 8 j
0
1 u
2
c2
将 和 0 的值代入得：
0 2 c 7 当 子速度为 u 时其质量为：
1 u
2 2
m
m0 1 u
2
c2
7 7 m0 207 me 724.5me 2 2
9-9 如题图 9-9 所示， 长 l=0.15m 的细直棒 AB 上， 均匀地分布着线密度 5.00 10 9 C m 1 的正电荷，试求： （1）在细棒的延长线上，距棒近端 d1=0.05m 处 P 点的场强；
质点由 A→B
20 g ，在 A ， B 二位置处的速率都为
I x mvBx mvAx / s )
I y 0 mvAy mvA sin 45