机械能守恒B动量不守恒
如图所示，四个完全相同的弹簧都处于水平位置，它 们的右端受到大小皆为F 的拉力作用，而左端的情况 各不相同：①中弹簧的左端固定在墙上；②中弹簧的 左端受大小也为 F 的拉力作用；③中弹簧的左端拴一 小物块，物块在光滑的桌面上滑动；④中弹簧的左端 拴一小物块，物块在有摩擦的桌面上滑动 .若认为弹 簧的质量都为零，以 l1、l2、l3、l4依次表示四个弹 簧的伸长量，则有（）
因为L2被剪断的瞬间，L1上的张力大小发 生了变化．此瞬间 T2=mgcosθ ， a=gsinθ
因为L2被剪断的瞬间，弹簧L1的长度未及 发生变化，T1大小和方向都不变 a=g tanθ
如图所示，轻质弹簧上面固定一块质量不计的薄板， 在薄板上放重物，用手将重物向下压缩到一定程度后， 突然将手撤去，则重物将被弹簧弹射出去，则在弹射过 程中(重物与弹簧脱离之前)重物的运动情况是
N F m g cos f N f cos N cos
N sin
f N
f cos N cos
斜面模型 二. m运动斜面M静止（一动一静）
4.悬挂有物体的小车在斜面上滑行
(1)向下的加速度a
(2)向下的加速度a 向上；
时，悬绳稳定时将垂直于斜面；
时，悬绳稳定时将偏离垂直方向
斜面模型
斜面模型
一.滑块m与斜面M均静止（均静）
斜面模型 二. m运动斜面M静止（一动一静） N f 1.自由释放的滑块在斜面上 N （1）m静止或匀速下滑时 mg
（2）m加速下滑时
a
N f f N N f N N Mg
a
mg f N
a
mg f N Mg
（3）m减速下滑时
a
a
N
f Mg N
模型解说
叠加体模型
叠加体模型有较多的变化，解题时往往需要进行综合 分析(前面相关例题、练习较多)，下列两个典型的情 境和结论需要熟记和灵活运用． 2．如图9－10所示，一对滑动摩擦力做的总功一定为 负值，其绝对值等于摩擦力乘以相对滑动的总路程或 等于摩擦产生的热量，与单个物体的位移无关， 即Q摩＝f· s相 ．
SM
Sm
《模》斜面类
P9 2 P15 4 P23 7 P29 8 P45 2 P79 4
《必修I》斜面类
P102 11
P33 8
P35 4 P43 4
模型解说
叠加体模型
叠加体模型有较多的变化，解题时往往需要进行综合 分析(前面相关例题、练习较多)，下列两个典型的情 境和结论需要熟记和灵活运用． 1．叠放的长方体物块A、B在光滑的水平面上匀速运 动或在光滑的斜面上自由释放后变速运动的过程中(如 图9－9所示)，A、B之间无摩擦力作用．
mg
f
N
Mg
斜面模型 二. m运动斜面M静止（一动一静）
2.有初速度的m沿斜面下滑
（1）当 tan 时，m匀速下滑
（2）当 tan 时，m加速下滑 （3）当 tan 时，m减速下滑
N
f
mg
斜面模型 二. m运动斜面M静止（一动一静）
3.自由释放的m在斜面上匀速下滑时
F
N f N mg N Mg
N
m还匀速下滑吗？ N
f N
mg F
N
f 地 =？ 0
f N
N
f N
mg
mg N Mg
f
sin cos
N
Mg
f
f
f
N
Mg
N sin
( F mg) sin cos ( F mg) cos ( F mg) cos cos ( F mg) sin
f f 0 1
小木块一直相对木板向同一方向移动
f
f
1
f
f 1
f
f
《模》叠加体类
P32 12 P24 12
模型解说
含弹簧的物理模型
这类试题涉及静力学问题、动力学问题、动量守恒和 能量守恒问题、功能问题等，几乎贯穿了整个力学的 知识体系．为了帮助同学们掌握这类试题的分析方法， 现将有关弹簧问题分类进行剖析． 对于弹簧，从受力角度看，弹簧上的弹力是变力；从 能量角度看，弹簧是个储能元件．因此，弹簧问题能 很好地考查学生的综合分析能力，故备受高考命题老 师的青睐．
A. C.
B. D.
模型解说
2．动力学中的弹簧问题
(1)瞬时加速度问题(与轻绳、轻杆不同)：一端固定、 另一端接有物体的弹簧，形变不会发生突变，弹力也不 会发生突变． 如图所示，一质量为m的物体系于长度分别为L1、L2的 两根细线上，L1的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹 角为θ，L2水平拉直，物体处于平衡状态．现将L2线剪 断，求剪断瞬时物体的加速度．
模型解说
1．静力学中的弹簧问题
(1)胡克定律：F＝kx，ΔF＝k·Δx． (2)对弹簧秤的两端施加(沿轴线方向)大小不同的拉力， 弹簧秤的示数一定等于挂钩上的拉力． 如图示，两木块的质量分别为m1和m2，两轻质弹簧的 劲度系数分别为k1和k2，上面木块压在上面的弹簧上 (但不拴接)，整个系统处于平衡状态．现缓慢向上提 上面的木块，直到它刚离开上面弹簧．在这过程中下 面木块移动的距离为( ) A.m1g/k1 B.m2g/k2 C.m1g/k2 D.m2g/k2
A.一直加速运动 C.先加速运动后减速运动 B．匀加速运动 D．先减速运动后加速运动
如图所示的装置中，木块B与水平桌面间的接触是光滑 的，子弹A沿水平方向射入木块后留在木块内，将弹簧 压缩到最短.现将子弹、木块和弹簧合在一起作为研究 对象（系统），则此系统在从子弹开始射入木块到弹簧 压缩至最短的整个过程中 A.动量守恒，机械能守恒 B.动量不守恒，机械能不守恒 C.动量守恒，机械能不守恒 D.动量不守恒，机械能守恒
【上周六综合测试题】36
36（18分）如图示，质量M=2kg的长木板B静止于光滑水 平面上，B的右边放有竖直固定挡板，B的右端距离挡板 S。现有一小物体A（可视为质点）质量为m=1kg，以初 速度0=6m/s从B的左端水平滑上B。已知A与B间的动 摩擦因数=0.2，A始终未滑离B，B与竖直挡板碰前A 和B已相对静止，B与挡板的碰撞时间极短，碰后以原 速率弹回。求：(1)B与挡板相碰时的速度大小;（2）S 的最短距离;（3）木板B的长度L至少要多长（保留2位 小数）.
(3)向下的加速度a 向下；
时，悬绳稳定时将偏离垂直方向
T
mg
斜面模型
三. m、M均动
时，m能在斜面上保持相对静止；
时，m将沿斜面向上运动，直至飞出 时，m将沿斜面向下运动。
N
5.当整体向右加速运动时（接触面光滑）
(1)当加速度a
(2)当加速度a (3)当加速度a
mg
斜面模型
三. m、M均动
6.当各接触面均光滑时，二者由静止释放，斜面后 退的位移
2020-2021学年高一第一学期物理人教版2019选修第一册章节(3) 动量守恒定律
2020-2021学年高一第一学期物理人教版2019选修第一册章节（3）动量守恒定律1.如图所示的装置中，木块B C、与水平桌面间的接触是光滑的，子弹A沿水平方向射入木块后留在木块内，并将弹簧压缩到最短．现将子弹、木块、和弹簧合在一起作为研究对象（系统），则此系统在从子弹开始射入B C木块到弹簧压缩至最短的整个过程中( )A．动量守恒、机械能守恒B．动量不守恒、机械能不守恒C．动量守恒、机械能不守恒D．动量不守恒、机械能守恒2.一颗水平飞来的子弹射入一个原来悬挂在天花板下静止的沙袋并留在其中和沙袋一起上摆，关于子弹与沙袋组成的系统，下列说法正确的是( )A.子弹射入沙袋的过程中系统动量和机械能都守恒B.子弹射入沙袋的过程中系统动量和机械能都不守恒C.共同上摆阶段动量守恒，机械能不守恒D.共同上摆阶段动量不守恒，机械能守恒3.如图所示，质量为2100gl=的轻绳悬于O点，另m=的小球乙用长为0.6m一等大的质量为1300gm=的小球甲放在光滑的水平面上，小球甲、乙均可视为质点。
现给小球甲一水平向右的速度04m/sv=，经过一段时间两小球发生正碰，且碰后小球甲的速度变为12m/sv=，以后小球乙在竖直面内做圆周运动，重力加速度2g=。
则下列说法正确的是( )10m/sA.碰后瞬间小球乙的速度大小为6 m/sB.小球甲和小球乙碰撞的过程中损失的机械能为0.6 JC.小球乙在最高点时轻绳的拉力大小为零D.两小球碰后的瞬间轻绳的拉力大小为6 N4.在冰壶比赛中，某队员利用红壶去碰撞对方的蓝壶，两者在大本营中心发生对心碰撞，如图（a）所示，碰撞前后两壶运动的v t-图线如图（b）中实线所示，其中红壶碰撞前后的图线平行，两冰壶质量相等，则( )A.碰后红壶将被反弹回来B.碰后蓝壶速度为0.8 m/sC.碰后蓝壶移动的距离为2.4 mD.碰后红壶所受的摩擦力小于蓝壶所受的摩擦力5.如图所示，小车静止在光滑水平面上，AB是小车内半圆弧轨道的水平直径，现将一小物块从距A点正上方h高处由静止释放，小物块由A点沿切线方向经半圆轨道后从B点冲出，在空中能上升的最大高度为0.8h，不计空气阻力。
《理论力学》试题库(1)
《理论力学》试题库一、判断体：1.没有参照系就无法描述物体的位置和运动。
2.经典力学可分为牛顿力学和分析力学两大部分。
3.运动是绝对的，而运动的描述是相对的。
4.相对一个惯性系运动的参照系一定不是惯性系。
5.相对一个惯性系作匀速直线运动的参照系也是一个惯性系。
6.经典力学的相对性原理表明：所有参照系等价。
7.通过力学实验不能确定参照系是否为惯性系。
8.通过力学实验不能确定参照系是否在运动。
9.位移矢量描述质点的位置。
10.表述为时间函数的位置变量称为运动学方程。
11.质点的轨道方程可以由运动学方程消去时间变量得到。
12.速度矢量的变化率定义为加速度。
13.速率对时间的一阶导数定义为加速度。
14.速率对时间的一阶导数等于切向加速度。
15.若质点的加速度为常矢量则其必作直线运动。
16.极坐标系中的径向加速度就是向心加速度。
17.在对物体运动的描述中，参照系和坐标系是等价的。
18.若质点作圆周运动，则其加速度恒指向圆心。
19.牛顿第二定律只适用于惯性系。
20.若质点组不受外力则机械能守恒。
21.质点组内力对任意点力矩的矢量和与内力有关。
22.内力不能改变系统的机械能。
23.内力可以改变系统的机械能。
24.内力不改变系统的动量。
25.内力可以改变系统的动量。
26.质点组内力的总功可以不等于零。
27.质点系动量守恒时动量矩不一定守恒。
28.质点系内力对任意点力矩的矢量和必为零。
29.质点系的质心位置与质点系各质点的质量和位置有关。
30.质点的动量守恒时对任意定点的动量矩也守恒。
31.质点系的动量守恒时对任意定点的动量矩也守恒。
32.质点系对某点的动量矩守恒则其动量必定守恒。
33.刚体是一种理想模型。
34.刚体的内力做的总功为零。
35.刚体平衡的充要条件是所受外力的矢量和为零。
36.刚体处于平衡状态的充要条件是所受外力的主矢和主矩均为零。
37.正交轴定理适用于任何形式的刚体。
38.正交轴定理只适用于平面薄板形的刚体。
0大学物理习题-力学
力学一、选择题1．一质点在平面上作一般曲线运动，其瞬时速度为v ，瞬时速率为v ，某一段时间内的平均速度为v ，平均速率为v ，它们之间的关系必定有 （A ）v v ，v v ； （B ）v v ，v v ； （C ）v v ，v v ； （D ）v v ，v v 。
2．一运动质点在某瞬时位于矢径 y x r ,的端点处，其速度大小为 （A ）dt dr ； （B ）dt r d ； （C ）dt r d ； （D ）22dt dy dt dx 。
3．质点作曲线运动，在时刻t 质点的位矢为r ，t 至)(t t 时间内的位移为r，路程为s ，位矢大小的变化量为r （或称r ），根据上述情况，则必有： （A ）r s r； （B ）,r s r 当 0 t 时有dr ds r d； （C ）,r s r当 0 t 时有ds dr r d ； （D ）,r s r 当 0 t 时有ds dr r d 。
4．试指出下列哪一种说法是正确的（A ）在圆周运动中，加速度的方向一定指向圆心；（B ）匀速率圆周运动的速度和加速度都恒定不变；（C ）物体作曲线运动时，速度方向一定在运动轨道的切线方向，法向分速度恒等于零，因此其法向加速度也一定等于零；（D ）物体作曲线运动时，必定有加速度，加速度的法向分量一定不等于零（拐点除外）。
5．下列说法哪一条正确（A ）加速度恒定不变时，物体运动方向也不变；（B ）平均速率等于平均速度的大小；（C ）不管加速度如何，平均速率表达式总可以写成 2/21v v v ；（D ）运动物体速率不变时，速度可以变化。
6．一质点在平面上运动，已知质点位置矢量的表示式为j bt i at r 22 （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 ）抛物线运动； （D ）一般曲线运动。
7．一小球沿斜面向上运动，其运动方程为245t t S （SI ），则小球运动到最高点的时刻是（A ）s t 4 ； （B ）s t 2 ； （C ）s t 8 ； （D ）s t 5 。
北京市北大附中高中物理选修一第一章《动量守恒定律》检测卷(包含答案解析)
一、选择题1．(0分)[ID：127088]A、B两球沿一直线运动并发生正碰。
如图所示为两球碰撞前后的位移—时间图象。
a、b分别为A、B两球碰撞前的位移—时间图线，c为碰撞后两球共同运动的位移—时间图线，若A球质量是m=2 kg，则由图可知（）A．A、B碰撞前的总动量为3 kg·m/s B．碰撞时A对B所施冲量为4 N·sC．碰撞前后A的动量变化为6 kg·m/s D．碰撞中A、B两球组成的系统损失的动能为10 J2．(0分)[ID：127077]如图所示，一块质量为0.5kg的橡皮泥从距小车上表面1.25m高处由静止下落，恰好落入质量为2kg、速度为2.5m/s沿光滑水平地面运动的小车上，并与小车一起沿水平地面运动，取g=10m/s2，不计空气阻力，下列说法正确的是（）A．橡皮泥下落的时间为0.4sB．橡皮泥与小车一起在水平地面上运动的速度大小为2m/sC．橡皮泥落入小车的过程中，橡皮泥与小车组成的系统动量守恒D．整个过程中，橡皮泥与小车组成的系统损失的机械能为1.25J3．(0分)[ID：127075]四段长度相等的粗糙直轨道PABCQ竖直固定在水平地面上，各段轨道的倾角如图所示。
一个小物块（体积可以忽略）从轨道的左端P点由静止释放，到达Q 点时的速度恰好为零。
物块与四段轨道间的动摩擦因数都相同，且在各轨道连接处无机械能损失，空气阻力不计。
已知sin37°=0.6，sin53°=0.8，则( )A．动摩擦因数为1 4B．通过AB段的过程与通过CQ段的过程，重力做功的绝对值相同，重力的冲量也相等C．通过AB段的过程与通过CQ段的过程，滑块运动的加速度相同D ．若换用同种材料的直轨道将PQ 连接，则小物块仍滑至Q 点4．(0分)[ID ：127068]假设将来某宇航员登月后，在月球表面完成下面的实验：在固定的竖直光滑圆轨道内部最低点静止放置一个质量为m 的小球(可视为质点)，如图所示，当给小球一瞬时冲量I 时，小球恰好能在竖直平面内做完整的圆周运动。
【单元练】(必考题)高中物理选修1第一章【动量守恒定律】经典测试题(答案解析)
一、选择题1．如图所示，体积相同的匀质小球A和B并排悬挂，静止时悬线平行，两球刚好接触，悬点到球心的距离均为L，B球悬线右侧有一固定的光滑小铁钉P，O2P=3 4L。
现将A向左拉开60°角后由静止释放，A到达最低点时与B发生弹性正碰，碰后B做圆周运动恰能通过P点的正上方。
已知A的质量为m，取3=1.73，5=2.24，则B的质量约为（）A．0.3m B．0.8mC．m D．1.4m B解析：B设A碰前的速度大小为v，碰撞后A、B球的速度分别为v1、v2，B通过最高点时的速度大小为v3，根据机械能守恒定律有mg（L–L cos60°）=12mv2得gLA、B发生弹性正碰，则mv=mv1+m2v212mv2=1221mv+12222m v得v2=22mvm m碰后B上摆到最高点的过程，有12222m v=m2g12L+12223m vB恰好能通过最高点，则m2g=m2234vL解得m2=（455–1）m≈0.8m故选B。
2．假设将来某宇航员登月后，在月球表面完成下面的实验：在固定的竖直光滑圆轨道内部最低点静止放置一个质量为m 的小球(可视为质点)，如图所示，当给小球一瞬时冲量I 时，小球恰好能在竖直平面内做完整的圆周运动。
已知圆轨道半径为r ，月球的半径为R ，则月球的第一宇宙速度为（ ）A 5I Rm rB I R m rC I r m RD 5I rm RA解析：A小球获得瞬时冲量I 的速度为v 0，有00I p mv ∆=-＝而小球恰好通过圆周的最高点，满足只有重力提供向心力2v mg m r=从最低点到最高点由动能定理可知220112=22mg r mv mv -⨯-解得22=5I g rm 月球的近地卫星最小发射速度即为月球的第一宇宙速度，满足21=v m g m R''解得15I Rv m r=故A 正确，BCD 错误。
故选A 。
3．人和冰车的总质量为M ，另一木球质量为m ，且M ∶m =31∶2。
大学物理题库第二章(一)南京工程学院
1【单选题】质量分别为m A和m B (m A>m B)、速度分别为和(v A> v B)的两质点A和B,受到相同的冲量作用,则•A、A的动量增量的绝对值比B的小.•B、A的动量增量的绝对值比B的大.•C、A、B的动量增量相等.•D、A、B的速度增量相等.正确答案：C2【单选题】质量为m的小球,沿水平方向以速率v与固定的竖直壁作弹性碰撞,设指向壁内的方向为正方向,则由于此碰撞,小球的动量增量为•A、mv.•B、0.•C、2mv•D、-2mv正确答案：D3【单选题】质量为20 g的子弹沿X轴正向以500 m/s的速率射入一木块后,与木块一起仍沿X轴正向以50 m/s的速率前进,在此过程中木块所受冲量的大小为•A、9 N·s .•B、-9 N·s.•C、10 N·s.•D、-10 N·s.正确答案：A4【单选题】{质量为m的质点,以不变速率v沿图中正三角形ABC的水平光滑轨道运动.质点越过A角时, 作用于质点的冲量的大小为:}•A、mv.•B、•C、•D、2mv.正确答案：C5【单选题】一炮弹由于特殊原因在水平飞行过程中,突然炸裂成两块, 其中一块作自由下落,则另一块着地点(飞行过程中阻力不计)•A、比原来更远.•B、比原来更近.•C、仍和原来一样远.•D、条件不足,不能判定.正确答案：A6【单选题】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.正确答案：C7【单选题】一质点在几个外力同时作用下运动时,下述哪种说法正确? •A、质点的动量改变时,质点的动能一定改变.•B、质点的动能不变时,质点的动量也一定不变.•C、外力的冲量是零,外力的功一定为零.•D、外力的功为零,外力的冲量一定为零.正确答案：C8【单选题】已知两个物体A和B的质量以及它们的速率都不相同,若物体A的动量在数值上比物体B的大,则A的动能E KA与B的动能E KB之间（）•A、E KB一定大于E KA.•B、E KB一定小于E KA.•C、E KB=E KA.•D、不能判定谁大谁小.正确答案：D9【简答题】质量m=1 kg的物体,在坐标原点处从静止出发在水平面内沿x轴运动,其所受合力方向与运动方向相同,合力大小为F=3+2x (SI),那么,物体在开始运动的3 m内,合力所作的功W=___________J。
力学练习题1(选择)
力学练习题11．某质点的运动方程为：][6533SI t t x +-=，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.2．将一物体提高10m ，下述哪一种情况提升力所作的功最多？ （ ）A. 以5m/s 的速度匀速提升B. 以10m/s 的速度匀速提升C. 将物体从静止开始匀加速提升，达到5m/s 的速度3．一质点作直线运动,某时刻的瞬时速度为s m v /2=, 瞬时加速度为2/2s m a -=, 则一秒钟后质点的速度： （ ）A.等于零.B. 等于s m /2-.C. 等于s m /2.D. 不能确定.4．刚体绕定轴作匀变速转动时，刚体上距转轴为r 的任一点的 ( )A. 切向、法向加速度的大小均随时间变化；B.切向、法向加速度的大小均保持恒定；C.切向加速度大小恒定, 法向加速度的大小变化；D.法向加速度大小恒定，切向加速度大小变化；5.如图所示，在边长为a 的正六边形的顶点上，分别固定六个质点，每个质点的质量都是ｍ，设这正六边形放在xoy 平面内，则质点对ｏｙ轴的转动惯量为：（ ）A. 3ma 2B. 12ma 2C. 9ma 26．在系统不受外力作用的非弹性碰撞过程中 （ ）A. 动能和动量都守恒B. 动能和动量都不守恒；C. 动能不守恒动量守恒D. 动能守恒动量不守恒7.溜冰运动员作旋转动作，转动惯量为J ，角速度为ω，伸开手腿，转动惯量和角速度分别变为'J 和ω'。
则该过程中下列说法正确的是 （ ）A. 角动量守恒B.动能守恒C. 角动量和动能均守恒D.角动量和动能均不守恒8一质点沿半径m R 1=的圆周运动，已知走过的圆弧和时间的关系为222t s +=(SI)，则当总加速度a 恰好与半径成 45角时，质点所经过的路程s 为 （ ）A.1.5mB.2.5mC.3.5mD.4.5m9. 一质点的运动方程为24+=t x (SI)，5633+-=t t y (SI)，则质点速度最小的位置在（ ）A.（6，1）B.（5，2）C.（2，6）D.（6，2）10. 一物体以与水平方向成 60角的初速度被抛出，经过4s 后落地，速度的垂直分量s m v y /84=，则物体从抛出点到落地点的水平距离是 （ ）A. 183mB. 83mC. 283mD. 383m11. 对于势能下列理解错误的是： （ ）A 只有系统内诸质点间以保守力作用时，才有与该力相对应的势能B 势能属于系统或质点组C 若以弹簧自由伸长时物体所在位置为零势点，则弹簧物体系统的弹性势能为221kx D 势能增量与零势点的选择有关 12.关于刚体对轴的转动惯量，下列说法中正确的是 ( )A. 只取决于刚体的质量，与质量的空间分布和轴的位置无关B. 取决于刚体的质量和质量的空间分布，与轴的位置无关C. 取决于刚体的质量、质量分布和轴的位置D. 只取决于转轴的位置，与刚体的质量和质量的空间分布无关13. 对功的概念有以下几种说法：① 保守力作功时，系统内相应的势能增加 ② 质点运动经一闭合路径，保守力对质点作的功为零 ③作用力和反作用力大小相等、方向相反，所以两者作功的代数和必为零。
物理学(第五版)上册课后习题选择答案
习题11-1 质点作曲线运动，在时刻t 质点的位矢为r ，速度为v ，t 至()t t +∆时间内的位移为r ∆，路程为s ∆，位矢大小的变化量为r ∆（或称r ∆），平均速度为v ，平均速率为v 。
（1）根据上述情况，则必有（ B ） （A ）r s r ∆=∆=∆（B ）r s r ∆≠∆≠∆，当0t ∆→时有dr ds dr =≠ （C ）r r s ∆≠∆≠∆，当0t ∆→时有dr dr ds =≠ （D ）r s r ∆=∆≠∆，当0t ∆→时有dr dr ds == （2）根据上述情况，则必有（ C ）（A ）,v v v v == （B ）,v v v v ≠≠ （C ）,v v v v =≠ （D ）,v v v v ≠=1-2 一运动质点在某瞬间位于位矢(,)r x y 的端点处，对其速度的大小有四种意见，即（1）dr dt ；（2）dr dt ；（3）dsdt；（4下列判断正确的是：( D )（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1-3 质点作曲线运动，r 表示位置矢量，v 表示速度，a 表示加速度，s 表示路程，t a 表示切向加速度。
对下列表达式，即（1）dv dt a =；（2）dr dt v =；（3）ds dt v =；（4）t dv dt a =。
下述判断正确的是（ D ）（A ）只有（1）、（4）是对的 （B ）只有（2）、（4）是对的 （C ）只有（2）是对的 （D ）只有（3）是对的 1-4 一个质点在做圆周运动时，则有（ B ） （A ）切向加速度一定改变，法向加速度也改变 （B ）切向加速度可能不变，法向加速度一定改变 （C ）切向加速度可能不变，法向加速度不变（D ）切向加速度一定改变，法向加速度不变*1-5 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。
物理学教程(第二版)上册第三章课后答案
第三章动量守恒定律和能量守恒定律3 -3对功的概念有以下几种说法：(1) 保守力作正功时,系统内相应的势能增加；(2) 质点运动经一闭合路径,保守力对质点作的功为零；(3) 作用力和反作用力大小相等、方向相反,所以两者所作功的代数和必为零．下列上述说法中判断正确的是()(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)是正确的分析与解保守力作正功时,系统内相应势能应该减少．由于保守力作功与路径无关,而只与始末位置有关,如质点环绕一周过程中,保守力在一段过程中作正功,在另一段过程中必然作负功,两者之和必为零．至于一对作用力与反作用力分别作用于两个质点所作功之和未必为零(详见习题3 -2 分析),由此可见只有说法(2)正确,故选(C)．3 -4如图所示,质量分别为m1和m2的物体A和B,置于光滑桌面上,A和B之间连有一轻弹簧．另有质量为m1和m2的物体C和D分别置于物体A与B 之上,且物体A和C、B和D之间的摩擦因数均不为零．首先用外力沿水平方向相向推压A和B,使弹簧被压缩,然后撤掉外力,则在A和B弹开的过程中,对A、B、C、D 以及弹簧组成的系统,有()(A) 动量守恒,机械能守恒(B) 动量不守恒,机械能守恒(C) 动量不守恒,机械能不守恒(D) 动量守恒,机械能不一定守恒分析与解由题意知,作用在题述系统上的合外力为零,故系统动量守恒,但机械能未必守恒,这取决于在A、B 弹开过程中C 与A 或D 与B 之间有无相对滑动,如有则必然会因摩擦内力作功,而使一部分机械能转化为热能,故选(D)．3 -5如图所示,子弹射入放在水平光滑地面上静止的木块后而穿出．以地面为参考系,下列说法中正确的说法是()(A) 子弹减少的动能转变为木块的动能(B) 子弹-木块系统的机械能守恒(C) 子弹动能的减少等于子弹克服木块阻力所作的功(D) 子弹克服木块阻力所作的功等于这一过程中产生的热分析与解 子弹-木块系统在子弹射入过程中,作用于系统的合外力为零,故系统动量守恒,但机械能并不守恒．这是因为子弹与木块作用的一对内力所作功的代数和不为零(这是因为子弹对地位移大于木块对地位移所致),子弹动能的减少等于子弹克服阻力所作功,子弹减少的动能中,一部分通过其反作用力对木块作正功而转移为木块的动能,另一部分则转化为热能(大小就等于这一对内力所作功的代数和)．综上所述,只有说法(C)的表述是完全正确的． 3 -6 一架以3.0 ×102m·ｓ-1的速率水平飞行的飞机,与一只身长为0.20 m 、质量为0.50 kg 的飞鸟相碰．设碰撞后飞鸟的尸体与飞机具有同样的速度,而原来飞鸟对于地面的速率甚小,可以忽略不计．试估计飞鸟对飞机的冲击力(碰撞时间可用飞鸟身长被飞机速率相除来估算)．根据本题的计算结果,你对于高速运动的物体(如飞机、汽车)与通常情况下不足以引起危害的物体(如飞鸟、小石子)相碰后会产生什么后果的问题有些什么体会？分析 由于鸟与飞机之间的作用是一短暂时间内急剧变化的变力,直接应用牛顿定律解决受力问题是不可能的．如果考虑力的时间累积效果,运用动量定理来分析,就可避免作用过程中的细节情况．在求鸟对飞机的冲力(常指在短暂时间内的平均力)时,由于飞机的状态(指动量)变化不知道,使计算也难以进行；这时,可将问题转化为讨论鸟的状态变化来分析其受力情况,并根据鸟与飞机作用的相互性(作用与反作用),问题就很简单了． 解 以飞鸟为研究对象,取飞机运动方向为x 轴正向．由动量定理得 0Δ-='v m t F式中F '为飞机对鸟的平均冲力,而身长为20cm 的飞鸟与飞机碰撞时间约为Δt ＝l /v ,以此代入上式可得N 1055.252⨯=='lm F v鸟对飞机的平均冲力为N 1055.25⨯-='-=F F式中负号表示飞机受到的冲力与其飞行方向相反．从计算结果可知,2.25 ×105 N 的冲力大致相当于一个22 t 的物体所受的重力,可见,此冲力是相当大的．若飞鸟与发动机叶片相碰,足以使发动机损坏,造成飞行事故．3 -7 如图所示，质量为m 的物体,由水平面上点O 以初速为v 0抛出,v 0与水平面成仰角α．若不计空气阻力,求：(1) 物体从发射点O 到最高点的过程中,重力的冲量；(2) 物体从发射点到落回至同一水平面的过程中,重力的冲量．分析 重力是恒力,因此,求其在一段时间内的冲量时,只需求出时间间隔即可．由抛体运动规律可知,物体到达最高点的时间gαt sin Δ01v =,物体从出发到落回至同一水平面所需的时间是到达最高点时间的两倍．这样,按冲量的定义即可求得结果． 另一种解的方法是根据过程的始、末动量,由动量定理求出． 解1 物体从出发到达最高点所需的时间为gαt sin Δ01v =则物体落回地面的时间为gt t αsin Δ2Δ0122v ==于是,在相应的过程中重力的冲量分别为j j F I αsin Δd 011Δ1v m t mg t t -=-==⎰ j j F I αsin 2Δd 022Δ2v m t mg t t -=-==⎰解2 根据动量定理,物体由发射点O 运动到点A 、B 的过程中,重力的冲量分别为j j j I αm y m mv Ay sin 001v v -=-= j j j I αm y m mv By sin 2002v v -=-=3 -8 F x ＝30＋4t (式中F x 的单位为N,t 的单位为s)的合外力作用在质量m ＝10 kg 的物体上,试求：(1) 在开始2ｓ内此力的冲量；(2) 若冲量I ＝300 N·s,此力作用的时间；(3) 若物体的初速度v 1＝10 m·s -1 ,方向与F x 相同,在t ＝6.86s 时,此物体的速度v 2． 分析 本题可由冲量的定义式⎰=21d t t t F I ,求变力的冲量,继而根据动量定理求物体的速度v 2．解 (1) 由分析知()s N 68230d 43020220⋅=+=+=⎰t t t t I(2) 由I ＝300 ＝30t ＋2t 2 ,解此方程可得t ＝6.86 s(另一解不合题意已舍去)(3) 由动量定理,有I ＝m v 2- m v 1由(2)可知t ＝6.86 s 时I ＝300 N·s ,将I 、m 及v 1代入可得112sm 40-⋅=+=mm I v v3 -9 高空作业时系安全带是非常必要的．假如一质量为51.0 kg 的人,在操作时不慎从高空竖直跌落下来,由于安全带的保护,最终使他被悬挂起来．已知此时人离原处的距离为2.0 m ,安全带弹性缓冲作用时间为0.50 s ．求安全带对人的平均冲力．分析 从人受力的情况来看,可分两个阶段：在开始下落的过程中,只受重力作用,人体可看成是作自由落体运动；在安全带保护的缓冲过程中,则人体同时受重力和安全带冲力的作用,其合力是一变力,且作用时间很短．为求安全带的冲力,可以从缓冲时间内,人体运动状态(动量)的改变来分析,即运用动量定理来讨论．事实上,动量定理也可应用于整个过程．但是,这时必须分清重力和安全带冲力作用的时间是不同的；而在过程的初态和末态,人体的速度均为零．这样,运用动量定理仍可得到相同的结果．解1 以人为研究对象,按分析中的两个阶段进行讨论．在自由落体运动过程中,人跌落至2 m 处时的速度为gh 21=v (1)在缓冲过程中,人受重力和安全带冲力的作用,根据动量定理,有()12Δv v m m t -=+P F(2)由式(1)、(2)可得安全带对人的平均冲力大小为()N 1014.1Δ2ΔΔ3⨯=+=+=tgh mg tm Δmg F v解2 从整个过程来讨论．根据动量定理有N 1014.1/2Δ3⨯=+=mg g h tmg F3 -10 质量为m 的小球,在合外力F ＝-kx 作用下运动,已知x ＝A cos ωt ,其中k 、ω、A 均为正常量,求在t ＝0 到ωt 2π=时间内小球动量的增量．分析 由冲量定义求得力F 的冲量后,根据动量原理,即为动量增量,注意用式⎰21d t t t F 积分前,应先将式中x 用x ＝A cos ωt 代之,方能积分． 解 力F 的冲量为ωωωkAt t kA t kx t F I t t t t -=-=-==⎰⎰⎰2/π02121d cos d d即()ωkA m -=v Δ3 -11 一只质量kg 11.01=m 的垒球以11sm 17-⋅=v 水平速率扔向打击手，球经球棒击出后，具有如图（a ）所示的速度且大小12sm 34-⋅=v ，若球与棒的接触时间为0.025 s,求：（1）棒对该球平均作用力的大小；（2）垒球手至少对球作了多少功？分析第（1）问可对垒球运用动量定理，既可根据动量定理的矢量式，用几何法求解，如图（b ）所示；也可建立如图（a ）所示的坐标系，用动量定量的分量式求解，对打击、碰撞一类作用时间很短的过程来说，物体的重力一般可略去不计.题 3-11 图解（1）解 1由分析知，有12mv mv t F -=∆其矢量关系如图（b ）所示，则)60180cos())((2)()()(2122212--+=∆mv mv mv mv t F解之得N 9.197=F 解 2由图（a ）有x xx mv mvt F 12-=∆02-=∆yy mvt F将，则和代入解得及y x y x x F F v v v v v v 60sin 60cos ,22221=-==N 9.19722=+=yx FF F(2) 由质点动能定理，得J 7.4721212122=-=mv mvW3 -12 如图所示,在水平地面上,有一横截面S ＝0.20 m 2的直角弯管,管中有流速为v ＝3.0 m·ｓ-1的水通过,求弯管所受力的大小和方向．题 3-12 图分析 对于弯曲部分AB 段内的水而言,由于流速一定,在时间Δt 内,从其一端流入的水量等于从另一端流出的水量．因此,对这部分水来说,在时间Δt 内动量的增量也就是流入与流出水的动量的增量Δp ＝Δm (v B -v A )；此动量的变化是管壁在Δt 时间内对其作用冲量I 的结果．依据动量定理可求得该段水受到管壁的冲力F ；由牛顿第三定律,自然就得到水流对管壁的作用力F′＝-F ．解 在Δt 时间内,从管一端流入(或流出) 水的质量为Δm ＝ρυS Δt ,弯曲部分AB 的水的动量的增量则为Δp ＝Δm (v B -v A ) ＝ρυS Δt (v B -v A )依据动量定理I ＝Δp ,得到管壁对这部分水的平均冲力()A B t S ρtv v v -==ΔΔI F从而可得水流对管壁作用力的大小为N 105.2232⨯-=-=-='v S ρF F作用力的方向则沿直角平分线指向弯管外侧．3 -13 A 、B 两船在平静的湖面上平行逆向航行,当两船擦肩相遇时,两船各自向对方平稳地传递50 kg 的重物,结果是A 船停了下来,而B 船以3.4 m·s -1的速度继续向前驶去．A 、B 两船原有质量分别为0.5×103kg 和1.0 ×103 kg,求在传递重物前两船的速度．(忽略水对船的阻力) 分析 由于两船横向传递的速度可略去不计,则对搬出重物后的船A 与从船B 搬入的重物所组成的系统Ⅰ来讲,在水平方向上无外力作用,因此,它们相互作用的过程中应满足动量守恒；同样,对搬出重物后的船B 与从船A 搬入的重物所组成的系统Ⅱ亦是这样．由此,分别列出系统Ⅰ、Ⅱ的动量守恒方程即可解出结果．解 设A 、B 两船原有的速度分别以v A 、v B 表示,传递重物后船的速度分别以v A ′ 、v B ′ 表示,被搬运重物的质量以m 表示．分别对上述系统Ⅰ、Ⅱ应用动量守恒定律,则有()A A B A Am m m m v v v '=+-(1)()''=+-BB A B Bm m m m v v v (2) 由题意知v A ′ ＝0, v B ′ ＝3.4 m·s -1代入数据后,可解得()()12sm 40.0-⋅-=---'-=mm m m m m m A B BB A v v()()()12sm 6.3-⋅=---'-=mm m m m m m m B ABB AB v v也可以选择不同的系统,例如,把A 、B 两船(包括传递的物体在内)视为系统,同样能满足动量守恒,也可列出相对应的方程求解．3 -14 质量为m′的人手里拿着一个质量为m 的物体,此人用与水平面成α角的速率v 0向前跳去．当他达到最高点时,他将物体以相对于人为u 的水平速率向后抛出．问：由于人抛出物体,他跳跃的距离增加了多少？ (假设人可视为质点)分析 人跳跃距离的增加是由于他在最高点处向后抛出物体所致．在抛物的过程中,人与物之间相互作用力的冲量,使他们各自的动量发生了变化．如果把人与物视为一系统,因水平方向不受外力作用,故外力的冲量为零,系统在该方向上动量守恒．但在应用动量守恒定律时,必须注意系统是相对地面(惯性系)而言的,因此,在处理人与物的速度时,要根据相对运动的关系来确定．至于,人因跳跃而增加的距离,可根据人在水平方向速率的增量Δv 来计算． 解 取如图所示坐标．把人与物视为一系统,当人跳跃到最高点处,在向左抛物的过程中,满足动量守恒,故有()()u m m αm m -+'='+v v v cos 0式中v 为人抛物后相对地面的水平速率,v -u 为抛出物对地面的水平速率．得u m m m α'++=cos 00v v人的水平速率的增量为u m m m α'+=-=cos Δ0v v v而人从最高点到地面的运动时间为gαt sin 0v =所以,人跳跃后增加的距离()gm m αm t x '+==sin ΔΔ0v v3 -15 一物体在介质中按规律x ＝ct 3作直线运动,c 为一常量．设介质对物体的阻力正比于速度的平方．试求物体由x 0＝0 运动到x ＝l 时,阻力所作的功．(已知阻力系数为k ) 分析 本题是一维变力作功问题,仍需按功的定义式⎰⋅=x F d W 来求解．关键在于寻找力函数F ＝F (x )．根据运动学关系,可将已知力与速度的函数关系F (v ) ＝k v 2变换到F (t ),进一步按x ＝ct 3的关系把F (t )转换为F (x ),这样,就可按功的定义式求解． 解 由运动学方程x ＝ct 3,可得物体的速度23d d ct tx ==v按题意及上述关系,物体所受阻力的大小为3/43/242299xkct kc k F ===v则阻力的功为⎰⋅=x F W d 3/73/23/403/20727d 9d 180cos d l kcx xkcx W ll-=-==⋅=⎰⎰⎰x F3 -16 一人从10.0 m 深的井中提水,起始桶中装有10.0 kg 的水,由于水桶漏水,每升高1.00 m 要漏去0.20 kg 的水．水桶被匀速地从井中提到井口,求所作的功．题 3-16 图分析 由于水桶在匀速上提过程中,拉力必须始终与水桶重力相平衡．水桶重力因漏水而随提升高度而变,因此,拉力作功实为变力作功．由于拉力作功也就是克服重力的功,因此,只要能写出重力随高度变化的关系,拉力作功即可求出． 解 水桶在匀速上提过程中,a ＝0,拉力与水桶重力平衡,有F ＋P ＝0在图示所取坐标下,水桶重力随位置的变化关系为P ＝mg -αgy其中α＝0.2 kg/m,人对水桶的拉力的功为()J 882d d 1010=-=⋅=⎰⎰y agy mgW y F3 -17 一质量为0.20 kg 的球,系在长为2.00 m 的细绳上,细绳的另一端系在天花板上．把小球移至使细绳与竖直方向成30°角的位置,然后从静止放开．求：(1) 在绳索从30°角到0°角的过程中,重力和张力所作的功；(2) 物体在最低位置时的动能和速率；(3) 在最低位置时的张力．题 3-17 图分析 (1) 在计算功时,首先应明确是什么力作功．小球摆动过程中同时受到重力和张力作用．重力是保守力,根据小球下落的距离,它的功很易求得；至于张力虽是一变力,但是,它的方向始终与小球运动方向垂直,根据功的矢量式⎰⋅=s d F W ,即能得出结果来．(2) 在计算功的基础上,由动能定理直接能求出动能和速率．(3) 在求最低点的张力时,可根据小球作圆周运动时的向心加速度由重力和张力提供来确定．解 (1) 如图所示,重力对小球所作的功只与始末位置有关,即()J 53.0cos 1Δ=-==θmgl h P W P在小球摆动过程中,张力F Ｔ的方向总是与运动方向垂直,所以,张力的功s Fd TT ⋅=⎰W(2) 根据动能定理,小球摆动过程中,其动能的增量是由于重力对它作功的结果．初始时动能为零,因而,在最低位置时的动能为J 53.0k ==P W E小球在最低位置的速率为1P K s m 30.222-⋅===mW mE v(3) 当小球在最低位置时,由牛顿定律可得lm P F 2T v =-N 49.22T =+=lm mg F v3 -18 一质量为m 的质点,系在细绳的一端,绳的另一端固定在平面上．此质点在粗糙水平面上作半径为r 的圆周运动．设质点的最初速率是v 0．当它运动一周时,其速率为v 0 /2．求：(1) 摩擦力作的功；(2) 动摩擦因数；(3) 在静止以前质点运动了多少圈？分析 质点在运动过程中速度的减缓,意味着其动能减少；而减少的这部分动能则消耗在运动中克服摩擦力作功上．由此,可依据动能定理列式解之． 解 (1) 摩擦力作功为20202k 0k 832121v v v m m m E E W -=-=-=(1)(2) 由于摩擦力是一恒力,且F ｆ＝μmg ,故有mg r s F W μπ2180cos of -== (2)由式(1)、(2)可得动摩擦因数为rgπμ1632v =(3) 由于一周中损失的动能为2083v m ,则在静止前可运行的圈数为34k 0==WE n 圈3 -19 如图(a)所示,A 和B 两块板用一轻弹簧连接起来,它们的质量分别为m 1和m 2．问在A 板上需加多大的压力,方可在力停止作用后,恰能使A 在跳起来时B 稍被提起．(设弹簧的劲度系数为k )题 3-19 图分析 运用守恒定律求解是解决力学问题最简捷的途径之一．因为它与过程的细节无关,也常常与特定力的细节无关．“守恒”则意味着在条件满足的前提下,过程中任何时刻守恒量不变．在具体应用时,必须恰当地选取研究对象(系统),注意守恒定律成立的条件．该题可用机械能守恒定律来解决．选取两块板、弹簧和地球为系统,该系统在外界所施压力撤除后(取作状态1),直到B 板刚被提起(取作状态2),在这一过程中,系统不受外力作用,而内力中又只有保守力(重力和弹力)作功,支持力不作功,因此,满足机械能守恒的条件．只需取状态1 和状态2,运用机械能守恒定律列出方程,并结合这两状态下受力的平衡,便可将所需压力求出． 解 选取如图(b)所示坐标,取原点O 处为重力势能和弹性势能零点．作各状态下物体的受力图．对A 板而言,当施以外力F 时,根据受力平衡有F 1＝P 1＋F (1)当外力撤除后,按分析中所选的系统,由机械能守恒定律可得2221212121mgy ky mgyky +=-式中y 1、y 2为M 、N 两点对原点O 的位移．因为F 1＝ky 1 ,F 2＝ky 2及P 1＝m 1g ,上式可写为F 1 -F 2＝2P 1 (2)由式(1)、(2)可得F ＝P 1＋F 2 (3)当A 板跳到N 点时,B 板刚被提起,此时弹性力F′2＝P 2 ,且F 2＝F′2．由式(3)可得F ＝P 1＋P 2＝(m 1＋m 2 )g应注意,势能的零点位置是可以任意选取的．为计算方便起见,通常取弹簧原长时的弹性势能为零点,也同时为重力势能的零点．3 -20 如图所示，一质量为m 的木块静止在光滑水平面上，一质量为m /2的子弹沿水平方向以速率0v 射入木块一段距离L (此时木块滑行距离恰为s )后留在木块内，求：（1）木块与子弹的共同速度v ,此过程中木块和子弹的动能各变化了多少？（2）子弹与木块间的摩擦阻力对木块和子弹各作了多少功？（3）证明这一对摩擦阻力的所作功的代数和就等于其中一个摩擦阻力沿相对位移L 所作的功.(4)证明这一对摩擦阻力所作功的代数和就等于子弹-木块系统总机械能的减少量(亦即转化为热的那部分能量).题 3-20 图分析对子弹-木块系统来说，满足动量守恒，但系统动能并不守恒，这是因为一对摩擦内力所做功的代数和并不为零，其中摩擦阻力对木块作正功，其反作用力对子弹作负功，后者功的数值大于前者，通过这一对作用力与反作用力所做功，子弹将一部分动能转移给木块，而另一部分却转化为物体内能.本题（3）、（4）两问给出了具有普遍意义的结论，可帮助读者以后分析此类问题.解（1）子弹-木块系统满足动量守恒，有v m m mv )2/(2/0+=解得共同速度031v v =对木块 2022k 181021mv mvE =-=∆对子弹 202022k 92)2(21)2(21mv v m v m E -=-=∆（2） 对木块和子弹分别运用质点动能定理，则 对木块 201k 1181mv E W =∆= 对子弹 202k 292mv E W -=∆=（3） 设摩擦阻力大小为f F ,在两者取得共同速度时，木块对地位移为s ，则子弹对地位移为L +s ,有对木块 s F W f 1= 对子弹 )(f 2s L F W +-= 得 L F W W W f 21-=+=式中L 即为子弹对木块的相对位移，“-”号表示这一对摩擦阻力（非保守力）所作功必定会使系统机械能减少.(4) 对木块 2f 121mv s F W ==对子弹 202f 2)2(21)2(21)(v m v m s L F W -=+-= 两式相加，得202221)2(21])2(2121[v m v m mvW W -+=+ 即 20f 183mv L F -=-两式相加后实为子弹-木块系统作为质点系的动能定理表达式，左边为一对内力所作功，右边为系统动能的变化量.3 -21 用铁锤把钉子敲入墙面木板．设木板对钉子的阻力与钉子进入木板的深度成正比．若第一次敲击,能把钉子钉入木板1.00 ×10 -2 m ．第二次敲击时,保持第一次敲击钉子的速度,那么第二次能把钉子钉入多深？分析 由于两次锤击的条件相同,锤击后钉子获得的速度也相同,所具有的初动能也相同．钉子钉入木板是将钉子的动能用于克服阻力作功,由功能原理可知钉子两次所作的功相等．由于阻力与进入木板的深度成正比,按变力的功的定义得两次功的表达式,并由功相等的关系即可求解．解 因阻力与深度成正比,则有F ＝kx (k 为阻力系数)．现令x 0＝1.00 ×10 -2m,第二次钉入的深度为Δx ,由于钉子两次所作功相等,可得⎰⎰+=xx x x x kx x kx Δ000d dΔx ＝0.41 ×10 -2 m3 -22 一质量为m 的地球卫星,沿半径为3R E 的圆轨道运动, R E 为地球的半径．已知地球的质量为m E ．求：(1) 卫星的动能；(2) 卫星的引力势能；(3) 卫星的机械能．分析 根据势能和动能的定义,只需知道卫星的所在位置和绕地球运动的速率,其势能和动能即可算出．由于卫星在地球引力作用下作圆周运动,由此可算得卫星绕地球运动的速率和动能．由于卫星的引力势能是属于系统(卫星和地球)的,要确定特定位置的势能时,必须规定势能的零点,通常取卫星与地球相距无限远时的势能为零．这样,卫星在特定位置的势能也就能确定了．至于卫星的机械能则是动能和势能的总和．解 (1) 卫星与地球之间的万有引力提供卫星作圆周运动的向心力,由牛顿定律可得()E22E E 33R mR mm Gv=则EE 2k 621R m m Gm E ==v(2) 取卫星与地球相距无限远(r →∞)时的势能为零,则处在轨道上的卫星所具有的势能为EE P 3R m m GE -=(3) 卫星的机械能为EE EE EE P k 636R m m GR m m GR m m GE E E -=-=+=3 -23 如图(a)所示,天文观测台有一半径为R 的半球形屋面,有一冰块从光滑屋面的最高点由静止沿屋面滑下,若摩擦力略去不计．求此冰块离开屋面的位置以及在该位置的速度．题 3-23 图分析 取冰块、屋面和地球为系统,由于屋面对冰块的支持力F N 始终与冰块运动的方向垂直,故支持力不作功；而重力P 又是保守内力,所以,系统的机械能守恒．但是,仅有一个机械能守恒方程不能解出速度和位置两个物理量；因此,还需设法根据冰块在脱离屋面时支持力为零这一条件,由牛顿定律列出冰块沿径向的动力学方程．求解上述两方程即可得出结果．解 由系统的机械能守恒,有θmgR m mgR cos 212+=v (1)根据牛顿定律,冰块沿径向的动力学方程为Rm F θmgR 2N cos v =- (2)冰块脱离球面时,支持力F N ＝0,由式(1)、(2)可得冰块的角位置oθ2.4832arccos==冰块此时的速率为32cos Rg θgR ==vv 的方向与重力P 方向的夹角为α＝90° - θ＝41.8°3 -24 如图所示,把质量m ＝0.20 kg 的小球放在位置A 时,弹簧被压缩Δl ＝7.5 ×10 -2m ．然后在弹簧弹性力的作用下,小球从位置A 由静止被释放,小球沿轨道ABCD 运动．小球与轨道间的摩擦不计．已知 BCD 是半径r ＝0.15 m 的半圆弧,AB 相距为2r ．求弹簧劲度系数的最小值．题 3-24 图分析 若取小球、弹簧和地球为系统,小球在被释放后的运动过程中,只有重力和弹力这两个保守内力作功,轨道对球的支持力不作功,因此,在运动的过程中,系统的机械能守恒．运用守恒定律解题时,关键在于选好系统的初态和终态．为获取本题所求的结果,初态选在压缩弹簧刚被释放时刻,这样,可使弹簧的劲度系数与初态相联系；而终态则取在小球刚好能通过半圆弧时的最高点C 处,因为这时小球的速率正处于一种临界状态,若大于、等于此速率时,小球定能沿轨道继续向前运动；小于此速率时,小球将脱离轨道抛出．该速率则可根据重力提供圆弧运动中所需的向心力,由牛顿定律求出．这样,再由系统的机械能守恒定律即可解出该弹簧劲度系数的最小值．解 小球要刚好通过最高点C 时,轨道对小球支持力F N ＝0,因此,有rm mg c 2v =(1)取小球开始时所在位置A 为重力势能的零点,由系统的机械能守恒定律,有()()22213Δ21c m r mg l k v += (2)由式(1)、(2)可得()12mN 366Δ7-⋅==l mgrk3 -25 如图所示,质量为m 、速度为v 的钢球,射向质量为m′的靶,靶中心有一小孔,内有劲度系数为k 的弹簧,此靶最初处于静止状态,但可在水平面上作无摩擦滑动．求子弹射入靶内弹簧后,弹簧的最大压缩距离．题 3-25 图分析 这也是一种碰撞问题．碰撞的全过程是指小球刚与弹簧接触直至弹簧被压缩到最大,小球与靶刚好到达共同速度为止,在这过程中,小球和靶组成的系统在水平方向不受外力作用,外力的冲量为零,因此,在此方向动量守恒．但是,仅靠动量守恒定律还不能求出结果来．又考虑到无外力对系统作功,系统无非保守内力作功,故系统的机械能也守恒．应用上述两个守恒定律,并考虑到球与靶具有相同速度时,弹簧被压缩量最大这一条件,即可求解．应用守恒定律求解,可免除碰撞中的许多细节问题．解 设弹簧的最大压缩量为x 0．小球与靶共同运动的速度为v 1．由动量守恒定律,有()1v v m m m '+= (1)又由机械能守恒定律,有()20212212121kx m m m +'+=v v (2)由式(1)、(2)可得()v m m k m m x '+'=3 -26 质量为m 的弹丸A ,穿过如图所示的摆锤B 后,速率由v 减少到v /2．已知摆锤的质量为m ′,摆线长度为l ,如果摆锤能在垂直平面内完成一个完全的圆周运动,弹丸速度v 的最小值应为多少？。
大学物理力学复习题
运动学1．选择题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：（D ）．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) 抛体运动． 答：（D ）对于沿曲线运动的物体，以下几种说法中哪一种是正确的： （ ） (A) 切向加速度必不为零． (B) 法向加速度必不为零（拐点处除外）．(C) 由于速度沿切线方向，法向分速度必为零，因此法向加速度必为零． (D) 若物体作匀速率运动，其总加速度必为零． 答：（B ）质点作半径为R 的变速圆周运动时的加速度大小为(v 表示任一时刻质点的速率)（ ）(A) t d d v ． (B) R2v ．(C) R t 2d d v v +． (D) 2/1242d d ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛R t v v ．答：（D ）质点沿半径为R 的圆周作匀速率运动，每T 秒转一圈．在2T 时间间隔中，其平均速度大小与平均速率大小分别为 （ ）(A) 2πR /T , 2πR/T ． (B) 0 , 2πR /T(C) 0 , 0． (D) 2πR /T , 0. 答：（B ）一质点作直线运动，某时刻的瞬时速度=v 2 m/s ，瞬时加速度2/2s m a -=，则一秒钟后质点的速度 （ ） (A) 等于零． (B) 等于-2 m/s ．(C) 等于2 m/s ． (D) 不能确定． 答：（D ）一运动质点在某瞬时位于矢径()y x r ,的端点处, 其速度大小为 （ ）(A) t r d d (B) t r d d(C) t r d d (D) 22d d d d ⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛t y t x答：（D ）质点作曲线运动，r表示位置矢量，v 表示速度，a 表示加速度，S 表示路程，a 表示切向加速度，下列表达式中， （ ） (1) a t = d /d v ， (2) v =t r d /d ， (3) v =t S d /d ， (4) t a t =d /d v．(A) 只有(1)、(4)是对的． (B) 只有(2)、(4)是对的． (C) 只有(2)是对的． (D) 只有(3)是对的． 答：（D ）28．一质点沿x 轴运动，其运动方程为2353x t t =-，其中t 以s 为单位。