理论力学(周衍柏第三版)思考题习题答案.

Fb与Rb 大小不等， ab 就不为零了？当然是这样，但此时刻质点受合力的方向与原来不同，
质点的位置也在改变，副法线在空间中方位也不再是原来
ab 所在的方位，又有了新的副法
线，在新的副法线上仍满足 Fb Rb 0即 ab
也反映了自然坐标系的方向虽质点的运动而变。
0 。这反映了牛顿定律得瞬时性和矢量性，
1.4 答：质点在直线运动中只有 a 而无 an ，质点的匀速曲线运动中只有 an而无 a ；质点作
变速运动时即有 at 又有 a n 。
1.5 答： dr 即反应位矢 r 大小的改变又反映其方向的改变，是质点运动某时刻的速度矢量，
dt
而 dr 只表示 r 大小的改变。如在极坐标系中，
dt
dr ri r j 而 dr r 。在直线运动中，规
阿第一章思考题解答
1.1 答：平均速度是运动质点在某一时间间隔
t t t 内位矢大小和方向改变的平均快慢
速度，其方向沿位移的方向即沿
t 对应的轨迹割线方向；瞬时速度是运动质点在某时刻或
某未知位矢和方向变化的快慢程度其方向沿该时刻质点所在点轨迹的切线方向。
在t 0
的极限情况，二者一致，在匀速直线运动中二者也一致的。
过程中初速度的方向运动，到达最高点下落过程中沿力的方向运动。 在曲线运动中初速度的方向与外力的方向不一致， 物体初时刻速度沿初速度的反方向，
但以
后既不会沿初速度的方向也不会沿外力的方向运动，
外力不断改变物体的运动方向， 各时刻
的运动方向与外力的方向及初速度的方向都有关。 如斜抛物体初速度的方向与重力的方向不
1.2 答：质点运动时，径向速度 Vr 和横向速度 Vθ的大小、方向都改变，而 ar 中的 r 只反映
了 Vr 本身大小的改变， a 中的 r r 只是 Vθ本身大小的改变。事实上，横向速度 Vθ方
向的改变会引起径向速度 Vr 大小大改变， r 2 就是反映这种改变的加速度分量；经向速
度 Vr 的方向改变也引起
的改变。 在直线运动中规定了直线的正方向后， 二者都可表示质点运动的加速度； 在曲线运
动中，二者不同， dv dt
a
dv an , 而 dt
1.6 答：不论人是静止投篮还是运动投篮，
a。
球对地的方向总应指向篮筐，
其速度合成如题 1.6
V 球对人
V
题1-6图
V人对地
图所示，故人以速度 V 向球网前进时应向高于篮筐的方向投出。静止投篮是直接向篮筐投
出，（事实上要稍高一点，使球的运动有一定弧度，便于投篮）
。
1.7 答：火车中的人看雨点的运动，是雨点的匀速下落运动及向右以加速度 线运动的合成运动如题 1.7 图所示，
a 的匀速水平直
x
O a
aa
V y
题 1-7 图
o x y 是固定于车的坐标系， 雨点相对车的加速度 a
去 t 的轨迹
y2
2 v2 x
一致，重力的方向决定了轨道的形状开口下凹，初速度的方向决定了射高和射程。
1.11 答：质点仅因重力作用沿光滑静止曲线下滑，达到任意点的速度只和初末时刻的高度 差有关，因重力是保守力，而光滑静止曲线给予质点的发向约束力不做功，因此有此结论
假如曲线不是光滑的， 质点还受到摩擦力的作用， 摩擦力是非保守力， 摩擦力的功不仅与初
末位置有关， 还与路径有关， 故质点到达任一点的速度不仅与初末高度差有关，
还与曲线形
状有关。
1.12 答：质点被约束在一光滑静止的曲线上运动时，约束力的方向总是垂直于质点的运动
方向， 故约束力不做功， 动能定理或能量积分中不含约束力， 故不能求出约束力。 但用动能
定理或能量积分可求出质点在某位置的速度， 从而得出 an ，有牛顿运动方程 Fn Rn man
dt
dt
定了直线的正方向后， 点的运
dt
dt
dt
动速度；在曲线运动中 dr dt
dr ，且 dr 也表示不了 dr 的指向，二者完全不同。
dt
dt
dt
dv 表示质点运动速度的大小，方向的改变是加速度矢量，而 dt
dv 只是质点运动速度大小 dt
a
-2-
a ，其相对运动方程
x
1 2
at 2
消
y vt
如题图， 有人会问： 车上的人看雨点的轨迹是向上凹而不是向下凹呢？因加速度总是在曲线
凹向的内侧， a 垂直于 V 方向的分量 a n 在改变着 V 的方向，该轨迹上凹。 1.8 答：设人发觉干落水时，船已上行 s ，上行时船的绝对速度 V船 V水 ，则
与速度的方向肯定不一致，只是在加速度直线运动二者的方向一致。
1.10 答：当速度与物体受的合外力同一方位线且力矢的方位线不变时，物体作直线运动。 在曲线运动中若初速度方向与力的方向不一致， 物体沿出速度的方向减速运动， 以后各时刻
既可沿初速度方向运动， 也可沿力的方向运动， 如以一定初速度上抛的物体， 开始时及上升
线方向。质点沿空间曲线运动时， ab 0, Fb 0 z 何与牛顿运动定律不矛盾。因质点除受
作用力 F ，还受到被动的约反作用力 R ，二者在副法线方向的分量成平衡力 Fb Rb 0 ，
故 ab 0 符合牛顿运动率。有人会问：约束反作用力靠谁施加，当然是与质点接触的周围
其他物体由于受到质点的作用而对质点产生的反作用力。有人也许还会问：某时刻若
s V船 V水 2
①
船反向追赶竿的速度 V船 V水 ，设从反船到追上竿共用时间 t ，则 ( V船 V 水 )t 600 s
② 又竿与水同速，则
V水（2 t ) 600
③ ①+③ =②得
V水
150m min
1.9 答：不一定一致，因为是改变物体运动速度的外因，而不是产生速度的原因，加速度的
方向与合外力的方向一致。 外力不但改变速度的大小还改变速度的方向， 在曲线运动中外力
-3-
V
的大小改变，另一个
θ
r 即为反映这种改变的加速度分量，故
ar r r 2 ， a r 2r . 。这表示质点的径向与横向运动在相互影响，
完整地描述质点的运动变化情况
它们一起才能
1.3 答：内禀方程中， an 是由于速度方向的改变产生的，在空间曲线中，由于
a 恒位于密切
面内，速度 v 总是沿轨迹的切线方向，而 an 垂直于 v 指向曲线凹陷一方，故 an 总是沿助法