第2章例题_质点动力学分解
大物B课后题02-第二章 质点动力学分解
习题2-1质量为0.25kg 的质点，受力为()F ti SI =的作用，式中t 为时间。
0t =时，该质点以102v jm s -=⋅的速度通过坐标原点，则该质点任意时刻的位置矢量是_____.解 因为40.25d v F t iti dt m ===,所以()4d v t i d t =，于是有()04vtv dv ti dt =⎰⎰，222v t i j =+；又因为drv dt=，所以()222dr t i j dt =+，于是有()222dr t i j dt =+⎰⎰，3223r t i tj C =++，而t=0时质点通过了原点，所以0C =，故该质点在任意时刻的位置矢量为3223r t i tj =+。
2-2一质量为10kg 的物体在力(12040)()f t i SI =+作用下，沿x 轴运动。
0t =时，其速度106v im s -=⋅，则3t s =时，其速度为（ ）A. 110im s -⋅ B. 166im s -⋅ C. 172im s -⋅ D. 14im s -⋅ 解 本题正确答案为C 在x 方向，动量定理可写为()312040t dt mv mv+=-⎰，即0660mv mv -=所以 ()1066066067210v v m s m -=+=+=∙。
2-3一物体质量为10kg 。
受到方向不变的力3040()F t SI =+的作用，在开始的2s 内，此力的冲量大小等于______;若物体的初速度大小为110m s -∙ ，方向与F同向，则在2s 末物体的速度大小等于_______.解 在开始的2s 内，此力的冲量大小为 ()23040140()I t dt N s =+=∙⎰由质点的动量定理得0I mv mv =-当物体的初速度大小为110m s -∙，方向与F 同向时，在2s 末物体速度的大小为 101401024()10I v v m s m -=+=+=∙2-4一长为l 、质量均匀的链条，放在光滑的水平桌面上。
第2章 质点动力学解答
得
下降段：由牛顿第二定律 合
得
2.6 解： （1）阻力： 由牛顿第二定律
分离变量，然后两边同时积分，并利用初始条件可得：
−
积分得：
−
t=10s，代入已知条件可得：
（2）由
t−
分离变量，然后两边同时积分，并利用初始条件可得：
t
t
−
积分得：
t−
所以飞机着陆后 10s 内滑行的距离为 t 4 .7 m
2.8 解：
由功的定义可得：
∆W
∆
47
2.9 解：元功：dw 弹力做的功：
tt
W
t
t 쳌t t
−쳌
2.12 解： （墙面目标为原点）
阻力
t
第一次敲击过程：铁锤做功
.
.
−
t
tt
第二次敲击过程：铁锤做功
t
t
−
t
tt
.
.
两次敲击钉子的速度相同，故两次敲击铁锤做功相等，即
由此可得，第二次把钉子钉入的深度 t .4
所以，第二次敲击时能把钉子钉入的深度为
t 弹簧从压缩至t 到两木块速度相等，此时弹簧伸长量最大。 此过程机械能守恒，可得
t
t
弹簧从原长状态到两木块速度相等状态，此过程动量守恒， 可得
由（1）（2）（3）可得
t 4
t t 2.20 解： （1）棒给球的冲量由动量定理可得
写成分量式：
X 方向：
t− Y 方向：
.4
cos4 ° − . 4
4.
2.1 解：（图） 受力分析可得:
解得：
如果以拉力
所以 t 2.4 解：图 （1）
取代 ，对质量为 的物体受力分析有 t
大学物理第2章 质点动力学习题(含解答)
第2章质点动力学习题解答2-1如图所示，电梯作加速度大小为a 运动。
物体质量为m ，弹簧的弹性系数为k ，•求图示三种情况下物体所受的电梯支持力（图a 、b ）及电梯所受的弹簧对其拉力（图c ）。
解：（a ）ma mg N =-)(a g m N +=（b ）ma N mg =-)(a g m N -=（c ）ma mg F =-)(a g m F +=2-2如图所示，质量为10kg 物体，•所受拉力为变力2132+=t F （SI ），0=t 时物体静止。
该物体与地面的静摩擦系数为20.0=s μ，滑动摩擦系数为10.0=μ，取10=g m/s 2，求1=t s 时，物体的速度和加速度。
解：最大静摩擦力)(20max N mg f s ==μmax f F >，0=t 时物体开始运动。
ma mg F =-μ，1.13.02+=-=t mmgF a μ 1=t s 时，)/(4.12s m a =dtdv a =，adt dv =，⎰⎰+=t v dt t dv 0201.13.0t t v 1.11.03+=1=t s 时，)/(2.1s m v =2-3一质点质量为2.0kg ，在O x y 平面内运动，•其所受合力j t i t F 232+=（SI ），0=t 时，速度j v 20=（SI ），位矢i r20=。
求：（1）1=t s 时，质点加速度的大小及方向；（2）1=t s时质点的速度和位矢。
解：j t i t m Fa+==223 223t a x =，00=x v ，20=x ⎰⎰=t v x dt t dv x 0223，23t v x =⎰⎰⎰==txtx dt t dt v dx 03202，284+=t xt a y =，20=y v ，00=y⎰⎰=tv y tdt dv y02，222+=t v y⎰⎰⎰+==tyty dt t dt v dy 020)22(，t t y 263+=（1）1=t s 时，)/(232s m j i a +=（2）j t i t v )22(223++=，1=t s 时，j i v2521+= j t t i t r )26()28(34+++=，1=t s 时，j i r613817+=2-4质量为m 的子弹以速度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，速度随时间变化的关系；（2）子弹射入沙土的最大深度。
第2章习题解
第二章 动量守衡 质点动力学2-1 一个原来静止的原子核，经放射性衰变，放出一个动量为9.22×10-16g ⋅cm/s 的电子，同时该核在垂直方向上又放出一个动量为5.33×10-16g ⋅cm/s 的中微子，问蜕变后原子核的动量的大小和方向。
解: 衰变过程是: e v e B A ++→-，由动量守衡得 .0=++v e B P P P 大小：e B P P =--==s cm g s cm g /1065.10/1033.522.9161622⋅⨯=⋅⨯+=--.方向:3022.933.511===--tgtgθ；15030180=-=ϕ,1203090=+=φ.2-2 质量为M 的木块静止在光滑的水平桌面上。
质量为m ，速率为v 0的子弹水平地入射到木块内(见本题图)并与它一起运动。
求 (1)子弹相对于木块静止后，木块的速率和动量，以及子弹的动量；(2)在此过程中子弹施于木块的冲量。
解:(1)设木块的速率为v , 由动量守衡: v m M mv )(0+=；得0v mM m v +=， 木块的动量0v m M Mm mv p +==木，子弹的动量02v mM mmv p +==子.(2)子弹施予木块的冲量为 00v mM Mm P I +=-=木木.2-3 如本题图，已知绳的最大强度T 0 = 1.00 kg ，m = 500g , l = 30.0cm ，开始时m 静止。
水平冲量I 等于多大才能把绳子打断？ 解: 要求向心力mg T evmF ->=02，即要求l mmg T v ->0，l mmg T mmv I ->-=00.故 l mg T m I )(0-=s m kg /86.0]100.30)8.9105008.91(10500[21233⋅=⨯⨯⨯⨯-⨯⨯=---2-4 一子弹水平地穿过两个前后并排在光滑水平桌面上的静止木块。
木块的质量分别为m 1和m 2；设子弹透过两木块的时间间隔为t 1和t 2，子弹在木块中所受阻力为恒力f ，求子弹穿过时两木块各以多大的速度运动.解: 当子弹穿出m 1时, m 1与 m 2一起运动, 故 1211)(v m m ft +=; 2111m m ft v +=.当子弹穿出m 2时, 12222v m v m ft -=，解得 222112212m ft m m ft m ft v v ++=+=.2-5 质量70kg 的渔人站在小船上，设船和渔人的总质量为200kg ．若渔人在船上向船头走4.0m 后停止。
第2章 质点动力学 习题答案
2-8. 长为l的轻绳，一端固定，另一端系一质量为m的小 长为 的轻绳，一端固定，另一端系一质量为 的小 的轻绳 开始运动， 球，使小球从悬挂着的位置以水平初速度 v 0 开始运动， 求小球沿逆时针转过 解：法向方程 角度时的角速度和绳子张力。 角度时的角速度和绳子张力。 θ
T − mg cos θ = m ω 2 l m v + 2 gl (cos θ − 1) = l
r2
r
2
，求电子从 r1 运动到 r2 ( r1 > r2 )
r1
r r r2 k 1 1 f ⋅dr = − ∫ 2 dr = k − r r r1 r 2 1
2-14. 质量为 m = 2 × 10 −3 kg的子弹，在枪筒中前进时受到 的子弹， 的合力为 F = 400 − 300m/s，试计算枪筒的长度。 ，试计算枪筒的长度。 解：设枪筒的长度为
其速度是？ 其速度是？
r 2-3. 一物体质量为 一物体质量为10kg，受方向不变的力 F = 30 + 40t ，
的作用，在开始的 内 此力的冲量大小为？ 的作用，在开始的2s内，此力的冲量大小为？若物体的 方向与力同向，则在2s末物体 初速度大小为 10 m ⋅ s ，方向与力同向，则在 末物体 速度的大小等于？ 速度的大小等于？
r r 2-2. 一质量为 一质量为10kg的物体在力 f = (120t + 40) i 作用 的物体在力 r r v0 = 6i m ⋅ s −1 ，则t=3时 轴运动， 时其速度 下，沿x轴运动，t=0时其速度 轴运动 时
r r r r f (120t + 40)i = = (12t + 4) i 解：a = m 10 r r r t r t r 2 v = ∫ adt = ∫ (12t + 4) i dt =(6t + 4t ) i + v0 0 0 r = ( 6t 2 + 4t + 6) i r r v ( 3) = 72i m ⋅ s −1
质点动力学 习题答案优秀PPT
(120t
40)i
(12t
4) i
m
10
v
t adt
0
t 0
(12t
4)
i dt
(6t
2
4t )
i
v0
(6t 2 4t 6)i
v(3)
72i
m
s
1
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3
2-3. 一物体质量为10kg，受方向不变的力 F 30 40t
的作用，在开始的2s内，此力的冲量大小为？若物体的
（2）解：物体系的加速度：
a (mA mB )g mC g
f
T
(mA mB mC )
1.1 m s2
分析物体C，T mC g mCa
2020/4代/28 入数据解得：T 1.7 N
8
2-12. 已知条件如图，求物体系的加速度和A、B两绳中 的张力。绳与滑轮的质量和所有摩擦不计。
解：由动能定理，链条刚 好离开桌面时，重力做 功等于链条此时的动能：
1 mv 2 1 mg l 1 mg l
2
2 22 4
v 3 gl 2
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2-5. 一弹簧原长0.5m，弹力系数k，上端固定在天花板 上，当下段悬挂一盘子时，其长度为0.6m，然后在盘中 放置一物体，长度变为0.8m，则盘中放入物体后，在弹 簧伸长过程中弹力做的功为？
（1）求物体C与水平桌面的摩擦系数；
（1）解：分析物体系的受力
mB g (mA mC )g
代入数据解得：
1 0.111
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2-11. A、B、C三个物体，质量分别是 mA mB 0.1kg， mC 0.8kg，当如图(a)放置时，物体系正好作匀速运动。
大学物理2-1第二章(质点动力学)习题答案
大学物理2-1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 m ma f d d ==即 tv mkv d d ==-所以t m k v v d d -=对等式两边积分 ⎰⎰-=t v v tm k v v 0d d 0得t mk v v -=0ln因此t mke v v -=0(2)由牛顿第二定律xvmv t x x v m t v m ma f d d d d d d d d ==== 即 xvmvkv d d =- 所以 v x mkd d =-对上式两边积分 ⎰⎰=-000d d v sv x m k得到v s mk-=-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⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-m kte kFmg v 1[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t vm ma f F mg d d ==-- 即tvmma kv F mg d d ==-- 整理得mtkv F mg v d d =--对上式两边积分 ⎰⎰=--t v mt kv F mg v00d d 得mktF mg kv F mg -=---ln即 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-m kte kF mg v 1mgFf2-3 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 =。
大学物理第二章-质点动力学
3）忽略绳或线质量时，绳内部各处的张力都相等
4）弹（性）力：由胡克定律 f ，kkx为决定于弹簧本身结构的常数；负
号表示弹力的方向总是指向要恢复它原长的方向
3、摩擦力 相互接触的物体在沿接触面相对运动时，或有相对运动趋势时，在接触
面之间产生一对阻止相对运动的力。（静摩擦力、动摩擦力（滑动摩擦力、 滚动摩擦力等））
m m
车 u上
mv1
mv2
v1 v2
t2
Fdt
t1
mv2
mv1
地上
t
2
Fdt
t1
m(v1
m(v2
u)
u)
m (v2
m(v1
u) u) mv2
mv1
[例2]一质点受合外力作用，外力为
F 10ti 2(2 t ) j 3t 2k (SI)
求此质点从静止开始在2s内所受合外力的冲量和质点在
I z P2z P1z mv2z mv1z
说明：
1）一维问题、力作用时间很短时，
F
常引入平均冲力
F
F
t2 Fdt
t1
p2 p1
t2 t1 t2 t1
t1 t2 t
2）I的方向一般不是
F的(t方) 向，而
I
是微分冲量 的矢F量d和t 的方向。
Fdt
3）物体的动量相对于不同的惯性系是不同的，但动量定律不 变。
物体在竖直方向运动，建立坐标系oy
y
T
ar
ar
a1 m1 a2
m2
m1
o
m1g
T
m2
m2 g
(1)电梯匀速上升，物体对电梯的加速度等于它们对
地面的加速度。A的加速度为负，B的加速度为正， 根据牛顿第二定律，对A和B分别得到：
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质点动力学
例2-6 一辆运沙车以2m ·s-1 的速率从卸沙漏斗正下方驶过， 沙子落入运沙车厢的速率为400kg ·s-1 ．要使车厢速率保 持不变，需要多大的牵引力拉车厢？（设车厢和地面钢轨 的摩擦力可略）
解：t 时刻 m , t +Δt 时刻 m +Δm ，车厢速率不变 水平方向上动量增量为 根据动量定理 即 F p
牛顿运动定律列出方程
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质点动力学
解： 对于M x方向 y方向 对于m x方向 y方向
' F0 FN sin Ma
' N FN con Mg 0 N (m M ) g
FN sin ma
FN con mg 0
' FN FN
解得
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小球在竖直方向没有运动 FT cos mg 0
水平方向的分力恰好是小球做圆周运动的向心力
v2 v2 FT sin m m r l sin mg lg FT , 解得 v sin cos cos
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质点动力学
l 例2-5 一质量为m 的物体在流体中下落 ,物体所受到的黏滞 阻力与物体运动速率成正比,即 f = -kv .设物体受到的浮力 为F′,求该物体在下落过程中下落速率 v 和时间t 的关系式， 以及终极速率 vt （设t =0 时, v = 0）．
质点动力学
解：若求FT１以m１ 为研究对象
FT 1 m1 g m1a
FT 1 m1 (a g ) (1 )mm1 g m m1 m2 m3
若求FT２ ，以m２ 为研究对象
FT 2 FT1 m2 g m2a
(1 )(m1 m2 )mg FT 2 m m1 m2 m3
mg FT 3 ma FT 3 FN (m1 m2 m3 )a F (m m m ) g 1 2 3 N
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m (m1 m2 m3 ) a m m m m gm3 ) g T3 m m1 m2 m3 解方程组得
FT F
解方程组得
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' T
a 0.98m s2 ,
FT 17.64N
质点动力学
例2-2将质量分别为m1 ，m2，m3 和m 的四个物体连接，桌 面与这些物体之间的摩擦系数都是 μ . 设桌子与滑轮位置 不变，绳子质量、滑轮质量及绳与滑轮间的摩擦可忽略不 计．求该系统的加速度以及各物体之间的张力FT1 、FT2 、 FT3 ． 解：若先求加速度，可将m1 、 m2 、m3 视为一整体 并设FN 为三物体共同 对桌面的总压力
解：取竖直向下为正方向,
dv mg F k v ma m dt
'
dv dt , ' mg F k v m
'
v
0
t dt dv ' mg F k v 0 m
mg F 解得 v (1 e ) , k
k t m
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mg F ' t ,v k
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质点动力学
例2-3 质量为M 的斜面装置,可在水 平面上做无摩擦的滑动, 斜面倾角为 , 斜面上放一质量为m 的木块,也可 做无摩擦的滑动. 现要保证木块m 相 对于斜面静止不动, 问对M 需作用的 水平力F0 有多大？ 此时m 与M 间的 正压力为多大？ M 与水平面间的正 压力为多大？ 解：m 相对M 静止，则m 与M 应有 相同的加速度 用隔离体法分别画出M与 m的示力图
6tdt Fdt , dv m m
v
v 2
v
2
1 t dv 6tdt m 0
t 1s , v1 5m s1
3t 2
t 0
,
v 2 3t 2 ,
dx 又由 dv dt
得
2
dx dv dt
x
0
dx (2 3t )dt
0
1
，x
x 3m
p (m m)v mv m v
Ft p
m v 400 2 800(N) t
t
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质点动力学
例2-7 一质量为1kg 的质点在变力F =6 t (N )作用下沿x 轴 运动，设t =0 时，质点速率 v0= 2m ·s-1 ，质点位x0=0 m ， 试求质点在1s 末的速率和坐标位置． 解：根据动量定理微分形式 Fdt mdv
质点动力学
例2-1 在倾角30°的光滑斜面（固定 于水平地面）上有两物体通过滑轮相 连，已知m1=3kg ，m2 =2kg ，且滑 轮和绳子质量可略．试求每一物体的 加速度a 及绳子的张力FT （重力加速 度g 取9.80m ·s-2 ） ． 解
' FT m1 g sin 30 m1a m2 g FT m2 a
x 0
(2t t 3 )
1 0
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质点动力学
例2-8 一辆静止在水平光滑轨道上且质量为M 的平板车上 站着两个人,设人的质量均为m ,试求他们从车上沿同方向 以相对于平板车水平速率u 同时跳下和依次跳下时平板车 的速率大小． 解：水平方向不受力,动量守恒 (1)两个人同时跳下,取两人和平板车为一个系统, 设两人跳下后平板车的速率为 v , 人相对地的速率为 v u 2mu 0 M v 2m( v u) v M 2m (2)两个人依次跳下,先取两人和平板车为一个系统， 设第一个人跳下后平板车的速率为 v 1 v mu 1 0 (M m)v1 m(v1 u) M 2m 第二个人跳下时，取平板车和第二个人为一个系统， 设第二个人跳下后平板车的速率为 v2 mu mu (M m)v1 M v2 m(v2 u) v2 M m M 2m
mg FN F cos
' N
,
F0 (M m) g tan
质点动力学
例2-4 这是一个圆锥摆．摆长为 l ,小球质量为m , 欲使小球 在锥顶角为θ 的圆周内做匀速圆周运动，给予小球的速率 应为多大？ 此时绳子的张力FT 有多大？ 解：小球在水平面内运动，则作用在小球 上的张力FT 和重力mg 均在竖直平面内， 设某一任意时刻, 在FT 和mg 所在平面内将 力进行分解