大学物理05刚体的定轴转动习题解答

大学物理05刚体的定轴转动习题解答
大学物理05刚体的定轴转动习题解答

第五章 刚体的定轴转动

一 选择题

1. 一绕定轴转动的刚体,某时刻的角速度为ω,角加速度为α,则其转动加

快的依据是:( )

A. α > 0

B. ω > 0,α > 0

C. ω < 0,α > 0

D. ω > 0,α < 0

解:答案是B 。

2. 用铅和铁两种金属制成两个均质圆盘,质量相等且具有相同的厚度,则

它们对过盘心且垂直盘面的轴的转动惯量。 ( )

A. 相等;

B. 铅盘的大;

C. 铁盘的大;

D. 无法确定谁大谁小

解:答案是C 。

简要提示:铅的密度大,所以其半径小,圆盘的转动惯量为:2/2Mr J =。

3. 一轻绳绕在半径为r 的重滑轮上,轮对轴的转动惯量为J ,一是以力F 向

下拉绳使轮转动;二是以重量等于F 的重物挂在绳上使之转动,若两种情况使

轮边缘获得的切向加速度分别为a 1和a 2,则有: ( )

A. a 1 = a 2

B. a 1 > a 2

C. a 1< a 2

D. 无法确定

解:答案是B 。

简要提示:(1) 由定轴转动定律,1αJ Fr =和11αr a =,得:J Fr a /21=

(2) 受力分析得:??

???===-2222ααr a J Tr ma T mg ,其中m 为重物的质量,T 为绳子的张力。

得:)/(222mr J Fr a +=,所以a 1 > a 2。

4. 一半径为R ,质量为m 的圆柱体,在切向力F 作用下由静止开始绕轴线

作定轴转动,则在2秒内F 对柱体所作功为: ( )

A. 4 F 2/ m

B. 2 F 2 / m

C. F 2 / m

D. F 2 / 2 m

解:答案是A 。

简要提示:由定轴转动定律: α221MR FR =,得:mR

F t 4212==?αθ 所以:m F M W /42=?=θ

5. 一电唱机的转盘正以ω 0的角速度转动,其转动惯量为J 1,现将一转动惯

量为J 2的唱片置于转盘上,则共同转动的角速度应为: ( )

A .0211ωJ J J +

B .0121ωJ J J +

C .021ωJ J

D .01

2ωJ J 解:答案是A 。

简要提示:角动量守恒

6. 已知银河系中一均匀球形天体,现时半径为R ,绕对称轴自转周期为T ,

由于引力凝聚作用,其体积不断收缩,假设一万年后,其半径缩小为r ,则那时

该天体的:( )

A. 自转周期增加,转动动能增加;

B. 自转周期减小,转动动能减小;

C. 自转周期减小,转动动能增加;

D. 自转周期增加,转动动能减小。

解:答案是C 。 简要提示: 由角动量守恒,ωω2025

252Mr MR =,得转动角频率增大,所以转动周期减小。转动动能为22k 2020k 5

221,5221ωωMr E MR E ==可得E k > E k0。

7. 绳子通过高处一固定的、质量不能忽略的滑轮,两端爬着两只质量相等

的猴子,开始时它们离地高度相同,若它们同时攀绳往上爬,且甲猴攀绳速度为

乙猴的两倍,则 ( )

A. 两猴同时爬到顶点

B. 甲猴先到达顶点

C. 乙猴先到达顶点

D. 无法确定谁先谁后到达顶点

解:答案是B 。

简要提示:考虑两个猴子和滑轮组成的系统,滑轮所受的外力(重力和支撑

力)均通过滑轮质心,由于甲乙两猴的重量(质量)相等,因此在开始时系统对

于通过滑轮质心并与轮面垂直的转轴的合外力矩为零,而在两猴攀绳过程中,系

统受到的合外力矩始终保持为零,因此系统的角动量守恒。

设滑轮关于上述转轴的转动角速度为ω ,乙猴相对于绳子的向上速率为v 0,

绳子向甲这一边运动的速率为v ,则甲相对绳子向上运动的速率为2v 0,因此甲

和乙相对地面向上运动的速率分别为(2v 0 - v )和(v 0 + v )。根据系统的角动量

守恒定律,有

0)2()(00=--++R m R m J v v v v ω 式中22

1mR J =

,ω = v / R ,这样可解出052v v =。故甲猴和乙猴相对于地面的速率分别为2 v 0 - v =8 v 0/5和v 0 + v =7 v 0/5,故甲猴先到达顶点。

二 填空题

1. 半径为30cm 的飞轮,从静止开始以 ? s –2的角加速度匀加速转动,则飞轮

边缘上一点在转过2400时的切向加速度为 ;法向加速度

为 。

解:答案是 0.15 m ? s –2; π m ? s –2。 简要提示:1τs m 15.0-?==αr a 。 由22

1t αθ=,t αω=,得:22n s m 4.0-?==πωr a

2. 一质量为 k g 、半径为0.4 m 的薄圆盘,以每分钟1500转的角速度绕过

盘心且垂直盘面的轴的转动,今在盘缘施以的切向力直至盘静止,则所需时间为 s 。

解:答案是 16 s 。 简要提示:由定轴转动定律,α22

1MR FR =,t αω=, 得: s 1698

.024.05.0502=???==πωF mr t

3 . 一长为l ,质量不计的细杆,两端附着小球m 1和m 2(m 1>m 2),细杆可绕通过杆中心并垂直于

m 1 l m 2

杆的水平轴转动,先将杆置于水平然后放开,则刚开始转动的角加速度应为 。

解:答案是 l

m m g m m )()(22121+-。 简要提示:由定轴转动定律,α4

)(2)(2

2121l m m l g m g m +=- 得: l

m m g m m )()(22121+-=α 4. 如图所示,质量为m 0,半径为r 的绕有细线的圆柱可绕固定水平对称轴无摩擦转动,若质量为m 的物体缚在线索的一端并在重力作用下,由静止开始向下运动,当m 下降h 的距离时,m 的动能与m 0的动能之比为 。

解:答案是 0

2m m 。 简要提示:由r ω=v ,, 得:0

k 20m m E E km m =

5. 如图所示,A 、B 两飞轮的轴杆在一条直线上,并可用摩擦啮合器C 使它们连结.开始时B 轮静止,A 轮以角速度ωA 转动,设在啮合过程中两飞轮不受其它力矩的作用.当两轮连结在一起后,共同的角速度为ω.若A 轮的转动惯量为 J A ,则B 轮的转动惯J B =???????????????.

解:答案是 ωωω/)(-A A J

简要提示:两飞轮不受外力矩的作用,所以系统的角动量守恒,得:

ωω)(B A A A J J J +=

所以: ωωω/)(-=A A B J J

r

m 0

m

填空题4图 填空题5图

6. 一位转动惯量为J 0的花样滑冰运动员以角速度ω 0自转,其角动量为 ;转动动能为 。当其收回手臂使转动惯量减为J 0 /3时,则其角速度变为 ;转动动能变为 。

解:答案是J 0ω 0; 2/20

0ωJ ; 3ω 0; 2/3200ωJ 简要提示:角动量守恒

7. 一圆形转台可绕中心轴无摩擦的转动,台上有一辆玩具小汽车相对台面由静止启动,当其绕轴作顺时针圆周运动时,转台将作 转动;当汽车突然刹车停止转动的过程中,系统的 守恒;而 和 不守恒。

解:答案是逆时针;角动量;动量;机械能

三 计算题

1. 一细杆绕其上端在竖直平面内摆动,杆与竖直方向的夹角t 2

cos

πθ=。求:(1) 杆摆动的角速度和角加速度;(2) 距上端0.5m 处的一点的速度和加速度。 解:(1) t t 2sin 8d d 2ππθω-==; t t 2cos 16d d 3ππωα-== (2) t l 2sin 162

π

πω-==v ;t l a 2cos 323

τπ

πα-==;t l a 2sin 12824

2n π

πω==

2. 如图所示,半径r A = 0.1 m 的A 轮通过皮带

B 与半径r

C = 0.25 m 的C 轮连在一起。已知A 轮以π rad ? s –2的角加速度由静止匀加速转动,皮带不滑

动,求:(1) C 轮达到每分钟100转所需的时间;(2) 此时两轮边缘上一点的速度、加速度分别为多少? 解:(1) 皮带不滑动,所以C C A A r r ωω=;1s rad 3/102-?==ππνωC

得: 1s rad 3/25)/(-?==πωωC A C A r r ,s 7.16/==αωA t

(2) 1s m 6.2-?===C A A A r v v ω;2ττ

s m 16.0-?===αA C A r a a ;

r A r C A C

B

计算题2图

22n s m 5.68-?==A A A r a ω;22n s m 4.27-?==C C C r a ω

3. 质量分别为 m 和2m 、半径分别为 r 和2 r 的两个均匀圆盘,同轴地粘在一起,可以绕通过盘心且垂直盘面的水平光滑固定轴转动,对转轴的转动惯量为9mr 2 / 2,大小圆盘边缘都绕有绳子,绳子下端都挂一质量为 m 的重物,如图所示.求盘的角加速度的大小.

解:隔离物体,分别对重物和转盘受力分析,如图所示。根据牛顿定律和刚体转动定律,有:

a m T mg '='-

ma mg T =-

2/922ααmr J Tr r T ==-?'

由转盘和重物之间的运动学关系,有: αr a 2='

αr a =

联立以上方程,可得:

r

g 192=α 4. 如图所示,半径为r ,转动惯量为J 的定滑轮A 可绕水平光滑轴o 转动,轮上缠绕有不能伸长的轻绳,绳一端系有质量为m 的物体B ,B 可在倾角为θ α

T ’ T

计算题3图

的光滑斜面上滑动,求B 的加速度和绳中张力。

解:物体B 的运动满足牛顿第二定律

ma T mg =-θsin

定滑轮A 的运动满足刚体定轴转动定律

αJ Tr =

加速度和角加速度之间满足关系

αr a =

联立解得B 的加速度

θsin 22g J

mr mr a += a 的方向沿斜面向下。

绳中张力为 θsin 2mg J

mr J

T +=

5. 如图所示,质量为m 1的物体可在倾角为的光滑斜面上滑动。m 1的一边系有劲度系数为k 的弹簧,另一边系有不可伸长的轻绳,绳绕过转动惯量为J ,半径为r 的小滑轮与质量为m 2(>m 1)的物体相连。开始时用外力托住m 2使弹簧保持原长,然后撤去外力,求m 2由静止下落h 距离时的速率及m 2下降的最大距离。

解:在m 2由静止下落h 距离的过程中机械能守恒,因此有 θωsin 2121)(211222212gh m kh J m m gh m ++++=v 式中r v =ω,解得m 2由静止下落h 距离时的速率 2

212

12/)sin (2r J m m kh gh m m ++--=θv 2m 下降到最低时,1m 、2m 速率为零,代入上式,得到m 2下降的最大距离

g m m k

h )sin (212max θ-=

计算题4图 B A J , r o θ k m 1 θ J m 2 计算题5图

6. 空心圆环可绕光滑的竖直固定轴AC 自由转动,转动惯量为J 0,环的半径为R ,初始时环的角速度为ω0.质量为 m 的小球静止在环内最高处A 点,由于某种微小干扰,小球沿环向下滑动,问小球滑到与环心O 在同一高度的B 点和环的最低处的C 点时,环的角速度及小球相对于环的速度各为多大?(设环的内壁和小球都是光滑的,小球可视为质点,环截面半径r <

解:选小球和环为系统.运动过程中所受合外力矩为零,所以角动量守恒.对地球、小球和环系统机械能守恒.取过环心 O 的水平面为势能零点.

小球到B 点时,有:

ωω)(2000mR J J +=

)(2

1212122220200B R m J mgR J v ++=+ωωω 其中v B 表示小球在 B 点时相对于地面的竖直分速度,

也就是它相对于环的速度。所以

)/(2000mR J J +=ωω

222002J mR R J gR B ++=ωv 小球到C 点时,由角动量守恒定律,系统的角速

度又回复至ω 0,而由机械能守恒,有: )2(2

12R mg m C =v 所以 gR C 4=v

7. 质量为M 长为L 的均匀直杆可绕过端点o 的水平轴转动,一质量为m 的质点以水平速度v 与静止杆的下端发生碰撞,如图所示,若M = 6 m ,求质点与杆分别作完全非弹性碰撞和完全弹性碰撞后杆的角速度大小。

解:(1)完全非弹性碰撞时,质点射入杆内,与杆一起转动。

在此过程中质点和杆系统的角动量守恒,设系统绕端点o 转动的角速度为ω ,因此

计算题6图

ωωωω222223)2()3

1(mL mL mL mL ML J L m =+=+==v 解出 L

3v =ω (2)完全弹性碰撞时,碰撞前后系统关于端点o 的角动量守恒,设碰撞后质点的水平速度为v ',直杆绕端点o 转动的角速度为ω ,因此有

ωω263

1mL L m J L m L m +'=+'=v v v 得到

ωL 2='-v v (1)

碰撞前后系统的机械能守恒,因此有

2222222

1212121ωωmL m J m m +'=+'=v v v 由上式得到

22222ωL ='-v v (2)

将(2)式和(1)式两边相除,得到

ωL ='+v v (3)

再由(3)式和(1)式解得

L

32v =ω 8. 如图所示,一长为L ,质量为m 的均匀细棒,一端悬挂在o 点上,可绕水平轴在竖直面内无摩擦地转动,在同一悬挂点,有长为l 的轻绳悬挂一小球,质量也为m ,当小球悬线偏离铅垂方向某一角度由静止释放,小球在悬点正下方与静止细棒发生弹性碰撞。若碰撞后小球刚好静止,试求绳长l 应为多少?

解:在碰撞过程中,小球和棒都在垂直位置,因此系统受到的关于转轴o 的合外力矩为零,因此系统在碰撞前后瞬

间的角动量守恒。设碰撞后瞬间细棒绕转轴o 转动的角速度

为ω,由角动量守恒,有 ω23

1mL l m =v 另外由于没有摩擦和阻尼,因此系统在碰撞期间的机械

能也守恒。即小球的动能全部转化为棒的转动动能

2223

1.2121ωmL m =v 或解 设碰撞后小球的速率为v ',则由角动量守恒和机械能守恒,有

计算题8图

ω23

1mL l m l m +=′v v 22223

1212121ωmL m m +=′v v 求得 v v 2

22

233L l L l +-=′ 令0=′v ,则

032=-L l

解得 L l 3

1=

9. 转台绕中心竖直轴以角速度ω 0匀速转动,相对于转轴的转动惯量为J ,现有质量为m 的小钢球以每秒n 个的速率垂直落入转台上半径为r 的圆轨道内,求转台的角速度随时间的变化关系。

解:由角动量守恒,初始时角动量为:0ωJ L =,

t 时刻系统的转动惯量和角动量为: 2ntmr J J +=';ωJ L '=

所以角速度为: )/(20mntr J J +=ωω

10. 在一半径为R 、质量为m 0、可绕中心竖直轴自由转动的水平圆盘的边上,站着一个质量为m 的人,求当人沿圆盘的边缘走完一周回到原有位置时,圆盘转过的角度为多大?

解:设人相对于圆盘的速率为v ,圆盘转动的角速度为ω,由角动量守恒定

律得: 0)(2

120=--=R R m R m L ωωv ;R m m m )2(20+=∴v ω 所以圆盘转过的角度为: m

m m R m m t m t 24)2(200+=+=

=?πωθv

11. 质量为5kg 、半径为25cm 的轮子,装在一根长为40cm 的轻杆的中部,并可绕此杆转动,杆的一端A 用一根链条挂起。开始时杆在水平位置,轮子的转动角速度为12 rad ? s –1,方向如图所示,求:(1) 该轮子的自转角动量;(2) 作用于轴上的外力矩;(3) 系统的进动角速度,并判断进动方向。

解:(1) 自转角动量为:

)s m kg (875.11225.055.02

12222-??=???===ωωmr J L (2) 外力矩为:

)s m kg (8.92

4.08.95222-??=??==l mg M (2) 进动角速度为: 1p s rad 2.5-?==L

M ω 有外力矩自转角动量的方向可以判断,从上往下看,进动的方向为逆时针方向。 计算题11图

大学物理 刚体的定轴转动 习习题及答案

欢迎阅读 第4章 刚体的定轴转动 习题及答案 1.刚体绕一定轴作匀变速转动,刚体上任一点是否有切向加速度?是否有法向加速度?切向和法向加速度的大小是否随时间变化? 答:当刚体作匀变速转动时,角加速度β不变。刚体上任一点都作匀变速圆周运动,因此该点速率在均匀变化,v l ω=,所以一定有切向加速度t a l β=,其大小不变。又因该点速度的方向变化,所以一定有法向加速度 2n a l ω=,由于角速度变化,所以法向加速度的大小也在变化。 2. 为z M = ,其中(I =∑M 3.问:(1 4.5.((故从开始制动到停止转动,飞轮转过的角位移为 因此,飞轮转过圈数为 /2θπ?=100圈。 (2)开始制动后5秒时飞轮的角速度为 6.如图所示, 一飞轮由一直径为2()d m ,厚度为()a m 的圆盘和两个直径为1()d m ,长为()L m 的共轴圆柱体组成,设飞轮的密度为3(/)kg m ρ,求飞轮对轴的转动惯量。

解:如图所示,根据转动惯量的可加性,飞轮对轴的转动惯量可视为圆盘与两圆柱体对同轴的转动惯量之和。由此可得 7. 如图所示,一半径为r ,质量为m 1的匀质圆盘作为定滑轮,绕有轻绳,绳上挂一质量为m 2的重物,求重物下 8. 1122112222?? 由角量线量之间的关系有 31a r β= ?(4) 42a r β= (5) 联立以上五式解得 9. 如图所示,一半径为R ,质量为m 的匀质圆盘,以角速度ω绕其中心轴转动。现将它平放在一水 平板上,盘与板表面的摩擦因数为μ。 (1)求圆盘所受的摩擦力矩; 2

(2)问经过多少时间后,圆盘转动才能停止? 解:分析:圆盘各部分的摩擦力的力臂不同,为此,可将圆盘分割成许多同心圆环,对环的摩擦力矩积分即可得总力矩。另由于摩擦力矩是恒力矩,由角动量定理可求得圆盘停止前所经历的 时间。 (1)圆盘上半径为r 、宽度为dr 的同心圆环所受的 摩擦力矩为 负号表示摩擦力矩为阻力矩。对上式沿径向积分得圆盘所受的 总摩擦力矩大小为 21 2 I mr =, (2)由于摩擦力矩是一恒力矩,圆盘的转动惯量 由角动量定理可得圆盘停止的时间为 10. 4-10 (1)设F (2)解: (1)x 和y F 是杆在受支承力. ω∵ ∴ 又∵ ∴ ① 以N 100=F 等代入上式,得 由此可算出自施加制动闸开始到飞轮停止转动的时间为 这段时间内飞轮的角位移为 可知在这段时间里,飞轮转了1.53转. (2)10s rad 60 2900-??=π ω,要求飞轮转速在2=t s 内减少一半,可知 用上面式(1)所示的关系,可求出所需的制动力为

《大学物理》课后解答题 第三章刚体定轴转动

第三章 刚体定轴转动 一、思考讨论题 1、刚体转动时,若它的角速度很大,那么作用它上面的力是否一定很大?作用在它上面的力矩是否一定很大? 解:刚体转动时,它的角速度很大,作用在它上面的力不一定大,作用在它上面的力矩也不 一定大。 ω增大,则增大增大, M , βω I dt d I ==, 又?= 更无直接关系。 与无直接关系,则有关,与与ωωβF M 2、质量为m =4kg 的小球,在任一时刻的矢径j t i t r 2)1(2 +-=,则t s =3时, 小球对原点的角动量=?从t =1s 到t s =3的过程中,小球角动量的增量=?。 解:角动量)22(]2)1[(2 t m j t i t dt d m m +?+-=?=?= t s =3 j i t m j t i t 80)26(4)68()22(]2)1[(2 3-=+?+=+?+-== j t m j t i t 16)22(42)22(]2)1[(2 1 -=+?=+?+-== 64)16(8013-=---==?== 3、如图5.1,一圆形台面可绕中心轴无摩擦地转动,有一辆玩具小汽车相对于台面由静止开始启动,绕作圆周运动,问平台面如何运动?若经过一段时间后小汽车突然刹车,则圆台和小汽车怎样运动?此过程中,对于不同的系统,下列表中的物理哪些是守恒量,受外力,合外力矩情况如何? 解:平台绕中心轴转动,方向与小车转动方向相反。 小车突然刹车,圆台和小车同时减速、同时静止。 分别考虑小车和圆台在垂直和水平方向的受力。 图 5.1 t f n 小车 圆台

4、绕固定轴作匀变速转动的刚体,其中各点都绕轴作圆周运动,试问刚体上任一点是否具有切向加速度?是否具有法向加速度?法向加速度和切向加速度大小是否变化? 解:刚体上的任何一点都有切向加速度。也有法向加速度。大小不发生变化。 5、在一物体系中,如果其角动量守恒,动量是否也一定守恒?反之,如果该系统的动量守恒,角动量是否也一定守恒? 解:在一物体系中,角动量守恒,动量不一定守恒。例如题4中的小车与圆台组成的系统。 反之,系统的动量守恒,角动量也不一定守恒,除非是单个质点。 二、课堂练习 1、如图5.2所示,一轻绳绕过一质量为m/4,半径为R 的滑轮(质量分布均匀),一质量为m 的人抓住绳子的一端A ,绳子的另一端系一个质量为m/2的重物B ,绳子与滑轮无相对滑动,试求: (1 ) 当人对绳子相对静止时,B 物上升的加速度; (2) 当人相对于绳子以匀速u 上爬时,B 物上升的加速度; (3) 当人相对于绳子以加速度a 0上爬时,B 上升的加速度。 解: 方法一、用隔离体法,分别研究人、物和滑轮的运动。 (1)分别受力分析 A 、 B 、 a a a ==21 1T f =1 a mg 2 2a 1T 2 R a 2=

刚体的定轴转动

《物理学》多媒体学习辅导系统 第三章 刚体的定轴转动 教学要求 一.理解定轴转动刚体运动的角速度和角加速度的概念,理解角量与线量的关系。 二.理解刚体定轴转动定律,能解简单的定轴转动问题。 三.了解力矩的功和转动动能的概念。 四.了解刚体对定轴的角动量定理及角动量守恒定律。 五.理解转动惯量的概念,能用平行轴定理和转动惯量的可加性计算刚体对定轴的转动惯量。 基本内容 本章的重点是刚体定轴转动的力矩、转动惯量、角动量等物理量的概念和转动定律,难点是刚体绕定轴转动的角动量守恒定律及其应用。 一.角量与线量的关系 2 ωαω θ r a r a r v r s ====n t 二.描述刚体定轴转动的物理量和运动规律与描述质点直线运动的物理量和运动规律有类比关系,有关的数学方程完全相同, 为便于比较和记忆,列表如下。只要将我们熟习的质点直线运动的公式中的x 、v 、a 和m 、F 换成θ、ω、α和I 、M , 就成为刚体定轴转动的公式。 表3—1 质点的直线运动 刚体定轴转动 位置 x 角位置 θ 位移 x ? 角位移 θ? 速度 t x v d d = 角速度 t d d θω=

加速度 2 2d d d d t x t v a == 角加速度 2t t d d d d 2θωα== 匀速直线运动 vt x x +=0 匀角速转动 t 0ωθθ+= 20021at t v x x + += 2002 1 t t++ =αωθθ ()02022x x a v v -=- ()02 02 2 θθαωω-=- 质量 m 转动惯量 i i m r I ?=∑2 力 F 力矩 r F M θ= 牛顿第二定律 ma F = 定轴转动定律 αI M = 力的功 ? = x x x F A 0 d 力矩的功 ?=θ θθ0 d M A 动能 221mv E =k 动能 k 22 1 ωI E = 动能定理 2 02210 mv mv x F x x 2 1d -=? 动能定理 2 022 121d ωωθθ θ I I M -= ?20 冲量 ? t t t F 0 d 冲量矩 ? t t t M 0 d 动量 mv 角动量( 动量矩 ) ωI 动量定理 00 mv mv t F t t -=? d 角动量定理 ? -=t t I I t M 0 0d ωω 系统的机械能守恒定律 系统的机械能守恒定律 若0=+非保内外A A ,则 若0=+非保内外A A ,则 =+p k E E 常量 =+p k E E 常量 系统的动量守恒定律 系统的角动量守恒定律 若 0=∑外 F ,则 若0=∑外M ,则 =∑i i v m 常量 =∑i L 常量

大题工科物理大作业04-刚体定轴转动

04 04 刚体定轴转动 班号 学号 姓名 成绩 一、选择题 (在下列各题中,均给出了4个~5个答案,其中有的只有1个是正确答案,有的则有几个是正确答案,请把正确答案的英文字母序号填在题后的括号内) 1.某刚体绕定轴作匀变速转动,对刚体上距转轴为r 处的任一质元来说,在下列关于其法向加速度n a 和切向加速度τa 的表述中,正确的是: A .n a 、τa 的大小均随时间变化; B .n a 、τa 的大小均保持不变; C .n a 的大小变化,τa 的大小保持恒定; D .n a 的大小保持恒定,τa 大小变化。 (C ) [知识点]刚体匀变速定轴转动特征,角量与线量的关系。 [分析与题解] 刚体中任一质元的法向、切向加速度分别为 r a n 2 ω=,r a τβ= 当 恒量时,t βωω+=0 ,显然r t r a n 2 02)(βωω+==,其大小随时间而变, r a τβ=的大小恒定不变。 2. 两个均质圆盘A 和B ,密度分别为 A 和 B ,且B ρρ>A ,但两圆盘的质量和厚度相同。若 两盘对通过盘心且与盘面垂直的轴的转动惯量分别为A I 和B I ,则 A .B I I >A ; B. B I I ,所以2 2B A R R < 且转动惯量22 1 mR I = ,则B A I I <

大学物理上练习册 第2章《刚体定轴转动》答案-2013

第2章 刚体定轴转动 一、选择题 1(B),2(B),3(C),4(C),5(C) 二、填空题 (1). 62.5 1.67s (2). 4.0 rad/ (3). 0.25 kg ·m 2 (4). mgl μ21参考解:M =?M d =()mgl r r l gm l μμ2 1 d /0=? (5). 2E 0 三、计算题 1. 如图所示,半径为r 1=0.3 m 的A 轮通过皮带被半径为r 2=0.75 m 的B 轮带动,B 轮以匀角加速度π rad /s 2由静止起动,轮与皮带间无滑动发生.试求A 轮达到转速3000 rev/min 所需要的时间. 解:设A 、B 轮的角加速度分别为βA 和βB ,由于两轮边缘的切向加速度相同, a t = βA r 1 = βB r 2 则 βA = βB r 2 / r 1 A 轮角速度达到ω所需时间为 ()75 .03.060/2300021?π?π?=== r r t B A βωβωs =40 s 2.一砂轮直径为1 m 质量为50 kg ,以 900 rev / min 的转速转动.撤去动力后,一工件以 200 N 的正压力作用在轮边缘上,使砂轮在11.8 s 内停止.求砂轮和工件间的摩擦系数.(砂轮轴的摩擦可忽略不计,砂轮绕轴的转动惯量为 2 1 mR 2,其中m 和R 分别为砂轮的质量和半径). 解:R = 0.5 m ,ω0 = 900 rev/min = 30π rad/s , 根据转动定律 M = -J β ① 这里 M = -μNR ② μ为摩擦系数,N 为正压力,22 1 mR J = . ③ 设在时刻t 砂轮开始停转,则有: 00=+=t t βωω 从而得 β=-ω0 / t ④ 将②、③、④式代入①式,得 )/(2 1 02t mR NR ωμ-= - ∴ m =μR ω0 / (2Nt )≈0.5 r

大学物理-刚体的定轴转动-习题及答案

第4章 刚体的定轴转动 习题及答案 1.刚体绕一定轴作匀变速转动,刚体上任一点是否有切向加速度?是否有法向加速度?切向和法向加速度的大小是否随时间变化? 答:当刚体作匀变速转动时,角加速度β不变。刚体上任一点都作匀变速圆周运动,因此该点速率在均匀变化,v l ω=,所以一定有切向加速度t a l β=,其大小不变。又因该点速度的方向变化, 所以一定有法向加速度2 n a l ω=,由于角速度变化,所以法向加速度的大小也在变化。 2. 刚体绕定轴转动的转动定律和质点系的动量矩定理是什么关系? 答:刚体是一个特殊的质点系,它应遵守质点系的动量矩定理,当刚体绕定轴Z 转动时,动量矩定理的形式为z z dL M dt = ,z M 表示刚体对Z 轴的合外力矩,z L 表示刚体对Z 轴的动量矩。()2z i i L m l I ωω==∑,其中()2i i I m l =∑,代表刚体对定轴的转动惯量,所以 ()z z dL d d M I I I dt dt dt ω ωβ= ===。既 z M I β=。 所以刚体定轴转动的转动定律是质点系的动量矩定理在刚体绕定轴转动时的具体表现形式, 及质点系的动量矩定理用于刚体时在刚体转轴方向的分量表达式。 3.两个半径相同的轮子,质量相同,但一个轮子的质量聚集在边缘附近,另一个轮子的质量分布比较均匀,试问:(1)如果它们的角动量相同,哪个轮子转得快?(2)如果它们的角速度相同,哪个轮子的角动量大? 答:(1)由于L I ω=,而转动惯量与质量分布有关,半径、质量均相同的轮子,质量聚集在边缘附近的轮子的转动惯量大,故角速度小,转得慢,质量分布比较均匀的轮子转得快; (2)如果它们的角速度相同,则质量聚集在边缘附近的轮子角动量大。 4.一圆形台面可绕中心轴无摩擦地转动,有一玩具车相对台面由静止启动,绕轴作圆周运动,问平台如何运动?如小汽车突然刹车,此过程角动量是否守恒?动量是否守恒?能量是否守恒? 答:玩具车相对台面由静止启动,绕轴作圆周运动时,平台将沿相反方向转动;小汽车突然刹车过程满足角动量守恒,而能量和动量均不守恒。 5.一转速为1200r min 的飞轮,因制动而均匀地减速,经10秒后停止转动,求: (1) 飞轮的角加速度和从开始制动到停止转动,飞轮所转过的圈数; (2) 开始制动后5秒时飞轮的角速度。 解:(1)由题意飞轮的初角速度为 0240()n rad s ωππ== 飞轮作均减速转动,其角加速度为 20 0404/10 rad s t ωωπ βπ--= = =-? 故从开始制动到停止转动,飞轮转过的角位移为 201 2002 t t rad θωβπ?=?+?= 因此,飞轮转过圈数为

05刚体地定轴转动习题解答

第五章 刚体的定轴转动 一 选择题 1. 一绕定轴转动的刚体,某时刻的角速度为,角加速度为,则其转动 加快的依据是:( ) A. > 0 B. > 0,> 0 C. < 0,> 0 D. > 0,< 0 解:答案是B 。 2. 用铅和铁两种金属制成两个均质圆盘,质量相等且具有相同的厚度,则 它们对过盘心且垂直盘面的轴的转动惯量。 ( ) A. 相等; B. 铅盘的大; C. 铁盘的大; D. 无法确定谁大谁小 解:答案是C 。 简要提示:铅的密度大,所以其半径小,圆盘的转动惯量为:2/2Mr J =。 3. 一轻绳绕在半径为r 的重滑轮上,轮对轴的转动惯量为J ,一是以力F 向下拉绳使轮转动;二是以重量等于F 的重物挂在绳上使之转动,若两种情况使 轮边缘获得的切向加速度分别为a 1和a 2,则有: ( ) A. a 1 = a 2 B. a 1 > a 2 C. a 1< a 2 D. 无法确定 解:答案是B 。 简要提示:(1) 由定轴转动定律,1αJ Fr =和11αr a =,得:J Fr a /21= (2) 受力分析得:?? ???===-2222ααr a J Tr ma T mg ,其中m 为重物的质量,T 为绳子的力。 得:)/(222mr J Fr a +=,所以a 1 > a 2。 4. 一半径为R ,质量为m 的圆柱体,在切向力F 作用下由静止开始绕轴线

作定轴转动,则在2秒F 对柱体所作功为: ( ) A. 4 F 2/ m B. 2 F 2 / m C. F 2 / m D. F 2 / 2 m 解:答案是A 。 简要提示:由定轴转动定律: α221MR FR = ,得:mR F t 4212==?αθ 所以:m F M W /42=?=θ 5. 一电唱机的转盘正以 0的角速度转动,其转动惯量为J 1,现将一转动 惯量为J 2的唱片置于转盘上,则共同转动的角速度应为: ( ) A .0211ωJ J J + B .0121ωJ J J + C .021ωJ J D .01 2ωJ J 解:答案是A 。 简要提示:角动量守恒 6. 已知银河系中一均匀球形天体,现时半径为R ,绕对称轴自转周期为T , 由于引力凝聚作用,其体积不断收缩,假设一万年后,其半径缩小为r ,则那时 该天体的:( ) A. 自转周期增加,转动动能增加; B. 自转周期减小,转动动能减小; C. 自转周期减小,转动动能增加; D. 自转周期增加,转动动能减小。 解:答案是C 。 简要提示: 由角动量守恒,ωω2025 252Mr MR =,得转动角频率增大,所以转动周期减小。转动动能为22k 2020k 5 221,5221ωωMr E MR E ==可得E k > E k0。 7. 绳子通过高处一固定的、质量不能忽略的滑轮,两端爬着两只质量相等 的猴子,开始时它们离地高度相同,若它们同时攀绳往上爬,且甲猴攀绳速度为 乙猴的两倍,则 ( ) A. 两猴同时爬到顶点 B. 甲猴先到达顶点 C. 乙猴先到达顶点

刚体定轴转动

1、语句进一步变为你讲的简单句, 2、要标好各标题, 3、公式整齐、字体大小一样,重要公式要标号。 4、摘要重写,内容:本文中你作了什么,得出什么 结论, 5、总结是摘要的扩充,详细论述你作了什么,得出 什么结论。 6、参考文献少,并标页(如4到8页),力学、理论 力学书上都有刚体内容 7、好多公式中角速度符号不对, 8、论述顺序: 1)刚体定轴转动的角位移、角速度、角加速度如何 表示,文字和公式都写 2)刚体定轴转动的角动量、动能如何表示,文字和公式都写 3)固定轴的动量矩定理如何表示,文字和公式都写 4)线量与角量的关系如何表示,文字和公式都写 9 刚体定轴转动与质点匀加速直线运动的对比: 这段中列表给出两种运动的相应量,并论述 刚体定轴转动的教学研究

陈爽(学号:20081116127) (物理与电子信息学院物理学专业2008级汉班,内蒙古呼和浩特 010022) 指导老师:赵凤岐 1摘要刚体力学是理论力学中一节比较重点的章节。它是继学习了质点力 学与质点组力学之后又一重点、难点课程,它是质点后又一个重要的物理模型。刚体这种模型比质点更接近实际,这个章节理解的情况直接关系到以后其他物理模型的建立。 关键词:刚体定轴转动直线运动 1 刚体定轴转动的内容 2·1刚体 在任何力的作用下,体积和形状都不发生改变的物体叫做刚体。在物理学内,理想的刚体是一个固体的,尺寸值有限的,形变情况可以被忽略的物体。不论有否受力,在刚体内任意两点的距离都不会改变。在运动中,刚体上任意一条直线在各个时刻的位置都保持平行。 刚体是力学中的一个科学抽象概念,即理想模型。事实上任何物体受到外力,不可能不改变形状。实际物体都不是真正的刚体。若物体本身的变化不影响整个运动过程,为使被研究的问题简化,可将该物体当作刚体来处理而忽略物体的体积和形状,这样所得结果仍与实际情况相当符合。 2.2刚体定轴转动的定义及特点 刚体上每点绕同一轴线做圆周运动,且转轴空间位置及转动方向保持不变. 如果刚体在运动过程中,至少有两个质点保持不动,那么将这两个质点的连线取为一个坐标系的一个公共坐标轴(z)轴,则刚体上各点都饶此轴作圆周运动,这种运动称为定轴转动。 刚体作定轴转动时,整个刚体绕一固定的轴转动.其上各点的位移、速度和加速度是不相同的.但各点转过的角度却相同.所以在定轴转动中,应当用角度来描述刚体的运动.作定轴转动的刚体只有一个自由度 2·3定轴转动各个基本量的描述 P,都在垂刚体绕固定轴转动时,如取固定轴为z轴,则刚体中任何一点 i 直于z轴的平面内,亦即在平行于xy平面内作圆周运动,而以z轴与此平面的交点O'为圆点,如图1所示。

05刚体的定轴转动习题解答.

第五章刚体的定轴转动 一选择题 1. 一绕定轴转动的刚体,某时刻的角速度为ω,角加速度为α,则其转动加快的依据是:() A. α > 0 B. ω > 0,α > 0 C. ω < 0,α > 0 D. ω > 0,α < 0 解:答案是B。 2. 用铅和铁两种金属制成两个均质圆盘,质量相等且具有相同的厚度,则它们对过盘心且垂直盘面的轴的转动惯量。() A. 相等; B. 铅盘的大; C. 铁盘的大; D. 无法确定谁大谁小 解:答案是C。

简要提示:铅的密度大,所以其半径小, 圆盘的转动惯量为:2/2Mr J =。 3. 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。若将 两个大小相等、方向相反但不在同一条直线的 力F 1和F 2沿盘面同时作用到圆盘上,则圆盘 的角速度ω的大小在刚作用后不久 ( ) A. 必然增大 B. 必然减少 C. 不会改变 D. 如何变化,不能确 定 解:答案是B 。 简要提示:力F 1和F 2的对转轴力矩之和 垂直于纸面向里,根据刚体定轴转动定律,角 加速度的方向也是垂直于纸面向里,与角速度 的方向(垂直于纸面向外)相反,故开始时一 选择题3图

定减速。 4. 一轻绳绕在半径为r 的重滑轮上,轮对轴的转动惯量为J ,一是以力F 向下拉绳使轮转动;二是以重量等于F 的重物挂在绳上使之转动,若两种情况使轮边缘获得的切向加速度分别为a 1和a 2,则有: ( ) A. a 1 = a 2 B. a 1 > a 2 C. a 1< a 2 D. 无法确定 解:答案是B 。 简要提示:(1) 由刚体定轴转动定律,1αJ Fr =和11αr a =,得:J Fr a /2 1= (2) 受力分析得:?? ???===-222 2ααr a J Tr ma T mg ,其中m 为重物的质量,T 为绳子的张力。得:

刚体的定轴转动(带答案)

刚体的定轴转动 一、选择题 1、(本题3分)0289 关于刚体对轴的转动惯量,下列说法中正确的是 [ C ] (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、质量的空间分布和轴的位置。 (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。 2、(本题3分)0165 均匀细棒OA可绕通过某一端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降,在棒摆到竖直位置的过程中,下述说法哪一种是正确的? (A)角速度从小到大,角加速度从大到小。 (B)角速度从小到大,角加速度从小到大。 (C)角速度从大到小,角加速度从大到小。 (D)角速度从大到小,角加速度从小到大。 3. (本题3分)5640 一个物体正在绕固定的光滑轴自由转动,则 [ D ] (A)它受热或遇冷伸缩时,角速度不变. (B)它受热时角速度变大,遇冷时角速度变小. (C)它受热或遇冷伸缩时,角速度均变大. (D)它受热时角速度变小,遇冷时角速度变大. 4、(本题3分)0292 一轻绳绕在有水平轴的定滑轮上,滑轮质量为m,绳下端挂一物体,物体所受重力为P,滑轮的角加速度为β,若将物体去掉而以与P相等的力直接向下拉绳子,滑轮的角加速度β将[ C ] (A)不变(B)变小(C)变大(D)无法判断

5、(本题3分)5028 如图所示,A 、B 为两个相同的绕着 轻绳的定滑轮,A 滑轮挂一质量为M 的物体,B 滑轮受拉力F ,而且F=Mg , 设A 、B 两滑轮的角加速度分别为βA 和βB ,不计滑轮轴的摩擦, 则有 [ C ] (A )βA =βB (B )βA >βB (C )βA <βB (D )开始时βA =βB ,以后βA <βB 6、(本题3分)0294 刚体角动量守恒的充分而必要的条件是 [ B ] (A )刚体不受外力矩的作用。 (B )刚体所受合外力矩为零。 (C )刚体所受的合外力和合外力矩均为零。 (D )刚体的转动惯量和角速度均保持不变。 7、(本题3分)0247 如图示,一匀质细杆可绕通过上端与杆垂直的水平光滑固定轴O 旋转,初始状态为静止悬挂。现有一个小球自左方水平打击细杆,设小球与细杆之间为非弹性碰撞,则在碰撞过程中对细杆与小球这一系统 [ C ] (A )只有机械能守恒。 (B )只有动量守恒。 (C )只有对转轴O 的角动量守恒。 (D )机械能、动量和角动量均守量。 8、(本题3分)0677 一块方板,可以绕通过其一个水平边的光滑固定转轴自由转动,最初板自由下垂,今有一小团粘土,垂直板面撞击方板,并粘在方板上,对粘土和方板系统,如果忽略空气阻力,在碰撞中守恒的量是 [ B ] (A )动能 (B )绕木板转轴的角动量 (C )机械能 (D )动量 9、(本题3分)0228 质量为m 的小孩站在半径为R 的水平平台边缘上,平台可以绕通过其中心的竖直光滑固定

《刚体定轴转动》答案讲课教案

《刚体定轴转动》答 案

第2章 刚体定轴转动 一、选择题 1(B),2(B),3(A),4(D),5(C),6(C),7(C),8(C),9(D),10(C) 二、填空题 (1). v ≈15.2 m /s ,n 2=500 rev /min (2). 62.5 1.67s (3). g / l g / (2l ) (4). 5.0 N ·m (5). 4.0 rad/s (6). 0.25 kg ·m 2 (7). Ma 2 1 (8). mgl μ21参考解:M =?M d =()mgl r r l gm l μμ2 1d /0=? (9). ()21 2 mR J mr J ++ω (10). l g /sin 3θω= 三、计算题 1. 有一半径为R 的圆形平板平放在水平桌面上,平板与水平桌面的摩擦系数为μ,若平板绕通过其中心且垂直板面的固定轴以角速度ω0开始旋转,它将在旋转几圈后停止?(已知圆形平板的转动惯量22 1mR J =,其中m 为圆形平板的质量) 解:在r 处的宽度为d r 的环带面积上摩擦力矩为 r r r R mg M d 2d 2 ?π?π=μ 总摩擦力矩 mgR M M R μ3 2d 0==? 故平板角加速度 β =M /J 设停止前转数为n ,则转角 θ = 2πn 由 J /Mn π==4220 θβω 可得 g R M J n μωωπ16/342020=π=

2. 如图所示,一个质量为m 的物体与绕在定滑轮上的绳子相联,绳 子质量可以忽略,它与定滑轮之间无滑动.假设定滑轮质量为M 、 半径为R ,其转动惯量为221MR ,滑轮轴光滑.试求该物体由静止开始下落的过程中,下落速度与时间的关系. 解:根据牛顿运动定律和转动定律列方程 对物体: mg -T =ma ① 对滑轮: TR = J β ② 运动学关系: a =R β ③ 将①、②、③式联立得 a =mg / (m +21M ) ∵ v 0=0, ∴ v =at =mgt / (m +2 1M ) 3. 为求一半径R =50 cm 的飞轮对于通过其中心且与盘面垂直的固定转轴的转动惯量,在飞轮上绕以细绳,绳末端悬一质量m 1=8 kg 的重锤.让重锤从高2 m 处由静止落下,测得下落时间t 1=16 s .再用另一质量m 2=4 kg 的重锤做同样测量,测得下落时间t 2=25 s .假定摩擦力矩是一个常量,求飞轮的转动惯量. 解:根据牛顿运动定律和转动定律,对飞轮和重物列方程,得 TR -M f =Ja / R ① mg -T =ma ② h =221at ③ 则将m 1、t 1代入上述方程组,得 a 1=2h /21t =0.0156 m / s 2 T 1=m 1 (g -a 1)=78.3 N J =(T 1R -M f )R / a 1 ④ 将m 2、t 2代入①、②、③方程组,得 a 2=2h /22t =6.4×10-3 m / s 2 T 2=m 2(g -a 2)=39.2 N J = (T 2R -M f )R / a 2 ⑤ 由④、⑤两式,得 J =R 2(T 1-T 2) / (a 1-a 2)=1.06×103 kg ·m 2 a

大学物理同步训练第 版 刚体定轴转动详解

第三章 刚体定轴转动 一、选择题 1. 两个匀质圆盘A 和B 相对于过盘心且垂直于盘面的轴的转动惯量分别为A J 和B J ,若B A J J >,但两圆盘的质量与厚度相同,如两盘的密度各为A ρ和B ρ,则 (A )A B ρρ> (B )B A ρρ> (C )A B ρρ= (D )不能确定A ρ和B ρ哪个大 答案:A 分析:22m m R R h h ρππρ=→=,221122m J mR h πρ==,故转动惯量小的密度大。 2. 有两个半径相同、质量相等的细圆环。1环的质量分布均匀,2环的质量分布不均匀。它们对通过环心并与环面垂直的轴的转动惯量分别为1J 和2J ,则 (A )12J J > (B )12J J < (C )12J J = (D )不能确定1J 和2J 哪个大 答案:C 分析:22J R dm mR ==? ,与密度无关,故C 选项正确。 3. 一圆盘绕过盘心且与盘面垂直的光滑固定轴O 以角速度1ω按图1 所示方向转动。将两个大小相等、方向相反的力F 沿盘面同时作用到 圆盘上,则圆盘的角速度变为2ω,则 (A )12ωω> (B )12ωω= (C )12ωω< (D )不能确定如何变化 答案:C 分析:左边的力对应的力臂大,故产生的(顺时针)力矩大于右边的力所产生的力矩,即合外力距(及其所产生的角加速度)为顺时针方向,故圆盘加速,角速度变大。 4. 均匀细棒OA 的质量为M ,长为L ,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2所示。今使棒从水平位置由静止开始自由下落,在棒摆动到竖直位置的过程中,下述 说法哪一种是正确的? (A )合外力矩从大到小,角速度从小到大,角加速度从大到小 (B )合外力矩从大到小,角速度从小到大,角加速度从小到大 (C )合外力矩从大到小,角速度从大到小,角加速度从大到小 (D )合外力矩从大到小,角速度从大到小,角加速度从小到大 答案:A 分析:(定性)由转动定律M I β=可知,角加速度与力矩成正比,故B 、D 错误;由机械

大学物理_刚体的定轴转动_习题及答案

第4章 刚体的定轴转动 习题及答案 1.刚体绕一定轴作匀变速转动,刚体上任一点是否有切向加速度是否有法向加速度切向和法向加速度的大小是否随时间变化 答:当刚体作匀变速转动时,角加速度β不变。刚体上任一点都作匀变速圆周运动,因此该点速率在均匀变化,v l ω=,所以一定有切向加速度t a l β=,其大小不变。又因该点速度的方向变化, 所以一定有法向加速度2 n a l ω=,由于角速度变化,所以法向加速度的大小也在变化。 2. 刚体绕定轴转动的转动定律和质点系的动量矩定理是什么关系 答:刚体是一个特殊的质点系,它应遵守质点系的动量矩定理,当刚体绕定轴Z 转动时,动量矩定理的形式为z z dL M dt = ,z M 表示刚体对Z 轴的合外力矩,z L 表示刚体对Z 轴的动量矩。()2z i i L m l I ωω==∑,其中()2i i I m l =∑,代表刚体对定轴的转动惯量,所以 ()z z dL d d M I I I dt dt dt ω ωβ= ===。既 z M I β=。 所以刚体定轴转动的转动定律是质点系的动量矩定理在刚体绕定轴转动时的具体表现形式, 及质点系的动量矩定理用于刚体时在刚体转轴方向的分量表达式。 3.两个半径相同的轮子,质量相同,但一个轮子的质量聚集在边缘附近,另一个轮子的质量分布比较均匀,试问:(1)如果它们的角动量相同,哪个轮子转得快(2)如果它们的角速度相同,哪个轮子的角动量大 答:(1)由于L I ω=,而转动惯量与质量分布有关,半径、质量均相同的轮子,质量聚集在边缘附近的轮子的转动惯量大,故角速度小,转得慢,质量分布比较均匀的轮子转得快; (2)如果它们的角速度相同,则质量聚集在边缘附近的轮子角动量大。 4.一圆形台面可绕中心轴无摩擦地转动,有一玩具车相对台面由静止启动,绕轴作圆周运动,问平台如何运动如小汽车突然刹车,此过程角动量是否守恒动量是否守恒能量是否守恒 答:玩具车相对台面由静止启动,绕轴作圆周运动时,平台将沿相反方向转动;小汽车突然刹车过程满足角动量守恒,而能量和动量均不守恒。 5.一转速为1200r min 的飞轮,因制动而均匀地减速,经10秒后停止转动,求: (1) 飞轮的角加速度和从开始制动到停止转动,飞轮所转过的圈数; (2) 开始制动后5秒时飞轮的角速度。 解:(1)由题意飞轮的初角速度为 0240()n rad s ωππ== 飞轮作均减速转动,其角加速度为 20 0404/10 rad s t ωωπ βπ--= = =-? 故从开始制动到停止转动,飞轮转过的角位移为 201 2002 t t rad θωβπ?=?+?= 因此,飞轮转过圈数为

05刚体的定轴转动习题解答

05刚体的定轴转动习题解答

第五章刚体的定轴转动 一选择题 1. 一绕定轴转动的刚体,某时刻的角速度为ω,角加速度为α,则其转动加快的依据是:() A. α > 0 B. ω > 0,α > 0 C. ω < 0,α > 0 D. ω > 0,α < 0 解:答案是B。 2. 用铅和铁两种金属制成两个均质圆盘,质量相等且具有相同的厚度,则它们对过盘心且垂直盘面的轴的转动惯量。() A. 相等; B. 铅盘的大; C. 铁盘的大; D. 无法确定谁大谁小

解:答案是C 。 简要提示:铅的密度大,所以其半径小,圆盘的转动惯量为:2/2 Mr J =。 3. 一轻绳绕在半径为r 的重滑轮上,轮对轴的转动惯量为J ,一是以力F 向下拉绳使轮转动;二是以重量等于F 的重物挂在绳上使之转动,若两种情况使轮边缘获得的切向加速度分别为a 1和a 2,则有: ( ) A. a 1 = a 2 B. a 1 > a 2 C. a 1< a 2 D. 无法确定 解:答案是B 。 简要提示:(1) 由定轴转动定律, 1 αJ Fr =和1 1 αr a =,得:J Fr a /2 1 = (2) 受力分析得: ?? ? ??===-2222 α αr a J Tr ma T mg ,其中m 为

重物的质量,T 为绳子的张力。得: ) /(222mr J Fr a +=,所以a 1 > a 2。 4. 一半径为R ,质量为m 的圆柱体,在切向力F 作用下由静止开始绕轴线作定轴转动,则在2秒内F 对柱体所作功为: ( ) A. 4 F 2/ m B. 2 F 2 / m C. F 2 / m D. F 2 / 2 m 解:答案是A 。 简要提示:由定轴转动定律: α2 21MR FR =,得:mR F t 4212 = =?αθ 所以:m F M W /42 =?=θ 5. 一电唱机的转盘正以ω 0的角速度转动,其转动惯量为J 1,现将一转动惯量为J 2的唱片置于转盘上,则共同转动的角速度应为: ( )

大学物理上册《刚体定轴转动》PPT课件

定义:作用于质点的力 对惯性系中某参考点的 力矩,等于力的作用点对该点的位矢与力的矢积,即F r M ?=M 的方向垂直于r 和F 所决定的平面,指向用右手法则确定。y z x zF yF M -=z x y xF zF M -=x y z yF xF M -=在直角坐标系中,表示式为1 力矩 一质点的角动量 2-5 角动量角动量守恒定律 ⊥=rF M ? sin rF =

注意:1. 为物体相对于指定参考点的位矢,所以求物体所受的力矩时必须先指明参考点,相对于不同的参考点,对应的位矢不同。物体所受的力矩不同。r r 3.如果力的方向始终指向一个固定点,则该力就称为有心力,该固定点称为这个力的力心。 F 受到有心力作用的物体,相对于力心,其所受力矩为零。2.何时为零? M a.0 F c.受到有心力作用b.力的作用线与轴相交

2 质点的角动量定理 F r M ?=dt P d F = P dt r d P r dt d dt P d r M ?-?=?=)(v m P =v =dt r d 0v m v =?=? P dt r d )(P r dt d M ?=定义:P r L ?=——角动量 dt L d M =——角动量定理

作用在质点上的力矩等于质点角动量对时间的变化率。此即质点对固定点的角动量定理。 00 d t t M t L L =-? 0d t t M t ? 叫冲量矩 的方向符合右手法则.L v m r L ?z 角动量P r L ?=1.?sin mvr L =

m r p r L ?=?=2.质点在垂直于z 轴平面 上以角速度作半径为的圆运动,相对圆心ωr θ sin v rm L =大小ω r z v m o ?90?= A ω2mr rm L ==v (圆运动)

05刚体地定轴转动习题解答

第五章刚体的定柚转动 一选择题 1.一绕定轴转动的刚体,某时刻的角速度为,角加速度为,则其转动加快的依据是:() A.>0 B. >0, >0 C. <0, >0 D. > 0, < 0 解:答案是B。 2.用铅和铁两种金属制成两个均质圆盘,质量相等且具有相同的厚度,则它们对过盘心且垂直盘面的轴的转动惯量。() A.相等; B.铅盘的大; C.铁盘的大; D.无法确定谁大谁小 解:答案是C。 简要提示:铅的密度大,所以其半径小,圆盘的转动惯量为:J = Mr2/2. 3.一轻绳绕在半径为r的重滑轮上,轮对轴的转动惯量为J、一是以力F 向下拉绳使轮转动;二是以重量等于尸的重物挂在绳上使之转动,若两种情况使轮边缘获得的切向加速度分别为N和及,则有:() A. ai = a2 B. a 1 > a2 C. ai< a2 D.无法确定 解:答案是B。 简要提示:⑴ 由定轴转动定律,Fr = Ja{和= 得:= Fr1 / J mg-T = ma 2 (2)受力分析得:Tr=Ja2 ,其中血为重物的质量,7为绳子的 。2 =叫 张力。得:勺="2/(丿+加厂彳),所以&1> & 2。 4.一半径为/?,质量为加的圆柱体,在切向力尸作用下由静止开始绕轴线

作定轴转动,则在2秒内尸对柱体所作功为:( A. 4 尸/ 加 B. 2 F / 也 C. m 解:答案是A 。 所以:W = M\0 = AF 2/m 5. 一电唱机的转盘正以。的角速度转动,其转动惯量为现将一转动 惯量为忆的唱片置于转盘上,则共同转动的角速度应为:() A. ———C D Q B. 几 + 厶 血 C. — D. —C O Q 人+厶 丿1 J 2 人 解:答案是A 。 简要提示:角动量守恒 6. 已知银河系中一均匀球形天体,现时半径为凡绕对称轴自转周期为7; 由于引 力凝聚作用,其体积不断收缩,假设一万年后,其半径缩小为r,则那时 转动动能增加; 转动动能减小; 转动动能增加; 转动动能减小。 解:答案是C 。 简要提灵由角动量守恒,紗般。=討&,得转动角频率 增大, 所以转动周期减小。转动动能为耳0 瘪耳二扌彳曲八/ 可得公〉 So 。 7. 绳子通过高处一固定的、质量不能忽略的滑轮,两端爬着两 只质量相等 的猴子,开始时它们离地高度相同,若它们同时攀绳往上爬,且甲猴攀绳速度 为乙猴的两倍,贝!I ( ) A.两猴同时爬到顶点 B. 甲猴先到达顶点 C. 乙猴先到达顶点 D. 无法确定谁先谁后到达顶点 解:答案是B 。 简要提灵由定轴转动定律:吩艸S 该天体的:( A. B. C. D. 自转周期增加, 自转周期减小, 自转周期减小, 自转周期增加,

《刚体定轴转动》答案.docx

第2章刚体定轴转动 一、选择题 1(B) , 2(B) , 3(A) , 4(D) , 5(C) , 6(C), 7(C), 8(C), 9(D) ,10(C) 、填空题 (1). V ≈ 15.2 m ∕s , n 2= 500 rev /min (2). 62.5 1.67 s ⑶.g / l g / (2l) (4) . 5.0 N m (5) . 4.0 rad/s (6) . 0.25 kg ? m 2 1 (7) . Ma 2 J mr ■?' 1 2 J mR (10). ■ = 3 g sin r / l 二、计算题 1. 有一半径为 R 的圆形平板平放在水平桌面上,平板与水平桌面的摩擦系数为 μ ,若平板 绕通过其中心且垂直板面的固定轴以角速度 ω0开始旋转,它将在旋转几圈后停止?(已知 1 2 J mR ,其中m 为圆形平板的质量) 2 dr 的环带面积上摩擦力矩为 2 =3R? ?0 /16 ∏ Jg 2. 如图所示,一个质量为 m 的物体 与绕在定滑轮上的绳子相联,绳子质量可 以忽略,它与定滑轮之间无滑动?假设定滑轮质量为 M 、半径为 R ,其转动 1 2 惯量为一MR ,滑轮轴光滑?试求该物体由静止开始下落的过程中,下落速 2 度与时间的关系. 解:根据牛顿运动定律和转动定律列方程 (8). 1 mgl 参考解: 2 l d M = Jgm /1 r d r 1 =—j mgl 2 (9). 圆形平板的转动惯量 解:在r 处的宽度为 总摩擦力矩 故平板角加速度 设停止前转数为 Il mg dM 2 2.:r rdr JIR R 2 M dM mgR 右 3 ^- =M /J 可得 n ,则转角 ^= 2二n .,2 = 2 - V - 4 二 Mn / J m

第三章 刚体定轴转动

第三章 刚体定轴转动 前面几章主要介绍了质点力学的基本概念和原理,以牛顿定律为基础,建立了质点和质点系的动量定理、动能定理和相应的守恒定律。对于机械运动的研究,只限于质点和质点系的情况是非常不够的。质点的运动规律事实上仅代表物体的平动。当我们考虑了物体的形状、大小后,物体可以作平动、转动,甚至更复杂的运动,而且在运动过程中物体的形状也可能发生改变。一般固体在外力的作用下,形状、大小都要发生变化,但变化并不显著。所以,研究物体运动的初步方法是把物体看成在外力的作用下保持其大小和形状都不变,这样的物体叫刚体。刚体考虑了物体的形状和大小,但不考虑形变,仍是一个理想模型。 本章主要在质点力学的基础上讨论刚体的定轴的转动及其运动规律,为进一步研究更复杂的机械运动奠定基础。 3.1 刚体的定轴转动的描述 3.1.1 刚体的基本运动形式 刚体是一种特殊的质点系统,它可以看成是由许多质点组成,每一个质点叫做刚体的一个质元,刚体这个质点系的特点就在于无论它在多大外力的作用下,系统内任意两质元之间的相对位置始终保持不变。既然是一个质点系,所以以前讲过的关于质点系的基本定理就都可以应用。刚体的这个特点使刚体力学和一般质点系的力学相比,大为简化。因此,对于一般质点系的力学问题,求解往往很困难,而对于刚体的力学问题却有不少是能够求解的。 刚体的运动可分为两种基本形式:平动和转动。刚体的运动一般来说是比较复杂的,一般可分解为平动和绕瞬时轴的转动,比如行进中的自行车轮子,可以分解为车轮随着转 轴的平动和整个车轮绕转轴的转动。因此,研究刚体的平动和定轴转动是研究刚体复杂运动的基础。 下面分别介绍刚体的平动和刚体的定轴转动。 当刚体运动时,如果刚体内任何一条给定 的直线,在运动中始终保持它的方向不变,这种运动就 (b) (a) 图3-1 刚体的平动和定轴转动 A B

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