质点动力学习题答案
2-1一个质量为P 的质点，在光滑的固定斜面（倾角为α）上以初速度0v 运动，0v 的方向
与斜面底边的水平线AB 平行，如图所示，求这质点的运动轨道.
解: 物体置于斜面上受到重力mg ，斜面支持力N .建立坐标：取0v
方向为X 轴，平行
斜面与X 轴垂直方向为Y 轴.如图2-1.
图2-1
X 方向： 0=x F t v x 0=① Y 方向： y y ma mg F ==αsin ②
0=t 时 0=y 0=y v
2sin 2
1
t g y α=
由①、②式消去t ，得
220
sin 21
x g v y ?=
α 2-2 质量为m 的物体被竖直上抛，初速度为0v ，物体受到的空气阻力数值为f KV =，K 为
常数.求物体升高到最高点时所用时间及上升的最大高度. 解：⑴研究对象：m
⑵受力分析：m 受两个力，重力P 及空气阻力f ⑶牛顿第二定律：
合力：f P F
+=
a m f P =+
y 分量：dt
dV m
KV mg =-- dt KV
mg mdV
-=+?
即
dt m
KV mg dV 1
-=+
??-=+t v
v dt m KV mg dV 01
dt m
KV mg KV mg K 1ln 10-=++ )(0KV mg e
KV mg t m
K
+?=+-
mg K
e KV mg K V t m K
1
)(10-+=?-①
0=V 时，物体达到了最高点，可有0t 为
)1ln(ln 000mg
KV K m mg KV mg K m t +=+=
② ∵dt
dy
V =
∴Vdt dy =
dt m g K e KV m g K Vdt dy t
t m
K t
y
???
??
????-+==-0000
1)(1
m gt K
e KV m g K m
y t m K 11)(02-??????-+-=-
021
()1K
t m m
mg KV e mgt K K
-+--??=????③ 0t t = 时，max y y =，
)1ln(11)(0)1ln(02max
0mg KV K m mg K
e KV mg K m y mg
KV K m
m K +
?-????????-+=+?- )1ln(1
1)(0
22
02mg KV g K m mg KV mg KV mg K m +-??
???
?
??????
+-+=
)1ln()(022
0002mg KV g K m KV mg KV KV mg K
m +-++=
)1ln(0
220mg KV g K
m K mV +-=
2-3 一条质量为m ，长为l 的匀质链条，放在一光滑的水平桌面，链子的一端由极小的一
段长度被推出桌子边缘，在重力作用下开始下落，试求链条刚刚离开桌面时的速度.
解：链条在运动过程中，其部分的速度、加速度均相同，沿链条方向，受力为
m
xg l
，根据牛顿定律，有
m
F xg ma l
=
=
通过变量替换有
m dv xg mv l dx
=
0,0x v ==，积分00
l v
m xg mvdv l =?? 由上式可得链条刚离开桌面时的速度为v =2-5 升降机内有两物体，质量分别为1m 和2m ，且2m ＝21m ．用细绳连接，跨过滑轮,绳子
不可伸长，滑轮质量及一切摩擦都忽略不计，当升降机以匀加速a ＝
1
2
g 上升时，求：(1) 1m 和2m 相对升降机的加速度．(2)在地面上观察1m 和2m 的加速度各为多少? 解: 分别以1m ,2m 为研究对象，其受力图如图所示．
(1)设2m 相对滑轮(即升降机)的加速度为a '，则2m 对地加速度a a a -'=2；因绳不可伸长，故1m 对滑轮的加速度亦为a '，又1m 在水平方向上没有受牵连运动的影响，所以1m 在水平方向对地加速度亦为a '，由牛顿定律，有
)(22a a m T g m -'=-
a m T '=1
题2-5图
联立，解得g a ='方向向下 (2)2m 对地加速度为
2
2g
a a a =
-'=方向向上 图2-4
1m 在水面方向有相对加速度，竖直方向有牵连加速度，即牵相绝a a a
+=' ∴ g g g a a a 2
5422
2
2
1=+=+'=
a a '=arctan
θo 6.262
1
arctan ==，左偏上． 2-6 一物体受合力为t F 2=（SI ），做直线运动，试问在第二个5秒内和第一个5秒内物体
受冲量之比及动量增量之比各为多少？ 解：设物体沿+x 方向运动，
2525
50
1===?
?tdt Fdt I N·
S （1I 沿i
方向） 75210
5
10
5
2===?
?tdt Fdt I N·
S （2I 沿i
方向） 3/12=?I I
∵????=?=11
2
2)()(p I p I
∴
3)()(1
2
=??p p 2-7 一弹性球，质量为020.0=m kg ，速率5=v m/s ，与墙壁碰撞后跳回. 设跳回时速率不
变，碰撞前后的速度方向和墙的法线夹角都为60α?
=，⑴求碰撞过程中小球受到的冲
量?=I
⑵设碰撞时间为05.0=?t s ，求碰撞过程中小球受到的平均冲力?F =
解:
?
?
?=-=-==--=-=0sin sin cos 2)cos (cos 1212ααα
ααmv mv mv mv I mv mv mv mv mv I y y y x x x i i i mv i I I x
10.060cos 5020.02cos 2=???===?αN·
S 2-9 一颗子弹由枪口射出时速率为10s m -?v ，当子弹在枪筒内被加速时，它所受的合力为
F =(bt a -)N(b a ,为常数)，其中t 以秒为单位：(1)假设子弹运行到枪口处合力刚好为零，
试计算子弹走完枪筒全长所需时间；(2)求子弹所受的冲量．(3)求子弹的质量．
解: (1)由题意，子弹到枪口时，有
0)(=-=bt a F ,得b
a t =
(2)子弹所受的冲量
?-=-=t
bt at t bt a I 022
1
d )(
将b
a
t =
代入，得 b
a I 22=
(3)由动量定理可求得子弹的质量
2
02bv a v I m =
= 2-10 木块B 静止置于水平台面上，小木块A 放在B 板的一端上，如图所示. 已知0.25A m =kg ，
B m ＝0.75kg ，
小木块A 与木块B 之间的摩擦因数1μ＝0.5，木板B 与台面间的摩擦因数2μ＝0.1. 现在给小木块A 一向右的水平初速度0v ＝40m/s ，问经过多长时间A 、B 恰好具有相同的速度？
（设B 板足够长）
解：当小木块A 以初速度0v 向右开始运动时，它将受到木板B 的摩擦阻力的作用，木板B 则在A 给予的摩擦力及台面给予的摩擦力的共同作用下向右运动. 如果将木板B 与小木块A 视为一个系统，A 、B 之间的摩擦力是内力，不改变系统的总动量，只有台面与木板B 之间的摩擦力才是系统所受的外力，改变系统的总动量. 设经过t ?时间，A 、B 具有相同的速度，根据质点系的动量定理0()k A B A F t m m v m v -?=+-
2()k A B F m m g μ=+
再对小木块A 单独予以考虑，A 受到B 给予的摩擦阻力'K F ，应用质点的动量定理
'0k A B F t m v m v -?=-
以及'1k A F m g μ= 解得001
2121(
),A A B v v v m v t m m g
μμμμμ-=-?=+-
代入数据得 2.5v =m/s t ?=7.65s
2-11一粒子弹水平地穿过并排静止放置在光滑水平面上的木块，如图2-11所示. 已知两木
块的质量分别为1m 和2m ，子弹穿过两木块的时间各为1t ?和
2t ?，设子弹在木块中所受的阻力为恒力F ，求子弹穿过后，
两木块各以多大速度运动
.
图
2-10
图2-11
解：子弹穿过第一木块时，两木块速度相同，均为1v ，初始两木块静止，由动量定理，于是有
1121()0F t m m v ?=+-
设子弹穿过第二木块后，第二木块速度变为2v ，对第二块木块，由动量定理有
22211F t m v m v ?=-
解以上方程可得
112
1212122
,F t F t F t v v m m m m m ???=
=+
++ 2-12一端均匀的软链铅直地挂着，链的下端刚好触到桌面. 如果把链的上端放开，证明在链下落的任一时刻，作用于桌面上的压力三倍于已落到桌面上那部分链条的重量.
解：设开始下落时0t =，在任意时刻t 落到桌面上的链长为x ，链未接触桌面的部分下落速度为v ，在dt 时间内又有质量dm dx ρ=（ρ为链的线密度）的链落到桌面上而静止. 根据动量定理，桌面给予dm 的冲量等于dm 的动量增量，即
I Fdt vdm vdx ρ===
所以2dx
F v
v dt
ρρ== 由自由落体的速度2
2v gx =得
2F gx ρ=
这是t 时刻桌面给予链的冲力. 根据牛顿第三定律，链对桌面的冲力'
F F =，'
F 方向向下，
t 时刻桌面受的总压力等于冲力'F 和t 时刻已落到桌面上的那部分链的重力之和，所以 '3N F xg xg ρρ=+=
所以
3N
xg
ρ= 即链条作用于桌面上的压力3倍于落在桌面上那部分链条的重量.
2-13一质量为50kg 的人站在质量为100kg 的停在静水中的小船上，船长为5m ，问当人从
船头走到船尾时，船头移动的距离.
解:以人和船为系统，整个系统水平方向上动量守恒 设人的质量为m ，船的质量为M ，应用动量守恒得
m +M =0v V
其中v ，V 分别为人和小船相对于静水的速度，
可得m -M
V =v 人相对于船的速度为'
M m M
+=-=v v V v 设人在t 时间内走完船长l ，则有
'
000
t t t M m M m l v dt vdt vdt M M ++===???
在这段时间内，人相对于地面走了0
t
x vdt =?
所以Ml
x M m
=
+
船头移动的距离为'
5
3
ml x l x M m =-=
=+
2-14质量为M 的木块静止在光滑的水平桌面上，质量为m ，速度0v 的子弹水平地射入木块，并陷在木块内与木块一起运动.求：
(1)子弹相对木块静止后，木块的速度和动量； (2)子弹相对木块静止后，子弹的动量； (3) 在这个过程中，子弹施于木块的冲量.
解：子弹相对木块静止后，其共同速度设为u ，子弹和木块组成系统动量守恒 （1）0()mv m M u =+ 所以0
mv u m M =
+
M Mmv P Mu m M
==
+
（2）子弹的动量20
m m v P mu m M
==+
（3）针对木块，由动量守恒知，子弹施于木块的冲量为
00M Mm
I P v M m
=-=
+
2-15质量均为M 的两辆小车沿着一直线停在光滑的地面上，质量为m 的人自一辆车跳入另
一辆车，接着又以相同的速率跳回来. 试求两辆车的速率之比.
解：质量为m 的人，以相对于地面的速度v 从车A 跳到车B ，此时车A 得到速度1u ，由于车是在光滑的地面上，沿水平方向不受外力，因此，由动量守恒得
1mv Mu =
人到达车B 时，共同得速度为2u ，由动量守恒得
2()M m u mv +=
人再由车B 以相对于地面的速度v 跳回到车A ，则车B 的速度为'2u ，而车A 与人的共
同速度为'1u ，如图所示，由动量守恒得
联立方程解得：'
22m u v M =
'12m u v M m
=+ 所以车B 和车A 得速率之比为
'2'
1u M m
u M
+= 2-16体重为P 的人拿着重为p 的物体跳远，起跳仰角为?，初速度为0v . 到达最高点时，
该人将手中的物体以水平向后的相对速度u 抛出，问跳远成绩因此增加多少？
解：人和物体组成系统在最高点抛出物体前后沿水平方向动量守恒，注意到对地面这个惯性参考系
''0'
0'
()cos ()cos m m v mv m v u m v v u m m
??+=+-=++
从最高点到落地，人做平抛运动所需时间0sin v t g
?
= 跳远距离增加为
'
00'
(cos )cos m s v u t v t m m
???=+-+ '0'
sin v m p
ut u m m P p g
?==++ 2-17铁路上有一平板车，其质量为M ，设平板车可无摩擦地在水平轨道上运动. 现有N 个人从平板车的后端跳下，每个人的质量均为m ，相对平板车的速度均为u . 问在下述两种情况下，平板车的末速度是多少？（1）N 个人同时跳离；（2）一个人、一个人的跳离. 所得结果是否相同.
解：取平板车和N 个人为研究对象，由于在水平方向上无外力作用，故系统在该方向上动量守恒. 取平板车运动方向为坐标轴正方向，设最初平板车静止，则有
()0Mv Nm v u +-=
'22'11
()()Mu mv M m u M m u mv Mu -=++=+
所以N 个人同时跑步跳车时，车速为
Nm
v u M Nm
=
+
（2）若一个人、一个人地跳车，情况就不同了. 第一个跳车时，由动量守恒定律可得
11[(1)]()0M N m v m v u +-+-=
第二个人跳车时，有
221[(2)]()[(1)]M N m v m v u M N m v +-+-=+-
21(1)mu
v v M N m
-=
+-
以此类推，第N 个人跳车时，有
1()()N N N Mv m v u M m v -+-=+
1N N mu
v v M m
--=
+
所以1
111()2N
N n mu
v mu M m M m M Nm M nm ==++???=++++∑
因为
1112M m M m M Nm >>???>+++
1112N
M m M m M Nm M Nm
++???>++++
故N v v >
2-18质量为kg 10的物体作直线运动，受力与坐标关系如图2-18所示。若0=x 时，
s m v /1=，试求m x 16=时，?=v
解：在0x =到m x 16=过程中，外力功为力曲线与x 轴所围的面积代数和＝40J
由动能定理为：
图2-18
2122mv 21mv 21W -=
即110211021402
2??-?=v
s m v /32=?
2-19在光滑的水平桌面上，水平放置一固定的半圆形屏障. 有一质量为m 的滑块以初速度
0v 沿切线方向进入屏障一端，
如图2-19所示,设滑块与屏障间的摩擦因数为μ，试证明当滑块从屏障另一端滑出时，摩擦力作功为
2201(1)2
f W mv e μπ-=
-
解：滑块做圆周运动，依牛顿定律，有：
法向：2
mv N R
=
切向：dv dv d mv dv f N m m dt d dt R d θμθθ
=-=== 由以上两式，可得
dv
d v
μθ=- 对上式两边积分，有00
v v dv d v π
μθ=-?? 可得0v v e μπ-=
由动能定理可得摩擦力做功为
222200111
(1)222
f W mv mv mv e μπ-=
-=- 2-20质量为M 的木块静止于光滑水平面上，一质量为m ，速率为v 的子弹水平射入木块后
嵌在木块内，并于木块一起运动，求：（1）木块施于子弹的力所做的功；（2）子弹施于木块的力所做的功；（3）木块和子弹系统耗散的机械能.
解：把子弹和木块当作一个系统，动量守恒
()M m u mv +=
因而求得子弹和木块共同速度m
u v M m
=
+
图2-19
（1）2222
21121()22()2
M Mm A mu mv mv M m +=-=-+
（2）'
22
2110()2()2Mm A Mu mv M m =
-=+ （3）2
2221111()()2
22()2
M E mu Mu mv mv M m ?=+
-=-+ 2-21一质量10M =kg 的物体放在光滑的水平桌面上，并与一水平轻弹簧相连，弹簧的劲度
系数1000k =N/m. 今有一质量m ＝1kg 的小球以水平速度0v ＝4m/s 飞来，与物体M 相撞后以1v ＝2m/s 的速度弹回，试问：
(1) 弹簧被压缩的长度为多少？
(2) 小球m 和物体M 的碰撞是完全弹性碰撞吗？
(3) 如果小球上涂有黏性物质，相撞后可与M 粘在一起，则（1），（2）所问的结果又
如何？
解：碰撞过程中物体、弹簧、小球组成系统的动量守恒
01mv mv Mu =-+
01()1(42)
0.610m v v u M +?+=
==m/s
小球与弹簧碰撞，弹簧被压缩，对物体M 有作用力，对物体M ，由动能定理 （1）2211
022
kx Mu -
=- 弹簧被压缩的长度
0.60.06x =
==m （2）22210111
222
k E Mu mv mv ?=
+-＝－4.2J （3）小球与物体M 碰撞后粘在一起，设其共同速度为'
u ，根据动量守恒及动量定理
'0()mv M m u =+
'2'211
0()22
kx M m u -=-+ 此时弹簧被压缩的长度
'0.04
x =
=m
2-22 一根劲度系数为1k 的轻弹簧A 的下端，挂一根劲度系数为2k 的轻弹簧B ，B 的下端
一重物C ，C 的质量为M ，如2-22图．求这一系统静止时两弹簧的伸长量之比和弹性势能之比．
解: 弹簧B A 、及重物C 受力如2-22图所示平衡时，有
又11x k F A ?=
22x k F B ?=
所以静止时两弹簧伸长量之比为
1
2
21k k x x =
?? 弹性势能之比为
122222
1112
121
2
k k
x k x k E E p p =??= 2-23 如题2-23图所示，一物体质量为2kg ，以初速度0v ＝3m ·s -1
从斜面A 点处下滑，它与
斜面的摩擦力为8N ，到达B 点后压缩弹簧20cm 后停止，然后又被弹回，求弹簧的劲度系数和物体最后能回到的高度．
图
2-22
A B F F Mg
==
解: 取木块压缩弹簧至最短处的位置为重力势能零点，弹簧原 长处为弹性势能零点。则由功能原理，有
??
? ???+-=
-37sin 212122mgs mv kx s f r 22
2
137sin 2
1kx s
f mgs m v k r -?+= 式中m 52.08.4=+=s ，m 2.0=x ，再代入有关数据，解得
-1m N 1390?=k
再次运用功能原理，求木块弹回的高度h '
2o 2
137sin kx s mg s f r -
'='- 代入有关数据，得m 4.1='s , 则木块弹回高度
m 84.037sin o ='='s h
2-24铅直平面内有一光滑的轨道，轨道的BCDE 部分是半径为R 的圆. 若物体从A 处由静
止下滑，求h 应为多大才恰好能使物体沿圆周BCDE 运动?
图
2-23
图2-25
解：木块如能通过D 点，就可以绕整个圆周运动. 设木块质量为m ，它在D 点的法向运动方程为
2
v N mg m R
+=
式中N 为圆环给木块的法向推力. 显然N ＝0时，木块刚好能通过D 点，所以木块刚好能绕圆周运动的条件为
2v Rg =
选木块和地球为系统，系统的机械能守恒，所以可得
21
22
mgR mv mgh +=
联立求解得 2.5h R =
即高度为 2.5h R =时木块刚好能绕圆周运动
2-25两个质量分别为1m 和2m 的木块A 和B ，用一个质量忽略不计、倔强系数为k 的弹簧
连接起来，放置在光滑水平面上，是A 紧靠墙壁，如图示. 用力推木块B 使弹簧压缩0x ，然后释放. 已知12,3m m m m ==，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，子弹的最大伸长量.
解：释放后，子弹恢复到原长时A 将要离开墙壁，设此时B 的速度为v ，由机械能守恒，由
2
2013/22
kx mv =
得v x =A 离开墙壁后，系统在光滑水平面上运动，系统动量守恒，机械能守恒，有
11222m v m v m v +=
2222112221111
2222
m v kx m v m v ++=（1） 当12v v =
时，求得：123344v v v x ==
=2）
图2-26
（2）弹簧有最大伸长量时，123
4
v v v ==
，由式（2）得 max 012
x x =
2-26两块质量各为1m 和2m 的木块，用劲度系数为k 的轻弹簧连在一起，放置在地面上，如
图示，问至少要用多大的力F 压缩上面的木块，才能在该力撤去后因上面的木板升高而将下面的木板提起？ 解：
将12,m m 和弹簧和地球视为一个系统，该系统在压力撤离后，只有保守力作用，所以机械能守恒. 设压力撤离时刻为初态，2m 恰好提离地面时为末态，初态、末态时动能均为零. 设弹簧原长时为坐标原点和势能零点，则
22110011
22
m gx kx m gx kx +=-+
式中0x 为压力F 作用时弹簧的压缩量，则
100m g F kx +-=
式中x 为2m 恰好能提离地面时弹簧的伸长量，此时要求2kx m g ≥ 联立以上几个方程解得
12()F m m g ≥+
故能使2m 提离地面的最小压力为min 12()F m m g =+
2-27一质量为'm 的三角形木块放在光滑的水平面上，另一质量为m 的立方木块由斜面最低
处沿斜面向上运动，相对于斜面的初速度为0v ，如图所示，如果不考虑木块接触面上的摩擦，问立方木块能沿斜面上滑多高？
解：三角形木块与立方木块组成的系统在水平方向不受外力作用，
水平方向动量守恒. 初始时，立方木块速度为0v ，其水平方向分量为0cos v θ
，三角形木
图
2-27
图2-28
块静止；当立方木块达最高点时，相对于三角形木块静止，设二者共同的速度为v ，则
'0cos ()mv m m v θ=+
在运动过程中，两木块和地球组成的系统只有重力做功，机械能守恒，得
2'2011
()22
mv mgh m m v =++ 由以上两式得立方木块沿斜面上滑的高度为
2222'00''
cos sin (1)22v v m m m h g m m g m m θ
θ+=-=
++
2-28两个形状完全相同、质量都为M 的弧形导轨A 和B ，放在地板上，今有一质量为m 的小
物体，从静止状态由A 的顶端下滑，A 顶端的高度为0h ，
所有接触面均光滑. 试求小物体在B 轨上上升的最大高度（设A 、B 导轨与地面相切）
解：设小物体沿A 轨下滑至地板时的速度为v ，对小物体与A 组成的系统，应用机械能守恒定律及沿水平方向动量守恒定律，有
0A Mv mv -+=（1）
22011
22
A mgh Mv mv =
+（2）
解得v =3）
当小物体以初速v 沿B 轨上升到最大高度H 时，此时小物体相对B 的速度为零，设小物体
与B 相对地沿水平方向的共同速度为u ，根据动量守恒与机械能守恒， 有()Mv M m u =+（4）
2211
()22
mv M m u mgH =++（5） 联立（3）－（5）解得
220()2()Mv M H h M m g M m
==++
2-29一质量为200g 的砝码盘悬挂在劲度系数196k =N/m 的弹簧下，现有质量为100g 的砝码自30cm 高处落入盘中，求盘向下移动的距离（假设砝码与盘的碰撞是完全非弹性碰撞）
图
2-29
解：第一阶段：砝码落入盘中以前，由机械能守恒有
第二阶段：砝码与盘碰撞，因为完全非弹性碰撞，其共同速度设为2v ，在垂直方向，砝码和盘组成系统之碰撞内力远大于重力、弹簧的弹性力，可认为在垂直方向动量守恒，因而有
11122()m v m m v =+
第三阶段：砝码和盘向下移动过程中机械能守恒，注意到弹性势能零点是选在弹簧的原长处
22212212122111
()()()222
kl m m v k l l m m gl ++=+-+
解以上方程可得
222980.980.0960l l --=
向下移动的最大距离为20.037l =
2-30倔强系数为k 的轻弹簧，一端固定，另一端与桌面上的质量为m 的小球B 相连接. 推
动小球，将弹簧压缩一端距离L 后放开，假定小球所受的滑动摩擦力大小为F 且恒定不变，滑动摩擦系数与静摩擦系数可视为相等. 试求L 必须满足什么条件时，才能使小球在放开后就开始运动，而且一旦停止下来就一直保持静止状态.
解：取弹簧的自然长度处为坐标原点
在0t =时，静止于x L =-的小球开始运动的条件是
kL F > (1)
小球运动到x 处静止的条件，由功能原理得
22
11()22
F L x kx kL -+=
- (2) 图
2-30
图2-31 21111
2
m gh m v =
21
m g kl =
使小球继续保持静止的条件为
2||||F
k x k L F k
=-≤ (3) 所求L 同时满足(1)和(3)式，求得
3F F L k k
<≤ 2-31一绳跨过一定滑轮，两端分别拴有质量为m 及M 的物体，如图示，M 静止在桌面上
（M >m ）.抬高m , 使绳处于松弛状态. 当m 自由落下h 距离后, 绳才被拉紧，求此时两物体的速度及M 所能上升的最大高度.
解：分三个阶段
m 自由下落212
mgh mv =
,m M 相互作用（通过绳）
，在此阶段，绳中张力T 比物体所受重力大得多，此时可忽略重力，由动量定理 对m 有0
t
Tdt mV mv ?-=-?
对M 有
0t
Tdt MV ?=-?
m 下降，M 上升过程机械能守恒
21
0()2
mgH MgH M m V -=-+
解以上方程可得
222
m h
V H M m
=
=-
图2-32
大学物理(第四版)课 后习题及答案质点 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
题1.1：已知质点沿x 轴作直线运动，其运动方程为 3322)s m 2()s m 6(m 2t t x --?-?+= 。求（l ）质点在运动开始后s 0.4内位移的大小； （2）质点在该时间内所通过的路程。 题1.1解：（1）质点在4.0 s 内位移的大小 m 3204-=-=?x x x （2）由 0)s m 6()s m 12(d d 232=?-?=--t t t x 得知质点的换向时刻为 ｓ2=P t （t 0不合题意） 则：m 0.8021=-=?x x x m 40x 242-=-=?x x 所以，质点在4.0 s 时间间隔内的路程为 m 4821=?+?=x x s 题1.2：一质点沿x 轴方向作直线运动，其速度与时间的关系如图所示。设0=t 时，0=x 。试根据已知的图t v -，画出t a -图以及t x -图。 题1.2解：将曲线分为AB 、BC 、CD 三个过程，它们对应的加速度值分别为 2A B A B AB s m 20-?=--= t t v v a （匀加速直线运动） 0BC =a （匀速直线） 2C D C D CD s m 10-?-=--= t t v v a （匀减速直线运动） 根据上述结果即可作出质点的a －t 图 在匀变速直线运动中，有
2002 1at t v x x + += 由此，可计算在0~2和4~6 s 时间间隔内各时刻的位置分别为 t /s 0 0.5 1 1.5 2 4 4.5 5 5.5 6 x /m 5.7- 10- 5.7- 0 40 48.7 55 58.7 60 用描数据点的作图方法，由表中数据可作0~2 s 和4~6 s 时间内的x －t 图。在2~4 s 时间内，质点是作v = 201s m -?的匀速直线运动，其x －t 图是斜率k = 20的一段直线。 题1.3：如图所示，湖中有一小船。岸上有人用绳跨过定滑轮拉船靠岸。设滑轮距水面高度为h ，滑轮到原船位置的绳长为0l ，试求：当人以匀速v 拉绳，船运动的速度v '为多少？ 题1.3解1：取如图所示的直角坐标系，船的运动方程为 ()()()j i r h t x t -+= 船的运动速度为 ()i i i r v t r r h h r t t t x t d d 1d d d d d d 2 /12 2 2 2 -??? ? ? ?-=-= ==' 而收绳的速率t r v d d - =，且因vt l r -=0，故 ()i v 2 /12 021-??? ? ? ?-- -='vt l h v 题1.3解2：取图所示的极坐标(r ,θ)，则 θr r r d d d d d d d d d d e e e e r v t r t r t r t r t θ+=+== ' r d d e t r 是船的径向速度，θd d e t r θ是船的横向速度，而 t r d d 是收绳的速率。由于船速v '与径向速度之间夹角位θ ，所以
习题13 13-3．如习题13-3图所示，把一块原来不带电的金属板B 移近一块已带有正电荷Q 的金属板A ，平行放置。设两板面积都是S ，板间距为d ，忽略边缘效应，求：(1)板B 不接地时，两板间的电势差。(2)板B 接地时，两板间的电势差。 [解] (1)两带电平板导体相向面上电量大小相等符号相反，而相背面上电量大小相等符号相同，因此当板B 不接地，电荷分布为 因而板间电场强度为 S Q E 02ε= 电势差为 S Qd Ed U 0AB 2ε= = (2) 板B 接地时，在B 板上感应出负电荷，电荷分布为 故板间电场强度为 S Q E 0ε= 电势差为 S Qd Ed U 0AB ε= = B A -Q/2 Q/2 Q/2Q/2 A B -Q Q
13-4 两块靠近的平行金属板间原为真空。使两板分别带上面电荷密度为σ0的等量异号电荷，这时两板间电压为U0=300V。保持两板上电量不变，将板间空间一半如图习题13-4图所示充以相对电容率为εr=5的电介质，试求 （1）金属板间有电介质部分和无电介质部分的E,D和板上的自由电荷密度σ； （2）金属板间电压变为多少？电介质上下表面束缚电荷面密度多大？ 13-5．如习题13-5图所示，三个无限长的同轴导体圆 柱面A、B和C，半径分别为R A、R B、R C。圆柱面B上带 电荷，A和C都接地。求B的表面上线电荷密度λ1和外表 I II
面上线电荷密度λ2之比值λ1/λ2。 [解] 由A 、C 接地 BC BA U U = 由高斯定理知 r E 01I 2πελ-= r E 02 II 2πελ= A B 0101I BA ln 2d 2d A B A B R R r r U R R R R πελπελ=-==? ?r E B C 020 2II BC ln 2d 2d C B C B R R r r U R R R R πελ πελ===? ?r E B C 02A B 01ln 2ln 2R R R R πελ πελ= 因此 A B B C 21ln :ln :R R R R =λλ 13-6．如习题13-6图所示，一厚度为d 的无限大均匀带电导体板，单位面积上两表面带电量之和为σ。试求离左表面的距离为a 的点与离右表面的距离为b 的点之间的电势差。 [解] 导体板场强0=内E ，由高斯定理可得板外场强为 2εσ = E 故A 、B 两点间电势差为 ()a b x x x U b d a d a d a a a B A -= ++- =?=? ???++++0 00 AB 2d 2d 0d 2d εσ εσεσ l E 13-7．为了测量电介质材料的相对电容率，将一块厚为 1.5cm 的平板材料慢慢地插进一电容器的距离为2.0cm 的两平行板中间。在插入过程中，电容器的电荷保持不变。插入之 Ⅰ Ⅱ Ⅲ B A
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 t v m ma f d d == 即 t v m kv d d ==- 所以 t m k v v d d -= 对等式两边积分 ??-=t v v t m k v v 0 d d 0 得 t m k v v -=0ln 因此 t m k e v v -=0 (2) 由牛顿第二定律 x v mv t x x v m t v m ma f d d d d d d d d ==== 即 x v mv kv d d =- 所以 v x m k d d =- 对上式两边积分 ??=-00 0d d v s v x m k 得到 0v s m k -=- 即 k mv 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 t v m ma kv F mg d d ==-- 整理得 m t kv F mg v d d =--
对上式两边积分 ? ?=--t v m t kv F mg v 00 d d 得 m kt F mg kv F mg -=---ln 即 ??? ? ??--= -m kt e k F mg 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。 此时 2 T kv mg = 即 k mg v = T 有牛顿第二定律 t v m kv mg d d 2=- 整理得 m t kv mg v d d 2= - 对上式两边积分 mgk m t kv mg v t v 21d d 00 2??=- 得 m t v k mg v k mg = +-ln 整理得 T 22221 111v e e k mg e e v kg m t kg m t kg m t kg m t +-=+-= 2-4 一人造地球卫星质量m =1327kg ，在离地面61085.1?=h m 的高空中环绕地球作匀速率圆周运动。求：(1)卫星所受向心力f 的大小；(2)卫星的速率v ；(3)卫星的转动周期T 。 [解] 卫星所受的向心力即是卫星和地球之间的引力 由上面两式得() () () N 1082.710 85.110 63781063788.9132732 63 2 32 e 2 e ?=?+??? ?=+=h R R mg f (2) 由牛顿第二定律 h R v m f +=e 2
一、选择题 1. 半径为R 的均匀带电球面，若其电荷面密度为σ，取无穷远处为零电势点，则在距离球面r （R r <） 处的电势为( ) A 、0 B 、R 0 εσ C 、r R 02 εσ D 、r R 024εσ 2. 下列说法正确的是：( ) A. 电场场强为零的点，电势也一定为零 B. 电场场强不为零的点，电势也一定不为零 C. 电势为零的点，电场强度也一定为零 D. 电势在某一区域内为常量，则电场强度在该区域内必定为零 3. 如图示，边长是a 的正方形平面的中垂线上，距中心O 点 处， 有一电量为q 的正点电荷，则 通过该平面的电通量是（ ）。 A. B. C. D. 4. 两根长度相同的细导线分别密绕在半径为R 和r 的两个直圆筒上形成两个螺线管，两个螺线管的长 度相同，R=2r ，螺线管通过的电流相同为I ，螺线管中的磁感应强度大小为B R ，B r ，则应该满足：( ) A. B R =2B r B. B R =B r C. 2B R =B r D. B R =4B r 5. 两个同心均匀带电球面，半径分别为a R 和b R (b a R R <), 所带电荷分别为a q 和b q ．设某点与球 心相距r ，当b a R r R <<时，取无限远处为零电势，该点的电势为（ ） A 、 r q q b a +?π041ε B 、 r q q b a -?π041ε
C 、???? ? ?+?b b a R q r q 0 41επ D 、 ???? ??+?b b a a R q R q 0 41 επ 6. 面积为S 和S 2的两圆线圈1、2如图放置，通有相同的电流I ．线圈1的电流所产生的通过线圈2的磁通用21Φ表示，线圈2的电流所产生的通过线圈1的磁通用12Φ表示，则21Φ和12Φ的大小关系为（ ） 1 2 S 2 S I I A 、12212ΦΦ= B 、1221ΦΦ> C 、1221ΦΦ= D 、12212 1 ΦΦ= 7. 如图所示，两个“无限长”的、半径分别为1R 和2R 的共轴圆柱面均匀带电，沿轴线方向单位长度上所带电荷分别为1λ和2λ，则在两圆柱面之间、距离轴线为r 处的P 点的电场强度大小E 为（ ） A 、 r 02 12ελλπ+ B 、 2 02 10122R R ελελπ+ π C 、 r 01 2ελπ D 、0 8. 如图，长度为l 的直导线ab 在均匀磁场B ? 中以速度v ? 移动，直导线ab 中的电动势为（ ）
题1.1：已知质点沿x 轴作直线运动，其运动方程为3322)s m 2()s m 6(m 2t t x --?-?+= 。求（l ）质点在运动开始后s 0.4内位移的大小；（2）质点在该时间内所通过的路程。 题1.1解：（1）质点在4.0 s 内位移的大小 m 3204-=-=?x x x （2）由 0)s m 6()s m 12(d d 232=?-?=--t t t x 得知质点的换向时刻为 ｓ2=P t （t = 0不合题意） 则：m 0.8021=-=?x x x m 40x 242-=-=?x x 所以，质点在4.0 s 时间间隔内的路程为 m 4821=?+?=x x s 题1.2：一质点沿x 轴方向作直线运动，其速度与时间的关系如图所示。设0=t 时，0=x 。试根据已知的图t v -，画出t a -图以及t x -图。 题1.2解：将曲线分为AB 、BC 、CD 三个过程，它们对应的加速度值分别为 2A B A B AB s m 20-?=--=t t v v a （匀加速直线运动） 0BC =a （匀速直线） 2C D C D CD s m 10-?-=--= t t v v a （匀减速直线运动） 根据上述结果即可作出质点的a －t 图 在匀变速直线运动中，有 2002 1at t v x x + += 间内，质点是作v = 201s m -?的匀速直线运动，其x －t 图是斜率k = 20的一段直线。 题1.3：如图所示，湖中有一小船。岸上有人用绳跨过定滑轮拉船靠岸。设滑轮距水面高度为h ，滑轮到原船位置的绳长为0l ，试求：当人以匀速v 拉绳，船运动的速度v '为多少？
2019年《大学物理》实验题库200题[含参考答案] 一、选择题 1．用电磁感应法测磁场的磁感应强度时，在什么情形下感应电动势幅值的绝对值最大 ( ) A ：线圈平面的法线与磁力线成?90角； B ：线圈平面的法线与磁力线成?0角 ； C ：线圈平面的法线与磁力线成?270角； D ：线圈平面的法线与磁力线成?180角； 答案：（BD ） 2．选出下列说法中的正确者（ ） A ：牛顿环是光的等厚干涉产生的图像。 B ：牛顿环是光的等倾干涉产生的图像。 C ：平凸透镜产生的牛顿环干涉条纹的间隔从中心向外逐渐变密。 D ：牛顿环干涉条纹中心必定是暗斑。 答案：（AC ） 3．用三线摆测定物体的转动惯量实验中，在下盘对称地放上两个小圆柱体可以得到的结果：( ) A ：验证转动定律 B ：小圆柱的转动惯量； C ：验证平行轴定理； D ：验证正交轴定理。 答案：（ＢＣ） 4．测量电阻伏安特性时，用R 表示测量电阻的阻值，V R 表示电压表的内阻，A R 表示电流表的内阻，I I ?表示内外接转换时电流表的相对变化，V V ?表示内外接转换时电压表的相对变化，则下列说法正确的是： ( ) Ａ：当R <
D ：当V V I I ?>?时宜采用电流表外接。 答案：（BC ） 5．用模拟法测绘静电场实验，下列说法正确的是： ( ) A ：本实验测量等位线采用的是电压表法； B ：本实验用稳恒电流场模拟静电场； C ：本实验用稳恒磁场模拟静电场； D ：本实验测量等位线采用电流表法； 答案：（BD ） 6．时间、距离和速度关系测量实验中是根据物体反射回来的哪种波来测定物体的位置。 ( ) A ：超声波； B ：电磁波； C ：光波； D ：以上都不对。 答案：（B ） 7．在用ＵＪ３１型电位差计测电动势实验中，测量之前要对标准电池进行温度修正，这是 因为在不同的温度下：（ ） A ：待测电动势随温度变化； B ：工作电源电动势不同； C ：标准电池电动势不同； D ：电位差计各转盘电阻会变化。 答案：（CD ） 8．QJ36型单双臂电桥设置粗调、细调按扭的主要作用是：（ ） Ａ：保护电桥平衡指示仪（与检流计相当）； Ｂ：保护电源，以避免电源短路而烧坏； Ｃ：便于把电桥调到平衡状态； Ｄ：保护被测的低电阻，以避免过度发热烧坏。 答案：（AC ） 9．声速测定实验中声波波长的测量采用： ( ) A ：相位比较法 B ：共振干涉法； C ：补偿法； D ：；模拟法 答案：（AB ） 10．电位差计测电动势时若检流计光标始终偏向一边的可能原因是： （ ） A ：检流计极性接反了。 B ：检流计机械调零不准
质点动力学习题答案 2-1一个质量为P 的质点，在光滑的固定斜面（倾角为α）上以初速度0v 运动，0v 的方向 与斜面底边的水平线AB 平行，如图所示，求这质点的运动轨道. 解: 物体置于斜面上受到重力mg ，斜面支持力N .建立坐标：取0v 方向为X 轴，平行 斜面与X 轴垂直方向为Y 轴.如图2-1. 图2-1 X 方向： 0=x F t v x 0= ① Y 方向： y y ma mg F ==αsin ② 0=t 时 0=y 0=y v 2sin 2 1 t g y α= 由①、②式消去t ，得 22 sin 21 x g v y ?= α 2-2 质量为m 的物体被竖直上抛，初速度为0v ，物体受到的空气阻力数值为f KV =，K 为 常数.求物体升高到最高点时所用时间及上升的最大高度. 解：⑴研究对象：m ⑵受力分析：m 受两个力，重力P 及空气阻力f ⑶牛顿第二定律： 合力：f P F += a m f P =+ y 分量：dt dV m KV mg =-- dt KV mg mdV -=+? 即 dt m KV mg dV 1 -=+ ??-=+t v v dt m KV mg dV 01
dt m KV mg KV mg K 1ln 10-=++ )(0KV mg e KV mg t m K +?=+- mg K e KV mg K V t m K 1 )(10-+=?- ① 0=V 时，物体达到了最高点，可有0t 为 )1ln(ln 000mg KV K m mg KV mg K m t +=+= ② ∵ dt dy V = ∴ Vdt dy = dt mg K e KV mg K Vdt dy t t m K t y ??? ?? ????-+==-0000 1)(1 mgt K e KV mg K m y t m K 11)(02-??????-+-=- 021 ()1K t m m mg KV e mgt K K -+--??=???? ③ 0t t = 时，max y y =， )1ln(11)(0)1ln(02max 0mg KV K m mg K e KV mg K m y mg KV K m m K + ?-????????-+=+?- )1ln(1 1)(0 22 02mg KV g K m mg KV mg KV mg K m +-?? ??? ? ?????? +-+= )1ln()(022 0002mg KV g K m KV mg KV KV mg K m +-++= )1ln(0 220mg KV g K m K mV +-= 2-3 一条质量为m ，长为l 的匀质链条，放在一光滑的水平桌面，链子的一端由极小的一 段长度被推出桌子边缘，在重力作用下开始下落，试求链条刚刚离开桌面时的速度.
习 题 10 10-2. 在S 系中的X 轴上，同地发生的两个事件之间的时间间隔是4s ，在S 系中这两个事件之间的时间间隔是5s 。 求S 系相对S 系的速率和在S 系中测得这两事件的空间间隔。 [解] (1) 由题意知，固有时s 40=τ，根据时间膨胀公式， 2 ) /(1c u -= ττ 有： 5/4/)/(102==-ττc u 由此得 ,53=c u 即c u 53= (2) 应用Lorentz 变换式，得： 2 ) /(1c u ut x x --= ' 所以 c c c u t u c u t u x x 35 4453 ) /(1)/(122-=?-=-?-=-?-?='? 因而S '系中这两个事件发生地点间相距3c 。 10-3．一列以速度v 行驶的火车，其中点C ′与站台中点C 对准时，从站台首尾两端同时发出闪光。从C ′的观测者看，这两次闪光是否同时？何处在先？ 解：站台参考系认为闪光时同时发出的，这是两个异地同时事件。由于异地同时性的相对性，在与站台相对运动的火车参考系C ′的观测者看来，两个闪光不是同时发出的，其中沿着认为同时的参考系（站台）的运动方向，事件发生的越来越晚。可知，火车驶向的站台先发光。 10-4．在S 系中观测到两个事件同时发生在x 轴上，其间距离为1m ，在S '系中观测这两个事件之间的距离是2m 。求在 S '中测得的这两个事件发生的时间间隔。 [解] 在S 系中两事件时间间隔,0=?t 由Lorentz 变换 2 22 ) /(1)/(1c u x c u t t c u ut x x -- ='--= ' 得：???? ? ?? ??-?-=-?-?='?-?=-?-?='?222222)/(1)/(1)/(1)/(1c u x c u c u x c u t t c u x c u t u x x 将m 1m,2=?='?x x 代入上两式，得 s 1077.5,2 39-?-='?= t c u 10-5．一观察者测得运动的米尺长0.5m ，问此尺以多大的速度接近观察者？
质点 动力学习题答案 2-1一个质量为P 的质点，在光滑的固定斜面（倾角为α） 上以初速度0v 运动，0v 的方向与斜面底边的水平线AB 平行，如图所示，求这质点的运动轨道. 解: 物体置于斜面上受到重力mg ，斜面支持力N .建立坐标：取0v 方向为X 轴，平行斜面与X 轴垂直方向为Y 轴.如图2-1. 图2-1 X 方向： 0=x F t v x 0=① Y 方向： y y ma mg F ==αsin ② 0=t 时 0=y 0=y v 由①、②式消去t ，得 2-2 质量为m 的物体被竖直上抛，初速度为0v ，物体受到的空气阻力数值为f KV =，K 为常数.求物体升高到最高点 时所用时间及上升的最大高度. 解：⑴研究对象：m ⑵受力分析：m 受两个力，重力P 及空气阻力f ⑶牛顿第二定律： 合力：f P F += y 分量：dt dV m KV mg =-- 即dt m KV mg dV 1-=+ mg K e KV mg K V t m K 1)(10-+=?-①
0=V 时，物体达到了最高点，可有0t 为 )1ln(ln 000mg KV K m mg KV mg K m t +=+=② ∵dt dy V = ∴Vdt dy = 021()1K t m m mg KV e mgt K K -+--??=????③ 0t t =时，max y y =， 2-3 一条质量为m ，长为l 的匀质链条，放在一光滑的水平 桌面，链子的一端由极小的一段长度被推出桌子边 缘，在重力作用下开始下落，试求链条刚刚离开桌 面时的速度. 解：链条在运动过程中，其部分的速度、加速度均相同， 沿链条方向，受力为 m xg l ，根据牛顿定律，有 图2-4 通过变量替换有 m dv xg mv l dx = 0,0x v ==，积分00 l v m xg mvdv l =?? 由上式可得链条刚离开桌面时的速度为v gl = 2-5 升降机内有两物体，质量分别为1m 和2m ，且2m ＝21m ．用 细绳连接，跨过滑轮,绳子不可伸长，滑轮质量及一切摩擦都忽略不计，当升降机以匀加速a ＝ 12 g 上升时，求：(1) 1m 和2m 相对升降机的加速度．(2)在地面上观察1m 和 2m 的加速度各为多少? 解: 分别以1m ,2m 为研究对象，其受力图如图所示． (1)设2m 相对滑轮(即升降机)的加速度为a '，则2m 对地加速
例1 路灯离地面高度为H，一个身高为h 的人，在灯下水平路面上以匀速度步行。如图3-4所示。求当人与灯的水平距离为时，他的头顶在地面上的影子移动的速度的大小。 解:建立如右下图所示的坐标，时刻头顶影子的坐标为 ，设头顶影子的坐标为，则 由图中看出有 则有 所以有 ; 例2如右图所示，跨过滑轮C的绳子，一端挂有重物B，另一端A 被人拉着沿水平方向匀速运动，其速率。A离地高度保 持为h，h =1.5m。运动开始时，重物放在地面B0处，此时绳C在铅 直位置绷紧，滑轮离地高度H = 10m，滑轮半径忽略不计，求： (1) 重物B上升的运动方程；
(2) 重物B在时刻的速率和加速度； (3) 重物B到达C处所需的时间。 解：(1)物体在B0处时，滑轮左边绳长为l0 = H-h，当重物的位移为y时，右边绳长为 因绳长为 由上式可得重物的运动方程为 (SI) (2)重物B的速度和加速度为 (3)由知 当时，。
此题解题思路是先求运动方程，即位移与时间的函数关系，再通过微分求质点运动的速度和加速度。 例3一质点在xy平面上运动，运动函数为x = 2t, y = 4t2-8(SI)。 (1) 求质点运动的轨道方程并画出轨道曲线； (2) 求t1=1s和t2=2s时，质点的位置、速度和加速度。 解：(1) 在运动方程中消去t，可得轨道方程为 ， 轨道曲线为一抛物线如右图所示。 (2) 由 可得: 在t1=1s 时， 在t2=2s 时, 例4质点由静止开始作直线运动，初始加速度为a0，以后加速度均匀增加，每经过τ秒增加a0，求经过t秒后质点的速度和位移。 解：本题可以通过积分法由质点运动加速度和初始条件，求解质点的速度和位移。
1。质点的运动方程为 求： (1)质点的轨迹方程； (2)质点在第1s和第2秒的运动速度； (3)质点在第1s和第2秒的加速度。 2．在离水面高为h 的岸边，有人用绳子拉小船靠岸，人以不变的速率u收绳。求：当船在离岸距离为x时的速度和加速度。 例3：一质点作直线运动，已知其加速度a= 2- 2t (SI)，初始条件为x0=0，v0=0，求 (1)质点在第1s末的速度； (2)质点的运动方程； (3)质点在前3s内经历的路程。
4。 5。
6。已知l 长的绳端拴一质量m 的小球(另 一端固定在o 点)，自水平位置由静止释 放。求球摆至任一位置时，球的速度及绳 中的张力。 7． 一个滑轮系统，如图，A 滑轮的加速度为a ，两边分别悬挂质量为m 1和m 2的两个物体， 求两个物体的加速度。 7。一个以加速度大小a=1/3g 上升的升降机里，有一装置如图所示，物体A 、B 的质量相同，均为m ，A 与桌面之间的摩擦忽略不计，滑轮的重量忽略不计。从地面看，B 做自由落体运动。试求，若从升降机上看，B 的加速度大小是多少？
8. 9.重量为P 的摆锤系于绳的下端,绳长为l ,上端固定,如图所示,一水平变力大小为F 从零逐渐增大,缓慢地作用在摆锤上,使摆锤虽然移动,但在所有时间内均无限接近力平衡,一直到绳子与竖直线成 Θ0 角的位置,试计算此变力所做的功. P F
10.一束子弹射入木块，并在木块中走了S '，然后停止；而子弹和木块整个系统水平向右走了S ，求子弹和木块所受的一对摩擦力f s 和f s '所做的净功。 11. 如图所示,倔强系数为k 的弹簧悬挂着质量为m 1,m 2两个物体,开始时处于静止,突然把两物体间的连线剪断,求m 1的最大速度为多少? 12. 墙壁上固定一水平放置的轻弹簧，弹簧的另一端连一质量为m 的物体，弹簧的弹性系数为k ，物体m 与水平面间的摩擦系数为μ，开始时，弹簧没有伸长，现以恒力F 将物体自平衡位置开始向右拉动，试求此系统所具有的最大势能。 k 1m 2 m
第一章 质点运动学 1–1 描写质点运动状态的物理量是 。 解：加速度是描写质点状态变化的物理量，速度是描写质点运动状态的物理量，故填“速度”。 1–2 任意时刻a t =0的运动是 运动；任意时刻a n =0的运动是 运动；任意时刻a =0的运动是 运动；任意时刻a t =0，a n =常量的运动是 运动。 解：匀速率；直线；匀速直线；匀速圆周。 1–3 一人骑摩托车跳越一条大沟，他能以与水平成30°角，其值为30m/s 的初速从一边起跳，刚好到达另一边，则可知此沟的宽度为 （)m/s 102=g 。 解：此沟的宽度为 m 345m 10 60sin 302sin 220=??==g R θv 1–4 一质点在xoy 平面内运动，运动方程为t x 2=，229t y -=，位移的单位为m ，试写出s t 1=时质点的位置矢量__________；s t 2=时该质点的瞬时速度为__________，此时的瞬时加速度为__________。 解：将s t 1=代入t x 2=，229t y -=得 2=x m ，7=y m s t 1=故时质点的位置矢量为 j i r 72+=（m ） 由质点的运动方程为t x 2=，229t y -=得质点在任意时刻的速度为 m/s 2d d ==t x x v ，m/s 4d d t t x y -==v s t 2=时该质点的瞬时速度为 j i 82-=v （m/s ） 质点在任意时刻的加速度为 0d d ==t a x x v ，2m/s 4d d -==t a y y v s t 2=时该质点的瞬时加速度为j 4-m/s 2。
1. 磁场复习题 1、如图所示，一无限长载流平板宽度为a ，线电流密度（即沿x 方向单位长度上的电流）为δ，求与平板共面且距平板一边为b 的任意点P 的磁感应强度。(提示：无限长载流平板可看成许多无限长的载流直导线组成) 解：利用无限长载流直导线的公式求解。 （1）取离P 点为X 宽度为dx 的无限长载流细条，它的电流 di=δdx （2）这载流长条在P 点产生的磁感应强度 x dx x di dB o o πδμπμ22== 方向垂直纸面向里。 （3）所有载流长条在P 点产生的磁感应强度的方向都相同，所以载流平板在P 点产生的磁感应强度 ?? +===+b b a x x dx dB B o b a b ln 22πδμπ δ μο ，方向垂直纸面向里。 2、书上习题7-16 解：（1）取半径为r 的园为回路 ( ) () 2 22 22a r a b I rB -?-=ππμ π 所以， ( ) r a r a b I B 2 22 202-?-=πμ （2） ? ?= b a rdr j I π2? ?=b a rdr Kr π23 233a b K -?=π 因此，() 3 323a b I K -= π 又根据环路定理，???=r rdr Kr rB απμπ2203 23 30a r K -?=πμ 故有 3 33303 3023a b a r r I a r r K B --?=-? =∴πμμ
3、如图所示，长直导线中通有电流I=5A ，另一矩形线框共1000匝，宽a =10cm ，长L=20cm , 以s m v /2=的速度向右平动，求当cm d 10=线圈中的感应电动势。 解：x I B πμ20= ，设绕行方向为顺时针方向，则BLdx BdS d ==φ y a y IL x ILdx d a y y a y y +===? ? ++ln 2200πμπμφφ = -=dt d N φε)(20a y y va IL N +πμ 当cm d y 10==时 , mV 21 .0)1.01.0(2 1.02104 2.0510007 =+?????= -ππε *上题中若线圈不动，而长导线中通有交变电流t i π100sin 5=A, 线圈内的感应电动势为多大？ 解：同上有： y a y IL x ILdx d a y y a y y +===? ? ++ln 2200πμπμφφ =-=dt d N φ ε t y a y t L N πππμ100cos 1 .02 .0ln 2.010********ln 100cos 25070?????-=+?-=- t π100cos 104.42-?-=V *上题中若线圈向右平动，而长导线中仍有交变电流，则线圈内感应电动势又为多大？ 线圈在向右平动的同时，电流也在变化，则有 =-=dt d N φ εy a y dt Ldi N +-ln 2/0πμ＋)(20a y y va iL N +πμ t π100cos 104.42-?-=＋t π100sin 100.23-? I
大学物理-质点运动学 (答案) -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第一章 力和运动 （质点运动学） 一. 选择题: ［ B ］1、一质点沿x 轴作直线运动，其v t 曲线如图所示，如t =0时，质点位于坐标原点，则t =4.5 s 时，质点在x 轴上的位置为 (A) 5m ． (B) 2m ． (C) 0． (D) -2 m ． (E) -5 m. (1 2.5)22(21)122()x m =+?÷-+?÷=提示： ［ C ］2、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．设该人以匀速率0v 收绳，绳不伸长、湖水静止，则小船的运动是 (A) 匀加速运动． (B) 匀减速运动． (C) 变加速运动． (D) 变减速运动． (E) 匀速直线运动． 提示：如图建坐标系，设船离岸边x 米， 222l h x =+ 22dl dx l x dt dt = 22dx l dl x h dl dt x dt x dt +== 0dl v dt =- 22 0dx h x v i v i dt x +==- 2203v h dv dv dx a i dt dx dt x ==?=- ［ D ］3、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 1 4.54 32.52 -1 12t (s) v (m/s) v x o
第一章 质点运动学 1. 一质点沿半径2=R m 的圆周运动，其速率是时间的函数 t t v 222 +=（以“秒”计，以“米/秒”计），则它在1秒末时加速度t v a r 的大小 为_______(m.s -2)。 2. 两条直路交叉成α角，两辆汽车以速率和沿两条路行驶，则一车相对于另一车的速度的大小为____________________。 1v 2v 3. 一质点的运动方程为=γr j t R i t R r r ωωsin cos +,式中R ，ω为正的常量。在 t 1=ωπ/到t =2ωπ/2时间内，质点的位移r r Δ为 [ ] A. -2R i r B. 2R i r C. -2R j r D. 0 4. 一质点作任意的曲线运动，在一般情况下，下列各组量中相等的是 [ ] (注：其中v 是速率，是路程) s A ．r r Δ与r r Δ B . dt v d r 与dt dv C. 与v dt ds D. v r 与 2 21v v r r + 5. 质点的速率对时间的一次导数dt dv 等于 [ ] A ．切向加速度的大小（即t a r ） B.法向加速度的大小（即n a r ） C. 总加速度的大小 D.切向加速度在速度方向上的投影 6. 质点作匀加速圆周运动，则它的 [ ] A.切向加速度的大小和方向都在变化 B.总加速度的方向变化，大小不变 C.切向加速度的方向变化，大小不变 D.法向加速度的方向变化，大小不变
7. 已知质点的运动方程为j t y i t x r r r r )()(+= ，有人说其速度和加速度分别为 dt dr v =，22dt r d a = 其中22y x r +=，你说对吗？ 8. 一质点沿半径R=2m 的圆周运动，其速率v 是时间的函数v =22 t +2t (t 以“秒”计，v 以“米/秒”计),求在一秒末时； (1) 它的加速度的大小； (2) τa r 与a r 的夹角的正切。 9. 一球以30m 1 ??s 的速率水平抛射，试求在第5s 末时切向加速度和法向加速 度的大小。 10. 一物体悬挂在弹簧上作竖直振动，其加速度为?=a ky ，式中k 为常量， y 是以平衡位置为原点所测得的坐标. 假定振动的物体在坐标y0处的速度为v0，试求速度v 与坐标y 的函数关系式． 第 二 、三章 （牛顿定律，运动定理和守恒定律） 1. 一颗子弹在枪筒里前进时所受合力的大小为t F 3 1044005 ×?=（SI ），子弹从枪口射出时的速率为300m.s -1。假设子弹离开枪口时合力刚好为零，则子弹走完枪筒全程的过程中所受合力的冲量的大小为_____N.S,子弹的质量m 为______kg 。 2. 一质点在二恒力作用下，位移为j i r r r r 83+=Δj i （SI ） ；在此过程中，动能的增量为24J ，已知其中一恒力F r r r 312?1=（SI ）,则另一恒力的功为______J 。 3. 如图两个质量相等的小球由一轻弹簧连接，再用一细绳悬挂于天花板上，小
第二章 质点动力学 2－1一物体从一倾角为30的斜面底部以初速v 0=10m·s 1向斜面上方冲去，到最高点后又沿斜面滑下，当滑到底部时速率v =7m·s 1,求该物体与斜面间的摩擦系数。 解：物体与斜面间的摩擦力f ＝uN ＝umgcos30 物体向斜面上方冲去又回到斜面底部的过程由动能定理得 22011 2(1) 22 mv mv f s -=-? 物体向斜面上方冲到最高点的过程由动能定理得 201 0sin 302 mv f s mgh f s mgs -=-?-=-?- 20 (2) (31) s g u ∴= - 把式（2）代入式（1）得， () 22 2 20 0.198 3u v v = + 2－2如本题图，一质量为m 的小球最初位于光滑圆形凹槽的A 点，然后沿圆弧ADCB 下滑，试求小球在C 点时的角速度和对圆弧表面的作用力，圆弧半径为r 。 解：小球在运动的过程中受到重力G 和轨道对它的支持力T .取
如图所示的自然坐标系，由牛顿定律得 2 2 sin (1) cos (2) t n dv F mg m dt v F T mg m R αα=-==-= 由,,1ds rd rd v dt dt dt v αα = ==得代入式（）， A 并根据小球从点运动到点C 始末条件进行积分有， 90 2 n (sin )2cos 2cos /m cos 3cos '3cos ,e v vdv rg d v gr v g r r v mg mg r mg α αα αωααα α=-===+==-=-? ?得则小球在点C 的角速度为 ＝由式（2）得 T 由此可得小球对园轨道得作用力为T T 方向与反向 2－3如本题图，一倾角为 的斜面置于光滑桌面上，斜面上放 一质量为m 的木块，两者间摩擦系数为，为使木块相对斜面静止， 求斜面的加速度a 应满足的条件。 解：如图所示
1．选择题 1．在升降机天花板上拴有轻绳，其下端系一重物，当升降机以加速度a 1上升时，绳中的张 力正好等于绳子所能承受的最大张力的一半，问升降机以多大加速度上 升时，绳子刚好被拉断？ （ ） (A) 2a 1． (B) 2(a 1+g )． (C) 2a 1＋g ． (D) a 1＋g ． 2．如图所示，质量为m 的物体用细绳水平拉住，静止在倾角为θ的固定的光滑斜面上，则斜面给物体的支持力为 （ ） (A) θcos mg . (B) θsin mg . (C) θcos mg . (D) θsin mg . 3．竖立的圆筒形转笼，半径为R ，绕中心轴OO ＇转动，物块A 紧靠在圆筒 的内壁上，物块与圆筒间的摩擦系数为μ，要使物块A 不下落，圆筒转动的 角速度ω至少应为 （ ） (A) R g μ (B)g μ (C) R g μ (D)R g 4．已知水星的半径是地球半径的 0.4倍，质量为地球的0.04倍．设在地球 上的重力加速度为g ，则水星表面上的重力加速度为： （ ） (A) 0.1 g (B) 0.25 g (C) 2.5 g (D) 4 g 5．一个圆锥摆的摆线长为l ，摆线与竖直方向的夹角恒为θ，如图所示．则 摆锤转动的周期为 （ ） (A)g l . (B)g l θcos . (C)g l π 2. (D)g l θπcos 2 . 6．在作匀速转动的水平转台上，与转轴相距R 处有一体积很小的工件A ，如图所示．设工件与转台间静摩擦系数为μs ，若使工件在转台上无滑动， 则转台的角速度ω应满足 （ ） (A)R g s μω≤. (B)R g s 23μω≤. (C)R g s μω3≤. (D)R g s μω2≤. 7．用水平压力F 把一个物体压着靠在粗糙的竖直墙面上保持静止．当F 逐渐增大时，物体所受的静摩擦力f （ ） (A) 恒为零． (B) 不为零，但保持不变． (C) 随F 成正比地增大． (D) 开始随F 增大，达到某一最大值后，就保持不变 a 1 m θ θ l ωO R A A O O ′ ω
第一章 力和运动 （质点运动学） 一. 选择题: ［ B ］1、一质点沿x 轴作直线运动，其v t 曲线如图所示，如t =0时，质点位于坐标原点，则t = s 时， 质点在x 轴上的位置为 (A) 5m ． (B) 2m ． (C) 0． (D) 2 m ． (E) 5 m. (1 2.5)22(21)122()x m =+?÷-+?÷=提示： ［ C ］2、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．设该人以匀速率0v 收绳，绳不伸长、湖水静止，则小船的运动是 (A) 匀加速运动． (B) 匀减速运动． (C) 变加速运动． (D) 变减速运动． (E) 匀速直线运动． 提示：如图建坐标系，设船离岸边 x 米， 222l h x =+ 22dl dx l x dt dt = 22 dx l dl x h dl dt x dt x dt +== 0dl v dt =- 220dx h x v i v i dt x +==-r r r 2203v h dv dv dx a i dt dx dt x ==?=-r r r r ［ D ］3、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 1 4.5432.52-112 t (s) v (m/s) v ? x o
(A) t r d d (B) t r d d ? (C) t r d d ? (D) 2 2 d d d d ?? ? ??+??? ??t y t x 提示：22 , dx dy dx dy v i j v dt dt dt dt ??????=+ ∴=+ ? ? ???????r r v ［ B ］4、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) 2R /T , 2R/T ． (B) 0 , 2R /T (C) 0 , 0． (D) 2R /T , 0. 提示：平均速度大小：0r v t ?==?v r 平均速率：2s R v t T ?= =?π ［ B ］5、在相对地面静止的坐标系内，A 、B 二船都以2 m/s 速率匀速行驶，A 船沿x 轴正向，B 船沿y 轴正向．今在A 船上设置与静止坐标系方向相同的坐标系(x 、y 方向单位矢用i ?、j ? 表示)，那么在A 船上的坐标系中，B 船的速度（以m/s 为单位）为 (A) 2i ?＋2j ?． (B) 2i ?＋2j ?． (C) －2i ?－2j ?． (D) 2i ?－2j ? ． 提示：2(2)B A B A v v v j i →→→=+=+-r r r r r 地地 ［ D ］6、某人骑自行车以速率v 向西行驶，今有风以相同速率从北偏东30o 方向 吹来，人感到风从哪个方向吹来 (A)北偏东30 (B)北偏西60 (C) 北偏东60 (D) 北偏西30 提示：根据v r 风对人=v r 风对地+v r 地对人，三者的关系如图所示：这是个等边三角形，∴人感到风从北偏西300方向吹来。 二. 填空题 v r 风对人 v r 地对人 v r 风对地