第六章点的合成运动
一、是非题
1、不论牵连运动的何种运动，点的速度合成定理v a=v e+v r皆成立。（）
2、在点的合成运动中，动点的绝对加速度总是等于牵连加速度与相对加速度的矢量和。（）
3、当牵连运动为平动时，相对加速度等于相对速度对时间的一阶导数。（）
4、用合成运动的方法分析点的运动时，若牵连角速度ωe≠0，相对速度υr≠0，则一定有不为零的科氏加速度。（）
5、若将动坐标取在作定轴转动的刚体上，则刚体内沿平行于转动轴的直线运动的动点，其加速度一定等于牵连加速度和相对加速度的矢量和。（）
6、刚体作定轴转动，动点M在刚体内沿平行于转动轴的直线运动，若取刚体为动坐标系，则任一瞬时动点的牵连加速度都是相等的。（）
7、当牵连运动定轴转动时一定有科氏加速度。（）
8、如果考虑地球自转，则在地球上的任何地方运动的物体（视为质点），都有科氏加速度。（）
二、选择题
1、长L的直杆OA，以角速度ω绕O轴转动，杆的A端铰
接一个半径为r的圆盘，圆盘相对于直杆以角速度ωr，绕A轴
转动。今以圆盘边缘上的一点M为动点，OA为动坐标，当AM
垂直OA时，点M的相对速度为。
①υr=Lωr，方向沿AM；
②υr=r（ωr－ω），方向垂直AM，指向左下方；
③υr=r（L2+r2）1/2ωr，方向垂直OM，指向右下方；
④υr=rωr，方向垂直AM，指向在左下方。
2、直角三角形板ABC，一边长L，以匀角速度ω绕B轴转动，点M以S=Lt的规律自A向C运动，当t=1秒时，点M的相对加速度的大小α
r= ；牵连加速度的大小αe = ；科氏
加速度的大小αk = 。方向均需在图中画出。
①Lω2；
②0；
③3Lω2；
④23 L ω2。
3．圆盘以匀角速度ω0绕O 轴转动，其上一动点M 相对于圆盘以匀速u
在直槽内运动。若以圆盘为动系，则当M 运动到A 、B 、C 各点时，动点的牵连加速度的大小 ，科氏加速度的大小 。
①相等； ②不相等；
③处于A ，B 位置时相等。
4．一动点在圆盘内运动，同时圆盘又绕直径轴x 以角速度ω转动，若AB ∥OX ，CD ⊥OX ，则当动点沿 运动时，可使科氏加速度恒等于零。
①直线CD 或X 轴； ②直线CD 或AB ； ③直线AB 或X 轴； ④圆周。 三、填空题
1．直角曲杆O 1AB 以匀角速度ω1绕O 1轴转动，则在图示位置（AO 1垂直O 1O 2）时，摇杆O 2C 的角速度为 。
2．已知杆OC 长L 2，以匀角速度ω绕O 转动，若以C 为动点，AB 为动系，则当AB 杆处于铅垂位置时点C 的相对速度为υr = ，方向用图表示；牵连速度υ
e =
，方向用图表示。
3．在图示平面机构中，杆AB=40cm ，以ω1=3rad/s 的匀角速度绕A 轴转动，而CD 以ω2=1rad/s 绕B 轴转动BD=BC=30cm ，图示瞬时AB ⊥CD 。若取AB 为动坐标，则此时D 点的牵连速度的大小为 ，牵连加速度的大小为 （方向均须在图中画出）。
4．系统按S=a+bsin ωt 、且φ=ωt （式中a 、b 、ω均为常量）的规律运动，杆长L ，若取小球A 为动点，物体B 为动坐标系，则牵连加速度 e = ，相对加速度 r = （方向均须由图表示）。
5．曲柄连杆机构在图示位置时，曲柄的角速度为ω0若以AB 为动系，套筒M 相对于AB 的速度为u
r ，则套筒M 的科氏加速度k
的大小为 。
6．已知半径为R 的圆盘平面与铅直轴成30°角，以匀角速度ω转动。轮缘上有一点M ，以相对于盘的速度u
r 沿圆盘边缘运动。则M 点经过水平直径AB 的端点A 时的科氏加速度为 （方向在图上表示）。
四、计算题
1．直角曲杆OCD 在图示瞬时以角速度ω0（rad/s ）绕O 轴转动，使AB 杆铅锤运动。已知OC=L （cm ）。试求φ=45°时，从动杆AB 的速度。
2．矩形板ABCD 边BC=60cm ，AB=40cm 。板以匀角速度ω=0.5（rad/s ）绕A 轴转动，动点M 以匀速u=10cm/s 沿矩形板BC 边运动，当动点M 运动到BC 边中点时，板处于图示位置，试求该瞬时M 点的绝对速度。
3．杆CD 可沿水平槽移动，并推动杆AB 绕轴A 转动，L 为常数。试用点的合成运动方法求图示位置θ=30°时，CD 杆的绝对速度u 。
4．沿铅直轨道运动的T 字杆AB ，其上的销钉C 插在半径为R 的圆槽内，带动物块D 沿水平方向运动。在图示位置，AB 杆的速度为u
，方向如图示， =30°。试求此瞬时物块D 的速度。
5．联合收获机的平行四边形机械在铅垂面内运动。已知：曲柄OA=O1B=500mm，OA转速n=36r/min，收获机的水平速度u=2km/h。试求在图示位置 =30°时，AB 杆的端点M的水平速度和铅垂直速度。
6．直角杆OAB 可绕O 轴转动，圆弧形杆CD 固定，小环M 套在两杆上。已知：OA=R ，小环M 沿DC 由D 往C
作匀速运动，速度为u=R 31
，并带动OAB 转动。试求OA
处于水平线OO 1位置时，杆OAB 上A 点的速度。
7．图示轮O 1和O 2，半径均为r ，轮O 1转动角速度为ω，并带动O 2转动。某瞬时在O 1轮上取A 点，在O 2轮上与O 2A 垂直的半径上取B 点，如图所示。试求：该瞬时（1）B 点相对于A 点的相对速度；（2）B 点相对于轮O 1的相对速度。
8．在图示平面机构中，已知：AD=BE=L ，且AD 平行BE ，OF 与CE 杆垂直。当 =60°时，BE 杆的角速度为ω、角加速度为 。试求止瞬时OF 杆的速度与加速度。
9．具有半长R=0.2m 的半圆形槽的滑块，以速度u 0=1m/s ，加速度 0=2m/s 2水平向右运动，推动杆AB 沿铅垂方向运动。试求在图示 =60°时，AB 杆的速度和加速度。
10．图示一曲柄滑块机构，在滑块上有一圆弧槽，圆弧的半径R=3cm ，曲柄OP=4cm 。当 =30°时，曲柄OP 的中心线与圆弧槽的中心弧线MN 在P 点相切，这时，滑块以速度u=0.4m/s 、加速度 0=0.4m/s 2向左运动。试求在此瞬时曲柄OP 的角速度ω与角加速度 。
11．小车上有一摆杆OM ，已知：OM=R=15cm ，按t 2cos 3
1
规律摆动，小车按X=21t 2+15t 沿X 轴方向运动，式中 以rad 计，X 以cm 计，t 以s 计。试求：t=1/6s 时摆杆端点M 的速度和加速度。
12．荡木AB 在图示平图内摆动，小车沿直线运动。已知：AB=CD ，AC=BD=2.5m 。在图示位置时，CA 的角速度和角加速度分别为ω=1rad/s 、2/3s rad
，小车G 的速度
和加速度分别为u 0=3m/s 、 0=1m/s 2（方向如图所示）， =45°，β=30°,GE=3m 。试求该瞬时小车G 相对于荡木AB 的速度和加速度。
13．圆盘O 轴转动，图示位置时角速度ω=2rad/s 、角加速度 =1rad/s 2，B 点沿槽（b=20cm ）的速度为30cm/s 、加速度为40cm/s 2，方向如图示。试求图示瞬时（c=10cm ）动点B 的绝对速度和绝对加速度。
14．当杆OC 转动时，通过杆OC 上的销子A 带动EBD 绕B 摆动，在图示瞬时，杆OC 的角速度ω=2rad/s ，角加速度为零，BA ⊥OC ，AB=L=15cm ， =45°。试求该瞬时EBD 的角速度ωB 和角加速度ωB 。
15．半径r 的圆环以匀角速度ω绕垂直于 纸面的O 轴转动，OA 杆固定于水平方向，小环M 套在大圆环及杆上。试用点的合成运动方法求当OC 垂直于CM 时，小环M 的速度和加速度。
16．已知：OA 杆以匀角速度ω0=2rad/s 绕O 轴转动，半径r=2cm 的小轮沿OA 杆作无滑动的滚动，轮心相对OA 杆的运用规律b=4t 2（式中b 以cm 计，t 以s 计）。当t=1s 时， =60°，试求该瞬时轮心O 1的绝对速度和绝对加速度。
17．圆形板按 =t-0.5t 3绕过水平直径的轴AB 转动，动点M 沿板上半径为R=30cm 圆槽按OM=b=10t 2cos 2的规律运动，式中 以rad 计，b 以cm 计，t 以s 计。当t=1/8s 时圆形板位于图示位置。试求该瞬时动点M 的加速度在X 、Y 、Z 各
坐标轴上的投影。
第六章 点的合成运动参考答案
一、是非题答案
1．对 2．错 3．对 4．错 5．对 6．错 7．错 8．错 二、选择题
1．④ 2．②；①；④ 3．②；① 4．③ 三、填空题
1．0
2．u r =L ·ω； u e =L ·ω（图略） 3．150cm/s; 450cm/s 2
4．);cos(2t b s a e
0,22 r n r a L L a a k =0（图略）。 5．a k =0
6．a k =2ωu r sin30°=ω·u r 四、计算题
1．解：以AB 杆上的A 点为动点，动系固连于OCD 杆。 根据r e a V V V
得：V a =V e =OA ·ω0=1.41ω0L cm/s 方向：铅直向下
2．解：动点：M ，动系：ABCD ，牵连转动
6.26/5.33 )cos 2(2/122
s
cm uc u u u u u u u e e a r
e a
3．解：以CD 杆上的D 点为动点，动系固连于AB 杆，根据r e a V V V 由速度分析
图，知V a =u
u=2Ve=2ωL/sin =4ωL 方向：水平向右
4．解：取销钉C 为动点，动系固连于物块D ，据速度分析图 r e a V V V
得 Ve=Vtg =0.58V (→) 方向：水平向右
5．解：动点M ，动系：收获机，牵连平动 u r =0.5×2π×36/60=1.38cm/s u s =0.56m/s
u x =u r cos30°－u e =1.07m/s
u r =- u r sin30°=-0.94m/s
6．解：动点：小环M ，动系：OAB ，牵连转动 a u =e u +r u
∴u a =u e cos =u e cos45° u a =3/22R u a
ω0=u a /OM= /3，顺时针
u A =OA ·ω0=R /3↑
7．解：（1）动点：B 点， 动系：O 1轮上的A 点，牵连平均
a u =e u +r u
∴u r =(u e 2+u a 2)1/2= r 2 =45°
（2）动点：B 点，动系：轮O 1，牵连转动
a u =e u +r u
u e =ω·[(2r)2+r 2]1/2= r 5 u a =r ω
u r =[ u e 2+u a 2-2u e u a cos(e u a u
)]1/2 = r 22
8．解：取滑块上的F 点为动点，动系固连于CDE 杆，牵连运动为平动 1．由r e a V V V （1） ∵CDE 平动，∴V e =V E = ωL
∴
2
1
cos L V V e a 2．由r e n e a
（2）
而a e n =a E n =ω2L ， a e =a E = L (2)式在铅垂投影，得
a a =a e n sin -a e cos =0.866L ω2-0.5L ↓
9．解：取AB 杆上的A 点为动点，动系固连于滑块上，牵连运动为平动 1．由r e a V V V （1） 得A 点速度
则V a =V e tg30°=m/s 577.033
1
而V r =V e /cos30°=m /s 16.13/32
2．由n
r r e a
（2）
得A 点加速度
将（2）式向n 方向投影得： a a cos30°=a e sin30°+a r n 而 a e =a 0 a r n =Vr 2/R ∴ a e =(a e sin30°+a r n )/cos30 =8.85 m/s 2
10．解：取曲柄端点P 为动点，动系固连于滑块，牵运动为平动 1．由r e a V V V （1） 得P 点速度
则V a =V e sin30°=0.2 m/s ∴rad/s 5/ P O V a
而V r =V e cos30°=0.23 m/s 2．由n
r r e n
a a
（2） 得P 点加速度分析 将（2）式向X 轴投影得 a a =a e sin30°-a r n 而a r n =V r 2/R=4 m/s 2 ∴ a a =0.2-4=-3.8 m/s 2
∴ = a a / P O =-3.8/0.04=-95 rad/s 2 11．解：动点M ，动系：小车，牵连平均 t=1/6s 时：
r
e a e e u u u X
t X u
3/23/36
/42 ,22154222
cm/s
8.266sin cos cm/s 0.554cos sin cm/s 74.42sin cm/s 02.96cos
r n r y a r n r e x a r
n r e a r y a r e x a u u u u u
12．解：动点：G ，动系：AB ，牵连平动
水平向右
/4 0
sin cos /4 sin cos cos m/s 25.130sin m/s
83.030cos cos m/s, 5.222
000000s m s m sib u u u u u u u u u u u u u u u r e n e y r n e e x r x r e n e r e n e a
A y r A x r x r e A r
A r e a
13．解：取B 为动点，动系固连于圆盘，速度及加速度分析
2
22
2/12
2cm/s 540cm/s 510cm/s 4074.1cm/s
8.72 )(cm/s
70cos cm/s
20sin 52/cos 51/sin cm/s 520cm/s
30 OB a OB a a V V V V V V V V B V V V OB V V n
e e r y a x a a r e y a e x a r e a e r
点加速度得由
9.15cm/s 40.218 cm/s
60cos sin cm/s 210)cos sin (cm/s 12022
2
2
2
a e n
e
y y a n
e e k x a k e n e r a r k a a a a a a a a a V a 得
由
14．解：取销子A 为动点，EBD 为动系 （1）计算EBD 角速度 B 据r e a V V V V a =L =30 cm/s
V e =30 cm/s, Vr=230 cm/s, B =V e /L=2 (rad/s) （2）计算EBD 角加速度 B
k r n
e e a
（*）
将（*）式在k
投影得
2
22
2
a 2cm/s 60cm/s
60a cm/s 2120 245cos 45cos 45cos
L a L V a a a a a n e r k k
e n
e a
2
2rad/s 16cm/s 2402 B k τ
e B
e a a L a 解得
15．解：以小环M 为动点，圆环为动系 （1）求M
V
r V r V r OM V V V V M r e r
e M 2 ,2 2
得式中
（2）求M
2
22
2
22
2 424/2 ,45cos 45cos ,
r a r V a r r V a r M O a a a a a M r k r n r n
e k
n r n
e M k
r n r n e M 得式中得
轴投影上式在
16．解：动点：轮心O 1，动系：OA 杆，牵连转动 r e a u u u
2
2/1222y 222022
/12201cm/s 3.25)(cm/s 24sin cm/s 8cos ,cm/s 8cm/s 322 cm/s 9.17cm/s 94.8 )]90cos(2[)26.57( cm/s 8cm/s 94.8 y x n e k r n e x r r k n e k
r n e a r e r e a r e u a u u u u u u OO u
17．解：动点：M ，动系：圆板，牵连转动 t=1/8s 时：
b=10 (cm), = b/R = 10 /30= /3 (rad)
2
2202sin 220 t u r (cm/s)
方向与图示相反
3
3402cos 240 t r （cm/s 2）
方向与图示相反
垂直盘面向里
方向与图示相反
cm/s 8.192cos 2 cm/s 74.9sin cm/s 8.24sin rad/s
375.03rad/s 977.05.11)
cm/s (3/40/222
22242
r k e n e r n r u R R t t R u
2
22
a cm/s 1770 60sin 60cos cm/s 7.42460cos 60sin cm/s 6.202 ??
n r r n e z a n r r y a k e x k
r e n e a
1. 图示的曲柄滑道机构中，曲柄长OA =10cm ,绕O 轴转动。当?=30°时，其角速度ω=1rad/s ，角加速度α=1rad/s 2，求导杆BC 的加速度和滑块A 在滑道中的相对加速度。 解 取滑块A 为动点，动坐标系固连于导杆上。 切向加速度a a τ和法向加速度a a n ，其大小分别为 a a τ=OA ·ε=10cm/s 2 a a n =OA ·ω2=10cm/s 2 牵连运动为平动的加速度合成定理为 a a = a a τ+ a a n = a e + a r 将上式各矢量分别投影在x 轴和y 轴上，解得 a r ==3.66cm/s 2 a e =13.66cm/s 2 a e 即为导杆在此瞬时的平动加速度。 2. 滚压机构的滚子沿水平地面作纯滚动。已知曲柄OA 长r ，以匀角速度ω转动。连杆AB 长r L 3=, 滚子半径为R 。求图示位置滚子的角速度和角加速度。 解 （1）分析运动，先选AB 杆为研究对象 （2）根据瞬心法求v B 先找到速度瞬心C v B = ωr 3 3 2 （3）利用加速度公式求a B n BA t BA A B a a a a ρρρρ++= ωAB = v A /AC = rω/3r = ω/3
a BA n = ABωAB 2= 3rω2/9 a B = 2 rω2/9 （4）再取滚子为研究对象，求ωB 和αB ωB = v B /R = ωr R 33 2 αB = dωB /dt =1/R ·dv B /dt = a B /R = 2 rω2/9R 3. 图示的四连杆机构中，O 1A =r , AB =O 2B =3r ,曲柄以等角速度ω1绕O 1轴转动。在图示位置时，O 1A ⊥AB ,∠O 2BA =60°。求此瞬时杆O 2B 的角速度ω2和角加速度2α。 解 （1）先计算杆O 2B 的角速度 杆O 1A 和O 2B 作定轴转动，连杆AB 作平面运动。过A 、B 两点作A v ρ、B v ρ 的垂线，其交点C 就是连杆AB 的瞬心。 根据瞬心法或者速度投影法可以求得 ο30cos B A v v = 于是 ωr v v A B 3 230 cos = =ο
第四章 点的运动和刚体基本运动 习题解答 4-1 图示曲线规尺的杆长200==AB OA mm ，50====AE AC DE CD mm 。杆OA 绕O 轴转动的规律为t 5 π?= rad ，并且当运动开始时，角 0=?，求尺上D 点的运动方程和轨迹。 解： 已知t π?2.0=，故点D 的运动方程为 m m 2.0cos 200D t x π= m m 2.0sin 100D t y π= 消去时间t 得到点D 的轨迹方程为 11002002 222=+D D y x （椭圆） 4-2 图示AB 杆长l ，以t ω?=的规律绕B 点转动， ω为常量。而与杆连接的滑块B 以t b a s ωsin +=的规 律沿水平线作谐振动，a 、b 为常量。求A 点的轨迹。 解： 采用直角坐标法，取图示直角坐标系O xy , 则A 点位置坐标为?sin l s x += ，?cos l y -=，即 ()t l b a x ωsin ++= t l y ωcos -=. 消去时间t 得A 点轨迹方程为： 2 2 2 2()1()x a y b l l -+=+.（椭圆） 4-3 套筒A 由绕过定滑轮B 的绳索牵引而沿导轨上升，滑 轮中心到导轨的距离为l ，如图所示。设绳索以等速0v 拉下，忽略滑轮尺寸。求套筒A 的速度和加速度与距离x 的关系式。 解：设0=t 时，绳上C 点位于B 处，在瞬时t ,到达图示位置 则 =++= +t v l x BC AB 022常量，将上式求导，得到管套 A 的速度和加速度为 2 20d d l x x v t x v A +-==， 32 20d d x l v t v a A A -==， 负号表示A A a v ,的实际方向与x 轴相反。 4-4 如图所示，半径为R 的圆形凸轮可绕O 轴转动，带动顶杆BC 作铅垂直线运动。设凸轮圆心在A 点，偏心距e =OA ，t ω?=，其中ω为常量。试求顶杆上B 点的运动方程、速度和加速度。 解：以O 点为原点建立坐标系，由余弦定理可得 2222cos AB OA OB OA OB t ω=+-?? 其中OA=e ，AB=R ，设B y =OB 代入上式 题 4-1图 题4-2图 题4-3图
第六章点的合成运动 一、是非题 1、不论牵连运动的何种运动，点的速度合成定理v a=v e+v r皆成立。（） 2、在点的合成运动中，动点的绝对加速度总是等于牵连加速度与相对加速度的矢量和。（） 3、当牵连运动为平动时，相对加速度等于相对速度对时间的一阶导数。（） 4、用合成运动的方法分析点的运动时，若牵连角速度ωe≠0，相对速度υr≠0，则一定有不为零的科氏加速度。（） 5、若将动坐标取在作定轴转动的刚体上，则刚体内沿平行于转动轴的直线运动的动点，其加速度一定等于牵连加速度和相对加速度的矢量和。（） 6、刚体作定轴转动，动点M在刚体内沿平行于转动轴的直线运动，若取刚体为动坐标系，则任一瞬时动点的牵连加速度都是相等的。（） 7、当牵连运动定轴转动时一定有科氏加速度。（） 8、如果考虑地球自转，则在地球上的任何地方运动的物体（视为质点），都有科氏加速度。（） 二、选择题 1、长L的直杆OA，以角速度ω绕O轴转动，杆的A端铰 接一个半径为r的圆盘，圆盘相对于直杆以角速度ωr，绕A轴 转动。今以圆盘边缘上的一点M为动点，OA为动坐标，当AM 垂直OA时，点M的相对速度为。 ①υr=Lωr，方向沿AM； ②υr=r（ωr－ω），方向垂直AM，指向左下方； ③υr=r（L2+r2）1/2ωr，方向垂直OM，指向右下方； ④υr=rωr，方向垂直AM，指向在左下方。 2、直角三角形板ABC，一边长L，以匀角速度ω绕B轴转动，点M以S=Lt的规律自A向C运动，当t=1秒时，点M的相对加速度的大小α r= ；牵连加速度的大小αe = ；科氏 加速度的大小αk = 。方向均需在图中画出。 ①Lω2； ②0； ③3Lω2；
2 v v e =1 v v =AB r v v =0 450 45 v r =N 竞赛资料 点的合成运动习题解 [习题7-1]汽车A 以h km v /401=沿直线道路行驶，汽车B 以h km v /2402=沿另一叉道行驶。求在B 车上观察到的Ａ车的速度。 解： 动点：A 车。 动系：固连于B 车的坐标系。 静系：固连地面的坐标系。 绝对运动：动点A 相对于地面的运动。 相对运动：动点A 相对于B 车的运动。 牵连运动：在动系中，动点与动系的重合点， 即牵连点相对于静系（地面）的运动。当Ａ、 Ｂ两车相遇时，即它们之间的距离趋近于０时， Ａ、Ｂ相重合，Ｂ车相对于地面的速度就是 牵连速度。2v v e =。由速度合成定理得： → →→ +=r e v v v 。用作图法求得： h km v v AB r /40== （↑） 故，Ｂ车上的人观察到Ａ车的速度为h km v v AB r /40==，方向如图所示。 [习题7-2]由西向东流的河，宽1000m ，流速为s ，小船自南岸某点出发渡至北岸，设小船相对于水流的划速为1m/s 。问：（1）若划速保持与河岸垂直，船在北岸的何处靠岸？渡河时间需多久？（2）若欲使船在北岸上正对出发点处靠岸，划船时应取什么方向？渡河时间需多久？ 解：（１） 动点：船。 动系：固连在流水上。 静系：固连在岸上。 绝对运动：岸上的人看到的船的运动。 相对运动：船上的有看到的船的运动。 牵连运动：与船相重合的水体的运动。 绝对速度：未知待求，如图所示的v 。 相对速度：s m v r /1=，方向如图所示。 牵连速度：s m v e /5.0=，方向如图所示。 由速度合成定理得：
运动学重要知识点 一、刚体的简单运动知识点总结 1.刚体运动的最简单形式为平行移动和绕定轴转动。 2.刚体平行移动。 ·刚体内任一直线段在运动过程中，始终与它的最初位置平行，此种运动称为刚体平行移动，或平移。 ·刚体作平移时，刚体内各点的轨迹形状完全相同，各点的轨迹可能是直线，也可能是曲线。 ·刚体作平移时，在同一瞬时刚体内各点的速度和加速度大小、方向都相同。 3.刚体绕定轴转动。 ?刚体运动时，其中有两点保持不动，此运动称为刚体绕定轴转动，或转动。 ?刚体的转动方程φ=f(t)表示刚体的位置随时间的变化规律。 ?角速度ω表示刚体转动快慢程度和转向，是代数量，。角速度也可 以用矢量表示，。 ?角加速度表示角速度对时间的变化率，是代数量，，当α与ω同号时，刚体作匀加速转动；当α与ω异号时，刚体作匀减速转动。角加速度 也可以用矢量表示，。 ?绕定轴转动刚体上点的速度、加速度与角速度、角加速度的关系： 。 速度、加速度的代数值为。 ?传动比。
一、点的运动合成知识点总结 1.点的绝对运动为点的牵连运动和相对运动的合成结果。 ?绝对运动：动点相对于定参考系的运动； ?相对运动：动点相对于动参考系的运动； ? 牵连运动：动参考系相对于定参考系的运动。 2.点的速度合成定理。 ?绝对速度：动点相对于定参考系运动的速度； ?相对速度：动点相对于动参考系运动的速度； ?牵连速度：动参考系上与动点相重合的那一点相对于定参考系运动的速度。 3.点的加速度合成定理。 ?绝对加速度：动点相对于定参考系运动的加速度； ?相对加速度：动点相对于动参考系运动的加速度； ?牵连加速度：动参考系上与动点相重合的那一点相对于定参考系运动的加速度； ?科氏加速度：牵连运动为转动时，牵连运动和相对运动相互影响而出现的一项附加的加速度。 ?当动参考系作平移或= 0 ，或与平行时， = 0 。 该部分知识点常见问题有
第五章运动学基础 一、是非题 1．已知直角坐标描述的点的运动方程为X=f1（t），y=f2（t），z=f3（t），则任一瞬时点的速度、加速度即可确定。（）2．一动点如果在某瞬时的法向加速度等于零，而其切向加速度不等于零，尚不能决定该点是作直线运动还是作曲线运动。（）3．切向加速度只表示速度方向的变化率，而与速度的大小无关。（）4．由于加速度a永远位于轨迹上动点处的密切面内，故a在副法线上的投影恒等于零。（）5．在自然坐标系中，如果速度υ=常数，则加速度α=0。（）6．在刚体运动过程中，若其上有一条直线始终平行于它的初始位置，这种刚体的运动就是平动。（）7．刚体平动时，若刚体上任一点的运动已知，则其它各点的运动随之确定。（）8．若刚体内各点均作圆周运动，则此刚体的运动必是定轴转动。（）9．定轴转动刚体上点的速度可以用矢积表示为v=w×r，其中w是刚体的角速度矢 量，r是从定轴上任一点引出的矢径。（） 10、在任意初始条件下，刚体不受力的作用、则应保持静止或作等速直线平动。（） 二、选择题 1、已知某点的运动方程为S=a+bt2（S以米计,t以秒计，a、b为常数），则点的轨迹。 ①是直线；②是曲线；③不能确定。 2、一动点作平面曲线运动，若其速率不变，则其速度矢量与加速度矢量。 ①平行；②垂直；③夹角随时间变化。 3、刚体作定轴转动时，切向加速度为，法向加速度为。 ①r×ε②ε×r ③ω×v④v×ω 4、杆OA绕固定轴O转动，某瞬时杆端A点的加速度 α分别如图（a）、（b）、（c）所示。则该瞬时的角速度为零， 的角加速度为零。 ①图（a）系统；②图（b）系统；③图（c）系统。
质点动力学的基本方程 知识总结 1.牛顿三定律适用于惯性参考系。 质点具有惯性，以其质量度量； 作用于质点的力与其加速度成比例； 作用与反作用力等值、反向、共线，分别作用于两个物体上。 2.质点动力学的基本方程。 质点动力学的基本方程为，应用时取投影形式。 3.质点动力学可分为两类基本问题。 质点动力学可分为两类基本问题： （1）. 已知质点的运动，求作用于质点的力； （2）. 已知作用于质点的力，求质点的运动。 求解第一类问题，需先求得质点的加速度；求解第二类问题，一般是积分的过程。质点的运动规律不仅决定于作用力，也与质点的运动初始条件有关，这两类的综合问题称为混合问题。 动量定理 知识点总结 1.牛顿三定律适用于惯性参考系。 质点具有惯性，以其质量度量； 作用于质点的力与其加速度成比例； 作用与反作用力等值、反向、共线，分别作用于两个物体上。 2.质点动力学的基本方程。 质点动力学的基本方程为，应用时取投影形式。 3.质点动力学可分为两类基本问题。 质点动力学可分为两类基本问题： （1）. 已知质点的运动，求作用于质点的力； （2）. 已知作用于质点的力，求质点的运动。
求解第一类问题，需先求得质点的加速度；求解第二类问题，一般是积分的过程。质点的运动规律不仅决定于作用力，也与质点的运动初始条件有关，这两类的综合问题称为混合问题。 常见问题 问题一在动力学中质心意义重大。质点系动量，它只取决于质点系质量及质心速度。 问题二质心加速度取决于外力主失，而与各力作用点无关，这一点需特别注意。 动量矩定理 知识点总结 1.动量矩。 质点对点O 的动量矩是矢量。 质点系对点O 的动量矩是矢量。 若z 轴通过点O ，则质点系对于z 轴的动量矩为 。 若 C 为质点系的质心，对任一点O 有。 2.动量矩定理。 对于定点O 和定轴z 有 若 C 为质心，C z 轴通过质心，有
习 题 5-1 如图5-13所示，偏心轮半径为R ，绕轴O 转动，转角t ω?=（ω为常量），偏心距e OC =，偏心轮带动顶杆AB 沿铅垂直线作往复运动。试求顶杆的运动方程和速度。 图5-13 )(cos )sin(222t e R t e y ωω-+ = ) (cos 2)2sin()[cos(2 2 2 t e R t e t e y v ωωωω-+== 5-2 梯子的一端A 放在水平地面上，另一端B 靠在竖直的墙上，如图5-14所示。梯子保持在竖直平面内沿墙滑下。已知点A 的速度为常值v 0，M 为梯子上的一点，设MA = l ， MB = h 。试求当梯子与墙的夹角为θ时，试点M 速度和加速度 的大小。 图5-14 A M x h l h h x += =θsin θcos l y M = 0cos v h l h x h l h h x A M +=+== θθ 得 θ θ cos )(0h l v += θθθθθt a n ) (c o s )(s i n s i n 0 0h l lv h l v l l y M +-=+?-=-= 0=M x θ θθθθ322 002 020cos )(cos )(sec )(sec )(h l lv h l v h l lv h l lv y M +- =+?+-=+-=
θ 3220 cos )(h l lv a M += 5-3 已知杆OA 与铅直线夹角6/πt =?（ 以 rad 计， t 以s 计），小环M 套在杆OA 、CD 上，如图5-15所示。铰O 至水平杆CD 的距离h =400 mm 。试求t = 1 s 时，小环M 的速度和加速度。 图5-15 ?tan h x M = ??? 22sec 6 π 400sec ?== h x M ???????s i n s e c 9 π200s i n s e c 6π3π400)s i n s e c 2(6π400323 3=??=??= M x 当s 1=t 时6 π=? mm/s 3.2799π 800346π400)6π(sec 6π4002==?== M v 223232mm/s 8.168327π80021)32(9π200)6πsin()6π(sec 9π200==??=??=M a 5-4 点M 以匀速u 在直管OA 内运动，直管OA 又按t ω?=规律绕O 转动，如图5-16所示。当t = 0时，M 在点O 处，试求在任一瞬时点M 的速度和加速度的大小。 图5-16 )cos(t ut x ω= )sin(t ut y ω= )sin()cos(t t u t u x ωωω-= )cos()sin(t t u t u y ωωω+=
第5章 点的复合运动分析 5－1 曲柄OA 在图示瞬时以ω0绕轴O 转动，并带动直角曲杆O 1BC 在图示平面内运动。若d 为已知，试求曲杆O 1BC 的角速度。 解：1、运动分析：动点：A ，动系：曲杆O 1BC ，牵连运动：定轴转动，相对运动：直线，绝对运动：圆周运动。 2、速度分析：r e a v v v += 0a 2ωl v =；0e a 2ωl v v == 01e 1 ωω==A O v BC O （顺时针） 5－2 图示曲柄滑杆机构中、滑杆上有圆弧滑道，其半径cm 10=R ，圆心O 1在导杆BC 上。曲柄长cm 10=OA ，以匀角速rad/s 4πω=绕O 轴转动。当机构在图示位置时，曲柄与水平线交角 30=φ。求此时滑杆CB 的速度。 解：1、运动分析：动点：A ，动系：BC ，牵连运动：平移，相对运动：圆周运动，绝对运动：圆周运动。 2、速度分析：r e a v v v += πω401a =?=A O v cm/s ； 12640a e ====πv v v BC cm/s 5－3 图示刨床的加速机构由两平行轴O 和O 1、曲柄OA 和滑道摇杆O 1B 组成。曲柄OA 的末端与滑块铰接，滑块可沿摇杆O 1B 上的滑道滑动。已知曲柄OA 长r 并以等角速度ω转动，两轴间的距离是OO 1 = d 。试求滑块滑道中的相对运动方程，以及摇杆的转动方程。 解：分析几何关系：A 点坐标 d t r x +=ω?cos cos 1 （1） t r x ω?sin sin 1= （2） （1）、（2）两式求平方，相加，再开方，得： 1．相对运动方程 t rd r d t r d t rd t r x ωωωωcos 2sin cos 2cos 2 2 222221++=+++= 将（1）、（2）式相除，得： 2．摇杆转动方程： d t r t r += ωω?cos sin tan d t r t r +=ωω?cos sin arctan 5－4 曲柄摇杆机构如图所示。已知：曲柄O 1A 以匀角速度ω1绕轴O 1转动，O 1A = R ，O 1O 2 =b ，O 2O = L 。试求当O 1A 水平位置时，杆BC 的速度。 解：1、A 点：动点：A ，动系：杆O 2A ，牵连运动：定 轴转动，相对运动：直线，绝对运动：圆周运动。 1a ωR v A =；2 21222a e R b R R b R v v A A +=+=ω 2、B 点：动点：B ，动系：杆O 2A ，牵连运动：定轴 转动，相对运动：直线，绝对运动：直线。 C 习题5-4图 习题5-1图 A 习题5-3图
第七章作业 1、已知：如图所示，点 M 在平面Ox ' y '中运动，运动方程为：x' =40(1-cos t)mm , y' =40sin t mm，式中t 以 s 计，x ' 和 y ' 以 mm 计。平面Ox ' y ' 又绕垂直于该平面的O 轴转动，转动方程为 φ=t rad ，式中角 φ 为动坐标系的 x '轴与定坐标系的 x 轴间的交角。试求：点 M 的相对轨迹和绝对轨迹。 2 、已知：在图 a 和 b 所示的两种机构中，己知= a =200mm ， =3rad/s 。 试求：图示位置时杆 A 的角速度。 3、已知：绕轴O 转动的圆盘及直杆OA 上均有一导槽，两导槽间有一活动销子M ，如图所示， b =0.lm 。设在图示位置时，圆盘及直杆的角速度分别为 =9rad/s 和=3rad/s 。试求：此瞬时销子 M 的速度。
4、已知：图示偏心轮摇杆机构中，摇杆 A 借助弹簧压在半径为 R 的偏心轮 C 上。偏心轮C 绕轴 O 往复摆动，从而带动摇杆绕轴 摆动。设 OC ⊥O时，轮 C 的角速度为ω，角加速度为零，θ =。试求：此时摇杆 A 的角速度 和角加速度 。 5、已知：小车沿水平方向向右作加速运动，其加速度 。在小车上有一轮绕 O 轴转动，轮的半径 r =0.2m ，转动的规律为 。试求：当 t =1s 时，轮缘上点 A 绝对加速度。 6、已知：图示直角曲杆OBC 以匀角速度ω=0.5rad/s 绕 O 轴转动，使套在其上的小环 M 沿固定直杆 OA 滑动， OB =0.1m ， OB 与BC 垂直。 试求：当 φ =时，小环 M 的速度和加速度。
一、判断题： 1. 在自然坐标系中，如果速度v = 常数，则加速度a = 0。（ ） 2、在分析点的合成运动时，动点的绝对速度一定不能恒等于零。( ) 3、对于平动刚体，任一瞬时，各点速度大小相等而方向可以不同。( ) 4、在刚体运动过程中，若刚体内任一平面始终与某固定平面平行，则这种运动就是刚体的平面运动。( ) 5、加速度 d d v t 的大小为d d v t 。（ ） 6、点的法向加速度与速度大小的改变率无关。 ( ) 7、速度瞬心的速度为零，加速度也为零。 （ ） 8、火车在北半球上自东向西行驶，两条铁轨的磨损程度是相同的。( ) 9、平动刚体上各点运动状态完全相同。( ) 10、某瞬时动点的加速度等于零，则其速度可能为零。( ) 11、不论点作什么运动，点的位移始终是一个矢量。( ) 12、某动点如果在某瞬时法向加速度为零，而切向加速度不为零，则该点一定做直线运动。（ ） 13、在研究点的合成运动时，所选动点必须相对地球有运动（ ） 14、已知自然法描述的点的运动方程为S=f(t)，则任意瞬时点的速度、加速度即可确定。（ ） 15、科氏加速度的大小等于相对速度与牵连角速度之大小的乘积的两倍。 （ ） 16、作平面运动的平面图形可以同时存在两个或两个以上的速度瞬时中心。( ) 17、在自然坐标系中，如果速度v = 常数，则加速度0a 。 （ ） 18、在有摩擦的情况下，全约束力与法向约束力之间的夹角称为摩擦角。（ ） 19、在分析点的合成运动时，动点的绝对速度一定不能恒等于零。( ) 20、若动系的牵连运动为定轴转动，则肯定存在哥氏加速度C a 。( ) 21、在直角坐标系中，如果一点的速度v 在三个坐标上的投影均为常数，其加速度a 必然为零。（） 22、刚体平行移动时，其上各点的轨迹一定是相互平行的直线。 二.填空题 1.点M 沿螺旋线自外向内运动，如图所示。它走过的弧长与时间的一次方成正比。试分析它的加速度越来越__________(填大或小) 2．图所示平板绕AB 轴以匀角速度ω定轴转动，动点 运动方程
第8章 点的合成运动 8-1 如图 8-1 所示，光点 M 沿 y 轴作谐振动，其运动 方程为 x = 0， y = a cos(kt +β) 如将点 M 投影到感光记录纸上，此纸以等速v e 向左运动。求点 M 在记录纸上的轨迹。 解 动系O 'x ' y '固结在纸上，点 M 的相对运动 方程 x '= v e t ， y '= a cos(kt + β) 消去t 得点 M 在记录纸上 的轨迹方程 k y '= a cos( x '+β) v e 8-2 如图 8-2 所示，点 M 在平面Ox ' y '中运动，图 8-1 运动方程为 x '= 40(1? cos t ) ， y '= 40sin t 式中t 以 s 计，x '和 y '以 mm 计。平面Ox ' y '又绕垂直于该平面的轴O 转动，转动方程为 ?= t rad ，式中角?为动系的 x '轴与定系的 x 轴间的交角。求点 M 的相对轨迹和绝对轨迹。 解 由点 M 的相对运动方程可改写为 ? x ' ? ??? 40 ?1??? = ?cos t y ' = sin t 40 上2式两边平方后相加，得点 M 的相对轨迹方程 (x '?40)2 + y '2 =1600图 8-2由题得点 M 的坐标变换关系式
x = x 'cos ?? y 'sin ?y = x 'sin ?+ y 'cos ? 将?= t 和相对运动方程代入，消去t 得点M 的绝对轨迹方程 (x + 40)2 + y 2 =1600 8-3 水流在水轮机工作轮入口处的绝对速度v a =15 m/s ，并与直径成β= 60° 角，如图 8-3a 所示，工作轮的半径R = 2 m ，转速n = 30 r/min 。为避 免水流与工作轮叶片相冲击，叶片应恰当地安装，以使水流对工作轮的相对速度与叶片相切。求在工作轮外缘处水流对工作轮的相对速度的大小方向。 x ′ (a) (b) 图 8-3 解 水轮机工作轮入口处的 1 滴水为动点 M ，动系固结于工作轮，定系固结于机架/ 地面（一般定系可不别说明，默认为固结于机架，下同）；牵连运动为定轴转动，相对运动与叶片曲面相切，速度分析如图 8-3b 所示，设θ为v r 与 x '轴的夹角。点 M 的牵连速度 n π v e = R ω= 2× = 6.283 m/s 30 方向与y ' 轴平行。由图 8-3b , ′ v