《大学物理习题集》(上册)习题参考解答 共104页
2v’=0时:Mv2?Mgx?k(l0?x)2?kl02, 其中Mg?kl0
121212弹簧的压缩量:x?
2mm?M2Mgh K单元三 质 点 力 学 习 题 课(二)
一、 选择、填空题
1. 如图所示,木块m固定光滑斜面下滑,当下降高度为h,重力的瞬时功率为 【 D 】
(A) mg2gh (B) mgcos?2gh (C)mgsin?1gh (D) mgsin?2gh 2选择题(1)解 可以用牛顿运动定律来解,也可以用动能定理求解。
??1212动能定理:F?dr?d(mv),mgh?mv,v?2gh
22dA??P??F?v?mgsin?(2gh)
dt2. 质量分别为m1和m2物体A和B,放在光滑的桌面上,A和B之间连有一轻弹簧。另有质量为m1和m2的物体C和D分别放在A和B上面,A和C、B和D之间摩擦系数不为零。用外力沿水平方向推压A和B,使弹簧被压缩,然后撤掉外力,在A和B弹开的过程中,对A、B、C、D和弹簧组成的系统。 【 D 】
(A) 动量守恒,机械能守恒; (B) 动量不守恒,机械能守恒; (C) 动量不守恒,机械能不守恒; (D) 动量守恒,机械能不一定守恒
3. 质量为m的质点,作半径为R的圆周运动,路程s随时间
选择题(2)t的变化规律为S?bt?ct3,式中b,c为常数,则质点受到
的切向力Ft?2cmt ;质点受到的法向力Fn?13m(b?ct2)2 R4. 一人拉住在河水中的船,使船相对于岸不动,以地面为参考系,人对船所做的功 = 0 ;以流水为参考系,人对船所做的功 > 0 ,( 填 > 0 , = 0 , < 0 )
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? 人用F拉住船,船无位移,做功为零。以流水为参考系,船发生位移,因而力F做功不为零。
4?105t,子弹从枪口射出时的速度为300 5. 一颗子弹在枪筒里前进时受到的合力为F?400?3m/s。假设子弹离开枪口处合力刚好为零,则: (1)子弹走完枪筒全长所用的时间t?弹在枪筒中受力的冲量I?0.6kg?ms?13s;(2)子1000; (3)子弹的质量m?0.002kg
4?1053t?0来求得t?? (1)令F?400?s 31000t23100031000(2)I??Fdt?t1?0Fdt?t2?04?105(400?t)dt?0.6N?s
3(3)根据动量定理:I??Fdt?(mv2?mv1)?mv2求得m?0.002kg
t16. 质量为m = 1 kg物体,从静止出发在水平面内沿X轴运动,其受力方向与运动方向相同,合力大小为F?3?2x ,那么,物体在开始运动的3 m内,合力做功A?18J; x = 3 m时,其速率v?6ms。
s2s23?1? A??Fdx??(3?2x)dx??(3?2x)dx求得:A?18J
s1s10由动能定理:A?1122mv2?mv1求得:v?6ms?1 22*7. 质量为m1的弹簧枪最初静止于光滑水平面上,今有一质量为m2的光滑小球射入弹簧枪的枪管内,并开始压缩弹簧,设小球的初速度为v0,枪管内轻弹簧的倔强系数为k,则弹簧的最大压缩量是xmax?m1m2v0。
k(m1?m2)? 研究系统为弹簧枪、小球和弹簧,水平方向上不受外力,动量守恒: m2v0?m1v1?m2v2
系统只有弹簧力做功,弹簧力做的功等于系统动能增量: 当v1=v2=v时,弹簧的压缩量为最大
12111222kx?m2v2?m1v1?m2v0 2222m1m212112m2v0?(m1?m2)v,kxmaxv0 ?(m2?m1)v2?m2v0, xmax?k(m1?m2)222Created by XCH Page 22 6/24/2019
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8. 一质点在指向圆心的力F??kk的作用下作半径为r的圆周运动,该质点的速率,若取v?r2mr1r1k 2r距圆心无穷远处的势能为零,它的势能EP??k,机械能E??v2kv2k? Fn?m,2?m求得:v?
rrrmr??根据势能定义:EP?Fdr?(?rr??k1 求得:)drE??k Pr2r1211mv?k 求得:E??k 2r2r?选择题(9)9. 如图所示,一斜面倾角?,以与斜面成?角的恒力F将一质量
机械能:E?Ek?EP?为m的物体沿斜面拉升了高度h,物体与斜面之间的摩擦系数为
?,摩擦力在此过程中做的功。
? 研究对象:质量为m的物体
根据牛顿第二定律列出运动方程
Fcos??mysin??f?ma
Fsin??N?mgcos??0,f??N
由Fsin??N?mgcos??0, 得到: N?mgcos??Fsin?
f??N??(mgcos??Fsin?),求得:Wf???Nh?h??(mgcos??Fsin?) sin?sin?10. 如图所示,轻弹簧的一端固定在倾角为? 的光滑斜面的低端E,另一端与质量为m的物体C 相连,O点为弹簧原长处,A点为物体C的平衡位置。如果外力作用将物体由A点沿斜面向上缓慢移动了2x0,到达了B点,则该外力所做的功为: W?2mgx0sin?。
? 研究对象:物体和弹簧,斜面对物体的力不做功。
应用动能定理求解。
系统初始动能:Ek0?0,系统末了动能:Ek?0 物体重力做的功:A1??mg2x0sin? 弹簧力做的功:
选择题(10)A2?112A?k(?x)?k(x0)2?0 ?kxdx, 20?22?x0x0Created by XCH Page 23 6/24/2019
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根据动能定理:W?mg2x0sin??[11k(x0)2?k(?x0)2]?Ek?Ek0 22??求得:外力做的功W?A1?2mgx0sin?
11. 一质点受力F?2xi作用,沿X轴的正方向运动,从x = 0到x = 2 m的过程中,力F?2xi做的功为W?8J。
12. 一弹簧,伸长量为x 时,弹性力的大小为F?ax?bx,当一外力将弹簧从原长再拉长l的过程中,外力做的功为A?2?3?31213al?bl。 23l? 外力做的功为A,弹簧力做的功为A1???(ax?bx2)dx,A1??(al2?bl3)
01213根据动能定理:A?A1?Ek?Ek0?0,所以A??A1?二、 计算题
1213al?bl 231. 一沿x轴方向的力作用在质量为m = 3.0 kg的质点上。已知质点的运动方程为x?3t?4t?t 求:(1)力在最初4s内做的功;(2)在t = 1 s时,力的瞬时功率。
23???) ?dx (牛顿第二定律F?m???Fdx??m?x? (1)力做的功:A??F?drr??????8?6t,dx?(3?8t?3t2)dt xt2A??m(?8?6t)(3?8t?3t2)dt??m(?24?82t?72t2?18t3)dt,A?528J
t1(2)功率:P?dA?Fv?m(?8?6t)(3?8t?3t2)?12J?s?1,P?12J?s?1 dt22. 一弹簧不遵守胡克定律,力与伸长量的关系为F?52.8x?38.4x。求
(1) 将弹簧从定长x1?0.50m拉伸到定长x2?1.00m时,外力所需做的功;
(2) 将弹簧横放在水平光滑平面上,一端固定,另一端系一个质量m?2.17kg的物体,然
后将弹簧拉伸到一定长x2?1.00m,再将物体由静止释放,求当弹簧回到x1?0.50m时物体的速率;
(3) 此弹簧的弹力是保守力吗?
x2x2.0? (1) 外力做的功A??Fdx??(52.8x?38.4x2)dx?(26.4x2?12.8x3)10.5,A?31J
x1x1(2)从伸长量x2?1.00m到x1?0.50m
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x1x1弹簧力做的功:A??Fdx??(52.8x?38.4x)dx??(26.4x?12.8x)1.0?31J
x2x2??2230.5根据动能定理:A?121122mv?mv0,mv0?0 222弹簧回到x1?0.50m时物体的速率:v?2A?5.35ms?1 m(3)因为弹簧力做的功:A??(26.4x2?12.8x3),做的功与路径无关,只位置有关。所以此
弹簧的弹力是保守力。
3. 水面上一质量为M的静止木船,从岸上以水平速度v0将一质量为m的砂袋抛到船上,此后二者一起运动,设运动过程中受到的阻力与速率成正比,比例系数K,如砂袋与船的作用时间很短, 求 (1) 砂袋抛到船上后,二者一起开始运动的速率;(2) 二者由开始运动到静止时所走过的距离。
? (1)研究对象:木船和砂袋,不计水平方向水的阻力
系统动量守恒:mv0?(m?M)v'0,砂袋和船开始运动的速度:v'0?根据牛顿第二定律,任一时刻砂袋和船满足方程:?Kv?(m?M)mv0
m?Mdv,求解该微分方程 dtKmv0?m?Mtmv0e利用初始条件v'0?,得到任一时刻木船和砂袋的速率: v?
m?Mm?M(2)?Kv?(m?M)svdvdvdv,?Kv?(m?M)v,?K?(m?M) dtdsdsmv01,s??[(m?M)(v?v'0)]
m?MK1mv0 K
??Kds??(m?M)dv, 其中v'0?0v'0当船和砂袋运动停止时:v?0, s?34. 一特殊弹簧,弹性力F??Kx,K为倔强系数,x为变形量,现将弹簧水平放置于光滑的水平上,一端固定,一端与质量为m 的滑块相连而处于自然状态,今沿弹簧长度的方向给滑块一个冲量,使其获得一速度v压缩弹簧,问弹簧被压缩的最大长度为多少?
?? 研究对象:滑块和弹簧
过程一:小球获得动量mv?I
计算题(4)Created by XCH Page 25 6/24/2019