物理简明教程第三版课后习题及答案
习题一
drdrdvdv1-1 ｜?r｜与?r有无不同?dt和dt有无不同? dt和dt有无不同?其不
同在哪里?试举例说明．
???r?r?r?r?r?r212?r1?r是位矢的模的增量，解：（1）是位移的模，即，； drdrds?v?dt（2）dt是速度的模，即dt.
drdt只是速度在径向上的分量.
?drdrdr??r?rdt ?（式中r?叫做单位矢）∵有r?rr，则dtdtdr式中dt就是速度径向上的分量，
drdr与dtdt不同如题图所示. ∴
?dv?dvdva?dt，dt是加速度a在切向上的分量. (3)dt表示加速度的模，即
??v?v?(?表轨道节线方向单位矢）∵有，所以
??dvdv?d????vdtdtdt
dv式中dt就是加速度的切向分量.
1-2 设质点的运动方程为x=x(t)，y=y(t)，在计算质点的速度和加速度
1
d2rdr2x2?y2时，有人先求出r＝，然后根据v=dt，及a＝dt而求得结果；又有人
先计算速度和加速度的分量，再合成求得结果，即
22
22?d2x??d2y??dx??dy????????dt2?????dt2??dtdt???? ????va =及=
你认为两种方法哪一种正确？为什么？两者差别何在？
解：后一种方法正确.因为速度与加速度都是矢量，在平面直角坐标系中，
???有r?xi?yj，
??drdx?dy??v??i?jdtdtdt??d2rd2x?d2y?a?2?2i?2jdtdtdt
故它们的模即为
?dx??dy?22v?vx?vy???????dt??dt?222?d2x??d2y?22a?ax?ay???dt2?????dt2??????
2而前一种方法的错误可能有两点，其一是概念上的错误，即误把速度、加速度定义作。
drv?dtd2ra?2dt
drd2rdr与2其二，可能是将dtdt误作速度与加速度的模。在1-1题中已说明dt不
d2r2是速度的模，而只是速度在径向上的分量，同样，dt也不是加速度的模，它只
2?d2r?d??????a径?2?r?dtdt?????。或者概括性地说，前一是加速度在径向分量中的一部分??r种方法只考虑了位矢在径向（即量值）方面随时间的变化率，而没有考虑位矢
??r及速度v的方向随间的变化率对速度、加速度的贡献。
1-3 一质点在xOy平面上运动，运动方程为
2
1x=3t+5, y=2t2+3t-4.
式中t以 s计，x,y以m计．(1)以时间t为变量，写出质点位置矢量的表示式；(2)求出t=1 s 时刻和t＝2s 时刻的位置矢量，计算这1秒内质点的位移；(3)计算t＝0 s时刻到t＝4s时刻内的平均速度；(4)求出质点速度矢量表示式，计算t＝4 s 时质点的速度；(5)计算t＝0s 到t＝4s 内质点的平均加速度；(6)求出质点加速度矢量的表示式，计算t＝4s 时质点的加速度(请把位置矢量、位移、平均速度、瞬时速度、平均加速度、瞬时加速度都表示成直角坐标系中的矢量式)．
?1??r?(3t?5)i?(t2?3t?4)j2m 解：（1）
(2)将t?1,t?2代入上式即有
???r1?8i?0.5j m
???r2?11j?4jm
??????r?r2?r1?3j?4.5jm
??????r?5j?4j,r?17i?16j 4(3)∵ 0???????r?r?r12i?20j?v??40??3i?5jm?s?1?t4?04∴
????drv??3i?(t?3)jm?s?1dt(4)
???v?3i?7j m?s?1 则 4??????(5)∵ v0?3i?3j,v4?3i?7j
??????vv4?v04a????1j?t44
???dva??1jm?s?2dt(6)
m?s?2
这说明该点只有y方向的加速度，且为恒量。
3
1-4 在离水面高h米的岸上，有人用绳子拉船靠岸，船在离岸S处，如题1-4图所示．当人以v0(m·s)的速率收绳时，试求船运动的速度和加速度的大
?1小．
图1-4
解： 设人到船之间绳的长度为l，此时绳与水面成?角，由图可知
222 l?h?s
将上式对时间t求导，得
2ldlds?2sdtdt
根据速度的定义，并注意到l,s是随t减少的，
v绳??dlds?v0,v船??dtdt
∴
v船即
lv0(h2?s2)1/2v0v0dsldllv船???????v0?dtsdtscos?或 ss
将v船再对t求导，即得船的加速度
dlds?ldv?v0s?lv船a?船?dt2dtv0?v02dtssl22(?s?)v02h2v0s??32ss
s1-5 质点沿x轴运动，其加速度和位置的关系为 a＝2+6x，a的单位为
?1m?s?2，x的单位为 m. 质点在x＝0处，速度为10m?s,试求质点在任何坐标处
24
的速度值．
a?dvdvdxdv??vdtdxdtdx
解： ∵
2分离变量： ?d??adx?(2?6x)dx
12v?2x?2x3?c两边积分得 2
由题知，x?0时，v0?10,∴c?50
3?1v?2x?x?25m?s∴
?21-6 已知一质点作直线运动，其加速度为 a＝4+3tm?s，开始运动时，x＝5 m，
v=0，求该质点在t＝10s 时的速度和位置．
a?dv?4?3tdt
解：∵
分离变量，得 dv?(4?3t)dt
3v?4t?t2?c12积分，得
由题知，t?0,v0?0,∴c1?0
3v?4t?t22 故
又因为
v?dx3?4t?t2dt2
3dx?(4t?t2)dt2分离变量， 1x?2t2?t3?c22积分得
由题知 t?0,x0?5,∴c2?5
1x?2t2?t3?52故
5