大学物理简明教程第三版课后习题答案

??3?15?????(4?t)i?(6t?)?t2)j??5jdt023????3??5(4?t)kdt?82.5kkg?m2?s?10

题2-12图

2-13飞轮的质量m=60kg,半径R=0.25m,绕其水平中心轴O转动,转速为900rev·min-1.现利用一制动的闸杆,在闸杆的一端加一竖直方向的制动力

F,可使飞轮减速.已知闸杆的尺寸如题

2-25图所示,闸瓦与飞轮之间的摩擦

系数?=0.4,飞轮的转动惯量可按匀质圆盘计算.试求:

(1)设F=100 N,问可使飞轮在多长时间内停止转动?在这段时间里飞轮转了几转?

(2)如果在2s内飞轮转速减少一半,需加多大的力F?

Fr、N?是正压力,解: (1)先作闸杆和飞轮的受力分析图(如图(b)).图中N、Fr?是摩擦力,Fx和Fy是杆在A点转轴处所受支承力,R是轮的重力,P是轮在O轴处所受支承力.

题2-13图(a)题2-13图(b)

杆处于静止状态,所以对A点的合力矩应为零,设闸瓦厚度不计,则有

F(l1?l2)?N?l1?0N??l1?l2Fl1

对飞轮,按转动定律有???FrR/I,式中负号表示?与角速度?方向相反.

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∵ Fr??N N?N?

Fr??N???l1?l2Fl1

又∵

I?1mR2,2

???∴

FrR?2?(l1?l2)?FImRl1 ①

以F?100N等代入上式,得

???2?0.40?(0.50?0.75)40?100??rad?s?260?0.25?0.503

由此可算出自施加制动闸开始到飞轮停止转动的时间为

t???0900?2??3??7.06s?60?40

这段时间内飞轮的角位移为

???0t??t2?1900?2?91409?????(?)22604234?53.1?2?rad

可知在这段时间里,飞轮转了53.1转.

(2)

?0?900?2?rad?s?160,要求飞轮转速在t?2s内减少一半,可知

?0??2??0t???02t??15?rad?s?22

用上面式(1)所示的关系,可求出所需的制动力为

F???mRl1?2?(l1?l2)60?0.25?0.50?15?2?0.40?(0.50?0.75)?2?177N

2-14固定在一起的两个同轴均匀圆柱体可绕其光滑的水平对称轴OO?转动.设大小圆柱体的半径分别为R和r,质量分别为M和m.绕在两柱体上的细

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绳分别与物体m1和m2相连,m1和m2则挂在圆柱体的两侧,如题2-26图所示.设

R=0.20m, r=0.10m,m=4 kg,M=10 kg,m1=m2=2 kg,且开始时m1,

m2离地均为h=2m.求:

(1)柱体转动时的角加速度; (2)两侧细绳的张力.

解: 设a1,a2和β分别为m1,m2和柱体的加速度及角加速度,方向如图(如图b).

题2-14(a)图 题2-14(b)图

m1,m2和柱体的运动方程如下: T2?m2g?m2a2 ①

m1g?T1?m1a1 ②

??T1R?T2r?I? ③

式中 T1??T1,T2??T2,a2?r?,a1?R?

I?11MR2?mr222

由上式求得

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???Rm1?rm2g22I?m1R?m2r0.2?2?0.1?2?9.811?10?0.202??4?0.102?2?0.202?2?0.10222?6.13rad?s?2

(2)由①式

T2?m2r??m2g?2?0.10?6.13?2?9.8?20.8N 由②式

T1?m1g?m1R??2?9.8?2?0.2.?6.13?17.1N

2-15 如题2-15图所示,一匀质细杆质量为m,长为l,可绕过一端O的水平轴自由转动,杆于水平位置由静止开始摆下.求:

(1)初始时刻的角加速度; (2)杆转过?角时的角速度. 解: (1)由转动定律,有

mg11?(ml2)?23

??3g2l

(2)由机械能守恒定律,有

l11mgsin??(ml2)?2223

??3gsin?l

题2-15图

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习题三

3-1 气体在平衡态时有何特征?气体的平衡态与力学中的平衡态有何不同? 答:气体在平衡态时,系统与外界在宏观上无能量和物质的交换;系统的宏观性质不随时间变化.

力学平衡态与热力学平衡态不同.当系统处于热平衡态时,组成系统的大量粒子仍在不停地、无规则地运动着,大量粒子运动的平均效果不变,这是一种动态平衡.而个别粒子所受合外力可以不为零.而力学平衡态时,物体保持静止或匀速直线运动,所受合外力为零.

3-2 气体动理论的研究对象是什么?理想气体的宏观模型和微观模型各如何?

答:气体动理论的研究对象是大量微观粒子组成的系统.是从物质的微观结构和分子运动论出发,运用力学规律,通过统计平均的办法,求出热运动的宏观结果,再由实验确认的方法.

从宏观看,在温度不太低,压强不大时,实际气体都可近似地当作理想气体来处理,压强越低,温度越高,这种近似的准确度越高.理想气体的微观模型是把分子看成弹性的自由运动的质点.

3-3 温度概念的适用条件是什么?温度微观本质是什么?

答:温度是大量分子无规则热运动的集体表现,是一个统计概念,对个别分子无意义.温度微观本质是分子平均平动动能的量度.

3-4 计算下列一组粒子平均速率和方均根速率?

Ni 21 10.0 4 20.0 6 30.0 8 40.0 2 50.0 Vi(m?s?1) 解:平均速率

V???NV?Niii21?10?4?20?6?30?8?40?2?5021?4?6?8?2

?890?21.7?141 m?s

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