大学物理作业答案.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/11/25,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/11/25,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/11/25,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/11/25,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/11/25,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/11/25,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/11/25,#,2.2一自由落体在最后1S内通过了其全程距离的一半试求出该落体下落的距离及所用时间,设该落体下落的距离为,h,所用的时间为,t,由题意可知,即,得,所以,第,1,页,/,共,41,页,2.3一钢球从一建筑物的屋顶由静止开始自由下落建筑物内一观察者站在高度为1.3 M的窗前，发现钢球从窗的最上端落至最下端用了1/8S钢球继续下落，2.0 S后，与水平地面发生完全弹性碰撞并上升至窗的最下端，试求该建筑物的高度,设钢体由屋顶下落到窗下端的时间是,t1,，下落的总时间为,t,，建筑物的高度为,h,由题意可知 （,1,）,因为钢球从窗下端落至地面的时间为,1s,所以 （,2,）,因为 （,3,）,综合（,1,）（,2,）（,3,）式可得,h=22.1m,第,2,页,/,共,41,页,2.7.在玻尔的氢原子模型中，电子围绕原子核作匀速圆周运动，在半径为 M的轨道上，其速度为 M/S，求氢原子中电子的加速度,设氢原子中电子的加速度为,a,，作匀速圆周运动时所受的向心力为,F,则,由题意可知,v=(m/s),r=(m),代入可得,第,3,页,/,共,41,页,2.15.一人欲划船渡过500M宽的河流他相对于水的速度为3000M/H，水流速度为2000M/H设人在岸上的行走速度为5000M/H，(A)为了在最短时间内达到河对岸正对出发点的位置，此人需选择怎样的路线?(B)该最短时间为多少?,设船渡河的方向与垂直岸边方向的夹角为,，船渡河所花时间为,t1,，上岸后人在对岸行走的时间为,t2,，到达河对岸正对出发点的位置的总时间为,t=t1+t2,，相对水的速度为,v1=3000,水流速度为,v2=2000,在岸上行走的速度为,v3=5000,。,由题意可知，河宽,h=500m,，则,，,代入得,第,4,页,/,共,41,页,2.15,当 时，由于,t=f(,),在此区间内递增,所以当,sin,=2/3,时,当 时，,，当 时,t,取最小值,所以当,sin,=3/7,时,又因为当,=0,时，,t=7/30,比较三个最小值可知,当,sin,=3/7,时，即船行驶方向与垂直方向夹角为,arcsin(3/7),时，到达对岸的时间最短，,第,5,页,/,共,41,页,第三次作业 习题答案,第,6,页,/,共,41,页,3.1.两个质量均为,M,的质点，由长度为,的轻绳连接，一恒力,F,持续地垂直作用于细绳的中点(,)处(如图)证明每一个质点在与作用力,F,垂直的方向上的加速度的大小为 式中,X,是质点与,F,的垂直距离讨论当,X,=,L,时的情形,设轻绳与垂直方向的夹角为,，质点沿绳方向所受的拉力为 ，在垂直于,F,方向所受的力为 ，在,F,方向所受的力为,由题意可知,所以,因为,，,所以,，质点在垂直于,F,方向上的加速度,当,x=l,时 质点在垂直于,F,方向上的加速度应该是无限大,第,7,页,/,共,41,页,3.5.某物体下落过程中受到空气的阻力,，其中,是物体的速度、,K,为与速度无关的常量(A)求终极速度；(B)将速度对时间作图；(C)将加速度对时间作图；(D)将下落距离对时间作图,（,A,）终极速度,v=mg/R,（,B,）,（,C,）（,D,）,第,8,页,/,共,41,页,3.10.水流冲击涡轮机的碟状叶片，冲击前后水的速率均为,V,，如图所示单位时间撞击叶片的水量是常量 。求水施加在叶片上的力。,设水施加在叶片上的力为,F,则,所以,第,9,页,/,共,41,页,3.11.所谓的汤川(YUKAWA)势具有如下形式：它相当好地描述了核子间的相互作用这里常量,(A)给出相应的作用力的表达式；(B)说明该种作用力的短程性质，并计算当,、,及,时的作用力与,时的作用力之比,（,A,）作用力,(B),由（,A,）可知,当 时,F,趋近于,0,又,第,10,页,/,共,41,页,3.11,所以可得,所以当 时,当,时,当 时,第,11,页,/,共,41,页,3.14.一弹性绳悬挂一质量为,M,的质点，从水平位置开始静止释放，此时弹性绳处于原长状态(A)从动力学及能量考虑，证明当伸长量 与原长,L,相比较小时，可以表示为,；其中,K,为弹性绳的劲度系数，注意,K,越大，越小，故近似,越好；(B)在上述情形中，试证明质点运动到最低点时的速度为 ，该速度比悬线为非弹性时(相当于,)的速度小，给出该结果的物理解释,（,A,）设质点在最低点的速度为,v,则在最低点时，有,（,1,）,又由能量守恒定律可知,（,2,）,第,12,页,/,共,41,页,3.14,由上述（,1,）（,2,）式可得,所以当 时,可得,（,B,）在（,A,）中情形下,将,代入（,2,）式可得,质点运动到最低点时的速度为,将 代入（,2,）式中可得,即,所以质点下落时一部分的重力势能转化为弹性势能并且相对于同一 个 弹性势能大于重力势能，所以,v,比悬线为非弹性是的速度要小,第,13,页,/,共,41,页,第四次作业 习题答案,第,14,页,/,共,41,页,4.4.一半径为,R,的铅制球体中有一位于球体表面与中心之间的空洞，如图所示设铅球未挖空前的质量为,M,，试求这一中空的铅球与球外一质量为 M的质点之间的引力；该质点位于铅球和空洞的连心线上，与铅球的中心距离为,D,设铅球未挖空前与质点的引力为,F1,，铅球被挖去的质量为,m1,，挖去部分与质点的引力为,F2,所以,由以上三式可得，这一中空的铅球与质点间的引力为：,第,15,页,/,共,41,页,4.5.一质量为220 KG的卫星起初在距离地球表面640 KM的轨道上运动，(A)确定其速度；(B)求其周期(C)由于多种原因，卫星每运行一周平均损失机械能1.4 10,5,J作为近似，可认为卫星的轨道是一个半径逐渐变小的圆形，试确定卫行星运行了1500圈后与地球表面的距离、速度及周期；(D)求平均阻力的大小(E)在此过程中角动量是否守恒?,设卫星贴近地球表面运动的速度为 ，地球半径为,R,卫星距离地球表面的距离为,d=640km,，在此轨道上的速度为,v,（,A,）由题意可知,第,16,页,/,共,41,页,4.5,得,（,B,）周期,（,C,）设,1500,圈后损失的机械能为,W1,，动能和势能的变化量分别为,W2,W3,，此时距离地球表面的距离为,d1,，速度为,v1,，周期为,T1,所以,W1+W2=W3,又,第,17,页,/,共,41,页,4.5,结合（,A,）中公式可求得,（,D,）平均周长,平均阻力,（,E,）不守恒，变化,2%,第,18,页,/,共,41,页,4.7.考虑两个具有相等质量,M,的卫星A和B，它们在相同的轨道,R,上环绕地球运动，但是方向相反，故它们在某个时候将发生碰撞(如图)(A)用,G,、,M,、,M,和,R,，求出碰撞前两个卫星及地球的总能量,E,A,+,E,B,；(B)若碰撞是非弹性的，并且碰撞碎片依旧聚集在一起(即质量变为2,M,)，求碰撞后的总机械能；(C)描述碰撞后碎片的运动,（,A,）由题意可知,得,（,B,）由动量守恒定律碰撞后速度为,0,所以,（,C,）下落到地球,第,19,页,/,共,41,页,4.12.质量为,M,的粒子受到大小为,的引力作用，,K,为一常量在某个时刻如果粒子处于其封闭轨道的一个极端，此时与力心距离为,A,，速度为 ，(A)求另一个极端的位置(B)粒子处于另一个极端时的速度是多少?,由题意可知，此时粒子所受引力 ，所受向心力为,，因为,F1,大于,F2,，所以此时粒子处于远端,设在另一个极端粒子的与力心距离为,r,，速度为,v,由能量守恒定律可知,由角动量守恒可知,所以,第,20,页,/,共,41,页,4.18.一个球形物体以角速度,W,转动(A)如果仅仅有引力阻碍球的离心撕裂，那么该球必须具有的最小密度是多少?利用这一点估计蟹状星云中转速为30/S的脉冲星的最小密度(B)如果脉冲星的质量与太阳的质量相当，它的最大可能半径是多少?,设球体的密度为,p,，半径为,r,（,A,）由题意可知，若要阻碍球的离心撕裂，引力要大于等于向心力,所以,可得,（,B,）,由题意可知,第,21,页,/,共,41,页,第五次作业 习题答案,第,22,页,/,共,41,页,5.1.求均匀半圆板(半径为,R,)的质心,设质心的坐标为（,x,，,y,）,由题意可知：,第,23,页,/,共,41,页,5.6.如图所示，两物块在无磨擦的桌面上运动，其中K=1120N/M,M1=2.0KG,V1=10M/S,M2=5.0KG,V2=3.0M/S 求碰撞时弹簧的最大压缩量,设弹簧的最大压缩量为,L,由题意可知当两者速度相同时弹簧有最大压缩量。,由动量守恒得：,由能量守恒定律得：,得,第,24,页,/,共,41,页,5.8.慢中子与静止重水中的氘核发生弹性碰撞，若中子的散射角为90，试证明其动能将损失2/3并传递给了氘核,设中子的质量为,m,，碰撞前的速度为,v1,，碰撞后速度为,v2,，氘核沿中子初速度方向的速度为,v3,，沿垂直于该速度的速度为,v4,由动量守恒定律得：,mv1=2mv3,（,1,）,mv2=2mv4,（,2,）,由能量守恒定律得：（,3,）,联立（,1,）（,2,）（,3,）得,:,v3=v1/2 v4=v2/2,碰撞后氘核的能量,由此可知，中子的动能损失了,2/3,并传递给了氘核,第,25,页,/,共,41,页,6.6.一小球在一个大的半球内无滑动地滚下，半球的对称轴是垂直的，小球从上边由静止开始滚动(A)小球到达半球的底部时动能是多少?其中有多少是转动动能?多少是平动动能?(B)此时小球作用于半球的正压力是多少?设小球的半径是 ，半球的半径是,R,，小球的质量是,M,（,a,）由机械能守恒定律可知小球到达半球底部时的动能为,mg(R-r),设到达底部时小球质心的速度为,v,，转动惯量为,I,则,由能量守恒定律可知,其中,综合以上三式可知,由此可知转动动能,平动动能,第,26,页,/,共,41,页,6.6,（,b,）设正压力为,F,由题意可得,第,27,页,/,共,41,页,第六次作业 习题答案,第,28,页,/,共,41,页,7.1.证明：(A)对于简谐运动，在一个周期中势能的平均值和动能的平均值均为,(其中,K,是回复力的系数，,A,是振幅)；(B)若考虑对空间平均，则势能的平均值等于,，动能的平均值等于,(C)解释上述差异的物理意义,（,A,）由题意可知，总能量为,设一个周期中势能和动能的平均值分别为,E1,和,E2,则,（,B,）若对空间平均，则,（,C,）由（,A,）（,B,）可知，对于简谐运动，一个周期中势能和动能对于时间和空间的平均值不同,第,29,页,/,共,41,页,7.3.一个半径为,的大理石小球，在半径为,R,的浅碟子中来回滚动已知,R,，求小球作小振动的频率,由题意可知小球的转动惯量,因为 所以,由此可知周期,小球的频率,第,30,页,/,共,41,页,8.14.脉动星的周期可以这样考虑，即星体的半径随时间作周期性变化，由此产生的径向纵波形成一驻波；假设该驻波处于基态，即星体表面处于波腹(A)你认为此时星体的中心位于波腹还是波节?(B)与开口的风琴管类比，试证明星体的脉动周期为这里,R,是星体处于平衡时的半径，是平均声速(C)典型的白矮星压强为,，密度为,，比热比为4/3，半径为太阳的0.009倍，则其脉动周期大致是多少?,第,31,页,/,共,41,页,8.15.一正弦波以80CM/S的速度沿一根弦传播，在,X,=10CM处的质点的位移(以CM作单位)是,弦的线密度是4.0G/CM(A)写出弦上一般质点的位移表示式(B)计算弦的张力,(A),设,对于右行波有,当,x=10,时,则,对于左行波有,当,x=10,时,第,32,页,/,共,41,页,8.15,则,综上可知线上一般质点的位移表达式是,(B),弦的张力,第,33,页,/,共,41,页,8.21.光在水中的速度是在真空中的3/4一束高速电子在水中产生切连科夫辐射，其波前形成角度为120度的锥面，试求电子在水中的速度,设电子在水中的速度为,v,由题意可知切连科夫辐射角,由于,得,第,34,页,/,共,41,页,第七次作业 习题答案,第,35,页,/,共,41,页,10.5.边长为20CM的立方块飘浮在水银面上若温度从270K上升至320K，计算铝块浸入水银的深度的改变,(,水银的膨胀系数为,),当温度是,270K,时,得,当温度是,320K,时,同理得,所以深度改变了,0.03cm,第,36,页,/,共,41,页,11.2.一种物质具有如下状态方程：其中,P,、,V,及,T,分别为压强、体积和温度，,A,为一个常量该物质的内能为其中,B,、N及 V0,均为常量，,F,(,T,)只依赖于温度试确定,B,及,N,第,37,页,/,共,41,页,11.5.一容器体积为,，装有理想气体玻璃管的横截面积为,A,，有一个质量为,M,的小球正好封住管子并可以在管内无摩擦滑动大气压为,，管内压力略高于大气压如果小球略偏离平衡位置，它将作简谐振动设气体经历的过程是绝热的，是比热比，求小球振动频率,平衡状态下,设振幅为,x,有 则 即,所以有,又因为,因此,第,38,页,/,共,41,页,11.11.若卡诺热机逆向运转，我们将得到一理想的制冷机热量,Q,2,由温度为,T,2,的低温热源获得，然后向温度为,T,1,的高温热源传送热量,Q,1,，同时外界需对热机做功,W,以使之运行，(A)证明(B)制冷机的操作系数,K,一般定义为从低温热源吸收的热量与外界对之所做的功之比，即,K,=,Q,2,/,W,，证明在理想状态下,K,可表示为实际情况中,K,一般为5或6,(A),由题意可知,所以,第,39,页,/,共,41,页,11.11,（,B,）因为,代入（,A,）中,得,第,40,页,/,共,41,页,12.9.W.ATKINS设计的棋盘游戏：棋盘为40,40格，中间10,10=100格为系统I，外部1500格点为系统II(如图)开始时100个棋子全部集中在系统I，此时两个子系统的熵均为零，整个棋盘系统的熵也为零当有一个棋子从系统I移到系统II时，系统的熵分别为(A)以系统II中的棋子数为横轴，作三条熵曲线(B)求系统熵的极值(C)求系统熵处于极值时，子系统I和II中的密度,第,41,页,/,共,41,页,