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《新编基础物理学》 第二章习题解答和分析2.doc

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资源描述
2-19.一质量为0.15kg的棒球以的水平速度飞来,被棒打击后,速度与原来方向成1350角,大小为。如果棒与球的接触时间为0.02s,求棒对球的平均打击力大小及方向。 分析:通过动量定理求出棒对球在初速方向与垂直初速方向的平均打击力,再合成求平均力及方向。 解:在初速度方向上,由动量定理有: ① 在和初速度垂直的方向上,由动量定理有: ② 又 ③ 由①②③带入数据得: arctan角 2-20. 将一空盒放在秤盘上,并将秤的读数调整到零,然后从高出盒底将小钢珠以每秒B个的速率由静止开始掉入盒内,设每一个小钢珠的质量为m,若钢珠与盒底碰撞后即静止,试求自钢珠落入盒内起,经过秒后秤的读数。 分析:秤的读数是已落在盒里石子的重量与石子下落给秤盘平均冲力之和,平均冲力可由动量定律求得。 解:对在dt的时间内落下的钢珠,由动量定理: 所以t秒后秤的读数为: 2-21. 两质量均为M的冰车头尾相接地静止在光滑的水平冰面上,一质量为m的人从一车跳到另一车上,然后再跳回,试证明,两冰车的末速度之比为/。 分析:系统动量守恒。 解:任意t时刻,由系统的动量守恒有: 所以两冰车的末速度之比: 2-22. 质量为3.0kg的木块静止在水平桌面上,质量为5.0g的子弹沿水平方向射进木块。两者合在一起,在桌面上滑动25cm后停止。木块与桌面的摩擦系数为0.20,试求子弹原来的速度。 分析:由动量守恒、动能定理求解。 解:在子弹沿水平方向射进木块的过程中,由系统的动量守恒有: ① 一起在桌面上滑动的过程中,由系统的动能定理有: ② 由①②带入数据有: 2-23. 光滑水平平面上有两个物体A和B,质量分别为、。当它们分别置于一个轻弹簧的两端,经双手压缩后由静止突然释放,然后各自以vA、vB的速度作惯性运动。试证明分开之后,两物体的动能之比为: 。 分析:系统的动量守恒。 解:由系统的动量守恒有: 所以 物体的动能之比为: 2-24.如图2-24所示,一个固定的光滑斜面,倾角为θ,有一个质量为m小物体,从高H处沿斜面自由下滑,滑到斜面底C点之后,继续沿水平面平稳地滑行。设m所滑过的路程全是光滑无摩擦的,试求:(1)m到达C点瞬间的速度;(2)m离开C点的速度;(3)m在C点的动量损失。 题图2-24 分析:机械能守恒,C点水平方向动量守恒,C 点竖直方向动量损失。 解:(1)由机械能守恒有: 带入数据得, 方向沿AC方向 (2)由于物体在水平方向上动量守恒,所以 ,得: 方向沿CD方向。 (3)由于受到竖直的冲力作用,m在C点损失的动量: ,方向竖直向下。 2-25.质量为m的物体,由水平面上点O以初速度v0抛出,v0与水平面成仰角α。若不计空气阻力,求:(1)物体从发射点O到最高点的过程中,重力的冲量;(2)物体从发射点落回至同一水平的过程中,重力的冲量。 分析:竖直方向由动量定力理求重力冲量。最高点竖直方向速度为零。落回到与发射点同一水平面时,竖直方向的速度与发射时竖直的方向速度大小相等,方向相反。 解:(1)在竖直方向上只受到重力的作用,由动量定理有: ,得,方向竖直向下。 (2)由于上升和下落的时间相等,物体从发射点落回至同一水平面的过程中,重力的冲量:,方向竖直向下。 2-26.如图所示,在水平地面上,有一横截面的直角弯管,管中有流速为的水通过,求弯管所受力的大小和方向。 题图2-26 分析:对于水竖直方向、水平方向分别用动量定理求冲力分量,弯管所受力大小为水所受的冲力合力。 解:对于水,在竖直方向上,由动量定理有: ① 在水平方向上,由动量定理有: ② 由牛顿第三定律得弯管所受力的大小: ③ 由①②③带入数据得F=2500N,方向沿直角平分线指向弯管外侧。 题图2-27 2—27.一个质量为50g的小球以速率作平面匀速圆周运动,在1/4周期内向心力给它的冲量是多大? 分析:画矢量图,利用动量定理求冲量。 解:由题图2—27可得向心力给物体的冲量大小: 2—28.自动步枪连续发射时,每分钟射出120发子弹,每发子弹的质量为7.90g,出口速率,求射击时枪托对肩膀的平均冲力。 分析:由动量定理及牛顿定律求解。 解:由题意知枪每秒射出2发子弹,则由动量定理有: 由牛顿第三定律有:枪托对肩膀的平均冲力 题图2-29 L I 2—29. 如图2-29所示,已知绳能承受的最大拉力为9.8N,小球的质量为0.5kg,绳长0.3m,水平冲量I等于多大时才能把绳子拉断(设小球原来静止)。 分析:由动量定理及牛顿第二定律求解。 解:由动量定理有: ① 由牛顿第二定律有: ② 由①②带入数据得: 2—30. 质量为M的木块静止在光滑的水平面桌面上,质量为,速度为的子弹水平地射入木块,并陷在木块内与木块一起运动。求(1)子弹相对木块静止后,木块的速度和动量;(2)子弹相对木块静止后,子弹的动量;(3)在这个过程中,子弹施于木块的冲量。 分析:由木块、子弹为系统水平方向动量守恒,可求解木块的速度和动量。由动量定理求解子弹施于木块的冲量。 解:(1)由于系统在水平方向上不受外力,则由动量守恒定律有: 所以木块的速度:,动量: (2)子弹的动量: (3)对木块由动量定理有: 2—31.一件行李的质量为m,垂直地轻放在水平传送带上,传送带的速率为v,它与行李间的摩擦系数为,(1)行李在传送带上滑动多长时间?(2)行李在这段时间内运动多远? 分析:由动量定理求滑动时间,由牛顿定律、运动方程求出距离。 解:(1)对行李由动量定理有: 得: (2)行李在这段时间内运动的距离,由:,,, 2—32.体重为p的人拿着重为的物体跳远,起跳仰角为,初速度为,到达最高点该人将手中物体以水平向后的相对速度u抛出,问跳远成绩因此增加多少? 分析:以人和物体为一个系统,系统在水平方向上不受外力作用,因此系统在水平方向上动量守恒。动量守恒中涉及的速度都要相对同一参考系统。 解:在最高点由系统动量守恒定律有: ① 增加成绩 ② 由①②可得: 2—33. 质量为m的一只狗,站在质量为M的一条静止在湖面的船上,船头垂直指向岸边,狗与岸边的距离为S0.这只狗向着湖岸在船上走过的距离停下来,求这时狗离湖岸的距离S(忽略船与水的摩擦阻力). 分析:以船和狗为一个系统,水平方向动量守恒。注意:动量守恒中涉及的速度都要相对同一参考系统。 解:设V为船对岸的速度,u为狗对船的速度,由于忽略船所受水的阻力,狗与船组成的系统水平方向动量守恒: 即: 船走过的路程为: 狗离岸的距离为:
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