华东理工 大学物理答案 第二章.doc

大学物理习题册解答
第二章 守恒定律
A

θ
1、 质量为m的小球系于绳的一端，绳长为l，上端A 固定，（如图示）。今有水平变力F作用在该小球上时，使小球极其缓慢地移动，即在所有位置上均处于近似力平衡状态，直到绳子与竖直方向成θ角，
（1）试用变力作功方法计算F力的功。
（2）重力作功多大？
解：根据力的平衡可得：
T F

mg

（1）
图2-1

（2）

2、地球质量M、半径R，一质量m的质点处于距地心 r=3R处，求质点地球系统在此相对位置时的引力势能，
（1）取无穷远处为零势能参考位置；
（2）取地球表面为零势能参考位置。
解：（1）取 则

(2) 取 则

图2-2

3、如图所示，一绳索跨过无摩擦的滑轮，系在质量为1Kg的物体上。起初物体静止在无摩擦的水平面上，若用5N的恒力作用在绳索另一端，使物体向右作加速运动，当系在物体上的绳索从与水平面成300角变为370角时，力对物体所作的功为多大？（已知滑轮与水平面之间的距离d=1m）。
解：

1m
300 370 F
x1 x2 O

O l0 A
θ

T

B

mg
4、一质量为m的小球系在线的一端，线的另一端固定在墙上的钉子上，线长为ι0 ，先将小球拉至水平位置A处，然后放手，试求小球摆至B点处的速度、加速度以及绳子张力大小？
解：

图2-4

5、一根均匀链条的质量为m，总长为ι，一部分放在光滑的桌面上，另一部分从桌面边缘下垂，下垂的长度为a，开始时链条静止，求链条刚好全部离开桌面时的速率。
解：根据机械能守恒，设桌面为重力势能的零点

l-a

a

6、弹簧的弹性系数为k，一端固定，另一端与质量为m的物体相连，物体与桌面的摩擦系数为μ，若以不变的力F拉物体由平衡位置O自静止开始运动，求：
（1）物体到达最远处离平衡位置的距离。
（2）物体在什么位置速度最大？最大速度为多少？
k F
m
O x
解：（1）物体、弹簧为系统，根据功能原理得

图2-6

（2）速度最大处为平衡位置，此时弹簧伸长为
kx
F
fr

由功能原理得：

7、A、B两木块，质量分别为mA、mB ，并排放在光滑的水平面上。今有一子弹水平地穿过木块A、B，所用时间分别为Δt1和Δt2，若木块对子弹的阻力为恒力F，求子弹穿过后两木块的速度？
解：未击穿A时，一起运动，根据动量定理
m
mA mB

子弹击穿A进入B后，A保持原速，B受力变速

F(N)

30
8、一质量m=10kg 的木箱，在水平拉力F的作用下由静止开始运动，若拉力F随时间变化关系如图所示，已知木箱与地面间的摩擦系数μ=0.2 试从动量原理求t=4s，t=7s，t=6s时的木箱的速度各为多大？

解：由图可知
t(s)
0 4 7

9、雨天，大量雨滴以速率v落在表面积为S的屋顶上，已知雨滴下落方向与屋顶平面的法线成α角，雨滴在单位体积内的雨滴数为n，每一雨滴的质量为m。设雨滴落到屋顶后速率变为零，求雨滴对屋顶产生的平均正压力。
解：设M为时间内落到屋顶的总质量
根据动量定理屋顶对其的冲量为

n

图2-9
屋顶受到的压力大小与相同，方向相反
平均压力

α

10、A、B两条船，质量都为m，静止在平静的湖面上，A船上有一质量为m/2的人，以水平速度u相对A船从A船跳到B船上。如果忽略水对船的阻力，求人跳到B船后，A船和B船的速度。
解：设为A船对地的速度，为B船对地速度，在人跳出A船的过程中，水平方向无外力作用——人、A船系统动量守恒定理，即
A船：
得 方向与人跳出速度方向相反
同理人跳入B船过程，人、B船系统水平方向动量守恒
B 船：
得 方向与人跳入速度方向相同

11、滑块A和B的质量分别为mA、mB，用弹性系数为k的弹簧相连，并置于光滑的水平面上，最初弹簧处于自由长度。质量为m0 的子弹以速度v0沿水平方向射入滑块A内，试求弹簧的最大 压缩量。
解：（1）子弹击中木块A到他们取得共同速度为止。此时弹簧还未被压缩，
子弹、A系统动量守恒，即

B A
（2）子弹与木块A取得同速度到弹簧
达到最大压缩为止，这时A、B具有共同速度，
子弹、弹簧、A和B系统动量守恒和机械能守恒：

由（1）、（2）、（3）解得

v0
m0
12、有两个质量分别为m1、m2的行星，开始相距为无限远处，可看作静止，由于万有引力作用，它们彼此接近，当它们接近相距为d时，它们接近的相对速度为多大？
解：m1、m2为系统，仅有保守力内力，所以系统动量守恒，机械能守恒

由（1）、（2）解得
图2-12

两粒子的相对速度vr

13、质量为、速率为的粒子A与另一个质量为其一半而静止的粒子B发生二维完全弹性碰撞，碰撞后粒子A的速率为，求：
（1） 粒子B的速率及相对粒子A 原来速度方向的偏角；
（2） 粒子A的偏转角。
VB
VA b x
a
V A’
解： （1）
（2）
（3）
由（1）、（2）、（3）式得

14、质量为m1=0.2kg的框子，用一弹簧悬挂起来，弹簧伸长0.1m，今有质量为m2=0.2kg的油灰由距离框底0.3m高处的位置自由落到框上（如图）。求：油灰冲撞框子而使框向下移动的最大距离？
解：（1）m2自由落体（2）m1、m2完全非弹性碰撞（3）m1、m2、弹簧、地球系统机械能守恒（设，）

又

由（1）——（5）联立解得

m2

0.3m
m1
15、质量为0.05kg物体，置于一无摩擦的水平桌上。有一绳结于此物并使绳穿过桌面中心的小孔，该物原以3rad/s的角速度在距孔0.2m的圆周上转动。今将绳从小孔往下拉，使该物体之转动半径减为0.1m（该物体可视为质点），求：
0.2m
（1）拉下后物体的角速度；
（2）拉力作的功。
解：（1）力由转轴向下拉，力矩为零，故系统
角动量守恒

图2-15

（2）

16、火箭以第二宇宙速度v2=沿地面表面切向飞出，在飞离地球过程中，火箭发动机停止工作，不计空气阻力，则火箭在距地心4R的A处速度的大小和方向？
解：火箭在万有引力的作用下运动，对地心的角动量守恒
v2
（1）
R A
θ
v
火箭、地球系统机械能守恒
（2）
（3）
由（1）、（2）、（3）联立解得

4R

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