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新编物理基础学(上、下册)课后习题详细答案王少杰,顾牡主编第一章1-1.质点运动学方程为:cos()sin(),ratiatjbtk其中a,b,均为正常数,求质点速度和加速度与时间的关系式。分析:由速度、加速度的定义,将运动方程()rt对时间t求一阶导数和二阶导数,可得到速度和加速度的表达式。解:/sin()cos()vdrdtatiatjbk2/cos()sin()advdtatitj1-2.一艘正在沿直线行驶的电艇,在发动机关闭后,其加速度方向与速度方向相反,大小与速度平方成正比,即2/ddvvKt,式中K为常量.试证明电艇在关闭发动机后又行驶x距离时的速度为0Kxvve。其中0v是发动机关闭时的速度。分析:要求()vvx可通过积分变量替换dxdvvdtdva,积分即可求得。证:2ddddddddvxvvtxxvtvKdKdxvvxxK0dd10vvvv,Kx0lnvv0Kxvve1-3.一质点在xOy平面运动,运动函数为22,48xtyt。(1)求质点的轨道方程并画出轨道曲线;(2)求t=1st=2s和时质点的位置、速度和加速度。分析:将运动方程x和y的两个分量式消去参数t,便可得到质点的轨道方程。写出质点的运动学方程)(tr表达式。对运动学方程求一阶导、二阶导得()vt和()at,把时间代入可得某时刻质点的位置、速度、加速度。解:(1)由2,xt得:,2xt代入248yt可得:28yx,即轨道曲线。画图略(2)质点的位置可表示为:22(48)rtitj由/vdrdt则速度:28vitj由/advdt则加速度:8aj则:当t=1s时,有24,28,8rijvijaj当t=2s时,有48,216,8rijvijaj1-4.一质点的运动学方程为22(1)xtyt,,x和y均以m为单位,t以s为单位。(1)求质点的轨迹方程;(2)在2ts时质点的速度和加速度。分析同1-3.解:(1)由题意可知:x≥0,y≥0,由2xt,,可得tx,代入2(1)yt整理得:1yx,即轨迹方程(2)质点的运动方程可表示为:22(1)rtitj则:/22(1)vdrdttitj/22advdtij因此,当2ts时,有242(/),22(/)vijmsaijms1-5.一质点沿半径为R的圆周运动,运动学方程为2012svtbt,其中v0,b都是常量。(1)求t时刻质点的加速度大小及方向;(2)在何时加速度大小等于b;(3)到加速度大小等于b时质点沿圆周运行的圈数。分析:由质点在自然坐标系下的运动学方程tss,求导可求出质点的运动速率dtdsv,因而,dtdva,2nva,00naaan,22naaa,当ba时,可求出t,代入运动学方程tss,可求得ba时质点运动的路程,Rs2即为质点运动的圈数。解:(1)速率:0dsvvbtdt,且dvbdt加速度:2200000()vbtdvvanbndtR则大小:222220()nvbtaaabR……………………①方向:bRbtv20tan(2)当a=b时,由①可得:0vtb(3)当a=b时,0vtb,代入201,2svtbt可得:202vsb则运行的圈数2024vsNRbR1-6.一枚从地面发射的火箭以220ms的加速度竖直上升0.5min后,燃料用完,于是像一个自由质点一样运动,略去空气阻力,试求(1)火箭达到的最大高度;(2)它从离开地面到再回到地面所经过的总时间。分析:分段求解:st300时,220sma,求出v、a;t>30s时,ga。求出2()vt、2()xt。当02v时,求出t、x,根据题意取舍。再根据0x,求出总时间。解:(1)以地面为坐标原点,竖直向上为x轴正方向建立一维坐标系,且在坐标原点时,t=0s,且0.5min=30s则:当0≤t≤30s,由xxdvadt,得200,20(/)xtvxxxadtdvams,20(/),30()xvtmsts时,1600(/)vms由xdxvdt,得13000xxvdtdx,则:19000()xm当火箭未落地,且t>30s,又有:21222230,9.8(/)xtvxxxvadtdvams,则:28949.8(/)xvtms且:1230txxxvdtdx,则:24.989413410()xttm…①当20xv,即91.2()ts时,由①得,max27.4xkm(2)由(1)式,可知,当0x时,166()ts,t≈16(s)<30(s)(舍去)1-7.物体以初速度120ms被抛出,抛射仰角60°,略去空气阻力,问(1)物体开始运动后的1.5s末,运动方向与水平方向的夹角是多少?2.5s末的夹角又是多少?(2)物体抛出后经过多少时间,运动方向才与水平成45°角?这时物体的高度是多少?(3)在物体轨迹最高点处的曲率半径有多大?(4)在物体落地点处,轨迹的曲率半径有多大?分析:(1)建立坐标系,写出初速度0v,求出()vt、tan,代入t求解。(2)由(1)中的tan关系,求出时间t;再根据y方向的运动特征写出ty,代入t求y。(3)物体轨迹最高点处,0yv,且加速度2nvaag,求出。(4)由对称性,落地点与抛射点的曲率相同2cosvgan,求出。解:以水平向右为x轴正向,竖直向上为y轴正向建立二维坐标系(1)初速度00020cos6020sin6010103(/)vijijms,且加速度29.8(/),ajms则任一时刻:10(1039.8)(/)vitjms………………①与水平方向夹角有1039.8tan10t……………………………②当t=1.5(s)时,tan0.262,1441'当t=2.5(s)时,tan0.718,3541'(2)此时tan1,由②得t=0.75(s)高度22111030.759.80.7510.23()22yoyvtgtm(3)在最高处,210(/),10(/),nvvimsvmsag,则:210.2()vmg(4)由对称性,落地点的曲率与抛射点的曲率相同。由图1-7可知:coscosxnvaaggv2104.9(/)20gms240082()4.9nvma1-8.应以多大的水平速度v把一物体从高h处抛出,才能使它在水平方向的射程为h的n倍?分析:若水平射程hnvt,由gth21消去t,即得hv。解:设从抛出到落地需要时间t则,从水平方向考虑vthn,即从竖直方向考虑21,2hgt消去t,则有:22nvgh1-9.汽车在半径为400m的圆弧弯道上减速行驶,设在某一时刻,汽车的速率为-110ms,切向加速度的大小为-20.2ms。求汽车的法向加速度和总加速度的大小和方向。分析:由某一位置的、v求出法向加速度na,再根据已知切向加速度a求出a的大小和方向。解:法向加速度的大小222100.25(/),400nvams方向指向圆心总加速度的大小222220.20.250.32(/)naaams如图1-9,tan0.8,3840',naa则总加速度与速度夹角9012840'1-10.质点在重力场中作斜上抛运动,初速度的大小为0v,与水平方向成角.求质点到达抛出点的同一高度时的切向加速度,法向加速度以及该时刻质点所在处轨迹的曲率半径(忽略空气阻力).已知法向加速度与轨迹曲率半径之间的关系为2/nav。分析:运动过程中,质点的总加速度ag。由于无阻力作用,所以回落到抛出点高度时质点的速度大小0vv,其方向与水平线夹角也是。可求出na,如图1-10。再根据关系2/nav求解。解:切向加速度agasin法向加速度agancos因cos2022gaannvvv1-11.火车从A地由静止开始沿着平直轨道驶向B地,A,B两地相距为S。火车先以加速度a1gtavna0v图1-10作匀加速运动,当速度达到v后再匀速行驶一段时间,然后刹车,并以加速度大小为a2作匀减速行驶,使之刚好停在B地。求火车行驶的时间。分析:做v-t图,直线斜率为加速度,直线包围面积为路程S。解:由题意,做v-t图(图1-11)则梯形面积为S,下底为经过的时间t,12tan,tanaa则:(cotcot)2vSttvv则:12111()2Stvvaa1-12.一小球从离地面高为H的A点处自由下落,当它下落了距离h时,与一个斜面发生碰撞,并以原速率水平弹出,问h为多大时,小球弹的最远?分析:先求出小球落到A点的小球速度,再由A点下落的距离求出下落时间,根据此时间写出小球弹射距离l,最后由极植条件求出h。解:如图1-12,当小球到达A点时,有22vgh则速度大小:2vgh,设从A点落地的时间为t,则有212Hhgt,则2()Hhtg小球弹射的距离,22()2lvtHhhhHh则当12hH时,l有最大值。1-13.离水面高为h的岸上有人用绳索拉船靠岸,人以恒定速率v0拉绳子,求当船离岸的距离为s时,船的速度和加速度的大小。分析:收绳子速度和船速是两个不同的概念。小船速度的方向为水平方向,由沿绳的分量与垂直绳的分量合成,沿绳方向的收绳的速率恒为0v。可以由0v求出船速v和垂直绳的分量1v。再根据21nva关系,以及na与a关系求解a。解:如图1-13,20vv船速2secvv当船离岸的距离为s时,220012,tanvhshvvvvss则,22112222cosnvvsaaashsh即:2203vhas1-14.A船以-130kmh的速度向东航行,B船以-145kmh的速度向正北航行,求A船上的人观察到的B船的速度和航向。分析:关于相对运动,必须明确研究对象和参考系。同时要明确速度是相对哪个参照系而言。画出速度矢量关系图求解。解:如图1-14,30(/),45(/)ABvikmhvjkmhB船相对于A船的速度4530(/)BABAvvvjikmh则速度大小:2254.1(/)BABAvvvkmh方向:arctan56.3BAvv,既西偏北56.31-15.一个人骑车以-118kmh的速率自东向西行进时,看见雨滴垂直落下,当他的速率增加至-136kmh时,看见雨滴与他前进的方向成120°角下落,求雨滴对地的速度。分析:相对运动问题,雨对地的速度不变,画速度矢量图由几何关系求解。解:如图1-15,rv为雨对地的速度,12,ppvv分别为第一次,第二次人对地的速度,12,rprpvv分别为第一次,第二次雨对人的速度120由三角形全等的知识,可知:18012060三角形ABC为正三角形,则:236(/)rpvvkmh,方向竖直向下偏西30。1-16如题图1-16所示,一汽车在雨中以速率1v沿直线行驶,下落雨滴的速度方向偏于竖直方向向车后方角,速率为2v,若车后有一长方形物体,问车速为多大时,此物体刚好不会被雨水淋湿?分析:相对运动问题,画矢量关系图,由几何关系可解。解:如图1-16(a),车中物体与车蓬之间的夹角arctanlh若>,无论车速多大,物体均不会被雨水淋湿若<,则图1-16(b)则有||||||vBCACAB车=sinsincostansinvvvv雨雨雨雨对车又2vv雨则:2cos(sin)lvvh车
本文标题:新编物理基础学王少杰(上、(下册))课后习题答案
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