大学物理-力学练习 12页

质点力学1.一质点沿直线运动，运动方程为。试求：（1）第内位移和平均速度；（2）末及末的瞬时速度，第内的路程；（3）末的瞬时加速度和第内的平均加速度。2．一个正在沿直线行驶的汽船，关闭发动机后，由于阻力作用，得到一个与速度反向、大小与船速平方成正比的加速度，即，k为常数．关闭发动机的时刻作为计时起点，且关闭时船的速度大小为，试求：（1）t时刻的速度大小；（2）在时间t内，船行驶的距离。3.质量为的物体，最初静止于，在力(k为常数)作用下沿直线运动。求物体在处的速度大小。4.一质量为的小球以速率从地面开始竖直向上运动。在运动过程中，小球所受空气阻力大小与速率成正比，比例系数为。求：（1）小球速率随时间的变化关系；（2）小球上升到最大高度所花的时间。\n5.光滑的水平桌面上放置一固定的圆环带，半径为。一物体帖着环带内侧运动，物体与环带间的滑动摩擦因数为。将物体经过环带内侧的点的时刻作为计时起点，且一直此时刻物体的速率为。求时刻物体的速率；以及从A点开始所经过的路程。6.用棒打击质量，速率等于的水平飞来的球，球竖直向上飞到击球点上方的高度。求棒给予球的冲量多大？设球与棒的接触时间为，求球受到的平均冲力？（忽略球所受到的空气阻力。）7.在实验室内观察到相距很远的一个质子（质量为）和一个氦核（质量为4）沿一直线相向运动，速率都是，求两者能达到的最近距离。8.如图所示，有一个在竖直平面上摆动的单摆。问：（1）摆球对悬挂点的角动量守恒吗？（2）求出t时刻小球对悬挂点的角动量的方向，对于不同的时刻，角动量的方向会改变吗？（3）计算摆球在θ角时对悬挂点角动量的变化率。lθm9.证明行星在轨道上运动的总能量为。式中和分别为太阳和行星的质量，和分别为太阳和行星轨道的近日点和远日点的距离。\n刚体力学10.一半圆形细杆，半径为R，质量为M，求对过细杆二端AA`轴的转动惯量。θAA`R11.如图所示，在质量为M，半径为R的匀质圆盘上挖出半径为r的两个圆孔。圆孔中心在圆盘半径的中点。求剩余部分对大圆盘中心且与盘面垂直的轴线的转动惯量。OrRr12.飞轮质量m=60kg，半径R=0.25m，绕水平中心轴O转动，转速900r·min-1。现用一制动用的轻质闸瓦，在杆一端加竖直方向的制动力，可使飞轮减速。闸杆尺寸如图所示，闸瓦与飞轮之间的摩擦因数μ=0.4，飞轮的转动惯量可按匀质圆盘计算。（1）设F=100N，问可使飞轮在多长时间内停止转动？这段时间飞轮转了多少转？（2）若要在2s内使飞轮转速减为一半，需加多大的制动力？O0.50F0.75\n13.质量为m，半径为R的均匀圆盘在水平面上绕中心轴转动，如图所示。盘与水平面的摩擦因数为μ，圆盘从初角速度为ω0到停止转动，共转了多少圈？Rω0O14.一个轻质弹簧的倔强系数为k=2.0N·m-1，它的一端固定，另一端通过一条细线绕过定滑轮和一个质量为m1=80g的物体相连，如图所示。定滑轮可看作均匀圆盘，它的半径为r=0.05m，质量为m=100g。先用手托住物体m1，使弹簧处于其自然长度，然后松手。求物体m1下降h=0.5m时的速度多大？忽略滑轮轴上的摩擦，并认为绳在滑轮边上不打滑。m1m1mhr15.均质圆轮A的质量为M1，半径为R1，以角速度ω绕OA杆的A端转动，此时，将其放置在另一质量为M2的均质圆轮B上，B轮的半径为R2。B轮原来静止，但可绕其几何中心轴自由转动。放置后，A轮的重量由B轮支持。略去轴承的摩擦与杆OA的重量，并设两轮间的摩擦因素为μ，问自A轮放在B轮上到两轮间OAR1R2B没有相对滑动为止，需要经过多长时间？\nab16.均质矩形薄板绕竖直边转动，初始角速度为ω0，转动时受到空气的阻力。阻力垂直于板面，每一小面积所受阻力的大小与其面积及速度的平方的乘积成正比，比例常数为k。试计算经过多少时间，薄板角速度减为原来的一半。设薄板竖直边长为b，宽为a，薄板质量为m。17.一个质量为M，半径为R并以角速度ω旋转的飞轮（可看作匀质圆盘），在某一瞬间突然有一片质量为m的碎片从轮的边缘上飞出，如图所示。假定碎片脱离飞轮时的瞬时速度方向正好竖直向上，忽略空气阻力及一切可能的摩擦。（1）问它能上升多高？ωR（2）求余下部分的角速度、角动量和转动动能。\n机械振动18.一物体沿x轴做简谐振动，振幅A=0.12m，周期T=2s。当t=0时，物体的位移x=0.06m，且向x轴正向运动。求：（1）此简谐振动的表达式；（2）t=T/4时物体的位置、速度和加速度；（3）物体从x=-0.06m，向x轴负方向运动第一次回到平衡位置所需的时间。19.已知一简谐振子的振动曲线如图所示，试由图求：（1）a，b，c，d，e各点的位相，及到达这些状态的时刻t各是多少？已知周期为T；OtxabcdeA/2A（2）振动表达式；（3）画出旋转矢量图。20.有一弹簧，当其下端挂一质量为M的物体时，伸长量为9.8×10-2m。若使物体上下振动，且规定向下为正方向。（1）t=0时物体在平衡位置上方8.0×10-2m处，由静止开始向下运动，求运动方程；（2）t=0时，物体在平衡位置并以0.60m·s-1速度向上运动，求运动方程。\n21.如图所示，质量为10g的子弹以速度v=103m·s-1水平射入木块，并陷入木块中，使弹簧压缩而作简谐振动。设弹簧的倔强系数k=8×103N·m-1，木块的质量为4.99kg，不计桌面摩擦，试求：kMmv（1）振动的振幅；（2）振动方程。22.装置如图所示，轻弹簧一端固定，另一端与物体m间用细绳相连，细绳跨于桌边定滑轮M上，m悬于细绳下端。已知弹簧的倔强系数为k=50N·m-1，滑轮的转动惯量J=0.02kg·m2，半径R=0.2m，物体质量为m=1.5kg，取g=10m·s-2。（1）试求这一系统静止时弹簧的伸长量和绳的张力；（2）将物体m用手托起0.15m，再突然放手，任物体m下落而整个系统进入振动状态。设绳子长度一定，绳子与滑轮间不打滑，滑轮轴承无摩擦，试证物体m是做简谐振动；（3）确定物体m的振动周期；（4）取物体m的平衡位置为原点，OX轴竖直向下，设振物体m相对于平衡位置的MkT1T2RmmgXO位移为x，写出振动方程。\n23.一匀质细圆环质量为m，半径为R，绕通过环上一点而与环平面垂直的水平光滑轴在铅垂面内作小幅度摆动，求摆动的周期。CRmgθO24.两个频率和振幅都相同的简谐振动的x-t曲线如图所示，求：（1）两个简谐振动的位相差；t/sx/cm501234-5x1x2（2）两个简谐振动的合成振动的振动方程。25.已知两个同方向简谐振动如下：，。（1）求它们的合成振动的振幅和初位相；（2）另有一同方向简谐振动x3=0.07cos(10t+φ)，问φ为何值时，x1+x3的振幅为最大？φ为何值时，x2+x3的振幅为最小？（3）用旋转矢量图示法表示（1）和（2）两种情况下的结果．x以米计，t以秒计。\n机械波26.已知一波的波动方程为y=5×10-2sin(10πt–0.6x)(m)。（1）求波长、频率、波速及传播方向；（2）说明x=0对应的波动方程的意义，并作图表示。t/sy/cm500.10.20.327.一平面简谐波在媒质中以速度为u=0.2m·s-1沿x轴正向传播，已知波线上A点（xA=0.05m）的振动方程为(m)。试求：（1）简谐波的波动方程；（2）x=-0.05m处质点P处的振动方程。28.已知平面波波源的振动表达式为(m)。求距波源5m处质点的振动方程和该质点与波源的位相差。设波速为2m·s-1。\n29.有一沿x轴正向传播的平面波，其波速为u=1m·s-1，波长λ=0.04m，振幅A=0.03m。若以坐标原点恰在平衡位置而向负方向运动时作为开始时刻，试求：（1）此平面波的波动方程；（2）与波源相距x=0.01m处质点的振动方程，该点初相是多少？30.一列简谐波沿x轴正向传播，在t1=0s，t2=0.25s时刻的波形如图所示。试求：（1）P点的振动表达式；x/my/m0.2Ot1=00.45t2=0.25P（2）波动方程；（3）画出O点的振动曲线。31.如图所示为一列沿x负向传播的平面谐波在t=T/4时的波形图，振幅A、波长λ以及周期T均已知。（1）写出该波的波动方程；（2）画出x=λ/2处质点的振动曲线；（3）图中波线上a和b两点的位相差φa–φb为多少？xyAObau\n32.在波的传播路程上有A和B两点，都做简谐振动，B点的位相比A点落后π/6，已知A和B之间的距离为2.0cm，振动周期为2.0s。求波速u和波长λ。33.一平面波在介质中以速度u=20m·s-1沿x轴负方向传播。已知在传播路径上的某点A的振动方程为y=3cos4πt。（1）如以A点为坐标原点，写出波动方程；（2）如以距A点5m处的B点为坐标原点，写出波动方程；x5mABCD8m9m（3）写出传播方向上B，C，D点的振动方程。34.一弹性波在媒质中传播的速度u=1×103m·s-1，振幅A=1.0×10-4m，频率ν=103Hz。若该媒质的密度为800kg·m-3，求：（1）该波的平均能流密度；（2）1分钟内垂直通过面积S=4×10-4m2的总能量。35.一平面简谐声波在空气中传播，波速u=340m·s-1，频率为500Hz。到达人耳时，振幅A=1×10-4cm，试求人耳接收到声波的平均能量密度和声强？此时声强相当于多少分贝？已知空气密度ρ=1.29kg·m-3。\n36．S1与S2为两相干波源，相距1/4个波长，S1比S2的位相超前π/2。问S1、S2连线上在S1外侧各点的合成波的振幅如何？在S2外侧各点的振幅如何？xS1xS2λ/4x37.两相干波源S1与S2相距5m，其振幅相等，频率都是100Hz，位相差为π；波在媒质中的传播速度为400m·s-1，试以S1S2连线为坐标轴x，以S1S2连线中点为原点，求S1S2xS1xS2Ol间因干涉而静止的各点的坐标。38.设入射波的表达式为，在x=0处发生反射，反射点为一自由端，求：（1）反射波的表达式；（2）合成驻波的表达式。39.两波在一很长的弦线上传播，设其表达式为：，，用厘米、克、秒（cm,g,s）作单位，求：（1）各波的频率，波长、波速；（2）节点的位置；（3）在哪些位置上，振幅最大？