《普通物理学力学第二版课后习题答案(全).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《普通物理学力学第二版课后习题答案(全).doc（172页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第一章 物理学和力学1.2中学所学习的匀变速直线运动公式为 各量单位为时间：s（秒），长度：m（米），若改为以h（小时）和km（公里）作为时间和长度的单位，上述公式如何？若仅时间单位改为h，如何？若仅单位改为km/h，又如何？解答，（1）由量纲，改为以h（小时）和km（公里）作为时间和长度的单位时，利用计算得：利用计算得（2）. 仅时间单位改为h由量纲，得若仅时间单位改为h，得：验证一下:利用计算得：利用计算得：（3）. 若仅单位改为km/h由量纲,得仅单位改为km/h，因长度和时间的单位不变，将km/h换成m/s得验证一下:利用计算得：利用计算得：1.3设汽车行驶时所受阻力f与汽车的横截面积
2、S成正比，且与速率v之平方成正比。若采用国际单位制，试写出f、S和的关系式；比例系数的单位如何？其物理意义是什么？解答，物理意义：体密度。1.4某科研成果得出其中表示某些物体的质量，为纯数即量纲1，你能否初步根据量纲判断此成果有误否？解答，可以看出式子两边的量纲为1。根据量纲判断此成果无误。第二章 质点运动学（习题）2.1.1质点的运动学方程为求质点轨迹并用图表示。解，.轨迹方程为y=5消去时间参量t得： 2.1.2质点运动学方程为，（1）. 求质点的轨迹；（2）.求自t=-1至t=1质点的位移。解，消去t得轨迹：xy=1,z=2,2.1.3质点运动学方程为，（1）. 求质点的轨迹；（2）.求
3、自t=0至t=1质点的位移。解，.消去t得轨迹方程2.2.1雷达站于某瞬时测得飞机位置为，0.75s后测得均在铅直平面内。求飞机瞬时速率的近似值和飞行方向（角）。解，代入数值得：利用正弦定理可解出2.2.2一小圆柱体沿抛物线轨道运动，抛物线轨道为（长度mm）。第一次观察到圆柱体在x=249mm处，经过时间2ms后圆柱体移到x=234mm处。求圆柱体瞬时速度的近似值。解，2.2.3一人在北京音乐厅内听音乐，离演奏者17m。另一人在广州听同一演奏的转播，广州离北京2320km，收听者离收音机2m，问谁先听到声音？声速为340m/s,电磁波传播的速度为。解，在广州的人先听到声音。2.2.4如果不允许
4、你去航空公司问讯处，问你乘波音747飞机自北京不着陆飞行到巴黎，你能否估计大约用多少时间？如果能，试估计一下（自己找所需数据）。解，2.2.5火车进入弯道时减速，最初列车向正北以90km/h速率行驶，3min后以70km/h速率向北偏西方向行驶。求列车的平均加速度。解，2.2.6（1）R为正常数。求t=0,/2时的速度和加速度。（2）求t=0,1时的速度和加速度（写出正交分解式）。解：（1）当t=0时，当t=/2时，（2）当t=0时，当t=1时，2.3.1图中a、b和c表示质点沿直线运动三种不同情况下的x-t图，试说明三种运动的特点（即速度，计时起点时质点的坐标，位于坐标原点的时刻）。解，a
5、直线的斜率为速度b直线的斜率为速度c 直线的斜率为速度2.3.2质点直线运动的运动学方程为x=acost, a为正常数。求质点速度和加速度并讨论运动特点（有无周期性，运动范围，速度变化情况等）。解，质点受力，是线性恢复力，质点做简谐振动，振幅为a，运动范围在，速度具有周期性。2.3.3跳伞运动员的速度为v铅直向下，、q为正常量。求其加速度。讨论当时间足够长时（即t），速度和加速度的变化趋势。解，2.3.4直线运动的高速列车在电子计算机控制下减速进站。列车原行驶速度为，其速度变化规律如图所示。求列车行驶至x=1.5km时加速度的大小。解，当x=1.5km时，2.3.5在水平桌面上放置A、B两物体
6、，用一不可伸长的绳索按图示的装置把它们连接起来。C点与桌面固定。已知物体A的加速度，求物体B的加速度。解，以C为坐标原点，建立一维坐标系o-x。设绳的总长度为，B的坐标为，A的坐标为，则得两端对t求导2.3.6质点沿直线的运动学方程为。（1）将坐标原点沿ox轴正方向移动2m，运动学方程如何？初速度有无变化？（2）将计时起点前移1s，运动学方程如何？初始坐标和初始速度都发生怎样的变化？加速度变不变？解，（1），代入上式得： 初速度不变。（2）代入上式得：初坐标由0变为-7m.,初速度由10m/s变为4m/s.加速度不变，都是.以下四题用积分2.4.1质点由坐标原点出发时开始计时，沿x轴运动，其加
7、速度，求在下列两种情况下质点的运动学方程、出发后6s时质点的位置、在此期间所走过的位移及路程：（1）初速度；（2）初速度的大小为9cm/s,方向与加速度方向相反。解，（1），当t=6s时，,质点运动的路程：(2) ,当t=6s时，,质点运动的路程如图，质点运动的路程：2.4.2质点直线运动瞬时速度的变化规律为求至时间内的位移。解，2.4.3一质点作直线运动，其瞬时加速度的变化规律为在t=0时，其中均为正常数，求此质点的运动学方程。解，2.4.4飞机着陆时为尽快停止采用降落伞制动。刚着陆时，t=0时速度为且坐标为x=0.假设其加速度为，b=常量，求此质点的运动学方程。解，解以下四题中匀变速直线运
8、动时应明确写出所选的坐标系、计时起点和初始条件。2.4.5在195m长的坡道上，一人骑自行车以18km/h的速度和-20cm/s2的加速度上坡，另一自行车同时以5.4km/h的初速度和0.2m/s2的加速度下坡。问（1）经过多长时间两人相遇；（2）两人相遇时，各走过多少路程。解，建立坐标系o-x,原点为质点1的初始位置。对上坡的质点1:t=0,v10=5m/s, x10=0, a1=-0.2m/s2,对下坡的质点2:t=0,v20=-1.5m/s,x20=195m, a2=-0.2m/s2,相遇时，x1=x2,所需时间设为t，则质点1的速度表达式为：，所以质点1的路程为两段路程之和，如图所式。
9、前25s的路程：后5s的路程：质点2的路程：195-62.5+2.5=135(m)2.4.6站台上送行的人，在火车开动时站在第一节车厢的最前面。火车开动后经过t=24s，第一节车厢的末尾从此人的面前通过。问第七节车厢驶过他面前需要多长时间？火车作匀加速运动。解，设火车第六节末尾经过此人的时间为t6，火车第七节末尾经过此人的时间为t7，2.4.7在同一铅直线上相隔h的两点以同样的速率v0上抛二石子，但在高处的石子早t0秒被抛出。求此二石子何时何处相遇。解，解出t得：，将t代入，得2.4.8电梯以1.0m/s的匀速率下降，小孩在电梯中跳离地板0.50m高，问当小孩再次落到地板上时，电梯下降了多长距
10、离？解，建立基本坐标系o-x,原点固结在地面上，建立运动坐标系原点固结在电梯的地板。小孩相对运动参照系（电梯）跳起到落回地板所需时间设为t，则解出td得，这段时间电梯下降的距离为,2.5.1质点在o-xy平面内运动，其加速度为位置和速度的初始条件为t=0时，求质点的运动学方程并画出轨迹（本题用积分）。解，由得 初始条件：t=0时,v0x=0,v0y=1,x0=1,y0=0,轨道方程：2.5.2在同竖直值面内的同一水平线上A、B两点分别以300、600为发射角同时抛出两小球欲使两小球相遇时都在自己的轨道的最高点，求A、B两点的距离。已知小球在A点的发射速率解，2.5.3迫击炮弹的发射角为600,
11、发射速率150m/s.炮弹击中倾角300的山坡上的目标，发射点正在山脚。求弹着点到发射点的距离OA.解，由几何关系：将(2)、(3)式代入(1)式2.5.4轰炸机沿与铅直方向成俯冲时，在763m高度投放炸弹，炸弹离开飞机5.0s时击中目标。不计空气阻力。（1）轰炸机的速率是多少？（2）炸弹在飞行中经过的水平距离是多少？（3）炸弹击中目标前一瞬间的速度沿水平和铅直方向的分量是多少？解，以投放炸弹处为坐标原点（1）（2）（3）2.5.5雷达观测员正在监视一越来越近的抛射体，在某一时刻，靠他得到这样的信息：（1）抛射体达到最大高度且以速率v沿水平方向运动；（2）观察者到抛射体的直线距离为；（3）观测
12、员观察抛体的视线与水平方向成角。问：（1）抛射体命中点到观察者的距离D等于多少？（2）何种情况下抛体飞越观察者的头顶以后才击中目标？何种情况下抛体在未达到观测员以前就命中目标？解，（1），命中点，观测者抛射体命中点到观察者的距离（2）当，飞越观察者的头顶击中目标，即当，抛体在未达到观测员以前就命中目标，即2.6.1列车在圆弧形轨道上自东转向北行驶，在我们所讨论的时间范围内，其运动学方程为（长度：m时间：s）。t=0时，列车在图中o点，此圆弧形轨道的半径r=1500m.求列车驶过o点以后前进至1200m处的速率及加速度。解，采用自然坐标系，o为自然坐标系的原点。由得，当s=1200m时，由得（舍
13、去）因为当t=60时，当，即列车驶过o点以后前进至1200m处的速率为40m/s.过o点以后前进至1200m处的加速度：可以算出与的夹角为1520。2.6.2火车以200km/h的速度驶入圆弧形轨道，其半径为300m。司机一进入圆弧形轨道立即减速，减速度为2g。求火车在何处的加速度最大？最大加速度是多少？解，由上式可见t=0时（刚进入圆弧形轨道时），a最大。代入数值得2.6.3斗车在位于铅直平面内上下起伏的轨道运动。当斗车达到图中所示位置时，轨道曲率半径为150m，斗车速率为50km/h,切向加速度a=0.4g.求斗车的加速度。解，加速度与水平方向的夹角2.8.1飞机在某高度的水平面上飞行。机
14、身的方向是自东北向西南，与正西夹150角，风以100km/h的速率自西南向东北方向吹来，与正南夹450角，结果飞机向正西方向运动。求飞机相对于风的速度及相对地面的速度。解，基本参照系：地面运动参照系：风研究对象：飞机绝对速度：，相对速度：，牵连速度：=+（1）（2）2.8.2飞机在静止空气中的飞行速率是235km/h，它朝正北的方向飞行，使整个飞行的时间内都保持在一条南北向的公路上空。地面观察者利用通讯设备告诉驾驶员正在刮着速率等于70km/h的风，但飞机仍能以235km/h的速率沿公路方向飞行。（1）风的方向是怎样的？（2）飞机的头部指向哪个方向？也就是说，飞机的轴线和公路成怎样的角度？解，
15、基本参照系：地面运动参照系：风研究对象：飞机绝对速度：，相对速度：，牵连速度：=+2.8.3一辆卡车在平直路面上以恒定速率30m/s行驶，在此车上射出一抛体，要求在车前进60m时，抛体仍落回到车上原抛出点，问抛体射出时相对于卡车的初速度的大小和方向，空气阻力不计。解，以卡车为参照系，以起抛点为坐标原点，建立直角坐标系o-xy,如图所示。以抛出时刻为计时起点。得：由已知，代入表明：抛射体相对卡车以9.8m/s的速率竖直上抛时，当卡车前进了60m，抛体落回抛射点。2.8.4河的两岸互相平行，一船由A点朝与岸垂直的方向匀速行驶，经10min到达对岸的C点。若船从A点出发仍按第一次渡河速率不变但垂直地
16、到达彼岸B点，需要12.5min。已知BC=120m.求（1）河宽，（2）第二次渡河时船的速率u，（3）水流速度v解，第一次第二次由（1）式得由（3）（5）得由（2）（4）得由（1）式2.8.5圆弧公路与沿半径方向的东西向公路相交如图。某瞬时汽车甲向东以20km/h的速率行驶；汽车乙在的位置向东北方向以速率20km/h行驶。求此瞬时甲车相对乙车的速度。解，基本参照系：地面运动参照系：乙车研究对象：甲车。(东偏南)第二章 质点运动学思考题2.1质点位置矢量方向不变，质点是否作直线运动？质点沿直线运动，其位置矢量是否一定方向不变？解答：质点位置矢量方向不变，质点沿直线运动。质点沿直线运动，质点位置
17、矢量方向不一定不变。如图所示。2.2若质点的速度矢量的方向不变仅大小改变，质点作何种运动？速度矢量的大小不变而方向改变作何种运动？解答：质点的速度矢量的方向不变仅大小改变，质点作变速率直线运动；速度矢量的大小不变而方向改变作匀速率曲线运动。2.3“瞬时速度就是很短时间内的平均速度”这一说法是否正确？如何正确表述瞬时速度的定义？我们是否能按照瞬时速度的定义通过实验测量瞬时速度？解答：“瞬时速度就是很短时间内的平均速度”这一说法不正确。因为瞬时速度与一定的时刻相对应。瞬时速度的定义是质点在t时刻的瞬时速度等于t至t+t时间内平均速度，当t0时的极限，即。很难直接测量，在技术上常常用很短时间内的平均
18、速度近似地表示瞬时速度，随着技术的进步，测量可以达到很高的精确度。2.4试就质点直线运动论证：加速度与速度同号时，质点作加速运动；加速度与速度反号时，作减速运动。是否可能存在这样的直线运动，质点速度逐渐增加但加速度却在减小？解答：加速度与速度同号时，就是说以为例，速度为正表示速度的方向与x轴正向相同，加速度为正表示速度的增量为正，时刻的速度大于t时刻的速度，质点作加速运动。同理可说明质点作加速运动。质点在作直线运动中速度逐渐增加但加速度却在减小是可能存在的。例如初速度为，加速度为，速度为，速度逐渐增加。2.5设质点直线运动时瞬时加速度常量，试证明在任意相等的时间间隔内的平均加速度相等。解答：平
19、均加速度由瞬时加速度得，常量，即为常量。2.6在参照系一定的条件下，质点运动的初始条件的具体形式是否与计时起点和坐标系的选择有关？解答：有关。例子，以地面为参照系，研究物体的自由下落。2.7中学时曾学过，这几个匀变速直线运动的公式，你能否指出在怎样的初始条件下，可得出这几个公式。解答：2.8试画出匀变速直线运动公式（2.3.7）和（2.3.9）的图和图。解答：（1）（2）2.9对于抛体运动，就发射角为这几种情况说明它们各代表何种运动。解答：下斜抛；平抛；竖直上下抛。2.10抛体运动的轨迹如图所示，试在图中用矢量表示它在A、B、C、D、E各点处的速度和加速度。解答：2.11质点作上斜抛运动时，在
20、何处的速率最大，在何处的速率最小？解答：求极值，时，有极小值，即最高点处速率最小。（O、A处速率最大）2.12试画出斜抛运动的速率时间曲线。解答：2.13在利用自然坐标研究曲线运动时，三个符号的含义有什么不同？解答：为速度在切线单位矢量的投影，它不同于速率v，有正负，。表示的是速度，沿切线方向，有大小和方向。2.14质点沿圆周运动，自A点起，从静止开始作加速运动，经B点到C点；从C点开始作匀速圆周运动，经D点直到E点；自E点以后作减速运动，经F点又到A点时速度变成零。用矢量表示出质点在A、B、C、D、E、F各点的法向加速度和切向加速度的方向。解答：2.15什么是伽利略变换？它所包含的时空观有何
21、特点？解答：伽利略变换时空观特点同时性；等时性；等长性。相对论中的洛伦兹变换：当该变换回到伽利略变换。时空观特点同时的相对性；运动的杆缩短；运动的时钟变慢。第三章 动量定理及动量守恒定律（习题）3.5.1质量为2kg的质点的运动学方程为(t为时间，单位为s；长度单位为m).求证质点受恒力而运动，并求力的方向大小。解，（恒量）3.5.2质量为m的质点在oxy平面内运动，质点的运动学方程为为正常数，证明作用于质点的合力总指向原点。解，3.5.3在脱粒机中往往装有振动鱼鳞筛，一方面由筛孔漏出谷粒，一方面逐出秸杆，筛面微微倾斜，是为了从较底的一边将秸杆逐出，因角度很小，可近似看作水平，筛面与谷粒发生相
22、对运动才可能将谷粒筛出，若谷粒与筛面静摩擦系数为0.4，问筛沿水平方向的加速度至少多大才能使谷物和筛面发生相对运动。解答，以谷筛为参照系，发生相对运动的条件是最小值为以地面为参照系：解答，静摩擦力使谷粒产生最大加速度为发生相对运动的条件是筛的加速度，最小值为3.5.4桌面上叠放着两块木板，质量各为如图所示。和桌面间的摩擦系数为，和间的静摩擦系数为。问沿水平方向用多大的力才能把下面的木板抽出来。解，对于：对于：和发生相对运动的条件是：3.5.5质量为的斜面可在光滑的水平面上滑动，斜面倾角为，质量为的运动员与斜面之间亦无摩擦，求运动员相对斜面的加速度及其对斜面的压力。解，隔离体：对于： 对于： 联
23、立求解：， 3.5.6在图示的装置中两物体的质量各为。物体之间及物体与桌面间的摩擦系数都为。求在力的作用下两物体的加速度及绳内张力。不计滑轮和绳的质量及轴承摩擦,绳不可伸长。解，对于：对于：解方程得：3.5.7在图示的装置中，物体A、B、C的质量各为且两两不等。若物体A、B与桌面间的摩擦系数均为。求三个物体的加速度及绳内张力。不计滑轮和绳的质量及轴承摩擦,绳不可伸长。解，由（1）、（2）得：由（3）得：（5）代入（6）：3.5.8天平左端挂一定滑轮，一轻绳跨过定滑轮，绳的两端分别系上质量为的物体，天平右端的托盘内放有砝码，问天平托盘和砝码共重若干，才能保持天平平衡？不计滑轮和绳的质量及轴承摩擦
24、,绳不可伸长。解，（1），（2）解方程得：3.5.9跳伞运动员初张伞时的速度为，阻力大小与速度平方成正比：，人伞总质量为m。求的函数。提示：积分时可利用式解， 设，上式写成积分， ，代入，,3.5.10一巨石与斜面因地震而分裂，脱离斜面下滑至水平石面之速度为，求在水平面上巨石速度与时间的关系，摩擦系数为（注：不必求v作为t的显函数）。解， ， ，积分，代入3.5.11棒球的质量为0.14kg，用棒击棒球的力随时间的变化如图所示。设棒球被击前后速度增量大小为70m/s，求力的最大值。打击时，不计重力。解，0-0.05s阶段： ，0.050.08s阶段：，3.5.12沿铅直向上发射玩具火箭的推力随
25、时间变化如图所示。火箭质量为2kg，t=0时处于静止，求火箭发射后的最大速率和最大高度（注意，推力重力时才起作用）。解，以地面为参照系，因推力重力时才起作用，所以， 由动力学方程 ，积分得，速率的最大值为t=20s的速率 当速度达到最大时即t=20s,从此时开始火箭失去推力，开始自由上抛，速率为零时达到最高点。3.5.13抛物线形弯管的表面光滑，绕铅直轴以匀角速率转动，抛物线方程为a为正常数。小环套于弯管上。（1）弯管角速度多大，小环可在管上任意位置相对弯管静止？（2）若为圆形光滑弯管，情况如何？ 解，（1）设弯管转动角速度为时，小环可在管上任意位置相对弯管静止。小环作匀速圆周运动时满足的关系
26、式为：小球在竖直方向上满足的关系式为：由（1）、（2）式得：再由抛物线方程得由（3）、（4）得。（2）同上：得由圆的方程由（3）、（4）得，3.5.14北京设有供实验用高速列车环形铁路，回转半径为9km。将要建设的京沪列车时速250km/h,若在环路上作次项列车实验且欲铁路不受侧压力，外轨应比内轨高多少？设轨距1.435m.解， ， 3.5.15汽车质量为1.210kN,在半径为100m的水平圆形弯道上行驶。公路内外侧倾斜150,沿公路取自然坐标，汽车运动学方程为，自t=5s开始匀速运动。问公路面作用于汽车与前进方向垂直的摩擦力是由公路内侧指向外侧还是由外侧指向内侧？解，以地面为参照系。汽车受
27、力如图，摩擦力的方向设为沿路面指向内侧。f为正，表示假设摩擦力的方向与实际的方向相同，指向内侧。3.5.16速度选择器原理如图，在平行板电容器间有匀强电场，又有与之垂直的匀强磁场，现有带电粒子以速度，进入场中。问具有何种速度的粒子方能保持沿x轴运动。此装置用于选出具有特定速度的粒子，并用量纲法则检验计算结果。解，带电粒子在磁场中受力：带电粒子在电场中受力：粒子能保持沿x轴运动的条件：。3.5.17带电粒子束经狭缝s1和s2之选择，然后进入速度选择器（习题3.5.16），其中电场强度和磁感应强度各为和，具有“合格”速度的粒子再进入与速度垂直的磁场中，并开始作圆周运动，经半周后打在荧光屏上。试证明
28、粒子质量为，r和q分别表示轨道半径和粒子电荷。该装置能检查出0.01%的质量差别，可用于分离同位素，检测杂质或污染物。解，由上题：粒子进入与速度垂直的磁场中时，根据，得（1）代入（2）3.5.18某公司欲开设太空旅馆，其设计为用32m长的绳连接质量相同的两个客舱，问两客舱围绕两舱中点转动的角速度多大，可使旅客感到和在地面上那样受重力作用，而没有“失重”的感觉。解，旅客在太空旅馆不受重力作用，使旅客感到和在地面上那样受重力作用，而没有“失重”的感觉。就是舱底版对人的支持力和人在地面上所受的重力相同。，或得3.5.203.5.21图表示哺乳动物的下颌骨。假如肌肉提供的力和均与水平方向成450,食物
29、作用于牙齿的力为，假设、和共点。求和的关系以及与的关系。解，平衡问题。3.5.22四根等长且不可伸长的轻线端点悬于水平面正方形的四个顶点处。另一端固结于一处悬挂重物，重量为W，线与铅垂线夹角为，求各线内张力。若四根均不等长，知诸线之方向余弦，能算出线内张力吗？解，（1），（2）四线均不等长，则运用平衡方程不足以确定线内张力。这种用静力学方程不足以解决的问题称静不定问题。3.6.1小车以匀加速度a沿倾角为的斜面向下运动，摆锤相对于小车保持静止，求悬线与竖直方向的夹角（分别自惯性系和非惯性系中求解）。解，（1）坐标系ox y建立在惯性系上，如图。解方程（2）坐标系建立在非惯性系上，如图。解方程3.
30、6.2升降机A内有一装置如图示。悬挂的两物体的质量各为m1,m2且m1m2，若不计绳及滑轮质量，不计轴承处的摩擦，绳不可伸长，求当升降机以加速度a（方向向下）运动时，两物体的加速度各为多少？绳内的张力是多少？解，以升降机A为参照系，建立坐标系，如图所示。受力分析如图（包括惯性力）。它们本身含有符号。解方程得：相对地面的加速度相对地面的加速度，3.6.3图示柳比莫夫摆，框架上悬挂小球，将摆移开平衡位置而后放手，小球随即摆动起来。（1）当小球摆至最高位置时，释放框架使它沿导轨自由下落，如图（a）。问框架自由下落时，摆锤相对于框架如何运动？（2）当小球摆至平衡位置时，释放框架。如图（b）。小球相对于
31、框架如何运动？小球质量比框架质量小得多。解，（1）当小球摆至最高位置时，释放框架使它沿导轨自由下落。当小球摆至最高位置时相对框架速度为零，即。，结果表明：小球开始时相对框架的速度为零，且相对框架的加速度为零，则小球相对框架静止。（2）当小球摆至平衡位置时，释放框架。此时小球相对框架的速度为，结果表明：小球的切向加速度为零，则小球相对框架作匀速直线运动。以上两种情况，实质上是小球在非惯性系中所受的合力（包括惯性力）为绳对小球的拉力T，若开始时小球具有初速度，则作匀速圆周运动，若开始静止，以后也静止。3.6.4摩托车选手在竖直放置圆筒壁内在水平面内旋转。筒内壁半径为3.0m，轮胎与壁面静摩擦系数为
32、0.6，求摩托车最小线速度（取非惯性系作）。解，取匀速转动参照系为非惯性系，摩托车和人相对非惯性系静止。3.6.5一杂技演员令雨伞绕铅直轴转动。一小圆盘在伞面上滚动但相对地面在原地转动，即盘中心不动。（1）小盘相对雨伞如何运动？（2）以伞为参照系，小球受力如何？若保持牛顿第二定律形式不变，应如何解释小球的运动？解，（1）小盘相对雨伞作圆周运动。（2）以伞为参照系，小球受力如图。其中惯性离心力：科里奥利力（小盘相对伞的速度向里）若保持牛顿第二定律形式不变，在非惯性系中因入惯性力，小盘的动力学方程为：3.7.1就下面两种受力情况：（力：N，时间：s）分别求出时的力并用图表示；再求自t=0至t=1时
33、间内的冲量，也用图表示。解，（2）方法同上。3.7.2一质量为m的质点在o-xy平面上运动，其位置矢量为求质点的动量。解，与x轴夹角3.7.3自动步枪连发时每分钟可射出120发子弹，每颗子弹的质量为7.9g，出口速度为735m/s.求射击时所需的平均力。解，m=0.0079kg,v=735m/s,3.7.4棒球的质量为0.14kg。棒球沿水平方向以速率50m/s投来，经棒击球后，球沿与水平成飞出，速率为80m/s，球与棒接触时间为0.02s，求棒击球的平均力。解，根据动量定理平均力与水平夹角： 3.7.5质量为M的滑块与水平面间的静摩擦系数为，质量为m的滑块与M均处于静止。绳不可伸长，绳与滑轮
34、质量可不计，不计滑轮轴摩擦。问将m托起多高，放手后可利用绳对M冲力的平均力拖动M？设当m下落h后经过极短的时间后与绳的铅直部分相对静止。解，先研究滑块m，它被托起h，再回原静止位置时，速度大小为，若M尚未被拖动，则由绳不可伸长知，m在极短时间内，速度又变为零，因此，其动量变化为，在内绳对m的平均冲力为，这是绳子对滑块M也同时作用以这样大的平均冲力。再研究滑块M,它在水平方向仅受绳拉力和摩擦力，依题意，能利用绳对M的平均冲力拖动M的条件是：即，3.7.6质量m1=1kg,m2=2kg,m3=3kg,m4=4kg;m1、m2和m4四质点形成的质心坐标顺次为（x,y）=(-1,1)、(-2,0)、和
35、（3，-2）。质心位于（x,y）=(1-1).求m3的位置。解，由得以下三题用质心运动定理和质点系动量定理两种方法作。3.8.1质量为1500kg的汽车在静止的驳船上在5s内自静止加速至5m/s。问缆绳作用于驳船的平均力有多大？（用牛顿定律作出结果，并以此验证你的计算）解，(1)质心运动定理，（2）质点组动量定理（3）牛顿定律对于汽车：3.8.2若上题中驳船的质量为6000kg，当汽车相对船静止时，由于船尾螺旋桨的转动，可使船载着汽车以加速度0.2m/s2前进。若正在前进时，汽车自静止开始相对船以加速度0.5m/s2与船前进相反方向行驶，船的加速度如何？解，（1）质心运动定理以驳船前进方向为坐
36、标轴的正方向。系统在水平方向所受外力为又由于作用于系统的外力不变，所以系统质心速度不变，即得（2）质点组动量定理则在水平方向的分量式：又得：结果同上。3.8.3气球下悬软梯，总质量为M，软梯上站一质量为m的人，共同在气球所受浮力F作用下加速上升。人以相对于软梯的加速度am上升，问气球加速度如何？解，（1）质心运动定理系统受外力：重力、浮力设气球的加速度a，则得：（2）质点的动量定理因得：结果同上。3.8.4水流冲击在静止的涡轮叶片上，水流冲击叶片曲面前后的速率都等于v，每单位时间投向叶片的水的质量保持不变且等于u，求水作用于叶片的力。解，取质量为的一部分水流作为隔离体。根据质点动量定理有：对于
37、时间内冲击叶片的整个水流应用质点组动量定理即根据牛顿第三定律水作用于叶片的力为3.8.5 70kg重的人和210kg重的小船最初处于静止。后来人从船后向船头匀速走了3.2m停下来。问船向哪个方向运动，移动了几米？不计船所受的阻力。解，以地面为参照系，人的前进方向为坐标轴的正方向。系统水平方向动量守恒。，3.8.6炮车固定在车厢内，最初均处于静止。向右发射一枚弹丸，车厢则向左运动。弹丸射在对面墙上后随即顺墙壁落下。问此过程中车厢移动的距离是多少？已知炮车和车厢总质量为M，弹丸质量为m,炮口到对面墙上的距离为L。不计铁轨作用于车厢的阻力。解，以地面为参照系，水平向右为坐标轴正方向。系统在水平方向动
38、量守恒。设弹丸的速度为v,车厢的速度为V，车厢移动的距离为s，运动的时间为t，则得由质心运动定理：水平方向系统的质心不动。得，结果同上。3.8.7载人的切诺基和桑塔纳汽车质量各为m1=16510kg和m2=11510kg,各以速率v1=90km/h和v2=108km/h向东和向北行驶。相撞后联在一起滑出。求滑出的速度。不计摩擦（请用质心参照系求解）。解，用质心参照系求，质点组对质心参照系的动量总为零。质心系的速度：两车的质心速度：可求。3.9.1一枚手榴弹投出方向与水平方向成450,投出的速率为25m/s，在刚要接触与发射点同一水平面的目标时爆炸，设分成质量相等的三块，一块以速度v3铅直朝下，
39、一块顺爆炸处切线方向以v2=15m/s飞出，一块沿法线方向以v1飞出。求v1和v3，不计空气阻力。解，内力远远大于外力，质点组动量守恒。即：解得3.9.2铀238核（质量为238原子质量单位）放射一个粒子（氦原子的核，质量为4.0原子质量单位）后蜕变为钍234的核。设铀核原来是静止的，粒子的速度为1.4107m/s，求钍核反冲的速率。解，动量守恒，3.9.3三只质量均为M的小船鱼贯而行，速度都是v。中间一船同时以水平速度u（相对于此船）把两个质量均为m的物体抛到前后两只船上，问当二物体落入船后，三只船的速度各如何？解，以岸为参照系，以船前进的方向为坐标轴的正方向。忽略水及空气阻力，质点组沿x轴
40、方向动量守恒。（1）中船：(M+2m)v=MV2+m(v+u)+m(v-u),解得V2=v,中船速度不变。（2）前船：Mv+m(v+u)=(M+m)V1,解得V1=v+mu/(M+m),前船速度增大。（3）后船：Mv+m(v-u)=(M+m)V3,解得V3=v-mu/(M+m)，后船速度减小。第三章 动量定理及动量守恒定律（思考题）3.1试表述质量的操作型定义。解答，式中（标准物体质量）：为m与m0碰撞m0的速度改变：为m与m0碰撞m的速度改变这样定义的质量，其大小反映了质点在相互作用的过程中速度改变的难易程度，或者说，其量值反映了质量惯性的大小。这样定义的质量为操作型定义。3.2如何从动量守
41、恒得出牛顿第二、第三定律，何种情况下牛顿第三定律不成立？解答，由动量守恒取极限动量瞬时变化率是两质点间的相互作用力。对于运动电荷之间的电磁作用力，一般来说第三定律不成立。（参见P63最后一自然段）3.3在磅秤上称物体重量，磅秤读数给出物体的“视重”或“表现重量”。现在电梯中测视重，何时视重小于重量（称作失重）？何时视重大于重量（称作超重）？在电梯中，视重可能等于零吗？能否指出另一种情况使视重等于零？解答，电梯加速下降视重小于重量；电梯加速上升视重大于重量；当电梯下降的加速度为重力加速度g时，视重为零；飞行员在铅直平面内的圆形轨道飞行，飞机飞到最高点时，飞行员的视重为零3.4一物体静止于固定斜面
42、上。（1）可将物体所受重力分解为沿斜面的下滑力和作用于斜面的正压力。（2）因物体静止，故下滑力mg sin与静摩擦力相等。表示斜面倾角，N为作用于斜面的正压力，为静摩擦系数。以上两段话确切否？解答，不确切。（1）重力可以分解为沿斜面向下的和与斜面垂直的两个力。但不能说分解为沿斜面的下滑力和作用于斜面的正压力。（2）应该说，因物体静止，物体所受的力在斜面方向的分力的代数和为零。3.5马拉车时，马和车的相互作用力大小相等而方向相反，为什么车能被拉动。分析马和车的受的力，分别指出为什么马和车能启动。解答，分析受力如图。地面反作用于马蹄子上的力使系统启动。3.6分析下面例中绳内张力随假想横截面位置的改
43、变而改变的规律：（1）长为质量为m的均质绳悬挂重量为W的重物而处于静止。（2）用长为质量为m的均质绳沿水平方向拉水平桌面上的物体加速前进和匀速前进。对两种情况均可用表示绳作用于物体的拉力，不考虑绳因自重而下垂。（3）质量可以忽略不计的轻绳沿水平方向拉在水平桌面上运动的重物，绳对重物的拉力为，绳的另一端受水平拉力，绳的正中间还受与的方向相同的拉力 。（4）长为质量为m的均质绳平直地放在光滑水平桌面上，其一端受沿绳的水平拉力而加速运动。（5）长为质量为m的均质绳置于水平光滑桌面上，其一端固定，绳绕固定点在桌面上转动，绳保持平直，其角速率为。若绳保持平直，你能否归纳出在何种情况下绳内各假想横截面处张力相等。（提示：可沿绳建立ox坐标系，用x坐标描写横截面的位置）。解答，(1)y是在0至之间的任意位置。（2）匀速前进：，加速运动：（3） (4),(5)若绳保持平直，绳的两端受到大小相等方向相反的外力作用时，绳静止或
