2022年物理学教程上册课后答案第二章.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 其次章 牛顿定律2 -1 如图a 所示 , 质量为 m 的物体用平行于斜面的细线联结置于光滑的斜面上 , 如斜面对左方作加速运动 , 当物体刚脱离斜面时 , 它的加速度的大小为 A gsin B gcos C gtan D g cot 分析与解 当物体离开斜面瞬时 , 斜面对物体的支持力消逝为零 , 物体在绳子拉力 F 其方向仍可认为平行于斜面 和重力作用下产生平行水平面对左的加速度 a, 如图 b 所示 , 由其可解得合外力为 mgcot 名师归纳总结 , 应选D 求解的关键是正确分析物体刚离开斜面瞬时的物体受力第 1 页,共 16 页情形和
2、状态特点2 -2用水平力 FN把一个物体压着靠在粗糙的竖直墙面上保持静止当 FN逐步增大时 , 物体所受的静摩擦力 Ff的大小 A 不为零 , 但保持不变B 随FN成正比地增大C 开头随 FN增大, 达到某一最大值后 , 就保持不变D 无法确定分析与解与滑动摩擦力不同的是, 静摩擦力可在零与最大值 FN范围内取值当 FN增加时 , 静摩擦力可取的最大值成正比增加, 但详细大小就取决于被作用物体的运动状态由题意知, 物体始终保持静止状态, 故静摩擦力与重力大小相等, 方向相反 , 并保持不变 , 应选A 2 -3一段路面水平的大路 , 转弯处轨道半径为 R, 汽车轮胎与路面间的摩擦因数为 , 要
3、使汽车不至于发生侧向打滑, 汽车在该处的行驶速率 A 不得小于 gRB 必需等于 gRC 不得大于 gR D 仍应由汽车的质量 m 打算分析与解由题意知 , 汽车应在水平面内作匀速率圆周运动, 为保证汽车转弯时不侧向打滑, 所需向心力只能由路面与轮胎间的静摩擦力供应, 能够供应的最大向心力应为 FN由此可算得汽车转弯的最大速率应为 v Rg因此只要汽车转弯时的实际速率不大于此值, 均能保证不侧向打滑应选 C 2 -4一物体沿固定圆弧形光滑轨道由静止下滑, 在下滑过程中 , 就- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - A 它的加速度方向永久指向圆心, 其速率保持
4、不变B 它受到的轨道的作用力的大小不断增加C 它受到的合外力大小变化 , 方向永久指向圆心D 它受到的合外力大小不变 , 其速率不断增加分析与解 由图可知 , 物体在下滑过程中受到大小和方向不变的重力以准时刻指向圆轨道中心的轨道支持力FN作用 , 其合外力方向并非指向圆心 , 其大小和方向均与物体所在位置有关重力的切向重量 m gcos 使物体的速率将会不断增加 由机械能守恒亦可判定 , 就物体作圆周运动的向心力 又称法向力 将不断增大 , 由轨道法向方向上的动力学方程FNmgsinmv 可判定 , 随 R角的不断增大过程,轨道支持力 FN也将不断增大 , 由此可见应选 B 名师归纳总结 *2
5、 -5图a 示系统置于以 a 1/4 g 的加速度上升的升降机内,A 、第 2 页,共 16 页B 两物体质量相同均为 m,A 所在的桌面是水平的 , 绳子和定滑轮质量均不计 , 如忽视滑轮轴上和桌面上的摩擦, 并不计空气阻力 , 就绳中张力为 A 5/8 mgB 1/2 mgC mg D 2 mg分析与解此题可考虑对 A、B 两物体加上惯性力后 , 以电梯这个非惯性参考系进行求解 此时A、B 两物体受力情形如图 b 所示, 图中a为A、B 两物体相对电梯的加速度, ma为惯性力对 A、B 两物体应用牛顿其次定律 , 可解得 F 5/8 mg应选 A - - - - - - -精选学习资料 -
6、 - - - - - - - - 争论 对于习题 2 -5 这种类型的物理问题 , 往往从非惯性参考系 本题为电梯 观看到的运动图像较为明确, 但由于牛顿定律只适用于惯性参考系 , 故从非惯性参考系求解力学问题时 , 必需对物体加上一个虚拟的惯性力如以地面为惯性参考系求解 , 就两物体的加速度 aA 和aB 均应对地而言 , 此题中 aA 和aB的大小与方向均不相同 其中aA 应斜向上对 aA 、aB 、a 和a 之间仍要用到相对运动规律 , 求解过程较繁琐有爱好的读者不妨自己尝试一下2 -6 图示一斜面 , 倾角为 , 底边 AB 长为 l 体从题 2 -6 图斜面顶端由静止开头向下滑动2.
7、1 m, 质量为 m 的物 , 斜面的摩擦因数为 0.14 试问 , 当 为何值时 , 物体在斜面上下滑的时间最短?其数值为多少?分析动力学问题一般分为两类:1 已知物体受力求其运动情形;2 已知物体的运动情形来分析其所受的力当然, 在一个详细题目名师归纳总结 中, 这两类问题并无截然的界限, 且都是以加速度作为中介, 把动力学,第 3 页,共 16 页方程和运动学规律联系起来 此题关键在列出动力学和运动学方程后解出倾角与时间的函数关系 f t , 然后运用对 t 求极值的方法即可得出数值来解取沿斜面为坐标轴 Ox, 原点O 位于斜面顶点 , 就由牛顿其次定律有mg sinmg cos ma
8、1 又物体在斜面上作匀变速直线运动, 故有- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - l1at21gsin cos t2cos 22就 t 2 l 2 g cos sin cos 为使下滑的时间最短 , 可令 d t 0 , 由式2 有d sin sin cos cos cos sin 0就可得 tan 2 1 , 49 o此时 t min 2 l 0 . 99 sg cos sin cos2 -7 工地上有一吊车 , 将甲、乙两块混凝土预制板吊起送至高空甲块质量为 m1 2.00 10 2 kg, 乙块质量为 m2 1.00 10 2 kg设吊车、框架和钢丝绳
9、的质量不计试求下述两种情形下 , 钢丝绳所受的张力以及乙块对甲块的作用力:1 两物块以 10.0 m -2 的加速度上升; 2 两物块以 1.0 m -2 的加速度上升从此题的结果 , 你能体会到起吊重物时必需缓慢加速的道理吗?题 2-7 图分析 预制板、吊车框架、钢丝等可视为一组物体处理动力学问题通常采纳“ 隔离体”的方法 , 分析物体所受的各种作用力 , 在所选定的惯性系中列出它们各自的动力学方程依据连接体中物体的多少可列出相应数目的方程式结合各物体之间的相互作用和联系 , 可解决物体的运动或相互作用力名师归纳总结 解按题意 , 可分别取吊车 含甲、乙 和乙作为隔离体 , 画示力图 , 并
10、第 4 页,共 16 页取竖直向上为 Oy 轴正方向 如下列图 当框架以加速度 a 上升时 ,有F- m 1 m2 g m1 m2 a 1 FN2 - m 2 g m2 a 2 解上述方程 , 得- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - F m1 m2 g a 3 FN2 m 2 g a 4 1 当整个装置以加速度 a 10 m -2 上升时 , 由式3 可得绳所受 张力的值为 F 5.94 10 3 N 乙对甲的作用力为 FN2 -F N2 -m2 g a -1.98 10 3 N-2 上升时 , 得绳张力的值为 2 当整个装置以加速度 a 1 m F 3.
11、24 10 3 N 此时, 乙对甲的作用力就为 FN2-1.08 103 N 由上述运算可见 , 在起吊相同重量的物体时 , 由于起吊加速度不同 , 绳 中所受张力也不同 , 加速度大 , 绳中张力也大因此 , 起吊重物时必需 缓慢加速 , 以确保起吊过程的安全2 -8 如图a 所示, 已知两物体 A、B 的质量均为 m3.0kg 物体A 以 加速度 a 1.0 m -2 运动, 求物体 B 与桌面间的摩擦力 滑轮与 连接绳的质量不计 该题为连接体问题 , 同样可用隔离体法求解分析时应留意到 分析绳中张力大小到处相等是有条件的, 即必需在绳的质量和伸长可忽略、滑轮与绳之间的摩擦不计的前提下成立
12、同时也要留意到张力方向是不同的解 分别对物体和滑轮作受力分析图 b 由牛顿定律分别对物体A、B 及滑轮列动力学方程 , 有 mA g -F mA a 1 F 1 - F mB a 2 F -2 F1 0 3 考虑到 mA mB m, F F , F 1 F 1 , a 2a, 可联立解得物体与桌面的摩擦力名师归纳总结 Ffmgm4ma7 .2N第 5 页,共 16 页2- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 题 2-8 图争论动力学问题的一般解题步骤可分为:1 分析题意 , 确定争论对象, 分析受力 , 选定坐标;2 依据物理的定理和定律列出原始方程 组;3
13、 解方程组 , 得出文字结果; 4 核对量纲 , 再代入数据 , 运算 出结果来2 -9 质量为 m 的长平板 A 以速度 v 在光滑平面上作直线运动 , 现 将质量为 m 的木块 B 轻轻平稳地放在长平板上 , 板与木块之间的动摩 擦因数为 , 求木块在长平板上滑行多远才能与板取得共同速度?分析 当木块 B 平稳地轻轻放至运动着的平板 A 上时, 木块的初速度 可视为零 , 由于它与平板之间速度的差异而存在滑动摩擦力 , 该力将 转变它们的运动状态 依据牛顿定律可得到它们各自相对地面的加速 , 此时, 木块以初速度 - v 与平板运动 度换以平板为参考系来分析 速率大小相等、方向相反 作匀减
14、速运动 , 其加速度为相对加速度 , 按 运动学公式即可解得该题也可应用第三章所叙述的系统的动能定理来解将平板与木块作 为系统 , 该系统的动能由平板原有的动能变为木块和平板一起运动的 动能, 而它们的共同速度可依据动量定理求得又由于系统内只有摩擦力作功 , 依据系统的动能定理, 摩擦力的功应等于系统动能的增量木块相对平板移动的距离即可求出解1 以地面为参考系 , 在摩擦力F mg 的作用下 , 依据牛顿定律-分别对木块、平板列出动力学方程 F mg ma1F -F m a2a1 和a2 分别是木块和木板相对地面参考系的加速度如以木板为参考系 , 木块相对平板的加速度a a1 a2 , 木块相
15、对平板以初速度v 作匀减速运动直至最终停止由运动学规律有- v2 2as由上述各式可得木块相对于平板所移动的距离为解2 以木块和平板为系统 , 它们之间一对摩擦力作的总功为名师归纳总结 式中lWF(fsl)Fflmgs第 6 页,共 16 页为平板相对地面移动的距离- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 由于系统在水平方向上不受外力, 当木块放至平板上时, 依据动量守恒定律 , 有mv m m v 2由系统的动能定理 , 有 mgs1mv21mmv22由上述各式可得2s m v2 g m m2 -10 如图a 所示, 在一只半径为 R 的半球形碗内 , 有一
16、粒质量为 m的小钢球 , 当小球以角速度 在水平面内沿碗内壁作匀速圆周运动时 ,它距碗底有多高?题 2-10 图分析 维护钢球在水平面内作匀角速度转动时 , 必需使钢球受到一与向心加速度相对应的力 向心力 , 而该力是由碗内壁对球的支持力 FN的分力来供应的 , 由于支持力 FN 始终垂直于碗内壁 , 所以支持力的大小和方向是随 而变的取图示Oxy 坐标, 列出动力学方程 , 即可求解钢球距碗底的高度解 取钢球为隔离体 , 其受力分析如图 b 所示在图示坐标中列动力学方程名师归纳总结 F Nsinma nmR 2 sin 1 第 7 页,共 16 页FNcos mg 2 且有cosRh 3 R
17、由上述各式可解得钢球距碗底的高度为hRg2可见, h 随 的变化而变化- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2 -11 在如图( a)所示的轻滑轮上跨有一轻绳,绳的两端连接着质量分别为 1 kg和2 kg 的物体 A和B,现以 50 N的恒力F向上提滑轮的轴,不计滑轮质量及滑轮与绳间摩擦,求A和B的加速度各为多少?题 2-11 图分析在上提物体过程中,由于滑轮可以转动,所以A、B两物体对地加速度并不相同, 故应将 A、B和滑轮分别隔离后, 运用牛顿定律求解,此题中因滑轮质量可以不计,故两边绳子张力相等,且有 F 2F T . 解 隔离后,各物体受力如图(b
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