2022年大物上海交大课后答案第二章.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载习题 22-1 质量为 16kg 的质点在 xOy 平面内运动, 受一恒力作用, 力的重量为xf6N,yf7N,当t0时,xy0,vx2m / s,vy0;当t2s时,求:1 质点的位矢;2 质点的速度;解:由 a x f x,有:a x 6 3 m / s ,2a y f y 7 m / s 2m 16 8 m 16(1)v x v x 0 0 2a dt 2 38 2 54 m / s,2 7 7v y v y 0 0 a dt16 28 m / s;于是质点在 2s时的速度:v 5i 7j m / s4 8(2)r
2、v t 1 a t 2 i 1 a t j 2 2 2 1 3 4 i 1 7 4 j2 2 2 8 2 1613 7i j m4 822-2 质量为 2kg 的质点在 xy 平面上运动,受到外力 F 4 i 24 t j 的作用, t=0 时,它的初速度为 v 0 3 i 4 j ,求 t=1s 时质点的速度及受到的法向力 F n;解:解:由于是在平面运动,所以考虑矢量;名师归纳总结 由:Fmd v,有:4i242 t j2 d v dt,两边积分有:第 1 页,共 13 页d tv vd v 0t14 2i242 t j dt,vv02 t i3 4 t j ,0考虑到v 03i4j ,t
3、1 ,有v 15i由于在自然坐标系中,vve ,而v 15i (t1 时),说明在t1 时,切向速度方向就是 i 方向,所以,此时法向的力是j 方向的,就利用F4i242 t j ,将t1 代入有F4i24j4e t24e ,F n24N ;2-3如图,物体A、B 质量相同, B 在光滑水平桌面上滑轮与绳的质量以及空气阻力均不计,滑轮与其轴之间的摩擦也不计系统无初速地释放,就物体A 下落的加速度是多少?解:分别对A,B 进行受力分析,可知:m gTm aA2 Tm aBa B1aA2就可运算得到:aA4g;5- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2-4如图
4、, 用质量为优秀学习资料欢迎下载木箱, 车m 的板车运载一质量为m 的板与箱底间的摩擦系数为,车与路面间的滚动摩擦 可 不 动?板 车 与 大摩擦;斜面 使木计,运算拉车的力F 为多少才能保证木箱不致滑解法一:依据题意,要使木箱不致于滑动,必需使 木箱具有相同的加速度,且上限车板与箱底间为最即:am 1Fm 2ffmaxm gm 2m 2m 2可得:Fm 1m 2g解法二:设木箱不致于滑动的最大拉力为Fmax,列式有:F maxm gm am gm a联立得:Fmaxm 1m 2g ,有:Fm 1m 2g ;2-5如下列图一倾角为 的斜面放在水平面上,上放一木块,两者间摩擦系数为 tg ;为块
5、相对斜面静止,求斜面加速度a 的范畴;解法一:在斜面具有不同的加速度的时候,木块将分别具有向上和向下滑动的趋势,这就是加速度的两个范畴,由题意,可得:名师归纳总结 (1)当木块具有向下滑动的趋势时(见图a),列式为:mamaNx列式为:第 2 页,共 13 页NsinNcosmgNs i nNc o sm a可运算得到:此时的1atantang1(2)当木快具有向上滑动的趋势时(见图 b),NsinmgNcos以:NsinNcosma 2可运算得到:此时的a2tantang ,所1tang anat1a;n gtan1t解法二:考虑物体m 放在与斜面固连的非惯性系中,将物体 m 受力沿x 和y
6、 方向分解,如图示,同时mg考虑非惯性力,隔离物块和斜面体,列出木块平稳式:yx 方向:mgsinmacosf0y 方向:Nmgcosmasin0考虑到 fN ,有:mgsinmacosmgcossin0,解得:asincosgtantang ;cossin1 a 的取值范畴:tantangatantang ;11- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载2-6质量为 m 的子弹以速度0v 水平射入沙土中,设子弹所受阻力与速度反向,大小与速度名师归纳总结 成正比,比例系数为k ,忽视子弹的重力,求:1 子弹射入沙土后,速度随时间变化的函第
7、 3 页,共 13 页数式; 2 子弹进入沙土的最大深度;解:(1)由题意,子弹射入沙土中的阻力表达式为:fkv又由牛顿其次定律可得:fmdv,就kvmdvdtdt分别变量,可得:dvk dt m,两边同时积分,有:0dvtk dt m,vv0v0所以:vv0ektm(2)子弹进入沙土的最大深度也就是v0的时候子弹的位移,就:考虑到dv dtdv dx,vdx,可推出:dxmdv,而这个式子两边积分就可以得到位dx dtdtk移:x max0m kdvm kv 0;v 02-7质量为m 的物体可以在劈形物体的斜面上无摩擦滑动,劈形物质量为m ,放置在光滑的水平面上,斜面倾角为,m 2求释放后两
8、物体的加速度及它们的相互作用力;m 1m 1解:利用隔离体方法,设方形物m 相对于劈形物沿斜面下滑的加速度为a2,劈形物m 水平向左的加速度为a ,分析受力有:N ,m a (惯性力);m 2N1m a 1方形物m 受力:m g ,劈形物m 受力:m g ,N ,N ,如图;对于m ,有沿斜面平行和垂直的方程为:m a 1cosm gsinm a 2m gN1m a 1sinm gcos对于m ,有:N1s i nm a 1将代入有:m 1a 1m a 2 1sinm gcos,sina 1m 2sincosg,代入,有:a 2m 1m 2singm 1m 2sin2m 1m 2sin2再将a
9、 2在水平和竖直两方向上分解,有:m 1N2a 2xm 1m 2sin2cosgm 1m 2sina 2ym 1m 2sin2ga 2ym 1m 2sin2N 1m ga 2xaa 2xm 1sincosgm 1m 2sin2- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 而相互作用力:N 1m a 1优秀学习资料g欢迎下载m 1m2cosm 1m2sin2sin2-8在光滑的水平面上设置一竖直的圆筒,半径为R ,一小球 紧 靠 圆筒内壁运动,摩擦系数为,在t0时,球的速率为0v ,求任 一 时 刻球的速率和运动路程;2v解:利用自然坐标系,法向:N m,而: f
10、NR2dv dv v切向:f m,就:dt dt Rv v0 v 12 dv 0 tR dt,得:vR v 0v R0 tS 0 tvdt v R 0 tR dtv 0 t R ln1 v 0R t 2-9如图, 一质点在几个力作用下沿半径为 R 20 m的圆周运动, 其中有一恒力 F 0.6 iN,求质点从 A 开头沿逆时针方向经 3/4 圆周到达 B 的过程中,力 F 所做的功;y解:此题为恒力做功,考虑到 B 的坐标为(R , R),r r B r A 20 i 20 j ,再利用:A F r ,B Ox有:A 0.6 i 20 i 20 12(焦耳)A F2-10质量为 m=0.5kg
11、 的质点,在 xOy 坐标平面内运动,其运动方程为 x=5t 2, y=0.5SI , 从t=2s 到 t=4s 这段时间内,外力对质点的功为多少?名师归纳总结 解:由功的定义:AFr ,题意:r52 t i0.5j第 4 页,共 13 页r 24r4r260i ,Fm2 d r0.5 10i5id t2A5i60i300J ;2-11一质量为 m 的物体,在力Fat i2 bt j的作用下,由静止开头运动,求在任一时刻 t此力所做功的功率为多少;解:由 PFv ,要求功率就必需知道力和速度的情形,由题意:vFdt1ati2 bt j dt112 at i13 bt jmmm23所以功率为:P
12、F vati2 bt j1 1 m 22 at i13 bt j112 3 a t12 5 b t;3m23- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2-12一弹簧并不遵守胡克定律,优秀学习资料欢迎下载F 52.8x38.4x2i ,其中 F其弹力与形变的关系为和 x 单位分别为 N 和 m ;(1)运算当将弹簧由1x0 . 522 m拉伸至2x1 . 34 m过程中,外力所做之功;(2)此弹力是否为保守力. 解:(1)由做功的定义可知:Ax 2F d x1.34 0.522 52.8 x38.4 x2dxJd y jd zk0x 126.4x222 x 11
13、2.6x 233 x 169.2(2)F x F x i ,按保守力的定义:F x dlBF x id rAF x idrABBF x i d xid y jd zkBF x i d xiAA该弹力为保守力;2-13如图,一质量为m 的质点,在半径为R 的半球形容AmR器中,由静止开头自边缘上的A 点滑下, 到达最低点B 时,它对容器的正压力数值为 N,求质点自 A 滑到 B 的过程中,摩擦力对其做的功;分析:A 直接求解明显有困难,所以使用动能定理,那就要知B道 它 的 末 速度的情形;2解:求在 B 点的速度:N G m v,R可得:1 mv 2 1 N G R2 2由动能定理:mgR A
14、 f 1mv 202A f 1 N G R mgR 1 N 3 mg R2 22-14在密度为 1 的液面上方,悬挂一根长为 l ,密度为 2 的匀称棒AB,棒的B端刚和液面接触如下列图,今剪断细绳,设细棒只在浮力和重力作用下 运动,在12 1 的条件下, 求细棒下落过程中的最大速度 v max,以 及细棒能2进入液体的最大深度 H;解:(1)分析可知,棒下落的最大速度是受合力为零的时候,所以: G F浮 ,即 2 lsg 1 hsg,就:h 2l;1利用功能原理:mgh1mv 2A浮,有:12slv max 22sglhh1gsydy220可解得:v max2gl1(2)当匀称棒完全进入液体
15、中时,浮力不变,到最大深度H 时,速度为零,设:名师归纳总结 Hlh,由能量守恒有:2lsgHl1ysgdy1 lsgh,第 5 页,共 13 页0- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 即:2lsgHl1ysgdy优秀学习资料欢迎下载1lsg Hl0H211l2;2-15一链条放置在光滑桌面上,用手揿住一端,另一端有四分之一长度由桌边下垂,设链条长为 L ,质量为 m ,试问将链条全部拉上桌面要做多少功?解:直接考虑垂下的链条的质心位置变化,来求做功,就:A E P 14 mg 18 l 32 1 mgl2-16在光滑水平面上,平放一轻弹簧,弹簧一端固定,
16、另一端连一物体 A 、 A 边上再放一物体 B ,它们质量分别为 m 和 m ,弹簧劲度系数为 k ,原长为 l 用力推 B ,使弹簧压缩 x ,然后释放;求:(1)当 A 与 B 开头分别时,它们的位置和速度;(2)分别之后,A仍能往前移动多远 . 解:(1)当 A 与 B 开头分别时,两者具有相同的速度,但 A 的加速度为零,此时弹簧和 B都 不 对 A 产 生 作 用 力 , 即 为 弹 簧 原 长 位 置 时 刻 , 根 据 能 量 守 恒 , 可 得 到 :1 m A m B v 2 1k x 0 2,有:v kx 0, x l ;2 2 m A m B(2)分别之后,A 的动能又将
17、逐步的转化为弹性势能,所以:12 m v 2 12 kx A 2,就:x A m A m Am B x 0;2-17已知地球对一个质量为m 的质点的引力为F径;( 1)如选取无穷远处势能为零,运算地面处的势能;算无穷远处的势能比较两种情形下的势能差解:(1)取无穷远处势能为零,地面处的势能为:Gm m 3 r(m e,R e 为地球的质量和半 r(2)如选取地面处势能为零,计EPR eFdrGm mR e1drGm m1;r2R e(2)如选取地面处势能为零,运算无穷远处的势能为:ER eFdrGm mR e1drGm m1r2R e两种情形下势能差是完全一样的;2-18如下列图的圆锥摆,绳长
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