最新大学物理上典型题教学课件.ppt
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1、4. 一人造地球卫星绕地球作椭圆运动,一人造地球卫星绕地球作椭圆运动, A 、B 分别分别为近地点和远地点,为近地点和远地点, A 、B 距地心的距离分别为距地心的距离分别为 r1 、 r2 。 设卫星的质量为设卫星的质量为 m ,地球的质量为,地球的质量为M ,万有,万有引力常量为引力常量为 G ,则卫星在,则卫星在A 、B 两点两点 处的万有引力处的万有引力势能的差为多少?卫星在势能的差为多少?卫星在A 、B 两点两点 处的动能差为处的动能差为多少?多少?解解: 由万有引力势能公式得由万有引力势能公式得 ABr1r2地心地心)(12rMmGrMmGEEpApB 2112rrrrGMm 由机
2、械能守恒由机械能守恒)(pApBkAkBEEEE 2112rrrrGMm 5. 弹簧原长为弹簧原长为AB,劲度系数为,劲度系数为k,下端固定在点下端固定在点A,上,上端与一质量为端与一质量为m的木块相连,木块总靠在一半径为的木块相连,木块总靠在一半径为a的的半圆柱的光滑表面上。今沿半圆的切向用力半圆柱的光滑表面上。今沿半圆的切向用力F 拉木块拉木块使其极缓慢地移过角度使其极缓慢地移过角度q q。求在这一过程中力。求在这一过程中力F 的功。的功。解解: 根据功能原理根据功能原理:以以 m, 弹簧弹簧, 地球为研究对象地球为研究对象0)21(2cBc ksmghEEAF2221sinq qq qk
3、amga 弹性势能零点弹性势能零点, 重力势能零重力势能零点均选在点均选在B处处qABFmg fCN6.6.求均匀薄圆盘对于中心垂直轴的转动惯量。求均匀薄圆盘对于中心垂直轴的转动惯量。RmC(1) 选微元选微元d mrdrRmrdrdsdm 222 求求 d J利用上题结果利用上题结果 dJ = r2 dm(3) 求求 J22022212mRrdrRmrdmrJRm 221mRJ rdr0解:可视圆盘由许多小圆环组成。解:可视圆盘由许多小圆环组成。解解:22222:amTgmm )RR(RR22221111222121 2211RaRa 7.7.如图,两圆轮的半径分别为如图,两圆轮的半径分别为
4、R1和和R2,质量分别为,质量分别为M1和和M2,皆可视为均匀圆柱体且同轴固结在一起,二盘,皆可视为均匀圆柱体且同轴固结在一起,二盘边缘绕有细绳,绳子下端挂两个质量分别为边缘绕有细绳,绳子下端挂两个质量分别为m1和和m2的的物体,求物体,求在重力作用下,在重力作用下,m2下落时轮下落时轮的角加速度。的角加速度。 1m2m1T2T对整个轮,由转动定律对整个轮,由转动定律由运动学关系由运动学关系联立解得联立解得22222111112222RmMRmMgRmRm 11111:amgmTm 8. 如图,唱机的转盘绕着通过盘心的固定竖直轴转动,如图,唱机的转盘绕着通过盘心的固定竖直轴转动,唱片放上去后将
5、受到转盘摩擦力作用而随转盘转动。唱片放上去后将受到转盘摩擦力作用而随转盘转动。设唱片可看成是半径为设唱片可看成是半径为 R 的均匀圆盘,质量为的均匀圆盘,质量为 m ,唱,唱片与转盘之间的滑动摩擦系数为片与转盘之间的滑动摩擦系数为 k。转盘原来以角速。转盘原来以角速度度 匀速转动,唱片刚放上去时它受到的摩擦力矩是匀速转动,唱片刚放上去时它受到的摩擦力矩是多大?唱片达到角速度多大?唱片达到角速度 需要多长时间?在这段时间需要多长时间?在这段时间内转盘保持角速度内转盘保持角速度 不变,驱动力矩共做了多少功?不变,驱动力矩共做了多少功?唱片获得了多大动能?唱片获得了多大动能?q qrdrq qddf
6、R drrddSq q 2R/drmrddmq q 22RdrdrmgdmgrrdfdMkk 解:唱片上一面元面积为解:唱片上一面元面积为质量为质量为此面元受转盘摩擦力矩此面元受转盘摩擦力矩mgRdrrdRmgdMMkRk3202202 gRRmMtk43212 2221mRtMMA 2222241212121mRmRJEk 各质元所受力矩方向相同,整个唱片所受摩擦力矩各质元所受力矩方向相同,整个唱片所受摩擦力矩唱片在此力矩作用下做匀加速转动,唱片在此力矩作用下做匀加速转动,角速度从角速度从 0 增增加到加到 需要时间需要时间驱动力矩做功驱动力矩做功唱片获得动能唱片获得动能q qrdrq qd
7、dfR 0vmo.OM A.LL439. 如图,均匀杆长如图,均匀杆长 L=0.40m,质量,质量M=1.0kg,由其上,由其上端的光滑水平轴吊起而静止。今有一质量端的光滑水平轴吊起而静止。今有一质量 m=8.0g 的的子弹以子弹以 v=200m/s 的速率水平射入杆中而不复出。射的速率水平射入杆中而不复出。射入点在轴下入点在轴下 d=3L/4处。处。(1)求子弹停在杆中时杆的角求子弹停在杆中时杆的角速度;速度;(2)求杆的最大偏转角。求杆的最大偏转角。LmMLLmv 22433143 mLMLmv1693143rad/s.898 解解:(1)由子弹和杆系统对悬点由子弹和杆系统对悬点O的角动量
8、守恒的角动量守恒 cosLmgLMgmLML 14321693121222 gmMLmMarccos2316931121894 (2)对杆、子弹和地球,由机械能守恒得对杆、子弹和地球,由机械能守恒得由此得由此得10. 一质量为一质量为M ,长度为,长度为 L 的均匀细杆,放在光滑的的均匀细杆,放在光滑的水平桌面上,可绕通过其中点水平桌面上,可绕通过其中点 O 的光滑固定竖直轴转的光滑固定竖直轴转动,开始时静止。一质量为动,开始时静止。一质量为 m 的(的(m M)子弹以速)子弹以速度度 v0 垂直击中杆的一端,撞击后从杆的一端打下质量垂直击中杆的一端,撞击后从杆的一端打下质量也为也为m 的一段
9、(可视为质点),与子弹结合在一起以的一段(可视为质点),与子弹结合在一起以 v0/ 8 的速度沿垂直于杆的方向飞出,如图。求的速度沿垂直于杆的方向飞出,如图。求(1)撞击撞击后瞬间杆转动的角速度后瞬间杆转动的角速度(2)撞击过程中的机械能损失。撞击过程中的机械能损失。v08v0OlmMmv)3(290 解:由角动量守恒解:由角动量守恒 Jlvmlmv 8)2(2121002241121mlMlJ 2)3(121lmM (2)损失的机械能)损失的机械能v08v0OlmMmv)3(290 21)8(2212122020 JvmmvEk )316273231(2120mMmmv 2220222020
10、)3(481)3(24164121lmMvmlmMmvmv 1. 2g氢气与氢气与2g氦气分别装在两个容积相同的封闭容氦气分别装在两个容积相同的封闭容器内,温度也相同。器内,温度也相同。(氢气视为刚性双原子分子氢气视为刚性双原子分子)。求求:(1)氢分子与氦分子的平均平动动能之比;氢分子与氦分子的平均平动动能之比;(2)氢氢气与氦气压强之比;气与氦气压强之比;(3)氢气与氦气内能之比。氢气与氦气内能之比。 解:解:(1)kTt23 1/HeH2 tt (2)tnp 32 2mol/g4g2:mol/g2g2/HeH2 2/HeH2 pp(3)vRTiE2 2:/HeHHeH22 VVnn He
11、HeHHHeH222/ iiEE 310235 (3)求粒子的平均速率。求粒子的平均速率。2. N个粒子个粒子, ,其速率分布函数为其速率分布函数为(1)作速率分布曲线并求常数作速率分布曲线并求常数a; (2)分别求速率大于分别求速率大于v0 和小于和小于 v0的粒子数;的粒子数; )()()( vv20vfv2vvavfvv0vvavf00000v02v0 a0vf(v)(1) 速率分布曲线如右图所示:速率分布曲线如右图所示:解:解:0v32a 1 dvvf0由归一化条件:由归一化条件: 1dvvfdvvfdvvf0000v2v2vv0 1vv2a2vva00200 10dvadvvva00
12、0v2vv00 100100avav21S00 另法:另法: 由图可有面积由图可有面积 S0v32a (2) 大于大于 v0 的粒子数:的粒子数: dvvfNN002vv1 002vvadvNN32vv32NNav000 v02v0b0vf(v)(3) 平均速率:平均速率: dvvfvv0 0dvvfvdvvfvv000v2vv0 小小于于 v0 的粒子数的粒子数: :N31N32N 0002vvv00dvavdvvavv0v911 解:解:pdkT22 )K(30015.2732715.273 tT1)107 . 3(23001038. 121023 )m(108 . 63 此计算值大于热水
13、瓶胆的两壁间距,所以氮气分子此计算值大于热水瓶胆的两壁间距,所以氮气分子的平均自由程为的平均自由程为 0.4 cm。3. 热水瓶胆的两壁间距热水瓶胆的两壁间距 l = 0.4cm,其间充满,其间充满 t = 27 , p = 1 Pa 的的 N2,N2 分子的有效直径分子的有效直径 ,问氮气分子的平均自由程是多少?问氮气分子的平均自由程是多少?Cm107 . 310 d 4.如图,总体积为如图,总体积为40L的绝热容器,中间用一隔热板隔的绝热容器,中间用一隔热板隔开,隔板重量忽略,可以无摩擦的自由升降。开,隔板重量忽略,可以无摩擦的自由升降。A、B两两部 分 各 装 有部 分 各 装 有 1
14、m o l 的 氮 气 , 它 们 最 初 的 压 强 是的 氮 气 , 它 们 最 初 的 压 强 是1.013*103Pa,隔板停在中间,现在使微小电流通过,隔板停在中间,现在使微小电流通过B中中的电阻而缓缓加热,直到的电阻而缓缓加热,直到A部分气体体积缩小到一半为部分气体体积缩小到一半为止,求在这一过程中:止,求在这一过程中:(1)B中气体的过程方程,以其体中气体的过程方程,以其体积和温度的关系表示;积和温度的关系表示;(2)两部分气体各自的最后温度;两部分气体各自的最后温度;(3)B中气体吸收的热量?中气体吸收的热量?iAB(1)解:解:A AAApVp V51.42111.013 1
15、00.024.2 10 C C活塞上升过程中,活塞上升过程中,ABpp ,0.04 A AB BB BV V = =V V- -V VV VB 中气体的过程方程为:中气体的过程方程为:BBpV2(0.04)4.2 10 BBBRTpV BBBTVV(0.04)51 AAAAAAAAVp VVTTKVRV1111112122()()322 (2)BBBVTKV22251965(0.04) B2B1VB2B1BBViR TTp dV2 BBBQEA (3)B2B12VB1B1B2BVBp Vi4.210R TdVRV22(0.04) 41.6610 J 解:解:5. 5. 如图所示循环过程,如图所
16、示循环过程,c a 是绝热过程,是绝热过程,pa、Va、Vc 已知,已知, 比热容比为比热容比为 ,求循环效率。,求循环效率。a b 等压过程等压过程bc 等容过程等容过程VpVaVcpaabcO)(,acampVVpRC 0吸热吸热)(,bbccmVVpVpRC 0放热放热aaccVpVp )VpVV(pRCca1caamV,1211QQQA )()(1,1,acampcacamVVVpRCVVVpRC cacampmVVVVVCC 111, )1(11cacaVVVV )(,1abmpTTCQ )(,2bcmVTTCQ 6. 1mol双原子分子理想气体作如图的可逆循环过程,其双原子分子理想
17、气体作如图的可逆循环过程,其中中12为直线,为直线,23为绝热线,为绝热线,31为等温线。已为等温线。已知知 , 。试求:。试求:(1)各过程的功,内能增量各过程的功,内能增量和传递的热量和传递的热量(用用T1和已知常数表示和已知常数表示);(2)此循环的效此循环的效率率 。122TT 138VV 解:解:(1) 12任意过程任意过程)(121TTCEV 11125)2(RTTTCV )(2111221VpVpA 112212121RTRTRT 11111132125RTRTRTAEQ pp2p1OV1V2V3V12323绝热膨胀过程绝热膨胀过程)(232TTCEV 12125)(RTTTCV
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