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第一章质点运动学作业答案

一. 选择题:[ C ]1、[基础训练1]如图所示,湖中有一小船,有人用绳绕过岸上一定高度处的定滑轮拉湖中的船向岸边运动.设该人以匀速率0v 收绳,绳不伸长、湖水静止,则小船的运动是 (A) 匀加速运动. (B) 匀减速运动.(C) 变加速运动. (D) 变减速运动. (E) 匀速直线运动. 【答】如图建坐标系,设船离岸边x 米,222l h x =+,22dl dxlxdt dt=,dx l dl dt x dt ==0dlvdt=-,220dx h xv i v i dt +==- 2203v h dv dv dxa i dt dx dt x==⋅=-,可见,加速度与速度同向,且加速度随时间变化。

[ D ]2、[基础训练3] 一运动质点在某瞬时位于矢径()y x r ,的端点处, 其速度大小为(A) t r d d (B) tr d d(C) t rd d (D) 22d d d d ⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛t y t x【答】, dx dy v i j v dt dt =+∴=[ C ]3、[基础训练6] 一飞机相对空气的速度大小为 200 km/h, 风速为56 km/h ,方向从西向东.地面雷达站测得飞机速度大小为 192 km/h ,则飞机飞行方向是(A) 南偏西°;(B) 北偏东°;v →机地v →空气地v →空气地空气v →机地(C) 向正南或向正北; (D) 西偏北°; (E) 东偏南°.【答】根据三个速率的数值关系,以及伽利略速度变换式=+v v v →→→机地机空气空气地,可以画出三个速度之间的矢量关系,如图所示。

=200km/h, 56/, =192km/h km h v v v →→→=机空气空气地机地,根据余弦定理,222200=56192256192cos θ+-⨯⨯,解得:cos =0θ,所以=2πθ±.[ B ]4、(自测提高3)质点沿半径为R 的圆周作匀速率运动,每T 秒转一圈.在2T 时间间隔中,其平均速度大小与平均速率大小分别为(A) 2R /T , 2R/T . (B) 0 , 2R /T(C) 0 , 0. (D) 2R /T , 0. 【答】平均速度大小:0rv t ∆==∆ 平均速率:2s R v t T∆==∆π[ C ] 5、[自测提高6]某物体的运动规律为t k t 2d /d v v -=,式中的k 为大于零的常量.当0=t 时,初速为v 0,则速度v 与时间t 的函数关系是(A) 0221v v +=kt , (B) 0221v v +-=kt , (C) 02121v v +=kt , (D) 02121v v +-=kt 【答】t k t 2d /d v v -=,分离变量并积分,020vtv dv ktdt v =-⎰⎰,得02121v v +=kt .[ B ]6、[自测提高7]在相对地面静止的坐标系内,A 、B 二船都以2 m/s 速率匀速行驶,A 船沿x 轴正向,B 船沿y 轴正向.今在A 船上设置与静止坐标系方向相同的坐标系(x 、y方向单位矢用i 、j表示),那么在A 船上的坐标系中,B 船的速度(以m/s 为单位)为(A) 2i +2j . (B) 2i +2j . (C) -2i -2j . (D) 2i -2j. 【答】B A 对v =B 对v 地+A 对v 地 =B 对v 地-A 对v 地 =2222 (/)j i i j m s -=-+.二. 填空题n ag1、[基础训练7] 已知质点的运动学方程为 j t t i t t r)314()2125(32++-+=(SI),当t = 2 s 时,加速度的大小为a =217/ m s ;加速度a与x 轴正方向间夹角=0 104【答】22125x t t -+=,3314y t t +=, 22221 /x t sd xa m s dt===-,222222 4 /y t st sd ya tm s dt=====大小22221417/x y a a a m s =+=+=;与x 轴正方向间夹角 001arctan 90arctan 10424x y a a πα⎛⎫⎛⎫=+=+= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭2、[基础训练10] 一物体作如图所示的斜抛运动,测得在轨道A 点处速度v的大小为v ,其方向与水平方向夹角成30°,则物体在A 点的切向加速度a t = -0.5g ,轨道的曲率半径223 v g.(重力加速度为g )【答】如图,将重力加速度分解为切向加速度分量和法向加速度分量,得22sin 300.5, cos 30 cos 30t n v v a g g a g g ρρ=-=-==∴=3、[基础训练12] 一质点沿直线运动,其运动学方程为x = 6 t -t 2(SI),则在t 由0至4s 的时间间隔内,质点的位移大小为 8 () m ,在t 由0到4s 的时间间隔内质点走过的路程为 10 () m .【答】(1)x = 6 t -t 2(SI),位移大小()24064408 ()r x x m ∆=-=⨯--=;(2)62x dxv t dt==-,可见,t<3s 时,x v >0;t=3s 时,x v =0;而t>3s 时,x v <0;所以,路程=()()()3034()909810 ()x x x x m -+-=-+-=v30°Ata4、[自测提高9] 一质点从静止出发沿半径R=1m 的圆周运动,其角加速度随时间t 的变化规律为2126 (SI)t t β=-,则质点的角速度ω =3243 (/) t t rad s -;加速度切向分量a t =22126 (/) t t m s -。

【答】(1)2126d t t dt ωβ=-=,()200126td t t dt ωω=-⎰⎰,3243 (/)t t rad s ω=-;(2)22126 (/)t a R t t m s β==-;5、[自测提高11]一质点从O 点出发以匀速率1 cm/s 作顺时针转向的圆周运动,圆的半径为1 m ,如图所示.当它走过2/3圆周时,走过的路程是(m ),这段时间内的平均速度大小为34.1310(/) m s -⨯,方向是__与x 轴正方向逆时针成600. 【答】24S 2R 4.19(m)33ππ=⨯==路程03r 2cos30v 4.1310(/)S t vm s -∆⨯====⨯∆平均速度大小;方向如图。

三.计算题1、[基础训练16 ]有一质点沿x 轴作直线运动,t 时刻的坐标为x = t 2– 2 t 3(SI) .试求:(1) 第2秒内的平均速度; (2) 第2秒末的瞬时速度; (3) 第2秒内的路程.解:(1)t 1=1s 时,x 1=2.5m ; t 2=2s 时,x 2=2m ;21212 2.50.5 (/)21x x x x v m s t t t -∆-====-∆--,0.5 (/)v i m s =- v(2)),69(2t t dtdx v x -== )/(6 ),/( 6 2s m i v s m v s t x -=-==时,(3)令0)69(2=-=t t v x , 得:' 1.5t s =. 此时 3.375m x ='第二秒内的路程()()m ....x'x x x's 2522375352375321=-+-=-+-=2、[基础训练17 ] 倾斜上抛一小球,抛出时初速度与水平面成600角,秒钟后小球仍然斜向上升,但飞行方向与水平面成450角。

试求:(1)小球到达最高点的时间; (2)小球在最高点的速度。

解 :以抛出点为原点、水平向右为x 轴、竖直向上为y 轴,建立坐标系。

(1)设初速度为v 0,则有000v 2160cos =︒=v v x ,000v 2360sin =︒=v v y 任意时刻t :000x v 2160cos v =︒==v v x ,gt gt y -=-=00y v 23v v 依题意,s t 1=时,速度v 与水平方向成450,则有y x v v =, ∴1v 23v 2100⨯-=g 解得 :s m /8.26138.9213g 2v 0=-⨯=-=小球到达最高点时,0v y =,即0v 230=-gt ,解得:s gt 37.21332v 30=-==(2)小球在最高点时的速度沿水平方向,其大小为 s m x /4.13v 21v 0===v3、[基础训练19 ]质点沿半径为R 的圆周运动,加速度与速度的夹角ϕ保持不变,求该质点的速度随时间而变化的规律,已知初速为0v 。

解:tan ,n t a a ϕ= 将t dv a dt=,2n v a R =代入,得2tan dv v dt R ϕ=,分离变量并积分:002000tan 11, tan tan tan vtv v R dv dt tv v R v v R R v t ϕϕϕϕ=-+=∴=-⎰⎰4、[自测提高15 ]质点按照212s bt ct =-的规律沿半径为R 的圆周运动,其中s 是质点运动的路程,b 、c 是常量,并且b 2>cR 。

问当切向加速度与法向加速度大小相等时,质点运动了多少时间 解:212s bt ct =-,ds v b ct dt==-, 切向加速度大小t dv a c c dt ==-=,法向加速度大小2n v a R=; 当切向加速度与法向加速度大小相等时:2v c R=, v cR =±(负号表示反向运动),即 b ct cR -=±, 得 12 , b cR b cRt t -+==5、[自测提高17 ] 一敞顶电梯以恒定速率v 10 m/s 上升.当电梯离地面h =10 m 时,一小孩竖直向上抛出一球.球相对于电梯初速率200=v m/s .试问: (1) 从地面算起,球能达到的最大高度为多大(2) 抛出后经过多长时间再回到电梯上解:(1) 根据伽利略速度变换式对对对v v v =+球地球梯梯地,可得球相对地面的初速度:方向向上,大小为 2010对v =+=球地30 m/s球到达最高点时,对地的速度为零。

可得最大高度为 245.92对v h g==球地m/s离地面高度为 H = +10) m =55.9 m(2) 以地面作为参考系:球回到电梯上时,电梯上升的高度=球上升的高度,即212v v 对对t t gt =-梯地球地解得: 02v 0 4.08t t g===(舍去)或 s 【若以电梯作为参考系:则再回到电梯上时,满足00v v gt -=-,得:t = 】附加题:[ 自测提高16 ] 一飞机相对于空气以恒定速率v 沿正方形轨道飞行,在无风天气其运动周期为T .若有恒定小风沿平行于正方形的一对边吹来,风速为)1(<<=k k V v .求飞机仍沿原正方形(对地)轨道飞行时周期要增加多少. 解:如图,设风对地v kvj =,正方形边长为L ,根据+风对地机对地机对风v v v =求解。

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