习题2选择题(1) 一质点作匀速率圆周运动时，(A)它的动量不变，对圆心的角动量也不变。
(B)它的动量不变，对圆心的角动量不断改变。
(C)它的动量不断改变，对圆心的角动量不变。
(D)它的动量不断改变，对圆心的角动量也不断改变。
[答案：C](2) 质点系的内力可以改变(A)系统的总质量。
(B)系统的总动量。
(C)系统的总动能。
(D)系统的总角动量。
[答案：C](3) 对功的概念有以下几种说法：①保守力作正功时，系统内相应的势能增加。
②质点运动经一闭合路径，保守力对质点作的功为零。
③作用力与反作用力大小相等、方向相反，所以两者所作功的代数和必为零。
在上述说法中：(A)①、②是正确的。
(B)②、③是正确的。
(C)只有②是正确的。
(D)只有③是正确的。
[答案：C]填空题(1) 某质点在力i x F)54( （SI ）的作用下沿x 轴作直线运动。
在从x=0移动到x=10m的过程中，力F所做功为 。
[答案：290J ](2) 质量为m 的物体在水平面上作直线运动，当速度为v 时仅在摩擦力作用下开始作匀减速运动，经过距离s 后速度减为零。
则物体加速度的大小为 ，物体与水平面间的摩擦系数为 。
[答案：22;22v v s gs](3) 在光滑的水平面内有两个物体A 和B ，已知m A =2m B 。
（a ）物体A 以一定的动能E k 与静止的物体B 发生完全弹性碰撞，则碰撞后两物体的总动能为 ；（b ）物体A 以一定的动能E k 与静止的物体B 发生完全非弹性碰撞，则碰撞后两物体的总动能为 。
[答案：2;3k k E E ]在下列情况下，说明质点所受合力的特点：（1）质点作匀速直线运动； （2）质点作匀减速直线运动； （3）质点作匀速圆周运动； （4）质点作匀加速圆周运动。
解：（1）所受合力为零；（2）所受合力为大小、方向均保持不变的力，其方向与运动方向相反； （3）所受合力为大小保持不变、方向不断改变总是指向圆心的力；（4）所受合力为大小和方向均不断变化的力，其切向力的方向与运动方向相同，大小恒定；法向力方向指向圆心。
举例说明以下两种说法是不正确的：（1）物体受到的摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反； （2）摩擦力总是阻碍物体运动的。
解：（1）人走路时，所受地面的摩擦力与人的运动方向相同；（2）车作加速运动时，放在车上的物体受到车子对它的摩擦力，该摩擦力是引起物体相对地面运动的原因。
质点系动量守恒的条件是什么？在什么情况下，即使外力不为零，也可用动量守恒定律近似求解？解：质点系动量守恒的条件是质点系所受合外力为零。
当系统只受有限大小的外力作用，且作用时间很短时，有限大小外力的冲量可忽略，故也可用动量守恒定律近似求解。
在经典力学中，下列哪些物理量与参考系的选取有关：质量、动量、冲量、动能、势能、功？ 解：在经典力学中，动量、动能、势能、功与参考系的选取有关。
一细绳跨过一定滑轮，绳的一边悬有一质量为1m 的物体，另一边穿在质量为2m 的圆柱体的竖直细孔中，圆柱可沿绳子滑动．今看到绳子从圆柱细孔中加速上升，柱体相对于绳子以匀加速度a 下滑，求1m ，2m 相对于地面的加速度、绳的张力及柱体与绳子间的摩擦力(绳轻且不可伸长，滑轮的质量及轮与轴间的摩擦不计)．解：因绳不可伸长，故滑轮两边绳子的加速度均为1a ，其对于2m 则为牵连加速度，又知2m 对绳子的相对加速度为a ，故2m 对地加速度，题图由图(b)可知，为 a a a 12 ① 又因绳的质量不计，所以圆柱体受到的摩擦力f 在数值上等于绳的张力T ，由牛顿定律，有111a m T g m ②222a m g m T ③ 联立①、②、③式，得2121211212212211)2()()(m m a g m m T f m m a m g m m a m m a m g m m a讨论 (1)若0 a ，则21a a 表示柱体与绳之间无相对滑动．(2)若g a 2 ，则0 f T ，表示柱体与绳之间无任何作用力，此时1m , 2m 均作自由落体运动．一个质量为P 的质点，在光滑的固定斜面（倾角为 ）上以初速度0v 运动，0v 的方向与斜面底边的水平线AB 平行，如图所示，求这质点的运动轨道．解: 物体置于斜面上受到重力mg ，斜面支持力N .建立坐标：取0v方向为X 轴，平行斜面与X 轴垂直方向为Y 轴.如题图.题图X 方向： 0 x F t v x 0 ① Y 方向： y y ma mg F sin ② 0 t 时 0 y 0 y v2sin 21t g y由①、②式消去t ，得220sin 21x g v y质量为16 kg 的质点在xOy 平面内运动，受一恒力作用，力的分量为x f ＝6 N ，y f ＝-7 N ，当t ＝0时， y x 0，x v ＝-2 m ·s -1，y v ＝0．求当t ＝2 s 时质点的(1)位矢；(2)速度．解： 2s m 83166m f a x x 2s m 167m f a y y (1)21021035'22m s 8477'2m s 168x x x y y y v v a dt v v a dt于是质点在s 2时的速度1s m 8745 ji v(2)2211()221317(224)()428216137m48x x y r v t a t i a t ji j i j v v vv v v v质点在流体中作直线运动，受与速度成正比的阻力kv (k 为常数)作用，t =0时质点的速度为0v ，证明(1) t 时刻的速度为v ＝t mkev )(0 ；(2) 由0到t 的时间内经过的距离为x ＝(k mv 0)［1-t m ke )( ］；(3)停止运动前经过的距离为)(0kmv ；(4)当k m t 时速度减至0v 的e1，式中m 为质点的质量． 答: (1)∵ tvm kv a d d分离变量，得m t k v v d d 即 v v t mtk v v 00d d m kt e v v ln ln 0∴ tm k ev v 0(2)tttm k m k e kmv t ev t v x 000)1(d d(3)质点停止运动时速度为零，即t →∞， 故有0d kmv t ev x tm k (4)当t=km时，其速度为 ev e v ev v km m k 0100即速度减至0v 的e1.一质量为m 的质点以与地的仰角 =30°的初速0v从地面抛出，若忽略空气阻力，求质点落地时相对抛射时的动量的增量． 解: 依题意作出示意图如题图题图在忽略空气阻力情况下，抛体落地瞬时的末速度大小与初速度大小相同，与轨道相切斜向下, 而抛物线具有对y 轴对称性，故末速度与x 轴夹角亦为o30，则动量的增量为0v m v m p由矢量图知，动量增量大小为0v m，方向竖直向下．一质量为m 的小球从某一高度处水平抛出，落在水平桌面上发生弹性碰撞．并在抛出1 s 后，跳回到原高度，速度仍是水平方向，速度大小也与抛出时相等．求小球与桌面碰撞过程中，桌面给予小球的冲量的大小和方向．并回答在碰撞过程中，小球的动量是否守恒? 解: 由题知，小球落地时间为s 5.0．因小球为平抛运动，故小球落地的瞬时向下的速度大小为g gt v 5.01 ，小球上跳速度的大小亦为g v 5.02 ．设向上为y 轴正向，则动量的增量12v m v m p方向竖直向上，大小 mg mv mv p )(12碰撞过程中动量不守恒．这是因为在碰撞过程中，小球受到地面给予的冲力作用．另外，碰撞前初动量方向斜向下，碰后末动量方向斜向上，这也说明动量不守恒．作用在质量为10 kg 的物体上的力为i t F)210( N ，式中t 的单位是s ，(1)求4s 后，这物体的动量和速度的变化，以及力给予物体的冲量．(2)为了使这力的冲量为200 N ·s ，该力应在这物体上作用多久，试就一原来静止的物体和一个具有初速度j6 m ·s -1的物体,回答这两个问题．解: (1)若物体原来静止，则i t i t t F p t 1401s m kg 56d )210(d ,沿x 轴正向，ip I imp v111111s m kg 56s m 6.5 若物体原来具有6 1s m 初速，则t tt F v m t m F v m p v m p 000000d )d (,于是t p t F p p p 0102d ,同理， 12v v ,12I I这说明，只要力函数不变，作用时间相同，则不管物体有无初动量，也不管初动量有多大，那么物体获得的动量的增量(亦即冲量)就一定相同，这就是动量定理． (2)同上理，两种情况中的作用时间相同，即tt t t t I 0210d )210(亦即 0200102t t解得s 10 t ，(s 20 t 舍去)一质量为m 的质点在xOy 平面上运动，其位置矢量为j t b i t a rsin cos求质点的动量及t ＝0 到2 t 时间内质点所受的合力的冲量和质点动量的改变量．解: 质点的动量为)cos sin (j t b i t a m v m p将0 t 和2t 分别代入上式，得j b m p1,i a m p 2 ,则动量的增量亦即质点所受外力的冲量为)(12j b i a m p p p I一颗子弹由枪口射出时速率为10s m v ，当子弹在枪筒内被加速时，它所受的合力为 F =(bt a )N(b a ,为常数)，其中t 以秒为单位：(1)假设子弹运行到枪口处合力刚好为零，试计算子弹走完枪筒全长所需时间；(2)求子弹所受的冲量．(3)求子弹的质量． 解: (1)由题意，子弹到枪口时，有0)( bt a F ,得ba t(2)子弹所受的冲量t bt at t bt a I 0221d )(将bat代入，得 ba I 22(3)由动量定理可求得子弹的质量202bv a v I m一炮弹质量为m ，以速率v 飞行，其内部炸药使此炮弹分裂为两块，爆炸后由于炸药使弹片增加的动能为T ，且一块的质量为另一块质量的k 倍，如两者仍沿原方向飞行，试证其速率分别为v +m kT 2, v -kmT2证明: 设一块为1m ，则另一块为2m ，21km m 及m m m 21于是得 1,121k mm k km m ① 又设1m 的速度为1v , 2m 的速度为2v ，则有2222211212121mv v m v m T② 2211v m v m mv ③联立①、③解得12)1(kv v k v ④将④代入②，并整理得21)(2v v kmT于是有 kmT v v 21 将其代入④式，有mkTv v 22又，题述爆炸后，两弹片仍沿原方向飞行，故只能取1222,T kT v v v v km m证毕．设N 67j i F 合．(1) 当一质点从原点运动到m 1643k j i r时，求F 所作的功．(2)如果质点到r 处时需，试求平均功率．(3)如果质点的质量为1kg ，试求动能的变化． 解: (1)由题知，合F为恒力，∴ )1643()67(k j i j i r F A合J 452421 (2) w 756.045t A P (3)由动能定理，J 45 A E k以铁锤将一铁钉击入木板，设木板对铁钉的阻力与铁钉进入木板内的深度成正比，在铁锤击第一次时，能将小钉击入木板内1 cm ，问击第二次时能击入多深，假定铁锤两次打击铁钉时的速度相同．题图解: 以木板上界面为坐标原点，向内为y 坐标正向，如题图，则铁钉所受阻力为ky f第一锤外力的功为1Assky ky y f y f A 112d d d ① 式中f 是铁锤作用于钉上的力，f 是木板作用于钉上的力，在0d t 时，f f ． 设第二锤外力的功为2A ，则同理，有21222221d y kky y ky A ② 由题意，有2)21(212kmv A A ③即 222122kk ky所以， 22 y于是钉子第二次能进入的深度为cm 414.01212 y y y设已知一质点(质量为m )在其保守力场中位矢为r v点的势能为()/nP E r k r , 试求质点所受保守力的大小和方向． 解: 1d ()()d p n E r nk F r rr方向与位矢r的方向相反，方向指向力心．一根劲度系数为1k 的轻弹簧A 的下端，挂一根劲度系数为2k 的轻弹簧B ，B 的下端又挂一重物C ，C 的质量为M ，如题图．求这一系统静止时两弹簧的伸长量之比和弹性势能之比．题图解: 弹簧B A 、及重物C 受力如题图所示平衡时，有Mg F F B A又 11x k F A22x k F B所以静止时两弹簧伸长量之比为1221k k x x弹性势能之比为12222211121212k kx k x k E E p p(1)试计算月球和地球对m 物体的引力相抵消的一点P ，距月球表面的距离是多少?地球质量×1024kg ，地球中心到月球中心的距离×108m ，月球质量×1022kg ，月球半径×106m ．(2)如果一个1kg 的物体在距月球和地球均为无限远处的势能为零，那么它在P 点的势能为多少?解: (1)设在距月球中心为r 处地引月引F F ，由万有引力定律，有22r R mM GrmM G地月经整理，得R M M M r 月地月=2224221035.71098.51035.7 81048.3m 1032.386则P 点处至月球表面的距离为m 1066.310)74.132.38(76 月r r h(2)质量为kg 1的物体在P 点的引力势能为r R M GrM GE P 地月72411722111083.34.381098.51067.61083.31035.71067.6 J 1028.16如题图所示，一物体质量为2kg ，以初速度0v ＝3m ·s -1从斜面A 点处下滑，它与斜面的摩擦力为8N ，到达B 点后压缩弹簧20cm 后停止，然后又被弹回，求弹簧的劲度系数和物体最后能回到的高度．题图解: 取木块压缩弹簧至最短处的位置为重力势能零点，弹簧原长处为弹性势能零点。