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第一章 质点运动学(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. 【提示】如图建坐标系,设船离岸边x 米,222l h x =+,22dl dxlxdt dt=, dx l dl dl dt x dtx dt ==,0dlv dt=-,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。

[ B ]2、[基础训练2]一质点沿x 轴作直线运动,其v -t 曲线如图所示,如t =0时,质点位于坐标原点,则t =4.5 s 时,质点在x 轴上的位置为 (A) 5m . (B) 2m . (C) 0. (D) -2 m . (E) -5 m. 【提示】质点在x 轴上的位置即为这段时间内v-t 曲线下的面积的代数和。

4.50(1 2.5)22(21)122()sx vdt m ==+⨯÷-+⨯÷=⎰[ D ]3、[基础训练4] 质点作曲线运动,r 表示位置矢量,v 表示速度,a表示加速度,s 表示路程,t a 表示切向加速度分量,下列表达式中, (1) a t = d /d v , (2) v =t r d /d , (3) d d /t =s v , (4) t a t =d /d v.(A) 只有(1)、(4)是对的. (B) 只有(2)、(4)是对的. (C) 只有(2)是对的. (D) 只有(3)是对的. 【提示】根据定义式d d t =s v ,d d t a t=v,d d a a t ==v 即可判断。

[ C ]4、[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 ,方向是-12(A) 南偏西16.3°;(B) 北偏东16.3°;(C) 向正南或向正北;(D) 西偏北16.3°;(E) 东偏南16.3°.【提示】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/hkm hv v v→→→=机空气空气地机地,根据余弦定理,222200=56192256192cosθ+-⨯⨯,解得cos=0θ,所以=2πθ±.[ C ]5、[自测提高6]某物体的运动规律为tkt2d/d vv-=,式中的k为大于零的常量.当0=t时,初速为v0,则速度v与时间t的函数关系是(A)221vv+=kt, (B)221vv+-=kt,(C)2121vv+=kt, (D)2121vv+-=kt【提示】tkt2d/d vv-=,分离变量并积分,2v tvdvktdtv=-⎰⎰,得2121vv+=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.【提示】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1、[基础训练10 ]在轨道A点处速度v的大小为v30°,则物体在A点的切向加速度a t = -0.5g ,轨道的曲率半径23vg⨯.(重力加速度为g)【提示】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v→机地v→空气地v→空气地空气v→机地220sin 300.5, cos 30 cos 30t n v v a g g a g g ρρ=-=-==∴=2、[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 .【提示】(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 -+-=-+-=3、[基础训练13 ]在x 轴上作变加速直线运动的质点,已知其初速度为0v ,初始位置为x 0,加速度2Ct a =(其中C 为常量),则其速度与时间的关系为=v 30 3C v t +,运动学方程为=x 400 + 12C x v t t +. 【提示】(1)2dv a Ct dt ==,02vtv dv Ct dt =⎰⎰,得:303C v v t =+.(2)303C dx v v t dt =+=,03003x tx C dx v t dt ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭⎰⎰,得:400+12C x x v t t =+.4、[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 -。

【提示】(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__4π/3=4.19(m ),这段时间内的平均速度大小为3)=4.1310(/) m s π-⨯,方向是__与x 轴正方向逆时针成600.【提示】24S 2R (m);33ππ=⨯=路程 0r 2cos30v m /s S t 400vπ∆⨯===∆平均速度大小();v方向如图。

6、[自测提高14 ]小船从岸边A 点出发渡河,如果它保持与河岸垂直向前划,则经过时间t 1到达对岸下游C 点;如果小船以同样速率划行,但垂直河岸横渡到正对岸B 点,则需与A 、B 两点联成的直线成α角逆流划行,经过时间t 2到达B 点.若B 、C 两点间距为S ,则(1) 此河宽度l(2) α =()112cos / t t -或12sin -⎢⎥⎣⎦。

【提示】设小船速度为v ,水流速度为u ,如图。

(1)保持与河岸垂直向前划时,1 l vt =……①; 1S ut =……②;(2)成α角逆流划行时,()2cos l v t α=……③; sin u v α=……④.联立①和③得:()()11212cos /, cos /t t t t αα-=∴=;联立②和④,可求出sin u v α===再代入①得:l =.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 = 4.5 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: x 1=2.5m; t 2=2s: x 2=2m ;∴ 21212 2.50.5(/)21x x v i i i m s t t --===--- (2),)69(2i t t i dtdx v -== )/(6)4629(22s m i i v s t -=⨯-⨯==∴时, (3)令0)69(2=-=i t t v , 得:' 1.5t s =. 此时x ’=3.375m;∴第二秒内的路程s=(x ’-x 1)+(x ’-x 2)=(3.375-2.5)+(3.375-2)=2.25m2、[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vv uαA质点的速度随时间而变化的规律,已知初速为0v 。

解:,n t a tg a ϕ= 将t dva dt=,2n v a R =代入,得2dv v dt Rtg ϕ=,分离变量并积分:00200011, vtv v Rtg dv dt tv v Rtg v v Rtg Rtg 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 =-,dsv 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 cR =,v =,即b ct -=得1b t c-=;2b t c=。

讨论:若s 是路程,则v>0,只有t 1一个解。

4、[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 = (45.9+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: 02v0 4.08t t g===(舍去)或 s【若以电梯作为参考系:则00v v gt -=-】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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