大学物理习题答案第三章

1、同学们好！,第3章 功和能,本章目录,3-1 功 功率 3-2 动能 功-动能定理 3-3 保守力与非保守力 势能 3-4 机械能守恒定律 势能曲线 3-5 功能原理 3-6 能量守恒定律,计划学时：5,一、功（力对空间的累积）,功在量值上等于力和位移的标积功是能量变化的一种量度,牛顿第二定律是力与状态变化间的瞬时关系。但在大量实际问题中，状态的改变是与力的持续作用相联系的。,3-1 功 功率,功的单位：焦耳(J),3）功是相对量,功的性质,2）功是过程量,3-1 功 功率,4） 一对作用力与反作用力做功的代数和不一定为零,* 质点系内力做功的代数和不一定为零；,3-。

2、第三章 刚体力学,刚体是一种特殊的质点系统，无论在多大外力作用下，系统内任意两质点间的距离始终保持不变。 形状、大小都不变的物体称为刚体。 刚体是可以忽略由于受力而引起物体形状和体积改变的理想模型。,31 刚体的运动,一、刚体的平动：刚体运动时，刚体上任一条直线的位置始终保持彼此平行，称为平动。,此时，刚体中所有质点的位移、速度和加速度都相同，可任选刚体上一点的运动来代表。即刚体的平动满足质心运动定理：,此时轴外各质点都在垂直于转轴的平面上作圆周运动，在同一时间间隔内，走过的弧长虽不同，但角位移，因而角速。

3、问 题 3.1 什么叫”热学” ，其理论基础是什么？答：热学就是以热现象为研究对象的理论。其理论基础是宏观理论热力学；微观理论统计物理学。3.2 “平衡态”和”热平衡”有什么区别和联系？怎样根据热平衡引进温度概念？答：在不受外界影响的条件下，一个热力学系统的宏观性质不随时间改变的状态叫系统的平衡态。如果系统 A 和系统 B 直接接触，最后共同达到平衡状态，就说它们处于热平衡。平衡态是指一个系统而言，而热平衡是指两个或多个系统而言的。处于热平衡时，系统必有某种共同的宏观性质，这一共同的宏观性质就是系统的温度。即说。

4、第三章答案1刚体绕一定轴作匀变速转动，刚体上任一点是否有切向加速度？是否有法向加速度？切向和法向加速度的大小是否随时间变化？答：当刚体作匀变速转动时,角加速度 不变。刚体上任一点都作匀变速圆周运动，因此该点速率在均匀变化， ，所以一定有切向加速度 ，其大小不变。又因该vltal点速度的方向变化，所以一定有法向加速度 ，由于角速度变化，所以法向加速度2nal的大小也在变化。2两个半径相同的轮子，质量相同，但一个轮子的质量聚集在边缘附近，另一个轮子的质量分布比较均匀，试问：（1）如果它们的角动量相同，哪个轮子转得快。

5、动量与角动量,第三章,“神州”号飞船升空,牛顿定律揭示了物体所受外力与它的加速度之间的关系。只要知道物体在某一时刻的受力情况，就可根据牛顿第二定律求出物体在该时刻获得的加速度。,然而，实际上力对物体的作用总 是要延续一段或长或短的时间，在这段时间内，力的作用将积累起来产生一个总的效果。,本章将介绍力的时间积累效应的规律以及由此引出的一些重要定律。,3-1 冲量与动量定理,一. 动量定理,作用于物体上的合外力的冲量等于物体动量的增量,质点的动量定理,在经典力学中，牛顿第二定律的表达式：,说明：,（1） 冲量的方向 与动。

6、第三章,3.1 刚体定轴转动运动学,3.2 刚体定轴转动动力学,3.1.1 刚体,3.1 刚体定轴转动运动学,3.1.2 刚体的定轴转动,3.1.3 刚体定轴转动的运动学描述,3.1.1 刚体,刚体就是有一定的形状和大小，但形状和大小永远保持不变的物体.,刚体是一种理想模型.,刚体可以看成是由许多质点构成，每一个质点称之为刚体的一个质元. 可见刚体是一个特殊的质点组，其特殊性在于在外力作用下各质元之间的相对位置保持不变.,3.1.2 刚体的定轴转动,相对于某一惯性参照系（例如地面）固定不动的直线的转动称之为刚体的定轴转动.,这条固定不动的直线称之为固定轴.。

7、名言,第三章,前言,本章内容,动量 冲量 质点的动量定理,角动量定理 角动量守恒定律,质点的角动量 力矩,质点系的动量定理 动量守恒定律,第一节,质点的动量,一、 质点的动量,力的冲量,变力的冲量,动量定理,三、 质点的动量定理,积分形式,分量式,平均冲力,四、 平均冲力的概念,冲力图示,0,t,冲击过程与平均冲力,例,例,例,例.子弹在枪管内受的推力为,解: (1),(2),利用,总结：掌握变力冲量的计算和动量定理的应用。,变力的冲量必 须用定积分！,续,例,例. 已知合力 f = - kt SI,航天器质量为m,初速为v0 , 问打开减速伞后几秒后停下.,解: 设t 秒后。

8、3.1 刚体的定轴转动,刚体 (rigid body)： 在外力作用下，形状和大小都不发生变化的物体。,或：任意两质点间距离保持不变的特殊质点组。,刚体是个理想化的模型,二 刚体的基本运动形式：平动和转动,1 平动（translation）： 刚体中所有点的运动轨迹都保持完全相同，或刚体内任意两点间的连线总是平行于它们的初始位置间的连线 .,2 转动（rotation）：刚体中所有的点都绕同一直线做圆周运动。转动又分定轴转动和定点转动。,刚体的各质元在运动中都绕一固定轴作圆周运动，称为刚体作定轴转动。,定点转动：绕一固定点转动。如陀螺。,三 刚体定。

9、课后题答案 3 2 1 3 4 2 联立求解得 方向竖直向下 3 9 1 2 方向竖直向下 3 15 由角动量守恒得 因弹性碰撞 系统机械能守恒 又 联立可得 3 18 3 19 设子弹射入后圆盘的角速度为 由角动量守恒得 质量 角动量 动量定理 角动量定理 动量守恒 质点运动与刚体定轴转动对照表 质点运动 刚体定轴转动 转动惯量 力 力矩 第二定律 转动定律 动量 角动量守恒 力的功 力矩的功 。

10、北理珠09 10 2 大学物理B 第三章 刚体定轴转动定律 自测题 第4页 一 判断题 1 刚体是质点与质点之间的相对位置保持不变的质点系 2 刚体中任意质点都遵循质点力学规律 3 定轴转动的刚体上的每一个质点都在作圆周运动 都具有相同的角速度 4 刚体对轴的转动惯量越大 改变其对轴的运动状态就越困难 5 刚体质量一定 其转动惯量也就一定 6 当作用在刚体上的两个力合力矩为零时 则它们的合力也一定。

11、第三章 刚体的转动3-1 一飞轮受摩擦力矩作用减速转动，其角加速度与角速度成正比，即，式中 为比例常数。初始角速度为 ，求：k 0（1）飞轮角速度随时间变化的关系；（2）角速度由 减为 所需的时间以及在此时间内飞轮转过的转数。020解：（1）由 ，dtkdt分离变量 ，并由初始条件 ；kt0,等式两边积分 tkd00kt0lnkte0（2）当角速度由 减为 时02kte021kte2ln1lt由 ，dtt0 ktedt0分离变量 ，并由初始条件 ， ；等式两边积分dtek0tekt00ktkt 01代入 ，得飞轮转过的角度2ln1ktkkek21002ln0 飞轮转过的转数 N403-2 一刚体由静止开始绕一固定轴作匀。

12、 第3章 习题 一 填空题 3 1 1 跨过定滑轮的细绳下端系质量为的物体 在物体以的恒定加速度下落一段距离的过程中 绳的拉力对物体做的功为 考察物体以的恒定加速度下落一段距离的过程 设初速率为 末速率满足 3 1 物体受到重力和绳子的拉力的作用 合外力做功为 3 2 注意到重力是保守力 其做功为 3 3 对物体使用动能定理 有 3 4 联立 3 1 3 4 可求出绳的拉力对物体所做的功为 3 1。

13、 大学物理第三章 课后习题答案 3 1 半径为R 质量为M的均匀薄圆盘上 挖去一个直径为R的圆孔 孔的中心在处 求所剩部分对通过原圆盘中心且与板面垂直的轴的转动惯量 分析 用补偿法 负质量法 求解 由平行轴定理求其挖去部分的转动惯量 用原圆盘转动惯量减去挖去部分的转动惯量即得 注意对同一轴而言 解 没挖去前大圆对通过原圆盘中心且与板面垂直的轴的转动惯量为 由平行轴定理得被挖去部分对通过原圆盘中心且。

14、大物上册第三章习题答案习题3-1 在下列几种情况中，机械能守恒的系统是：（1）当物体在空气中下落时，以物体和地球为系统。（2）当地球表面物体匀速上升时，以物体和地球为系统（不计空气阻力） 。（3）子弹水平射入放在光滑水平桌面上的木块内，以子弹和木块为系统。（4）当一球沿光滑的固定斜面向下滑动时，以小球和地球为系统。答案：(1) 机械能不守恒，因为并没有说忽略空气阻力的作用，而空气阻力为非保守力;（2）物体匀速上升，一定有合外力克服重力做功，所以机械能不守恒;（3）机械能不守恒，子弹射入木块时，受到的摩擦力为非保。

15、大学物理部分课后题参考答案 第三章 动量守恒定律和能量守恒定律 选择题 3 15 3 19 A A D D C 计算题 3 24 A B两船在平静的湖面上平行逆向航行 当两船擦肩相遇时 两船各自向对方平稳地传递50kg的重物 结果是A船停了下来 而B船以3 4m s的速度继续向前驶去 A B两船原有质量分别为0 5103kg和1 0103kg 求在传递重物前两船的速度 忽略水对船的阻力 解 1 对。

16、第三章3.10 平板中央开一小孔，质量为 的小球用细线系住，细线穿过小孔后挂一质量为 的m1M重物小球作匀速圆周运动，当半径为 时重物达到平衡今在 的下方再挂一质量为0r1的物体，如题3.10图试问这时小球作匀速圆周运动的角速度 和半径 为多少?2Mr题 3.10 图解: 在只挂重物时 ，小球作圆周运动的向心力为 ，即1MgM1201mrg挂上 后，则有2221)(rgM重力对圆心的力矩为零，故小球对圆心的角动量守恒即 vm022r联立、得 10021301112302()Mgmrrgr 3.13 计算题3.13图所示系统中物体的加速度设滑轮为质量均匀分布的圆柱体，其质量为，半径为 ，在绳与。

17、习题 33-1 气体在平衡态时有何特征?气体的平衡态与力学中的平衡态有何不同?答：气体在平衡态时，系统与外界在宏观上无能量和物质的交换；系统的宏观性质不随时间变化力学平衡态与热力学平衡态不同当系统处于热平衡态时，组成系统的大量粒子仍在不停地、无规则地运动着，大量粒子运动的平均效果不变，这是一种动态平衡而个别粒子所受合外力可以不为零而力学平衡态时，物体保持静止或匀速直线运动，所受合外力为零3-2 气体动理论的研究对象是什么?理想气体的宏观模型和微观模型各如何?答：气体动理论的研究对象是大量微观粒子组成的系统是从。

18、 第3章 习题 一 填空题 3 1 1 跨过定滑轮的细绳下端系质量为的物体 在物体以的恒定加速度下落一段距离的过程中 绳的拉力对物体做的功为 考察物体以的恒定加速度下落一段距离的过程 设初速率为 末速率满足 3 1 物体受到重力和绳子的拉力的作用 合外力做功为 3 2 注意到重力是保守力 其做功为 3 3 对物体使用动能定理 有 3 4 联立 3 1 3 4 可求出绳的拉力对物体所做的功为 3 1。

19、大物上册第三章习题答案习题3-1 在下列几种情况中，机械能守恒的系统是：（1）当物体在空气中下落时，以物体和地球为系统。（2）当地球表面物体匀速上升时，以物体和地球为系统（不计空气阻力） 。（3）子弹水平射入放在光滑水平桌面上的木块内，以子弹和木块为系统。（4）当一球沿光滑的固定斜面向下滑动时，以小球和地球为系统。答案：(1) 机械能不守恒，因为并没有说忽略空气阻力的作用，而空气阻力为非保守力;（2）物体匀速上升，一定有合外力克服重力做功，所以机械能不守恒;（3）机械能不守恒，子弹射入木块时，受到的摩擦力为非保。

20、 习题解答3-1 用榔头击钉子，如果榔头的质量为 500 g，击钉子时的速率为 8.0 ms1，作用时间为2.0103 s，求钉子所受的冲量和榔头对钉子的平均打击力。解 对于榔头：,式中 I1 是榔头所受的冲量， 是榔头所受钉子的平均打击力；对于钉子：,式中 I2 是钉子受到的冲量， 是钉子所受的平均打击力，显然 = 。题目所要求的是 I2 和 ：,I2 的方向与榔头运动方向一致。,的方向与榔头运动方向一致。3-2 质量为 10 g 的子弹以 500 ms1 的速度沿与板面垂直的方向射向木板，穿过木板，速度降为 400 ms1 。如果子弹穿过木板所需时间为 1.00105 s，试分别。