刚体力学基础自测题.ppt

刚体力学基础自测题,大学物理,(1)已知地球的质量为m,太阳的质量为M，地心与日心的距离为R，引力常数为G，则地球绕太阳作圆周运动的轨道角动量为（A)m(B)(C)Mm(D),解：,2.体重、身高相同的甲乙两人，分别用双手握住跨过无摩擦轻滑轮的绳子各一端他们从同一高度由初速为零向上爬，经过一定时间，甲相对绳子的速率是乙相对绳子速率的两倍，则到达顶点的情况是(A)甲先到达(B)乙先到达(C)同时到达(D)谁先到达不能确定。,解：,甲,乙,选甲乙两人和绳子构成研究系统，所受外力为重力和滑轮对绳子的支持力。,（）如图，有一木块物体，置于一个光滑的水平桌面上，有一绳其一端连接此物体，另一端穿过桌面中心的小孔，该物体原以角速度在距孔为R的圆周上运动，今将绳从小孔缓慢往下拉，则物体,选E,（A）动能不变，动量改变B）动量不变，动能改变（C）角动量不变，动量不变D）角动量改变，动量改变（E）角动量不变，动能、动量都改变,即角动量不变。,（4）一刚体以每分钟60转速率绕z轴逆时针匀速转动，设某时刻刚体上某点P的位矢为：,该时刻P点的速度为：,该时刻P点的速度为：,5、均匀细棒OA可绕通过其一端O而与棒垂直的水平固定光滑轴转动，如图所示今使棒从水平位置由静止开始自由下落，在棒摆动到竖直位置的过程中，下述说法哪一种是正确的？(A)角速度从小到大，角加速度从大到小(B)角速度从小到大，角加速度从小到大(C)角速度从大到小，角加速度从大到小(D)角速度从大到小，角加速度从小到大。,解：,（1）很显然角速度由小到大，它的具体值可以由刚体的机械能守恒算得。,由,可知角加速越来越小。,6、一轻绳跨过一具有水平光滑轴、质量为M的定滑轮，绳的两端分别悬有质量为m1和m2的物体(m1m2)，如图所示绳与轮之间无相对滑动若某时刻滑轮沿逆时针方向转动，则绳中的张力。(A)处处相等(B)左边大于右边(C)右边大于左边(D)哪边大无法判断,解：,（1）取两物体和绳子以及滑轮作为一个研究系统，所受的外力有,重力G1，G2，Mg和支持力，在这些力的作用下，合力矩为,（R为滑轮半径）,又,所以加速度方向与运动方向相反,（2）选取绳子为研究对象，则绳子所受外力为两端的张力T1、T2和支持力N，但是只有T1、T2对O点的力矩不为0。可以认为绳子在两个力矩作用下发生了产生一个角加速度。,合力矩为,绳子的加速度方向和T2一致，所以T2比较大,（）右边大于左边,分析解答：“隔离”木棒，以木棒为研究对象，如图所示。(1)木棒受重力mg；(2)地面对木棒竖直向上的支持力N1；(3)墙对木棒水平向右的支持力N2；(4)木棒B端有向右运动趋势，B端受到地面对它水平向左的静摩擦力f1;(5)木棒A端有向下运动趋势，A端受到墙给它的竖直向上的静摩擦力f2。,一木棒斜靠在墙上处于静止状态，试分析木棒受力情况。,f1,f2,N2,G,N1,例如：一梯子斜靠在光滑的竖直墙上，下端放在粗糙的水平地面上，如图2所示，试分析梯子的受力情况：,分析（）地球上的物体总要受到地球对它的竖直向下的重力G；,（）在重力作用下，梯子必和水平面发生相互挤压，使地面发生形变，从而对梯子产生一个垂直水平地面竖直向上的弹力（即支持力）N1；,（）梯子与墙不仅接触而且有相互挤压，所以有弹力N2产生，方向垂直于墙而指向梯子。,（）梯子与墙之间的接触面是光滑的，所以无摩擦力；假设地面也是光滑的，则梯子将沿墙向下滑动，所以梯子下端有相对向右滑动的趋势，应受到向左的静摩擦力f。梯子的受力示意图如图所示。,光滑的碗里所放筷子的受力情况,如图所示，一质量为m的匀质细杆，端靠在粗糙的竖直墙壁上，端置于粗糙水平地面上而静止，杆身与竖直方向成角，则A端对墙壁的压力大小为,解（1）如果是光滑墙壁，其受力情况如图所示。,A端对墙的压力为N2=mgLtan/2,(2)对本题来说，因为f2并不清楚，所以无法由合力矩为求出同样f1也不清楚，无法利用合外力=0求出N2.,f2,、刚体角动量守恒的充分而必要的条件是。(A)刚体不受外力矩的作用(B)刚体所受合外力矩为零(C)刚体所受的合外力和合外力矩均为零(D)刚体的转动惯量和角速度均保持不变,答案（）,9、一块方板，可以绕通过其一个水平边的光滑固定轴自由转动最初板自由下垂今有一小团粘土，垂直板面撞击方板，并粘在板上对粘土和方板系统，如果忽略空气阻力，在碰撞中守恒的量是。(A)动能(B)绕木板转轴的角动量(C)机械能(D)动量,答案是（）,10质量为m的小孩站在半径为R的水平平台边缘上平台可以绕通过其中心的竖直光滑固定轴自由转动，转动惯量为J平台和小孩开始时均静止当小孩突然以相对于地面为v的速率在台边缘沿逆时针转向走动时，则此平台相对地面旋转的角速度和旋转方向分别为。,解：选人和转台为研究系统，则系统角动量守恒,、光滑的水平桌面上，有一长为2L、质量为m的匀质细杆，可绕过其中点且垂直于杆的竖直光滑固定轴O自由转动，其转动惯量为/（mL2)，起初杆静止，桌面上有一个质量为m的小球，在杆的垂直方向正对着杆的一端以速率v运动，（如图所示），当小球与杆的端点发生完全非弹性碰撞后，就与杆粘在一起运动，则这一系统碰撞后的转动角速度为,O,v,俯视图,解：,、有一半径为R的水平圆转台，可绕通过其中心的竖直固定光滑轴转动，转动惯量为J，开始时转台以匀角速度W0转动，此时有一质量为m的人站在转台中心，随后人沿半径向外跑去，当人到达转台边缘时，转台的角速度为,解：取人和转台为研究系统，则合外力矩为，角动量守恒,始态,末态,13、如图所示，一静止的均匀细棒，长为L、质量为M，可绕通过棒的端点且垂直于棒长的光滑固定轴O在水平面内转动，转动惯量为/ML2。一质量为m、速率为v的子弹在水平面内沿与棒垂直的方向射入并穿出棒的自由端，设穿过棒后子弹的速率为v/2，则此时棒的角速度应为。,(A)(B)(C)(D),解：选择棒和子弹作为研究系统，则系统所受合外力矩为，满足角动量守恒：,14、一个物体正在绕固定光滑轴自由转动，（A）它受热膨胀或遇冷受缩时，角速度不变（B）它受热时角速度变大，遇冷时角速度变小（C）它受热或遇冷时，角速度变大（D）它受热时角速度变小，遇冷受缩时角速度变大,解：绕固定光滑轴自由转动说明合外力矩为0，角动量守恒：,所以受热膨胀时L增长，增加，W变小,如右图：,二填空题,（）半径为r=1.5m的飞轮，初角速度0=10rad/s，角加速度=-5rad/s2，若初始时刻角位移为零，则在t=时角位移再次为零，而此时边缘上点的线速度v=。,解：当刚体作匀角加速转动时，有运动学关系：,(4)一飞轮作匀减速运动，在5s内角速度由40rad/s减到10rad/s，则飞轮在这5s内总共转过了圈，飞轮再经的时间才能停止转动。,解：当刚体作匀角加速转动时，有运动学关系：,(2)设再经历t秒才能停止，则t=10/6=5/3（s）,角动量与参考点的位置有关.,如图：对O点，,对点，,5.半径为20cm的主动轮，通过皮带拖动半径为50cm的被动轮转动，皮带与轮之间无相对滑动主动轮从静止开始作匀角加速转动在4s内被动轮的角速度达到8rads-1，则主动轮在这段时间内转过了_圈,、一长为L，重W的均匀梯子，靠墙放置，如图所示，梯子下端连一倔强系数为K的弹簧，当梯子靠墙竖直放置时，弹簧处于自然长度，墙和地面都是光滑的。当梯子依墙和地面成角且处于平衡状态时，（1）地面对梯子的作用力的大小为。（2）墙对梯子的作用力的大小为。（3）W、K、L、应满足的关系式为。,解（）梯子静止并达到平衡，说明它所受的合外力为0，同时合外力矩也为0,（）水平方向上合力为，则墙对梯子的作用力等于弹簧的弹力，其大小等于kLcos,也可以选取过A端点并且垂直版面的转轴，由合力矩为，可知墙对梯子的作用力为,由竖直方向上合外力为,N=w,8、有一半径为R的匀质圆形水平转台，可绕通过盘心O且垂直于盘面的竖直固定轴OO转动，转动惯量为J台上有一人，质量为m当他站在离转轴r处时(rR)，转台和人一起以w1的角速度转动，如图若转轴处摩擦可以忽略，问当人走到转台边缘时，转台和人一起转动的角速度w2_。,解：由角动量守恒可得,、圆柱质量为M，半径为R，可绕通过柱心的铅直光滑固定轴自由转动，开始的时候圆柱静止，有一质量为m的子弹沿圆周切线方向射入圆柱体的边缘射入而嵌在柱的边缘上，子弹射入后，圆柱的角速度w=。,v,又圆柱对轴的转动惯量为J=/MR2，,解：由角动量守恒可得,11.质量为m、长为l的棒，可绕通过棒中心且与棒垂直的竖直光滑固定轴O在水平面内自由转动(转