第四章刚体、角动量.doc

第四章刚体、角动量一、 填空题(本大题共32小题，总计96分)1.(3分) 质量为的质点以速度沿一直线运动，则它对直线外垂直距离为的一点的角动量大小是_2.(3分) 地球的质量为，太阳的质量为，地心与日心的距离为，引力常量为，则地球绕太阳作圆周运动的轨道角动量为_3.(3分) 质量为的质点以速度沿一直线运动，则它对该直线上任一点的角动量为_4.(3分) 决定刚体转动惯量的因素是_5.(3分) 如图所示，钢球A和B质量相等，正被绳牵着以的角速度绕竖直轴转动，二球与轴的距离都为现在把轴上环C下移，使得两球离轴的距离缩减为则钢球的角速度=_ 6.(3分) 将一质量为的小球，系于轻绳的一端，绳的另一端穿过光滑水平桌面上的小孔用手拉住先使小球以角速度在桌面上做半径为的圆周运动，然后缓慢将绳下拉，使半径缩小为，在此过程中小球的动能增量是_7.(3分) 在光滑的水平面上，一根长的绳子，一端固定于点，另一端系一质量的物体开始时，物体位于位置，间距离，绳子处于松弛状态现在使物体以初速度垂直于向右滑动，如图所示设以后的运动中物体到达位置,此时物体速度的方向与绳垂直则此时刻物体对点的角动量的大小_，物体速度的大小_8.(3分) 质量为0.05 kg的小块物体，置于一光滑水平桌面上有一绳一端连接此物，另一端穿过桌面中心的小孔（如图所示）该物体原以3 rad/s的角速度在距孔0.2 m的圆周上转动今将绳从小孔缓慢往下拉，使该物体之转动半径减为0.1 m则物体的角速度_ 9.(3分) 一均匀细直棒，可绕通过其一端的光滑固定轴在竖直平面内转动使棒从水平位置自由下摆，棒是否作匀角加速转动？_理由是_10.(3分) 一长为，质量可以忽略的直杆，可绕通过其一端的水平光滑轴在竖直平面内作定轴转动，在杆的另一端固定着一质量为的小球，如图所示现将杆由水平位置无初转速地释放则杆刚被释放时的角加速度_，杆与水平方向夹角为时的角加速度_ 11.(3分) 一长为、质量可以忽略的直杆，两端分别固定有质量为和的小球，杆可绕通过其中心且与杆垂直的水平光滑固定轴在铅直平面内转动开始杆与水平方向成某一角度，处于静止状态，如图所示释放后，杆绕轴转动则当杆转到水平位置时，该系统所受到的合外力矩的大小_，此时该系统角加速度的大小_12.(3分) 一质量为、半径为的薄圆盘，可绕通过其一直径的光滑固定轴转动，转动惯量该圆盘从静止开始在恒力矩作用下转动，秒后位于圆盘边缘上与轴的垂直距离为的点的切向加速度_，法向加速度_13.(3分) 一作定轴转动的物体，对转轴的转动惯量，角速度现对物体加一恒定的制动力矩，当物体的角速度减慢到时，物体已转过了角度 _14.(3分) 一个作定轴转动的物体，对转轴的转动惯量为，正以角速度匀速转动现对物体加一恒定制动力矩，经过时间后，物体停止了转动物体的转动惯量_15.(3分) 一长为的轻质细杆，两端分别固定质量为和的小球，此系统在竖直平面内可绕过中点且与杆垂直的水平光滑固定轴(轴)转动开始时杆与水平成角，处于静止状态无初转速地释放以后，杆球这一刚体系统绕轴转动系统绕轴的转动惯量_释放后，当杆转到水平位置时，刚体受到的合外力矩_；角加速度= _ 16.(3分) 如图所示，一轻绳绕于半径的飞轮边缘，并施以的拉力，若不计轴的摩擦，飞轮的角加速度等于，此飞轮的转动惯量为_ 17.(3分) 一可绕定轴转动的飞轮，在的总力矩作用下，在10s内转速由零均匀地增加到8 rad/s，飞轮的转动惯量_18.(3分) 力矩的定义式为_在力矩作用下，一个绕轴转动的物体作_运动若系统所受的合外力矩为零，则系统的_守恒 19.(3分) 一根均匀棒，长为，质量为，可绕通过其一端且与其垂直的固定轴在竖直面内自由转动开始时棒静止在水平位置，当它自由下摆时，它的初角速度等于_，初角加速度等于_已知均匀棒对于通过其一端垂直于棒的轴的转动惯量为20.(3分) 转动着的飞轮的转动惯量为，在时角速度为此后飞轮经历制动过程阻力矩的大小与角速度的平方成正比，比例系数为(为大于0的常量)当时，飞轮的角加速度 _从开始制动到所经过的时间_21.(3分) 如图所示，一轻绳绕于半径为的飞轮边缘，并以质量为的物体挂在绳端，飞轮对过轮心且与轮面垂直的水平固定轴的转动惯量为.若不计摩擦，飞轮的角加速度_22.(3分) 一定滑轮质量为、半径为，对水平轴的转动惯量在滑轮的边缘绕一细绳，绳的下端挂一物体绳的质量可以忽略且不能伸长，滑轮与轴承间无摩擦物体下落的加速度为，则绳中的张力_23.(3分) 定轴转动刚体的角动量(动量矩)定理的内容是_，其数学表达式可写成_动量矩守恒的条件是_24.(3分) 绕定轴转动的飞轮均匀地减速，时角速度为，时角速度为，则飞轮的角加速度_，到时间内飞轮所转过的角度 _25.(3分) 半径为30 cm的飞轮，从静止开始以0.50 的匀角加速度转动，则飞轮边缘上一点在飞轮转过时的切向加速度_，法向加速度_26.(3分) 一个作定轴转动的轮子，对轴的转动惯量，正以角速度作匀速转动现对轮子加一恒定的力矩，经过时间时轮子的角速度，则_27.(3分) 两个质量都为100 kg的人，站在一质量为200 kg、半径为3 m的水平转台的直径两端转台的固定竖直转轴通过其中心且垂直于台面初始时，转台每5 s转一圈当这两人以相同的快慢走到转台的中心时，转台的角速度_(已知转台对转轴的转动惯量，计算时忽略转台在转轴处的摩擦)28.(3分) 一人坐在转椅上，双手各持一哑铃，哑铃与转轴的距离各为 0.6 m先让人体以5 rad/s的角速度随转椅旋转此后，人将哑铃拉回使与转轴距离为0.2 m人体和转椅对轴的转动惯量为，并视为不变每一哑铃的质量为5 kg可视为质点哑铃被拉回后，人体的角速度_29.(3分) 长为、质量为的匀质杆可绕通过杆一端的水平光滑固定轴转动，转动惯量为，开始时杆竖直下垂，如图所示有一质量为的子弹以水平速度射入杆上点，并嵌在杆中，则子弹射入后瞬间杆的角速度_30.(3分) 有一半径为的匀质圆形水平转台，可绕通过盘心且垂直于盘面的竖直固定轴转动，转动惯量为台上有一人，质量为当他站在离转轴处时()，转台和人一起以的角速度转动，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_ 31.(3分) 一飞轮以角速度绕光滑固定轴旋转，飞轮对轴的转动惯量为；另一静止飞轮突然和上述转动的飞轮啮合，绕同一转轴转动，该飞轮对轴的转动惯量为前者的二倍啮合后整个系统的角速度_32.(3分) 一人造地球卫星绕地球作椭圆运动，近地点为，远地点为、两点距地心分别为、设卫星质量为，地球质量为，万有引力常量为则卫星在、两点处的万有引力势能之差= _；卫星在,两点的动能之差_。 二、 单选题(本大题共23小题，总计69分)1.(3分) 关于刚体对轴的转动惯量，下列说法中正确的是 A、只取决于刚体的质量,与质量的空间分布和轴的位置无关B、取决于刚体的质量和质量的空间分布，与轴的位置无关C、取决于刚体的质量、质量的空间分布和轴的位置D、只取决于转轴的位置，与刚体的质量和质量的空间分布无关2.(3分) 有两个半径相同，质量相等的细圆环和环的质量分布均匀，环的质量分布不均匀它们对通过环心并与环面垂直的轴的转动惯量分别为和，则 A、B、C、D、不能确定、哪个大3.(3分) 如图所示，一个小物体，位于光滑的水平桌面上，与一绳的一端相连结，绳的另一端穿过桌面中心的小孔. 该物体原以角速度在半径为的圆周上绕旋转，今将绳从小孔缓慢往下拉则物体 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4.(3分) 假设卫星环绕地球中心作圆周运动，则在运动过程中，卫星对地球中心的 A、角动量守恒，动能也守恒B、角动量守恒，动能不守恒C、角动量不守恒，动能守恒D、角动量不守恒，动量也不守恒E、角动量守恒，动量也守恒5.(3分) 一轻绳绕在有水平轴的定滑轮上，滑轮的转动惯量为，绳下端挂一物体物体所受重力为，滑轮的角加速度为若将物体去掉而以与相等的力直接向下拉绳子，滑轮的角加速度将 A、不变B、变小C、变大D、如何变化无法判断6.(3分) 一轻绳跨过一具有水平光滑轴、质量为的定滑轮，绳的两端分别悬有质量为和的物体()，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7.(3分) 均匀细棒可绕通过其一端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8.(3分) 一圆盘绕过盘心且与盘面垂直的光滑固定轴以角速度按图示方向转动.若如图所示的情况那样，将两个大小相等方向相反但不在同一条直线的力沿盘面同时作用到圆盘上，则圆盘的角速度 A、必然增大B、必然减少C、不会改变D、如何变化，不能确定9.(3分) 花样滑冰运动员绕通过自身的竖直轴转动，开始时两臂伸开，转动惯量为，角速度为然后她将两臂收回，使转动惯量减少为这时她转动的角速度变为 A、B、C、D、10.(3分) 几个力同时作用在一个具有光滑固定转轴的刚体上，如果这几个力的矢量和为零，则此刚体 A、必然不会转动B、转速必然不变C、转速必然改变D、转速可能不变，也可能改变11.(3分) 如图所示，、为两个相同的绕着轻绳的定滑轮滑轮挂一质量为的物体，滑轮受拉力，而且设、两滑轮的角加速度分别为，不计滑轮轴的摩擦，则有 A、B、C、D、开始时，以后12.(3分) 光滑的水平桌面上，有一长为、质量为的匀质细杆，可绕过其中点且垂直于杆的竖直光滑固定轴自由转动，其转动惯量为，起初杆静止桌面上有两个质量均为的小球，各自在垂直于杆的方向上，正对着杆的一端，以相同速率相向运动，如图所示当两小球同时与杆的两个端点发生完全非弹性碰撞后，就与杆粘在一起转动，则这一系统碰撞后的转动角速度应为 A、B、C、D、E、13.(3分) 如图所示，一静止的均匀细棒，长为、质量为，可绕通过棒的端点且垂直于棒长的光滑固定轴在水平面内转动，转动惯量为一质量为、速率为的子弹在水平面内沿与棒垂直的方向射出并穿出棒的自由端，设穿过棒后子弹的速率为，则此时棒的角速度应为 A、B、C、D、14.(3分) 光滑的水平桌面上有长为、质量为的匀质细杆，可绕通过其中点且垂直于桌面的竖直固定轴自由转动，转动惯量为，起初杆静止有一质量为的小球在桌面上正对着杆的一端，在垂直于杆长的方向上，以速率运动，如图所示当小球与杆端发生碰撞后，就与杆粘在一起随杆转动则这一系统碰撞后的转动角速度是 A、B、C、D、15.(3分) 一水平圆盘可绕通过其中心的固定竖直轴转动，盘上站着一个人.把人和圆盘取作系统，当此人在盘上随意走动时，若忽略轴的摩擦，此系统 A、动量守恒B、机械能守恒C、对转轴的角动量守恒D、动量、机械能和角动量都守恒E、动量、机械能和角动量都不守恒16.(3分) 质量为的小孩站在半径为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，转动惯量为平台和小孩开始时均静止，当小孩突然以相对于地面为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 A、，顺时针B、，逆时针C、 ,顺时针D、 , 逆时针17.(3分) 一圆盘正绕垂直于盘面的水平光滑固定轴转动，如图射来两个质量相同，速度大小相同，方向相反并在一条直线上的子弹，子弹射入圆盘并且留在盘内，则子弹射入后的瞬间，圆盘的角速度 A、增大B、不变C、减小D、不能确定18.(3分) 如图所示，一匀质细杆可绕通过上端与杆垂直的水平光滑固定轴旋转，初始状态为静止悬挂现有一个小球自左方水平打击细杆设小球与细杆之间为非弹性碰撞，则在碰撞过程中对细杆与小球这一系统 A、只有机械能守恒B、只有动量守恒C、只有对转轴的角动量守恒D、机械能、动量和角动量均守恒19.(3分) 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20.(3分) 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21.(3分) 如图所示，一水平刚性轻杆，质量不计，杆长，其上穿有两个小球初始时，两小球相对杆中心对称放置，与的距离，二者之间用细线拉紧现在让细杆绕通过中心的竖直固定轴作匀角速的转动，转速为，再烧断细线让两球向杆的两端滑动不考虑转轴和空气的摩擦，当两球都滑至杆端时，杆的角速度为 A、B、C、D、22.(3分) 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23.(3分) 一人造地球卫星到地球中心的最大距离和最小距离分别是和设卫星对应的角动量分别是、，动能分别是、，则应有 A、B、C、D、E、三、 计算题(本大题共22小题，总计220分)1.(10分) 两个滑冰运动员、的质量均为，以的速率沿相反方向滑行，滑行路线间的垂直距离为，当彼此交错时，各抓住10 m绳索的一端，然后相对旋转, 问： (1) 在抓住绳索之前，各自对绳中心的角动量是多少？抓住后又是多少？ (2) 他们各自收拢绳索，到绳长为时，各自的速率如何？ (3) 绳长为5 m时，绳内的张力多大？2.(10分) 光滑圆盘面上有一质量为的物体A，拴在一根穿过圆盘中心处光滑小孔的细绳上，如图所示开始时，该物体距圆盘中心的距离为，并以角速度绕盘心作圆周运动现向下拉绳，当质点A的径向距离由减少到时，向下拉的速度为，求下拉过程中拉力所作的功3.(10分) 一轴承光滑的定滑轮，质量为，半径为，一根不能伸长的轻绳，一端固定在定滑轮上，另一端系有一质量为的物体，如图所示已知定滑轮的转动惯量为，其初角速度，方向垂直纸面向里求： (1) 定滑轮的角加速度的大小和方向； (2) 定滑轮的角速度变化到时，物体上升的高度； (3) 当物体回到原来位置时，定滑轮的角速度的大小和方向4.(10分) 为求一半径的飞轮对于通过其中心且与盘面垂直的固定转轴的转动惯量，在飞轮上绕以细绳，绳末端悬一质量的重锤让重锤从高2 m处由静止落下，测得下落时间再用另一质量的重锤做同样测量，测得下落时间假定摩擦力矩是一个常量，求飞轮的转动惯量5.(10分) 一质量为的物体悬于一条轻绳的一端，绳另一端绕在一轮轴的轴上，如图所示轴水平且垂直于轮轴面，其半径为，整个装置架在光滑的固定轴承之上当物体从静止释放后，在时间内下降了一段距离试求整个轮轴的转动惯量(用、和表示)6.(10分) 质量为的匀质圆盘，可绕通过盘中心垂直于盘的固定光滑轴转动，转动惯量为绕过盘的边缘挂有质量为，长为的匀质柔软绳索（如图）设绳与圆盘无相对滑动，试求当圆盘两侧绳长之差为时，绳的加速度的大小 7.(10分) 一质量为、半径为的圆柱体，可绕与其几何轴重合的水平固定轴转动(转动惯量)现以一不能伸长的轻绳绕于柱面，而在绳的下端悬一质量的物体不计圆柱体与轴之间的摩擦，求： (1) 物体自静止下落， 5 s内下降的距离； (2) 绳中的张力 8.(10分) 一转动惯量为的圆盘绕一固定轴转动，起初角速度为设它所受阻力矩与转动角速度成正比，即(为正的常数)，求圆盘的角速度从变为时所需的时间9.(10分) 一轻绳跨过两个质量均为、半径均为的均匀圆盘状定滑轮，绳的两端分别挂着质量为和的重物，如图所示绳与滑轮间无相对滑动，滑轮轴光滑两个定滑轮的转动惯量均为将由两个定滑轮以及质量为和的重物组成的系统从静止释放，求两滑轮之间绳内的张力10.(10分) 质量分别为和、半径分别为和的两个均匀圆盘，同轴地粘在一起，可以绕通过盘心且垂直盘面的水平光滑固定轴转动，对转轴的转动惯量为，大小圆盘边缘都绕有绳子，绳子下端都挂一质量为的重物，如图所示求盘的角加速度的大小11.(10分) 质量的匀质圆盘，可以绕通过其中心且垂直盘面的水平光滑固定轴转动，对轴的转动惯量(为盘的半径)圆盘边缘绕有绳子，绳子下端挂一质量的物体，如图所示起初在圆盘上加一恒力矩使物体以速率匀速上升，如撤去所加力矩，问经历多少时间圆盘开始作反方向转动12.(10分) 如图所示，设两重物的质量分别为和，且，定滑轮的半径为，对转轴的转动惯量为，轻绳与滑轮间无滑动，滑轮轴上摩擦不计设开始时系统静止，试求时刻滑轮的角速度13.(10分) 质量为的圆轮，可绕水平光滑固定轴转动，一轻绳缠绕于轮上，另一端通过质量为的圆盘形定滑轮悬有的物体求当重物由静止开始下降了时，(1) 物体的速度； (2) 绳中张力 (设绳与定滑轮间无相对滑动，圆轮、定滑轮绕通过轮心且垂直于横截面的水平光滑轴的转动惯量分别为，)14.(10分) 两个匀质圆盘，一大一小，同轴地粘结在一起，构成一个组合轮小圆盘的半径为，质量为；大圆盘的半径，质量组合轮可绕通过其中心且垂直于盘面的光滑水平固定轴转动，对轴的转动惯量两圆盘边缘上分别绕有轻质细绳，细绳下端各悬挂质量为的物体A和B，如图所示这一系统从静止开始运动，绳与盘无相对滑动，绳的长度不变已知求： (1) 组合轮的角加速度； (2) 当物体A上升时，组合轮的角速度15.(10分) 如图所示的阿特伍德机装置中，滑轮和绳子间没有滑动且绳子不可以伸长，轴与轮间有阻力矩，求滑轮两边绳子中的张力已知，滑轮质量为滑轮半径为滑轮可视为均匀圆盘，阻力矩，已知圆盘对过其中心且与盘面垂直的轴的转动惯量为 16.(10分) 两个大小不同、具有水平光滑轴的定滑轮，顶点在同一水平线上小滑轮的质量为，半径为，对轴的转动惯量大滑轮的质量，半径，对轴的转动惯量一根不可伸长的轻质细绳跨过这两个定滑轮，绳的两端分别挂着物体A和BA的质量为，B的质量这一系统由静止开始转动已知， 求两滑轮的角加速度和它们之间绳中的张力17.(10分) 如图所示，和两飞轮的轴杆在同一中心线上，设两轮的转动惯量分