大学物理的刚体转动习题PPT课件

.,习题总目录,结束,.,4-1,4-2,4-3,4-4,4-5,4-6,4-7,4-8,4-9,4-10,4-11,4-12,4-13,4-14,4-15,4-16,4-18,4-17,4-19,4-20,4-21,4-22,4-23,4-24,4-25,4-26,4-27,4-28,刚体转动习题,目录,4-29,4-30,4-31,4-32,习题总目录,结束,.,4-1一飞轮直径为0.30m，质量为5.00kg，边缘绕有绳子，现用恒力拉绳子的一端，使其由静止均匀地加速，经0.50s转速达10r3。假定飞轮可看作实心圆柱体，求：（1）飞轮的角加速度及在这段时间内转过的转数；（2）拉力及拉力所作的功；（3）从拉动后经t=10s时飞轮的角速度及轮边缘上一点的速度和加速度。,结束,目录,.,结束,目录,.,结束,目录,.,=18.9m/s2,结束,目录,.,4-2飞轮的质量为60kg，直径为0.50m，转速为1000rmin，现要求在5s内使其制动，求制动力F,假定闸瓦与飞轮之间的摩擦系数=0.4，飞轮的质量全部分布在轮的外周上。尺寸如图所示。,结束,目录,.,=104.7r/s,结束,目录,.,4-3如图所示，两物体1和2的质量分别为m1与m2，滑轮的转动惯量为J,半径为r。（1）如物体2与桌面间的摩擦系数为，求系统的加速度a及绳中的张力T2与T2（设绳子与滑轮间无相对猾动）；（2）如物体2与桌面间为光滑接触，求系统的加速度a及绳中的张力T1与T2。,结束,目录,.,解：(1),结束,目录,.,结束,目录,.,4-4电动机带动一个转动惯量为J=50kgm2的系统作定轴转动。在0.5s内由静止开始最后达到120rmin的转速。假定在这一过程中转速是均匀增加的，求电动机对转动系统施加的力矩。,结束,目录,.,结束,目录,.,4-5求题4-2中制动力矩在制动过程中所作的功。,结束,目录,.,解；由转动动能定理,结束,目录,.,4-6某冲床上飞轮的转动惯量为4.00103kgm2当它的转速达到30r/min时，它的转动动能是多少？每冲一次，其转速降为10rmin转。求每冲一次飞轮对外所作的功。,结束,目录,.,结束,目录,.,4-7绕有电缆的大木轴，质量为1000kg，绕中心轴0的转动惯量为300kgm2如图所示：R1=1.00m，R2=0.40m。假定大木轴与地面间无相对滑动，当用F=9800N的水平力拉电缆的一端时，问：（1）轮子将怎样运动？（2）轴心0的加速度是多大？（3）摩擦力是多大？（4）摩擦系数至少为多大时才能保证无相对滑动？,结束,目录,.,（5）如果力F与水平方向夹角为(/2)见图，而仍要使木轴向前加速且与地面无相对滑动，问最大不能超过多少？,结束,目录,.,解：(1)当轮子与地面无相对滑动时，作纯滚动。,轴心O的加速度为：,结束,目录,.,结束,目录,.,(5)设轮子向右运动,解式(1)(2)得：,结束,目录,.,4-8有质量为mA与mB，的两圆盘同心地粘在一起，半径分别为rA与rB。小圆盘边缘绕有绳子，上端固定在天花板上，大圆盘边缘也绕有绳子，下端挂一物体，质量为mC（见图）试求：（1）要使圆盘向上加速、向下加速、静止或匀速运动的条件；（2）在静止情形下，两段绳子中的张力。,结束,目录,.,解得：,结束,目录,.,结束,目录,.,静止时，a0=0，上述方程变为：,结束,目录,.,结束,目录,.,4-9密度均匀、半径为b、质量为m的小球在与水平面的夹角为的斜面上无滑动地滚下并进入一半径为a的圆形轨道，如图所示。假定小球由高度为h的顶部从静止滚下。（1）求小球到达斜面底部时的角速度和质心的速度；（2）证明：如果ba，要使小球不脱离圆轨道而达到A点，则h应满足：,结束,目录,.,解：(1)球的转动惯量为,结束,目录,.,小球不脱离轨道时：,结束,目录,.,4-10压路机的滚筒可近似地看作一个直径为D的圆柱形薄壁圆筒（如图），设滚筒的直径D=1.50m，质量为10t如果水平牵引力F为20000N使它在地面上作纯滚动。求：（1）滚筒的角加速度和轴心的加速度；（2）摩擦力；（3）从静止开始走了1m时，滚筒的转动动能与平动动能。,结束,目录,.,解:(1)滚筒对瞬时转动中心的惯量,结束,目录,.,结束,目录,.,4-11长为l质量为m的均匀杆，在光滑桌面上由竖直位置自然倒下，当夹角为时（见图），求：（1）质心的速度；（2）杆的角速度。,结束,目录,.,解：选质心坐标系,由机械能守恒：,结束,目录,.,结束,目录,.,4-12如图所示，一圆柱体质量为m，长为l，半径为R，用两根轻软的绳子对称地绕在圆柱两端，两绳的另一端分别系在天花板上。现将圆柱体从静止释放，试求：（1）它向下运动的线加速度；（2）向下加速运动时，两绳的张力。,结束,目录,.,解：设系统做纯滚动,结束,目录,.,4-13在自由旋转的水平圆盘边上，站一质量为m的人。圆盘的半径为，转动惯量为J，角速度为。如果这人由盘边走到盘心，求角速度的变化及此系统动能的变化。,结束,目录,.,解：系统角动量守恒,结束,目录,.,4-14在半径为R1、质量为m的静止水平圆盘上，站一质量为m的人。圆盘可无摩擦地绕通过圆盘中心的竖直轴转动。当这人开始沿着与圆盘同心，半径为R2（R1）的圆周匀速地走动时，设他相对于圆盘的速度为v，问圆盘将以多大的角速度旋转？,结束,目录,.,由角动量守恒得：,结束,目录,.,4-15如图所示，转台绕中心竖直轴以角速度作匀速转动。转台对该轴的转动惯量J=51O-5kg.m。现有砂粒以1g/s的速度落到转台，并粘在台面形成一半径r=0.1m的圆。试求砂粒落到转台，使转台角速度变为0/2所花的时间。,结束,目录,.,解：由角动量守恒,结束,目录,.,4-16长为2a的匀质棒AB，以铰链固定在A点，最初，用手在B点把它放在水平位置静止不动。当放开B端，棒绕A点转到竖直位置时，去掉铰链，使它成为自由落体。在以后的运动中，它的质心沿抛物线运动，而棒则绕质心旋转着。问当它的质心下降距离h时，棒转了几转？,结束,目录,.,解：质心在铅直方向作自由落体运动,从水平位置到铅直位置机械能守恒,结束,目录,.,4-17在一半径为R、质量为m的水平圆盘的边上，站着一个质量为m的人。这圆盘可绕通过中心的竖直轴转动，转轴与轴承之间的摩擦阻力可忽略不计。当人沿盘的边缘走一周回到盘上原有位置时，这圆盘将转过多大的角度？,结束,目录,.,结束,目录,.,结束,目录,.,4-18一脉冲星质量为1.5l030kg，半径为20km。自旋转速为2.1r/s，并且以1.010-15r/s的变化率减慢。问它的转动动能以多大的变化率减小？如果这一变化率保持不变，这个脉冲星经过多长时间就会停止自旋？设脉冲星可看作匀质球体。,结束,目录,.,=1.981025J/s,结束,目录,.,4-19如图所示的打桩装置，半径为R的带齿轮转盘绕中心轴的转动惯量为J转动角速度为0，夯锤的质量为M，开始处于静止状态，当转盘与夯锤碰撞后，问夯锤的速度能有多大？,结束,目录,.,解：,结束,目录,.,4-20一个人站在一竹筏的一端用力向垂直于筏身方向水平跳出去。筏由于受到反冲作用就要旋转起来。假定人的质量为m=60kg，筏的质量M=500kg，人相对于岸的起跳速度为3ms。求竹筏所获得的角速度。（假定竹筏的转动惯量近似地可以用细杆的公式来计算，水的摩擦可以忽略不计）。筏长10m。,结束,目录,.,解：筏的质心是O，筏与人所组成的系统的质心是C，对该系统无外力矩作用，所以系统角动量守恒。,先求质心C的位置:,结束,目录,.,对质心C的角动量守恒,结束,目录,.,4-21两滑冰运动员，质量分别为MA=60kg，MB=70kg，它们的速率vA=7m/svB=6ms，在相距1.5m的两平行线上相向而行，当两者最接近时，便拉起手来，开始绕质心作圆周运动并保持两者间的距离为1.5m。求该瞬时：（1）系统的总角动量；（2）系统的角速度；（3）两人拉手前、后的总动能。这一过程中能量是否守恒，为什么？,结束,目录,.,解：设C为质心,(1)系统的总动量矩为：,结束,目录,.,(2)系统对质心C的转动惯量为：,由角动量守恒：,(3)拉手前的总动能,由机械能守恒，拉手后的动能为：,结束,目录,.,4-22如图，弹簧的劲度系数为k=2.0N/m，轮子的转动惯量为0.5kg.m2，轮子半径r=30cm。当质量为60kg的物体落下40cm时的速率是多大？假设开始时物体静止而弹簧无伸长。,结束,目录,.,解：由动能定理,结束,目录,.,4-23如图，滑轮的转动惯量J=0.5kgm2，半径r=30cm，弹簧的劲度系数为k=20N/m，重物的质量m=2.0kg。当此滑轮一重物系统从静止开始启动，开始时弹簧没有伸长。如摩擦可忽略，问物体能沿斜面滑下多远？,结束,目录,.,结束,目录,.,4-24在上题中，当物体沿斜面滑下1.00m时，它的速率有多大？,结束,目录,.,解：,结束,目录,.,4-25一长为l=0.40m的均匀木棒，质量M=1.00kg，可绕水平轴0在竖直平面内转动，开始时棒自然地竖直悬垂。现有质量m=8g的子弹以v=200ms的速率从A点射入棒中假定A点与0点的距离为3l/4，如图。求：（1）棒开始运动时的角速度；（2）棒的最大偏转角。,结束,目录,.,解：子弹射入后系统的转动惯量为：,(1)系统角动量守恒,结束,目录,.,(2)系统机械能守恒，设最大偏角为q,结束,目录,.,4-26半径R为30cm的轮子，装在一根长l为40cm的轴的中部，并可绕其转动，轮和轴的质量共5kg，系统的回转半径为25cm，轴的一端A用一根链条挂起，如果原来轴在水平位置，并使轮子以自=12rads的角速度旋转，方向如图所示，求：（1）该轮自转的角动量；（2）作用于轴上的外力矩；（3）系统的进动角速度，并判断进动方向。,结束,目录,.,解：,俯视时，进动方向为逆时针方向。,结束,目录,.,4-27为稳定船身而装在船上的一种陀螺仪，其质量为50t回转半径为2m，以900rmin的转速绕竖直轴旋转，问：（1）如用736kw的输入功率使其从静止开始转动，要经多长时间才能达到这个稳定转速？（2）要加多大力矩才可使它在船的竖直纵断面内产生10s的进动角速度？,结束,目录,.,在t秒内输入功率全部转化为转动动能,结束,目录,.,2-28在如图所示的回转仪中，转盘的质量为0.15kg,绕其轴线的转动惯量为：1.5010-4kg.m2,架子的质量为0.03kg,由转盘与架子组成的系统被支持在一个支柱的尖端O，尖端O到转盘中心的距离为0.04m,当转盘以一定角速度绕其轴旋转时，它便在水平面内以1/6rev/s的转速进动。(1)求尖端对支架的作用力；(2)求转盘自转的角速度；(3)画出自转角速度矢量、进动角速度矢量和架子转盘系统所受到的力矩矢量图。,结束,目录,.,结束,目录,.,(1)解：尖端对支架的竖直向上的作用力,结束,目录,.,结束,目录,.,29.地球半径R=6378km,卫星离地面最近距离为l1=439km,最远距离为l2=2384km,设近地点卫星速度为v2=8.1km/s。求：远地点卫星速度。,解：,由角动量守恒得：,结束,目录,.,试求：当绳子到达B点（此时绳子被拉紧）时的速度。,解：由角动量守恒得,结束,目录,.,解：由角动量守恒得,结束,目录,.,求：棒从碰撞开始到停止转动所用的时间。,结束,目录,.,解：由角动量守恒得,棒上dx段与桌面间的摩擦力为：,dx段所产生摩擦力力矩为：,结束,目录,.,摩擦力力矩为：,由角动量原理：,),所用的时间为：,结束,目录,.,习题总目录,.,102102102102,m,+,=,(,),?,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0,.,a,q,a,A,B,C,D,E,F,G,K,M,N,P,R,S,T,U,V,W,H,L,O,Q,I,