大学物理第三章的题目详解

1、实用标准文案第三章3.10平板中央开一小孔，质量为m 的小球用细线系住，细线穿过小孔后挂一质量为M 1 的重物小球作匀速圆周运动，当半径为 r0 时重物达到平衡 今在 M 1 的下方再挂一质量为M 2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 r 为多少 ?题 3.10 图解: 在只挂重物时M 1 ，小球作圆周运动的向心力为M 1 g ，即M 1 gmr00挂上 M 2 后，则有2(M 1 M 2 ) g mr2重力对圆心的力矩为零，故小球对圆心的角动量守恒即r0 mv0r mvr020r 2联立、得M1 g0mr02M1 g ( M1M 2 )3mr0M 1M1 M2

2、M 11rg ()3 r0m 2M1 M2精彩文档实用标准文案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M ，半径为 r ，在绳与轮缘的摩擦力作用下旋转，忽略桌面与物体间的摩擦，设m1 50kg ， m2 200 kg,M15 kg,r 0.1 m解: 分别以 m1 , m2 滑轮为研究对象，受力图如图(b) 所示对 m1 , m2 运用牛顿定律，有m2 gT2m2 aT1m1 a对滑轮运用转动定律，有T2 r T1r ( 1 Mr 2 )2又，ar联立以上 4 个方程，得am2 g2009.87.6m s 2m1m2M1525 2002题 3.1

3、3(a) 图题 3.13(b) 图3.15如题 3.15 图所示，质量为M ，长为 l 的均匀直棒，可绕垂直于棒一端的水平轴O 无摩擦地转动，它原来静止在平衡位置上现有一质量为m 的弹性小球飞来，正好在棒的下端与棒垂直地相撞相撞后，使棒从平衡位置处摆动到最大角度30 °处(1) 设这碰撞为弹性碰撞，试计算小球初速v0 的值；精彩文档实用标准文案(2) 相撞时小球受到多大的冲量?题 3.15 图解: (1) 设小球的初速度为v0 ，棒经小球碰撞后得到的初角速度为，而小球的速度变为v ，按题意，小球和棒作弹性碰撞， 所以碰撞时遵从角动量守恒定律和机械能守恒定律，可列式：mv0lImvl1

4、 mv021 I 21 mv2222上两式中 I1 Ml 2 ，碰撞过程极为短暂，可认为棒没有显著的角位移；碰撞后，棒从竖直3位置上摆到最大角度30o ，按机械能守恒定律可列式：1 I2Mg l (1 cos30 )22由式得MglI(1cos30 )123g (13 )l212由式v v0Iml由式v2v02 I2m所以精彩文档实用标准文案(v0I)2v02I 2mlm求得v0l(1I)l (1 1 M )2ml 223 m6(23) gl 3mM12m(2) 相碰时小球受到的冲量为Fdt(mv)mvmv0由式求得Fdt mv mv0I1lMl36(2 3) glM6负号说明所受冲量的方向与

5、初速度方向相反3.16一个质量为 M 、半径为 R 并以角速度转动着的飞轮(可看作匀质圆盘)，在某一瞬时突然有一片质量为m 的碎片从轮的边缘上飞出，见题3.16 图假定碎片脱离飞轮时的瞬时速度方向正好竖直向上(1) 问它能升高多少 ?(2) 求余下部分的角速度、角动量和转动动能题 3.16 图解: (1) 碎片离盘瞬时的线速度即是它上升的初速度v0R精彩文档实用标准文案设碎片上升高度 h 时的速度为 v ，则有v 2v022gh令 v 0，可求出上升最大高度为Hv021R2 22g2g(2) 圆盘的转动惯量 I1 MR 2 ，碎片抛出后圆盘的转动惯量I1 MR2mR2 ，碎片脱22离前，盘的角动量为I，碎片刚脱离后，碎片与破盘之间的内力变为零，但内力不影响系统的总角动量，碎片与破盘的总角动量应守恒，即IImv0 R式中为破盘的角速度于是1 MR2(1MR2mR2 )mv0 R2