《普通物理学》第五版第四章习题答案.ppt

1、练习总目录，结束，4-1，4-2，4-3，4-4，4-5，4-6，4-7，4-8，4-9，4-10，4-11，4-12，4-13，4-14，4-13 4-29，4-30，4-31，4-32，练习总目录，结束，直径为0.30米、质量为5.00公斤的4 -1 A飞轮用绳子缠绕目前，绳索的一端被恒力拉动，使其从静止状态均匀加速，0.50秒后速度达到10r3.假设飞轮可以看作一个实心圆柱体，计算：(1)飞轮的角加速度和在此期间它转动的圈数；(2)张力和张力所做的工作；(3)飞轮的角速度以及牵引后t=10s时车轮边缘上一点的速度和加速度。end，catalog，end，catalog,=18.9m/s2

2、，end，catalog，4-2飞轮质量为60kg，直径为0.50m，转速为1000rmin，因此需要在5秒钟内制动，以计算制动力f，假设制动蹄和飞轮之间的摩擦系数为0.4，飞轮质量全部分布。尺寸如图所示。end，directory,=104.7 r/s，end，directory，4-3如图所示，两个物体1和2的质量分别为m1和m2，滑轮的转动惯量为j，半径为R.(1)如果物体2和桌面之间的摩擦系数为0，计算系统的加速度a和绳索中的张力t 2和T2(假设绳索和滑轮之间没有相对滑动)；(2)如果物体2和桌面之间有平滑的接触，计算系统的加速度和绳索中的张力T1和t 2。结束，目录，解决方案：(1

3、)结束，目录，结束，目录，结束，目录，4-4电机驱动转动惯量为J=50 kgm2的系统进行固定轴旋转。0.5秒内，从静止停止开始，最终达到120转/分的速度。假设转速在此过程中均匀增加，计算电机施加在旋转系统上的扭矩。结束，目录，结束，目录，4-5在4-2中找到制动期间制动力矩所做的功。结束、目录、解决方案；根据旋转动能定理，结束，目录，4-6。冲床飞轮的转动惯量为4.00103kg m2。当它的转速达到30转/分钟时，它的旋转动能是多少？每次冲洗后，它的转速会下降到10转。每次冲压飞轮时，寻找飞轮的外部功。end，catalog，end，catalog，4-7个缠绕有缆绳的大木轴，质量100

4、0千克，围绕中心轴0 300km2的转动惯量如图所示：R1=1.00米，R2=0.40米假设大木轴和地面之间没有相对滑动，当缆绳的一端被水平力F=9800牛顿拉动时，问：(1)轮子将如何移动？(2)0轴的加速度是多少？(3)摩擦力是多少？(4)摩擦系数至少有多大才能保证不发生相对滑动？(5)如图所示，如果力F与水平方向的夹角为(2)，但木轴仍需要加速向前，而不与地面相对滑动，那么最大值是多少？(1)当车轮与地面之间没有相对滑动时，是纯滚动。o轴的加速度为：结束，目录，结束，目录；(5)如果滚轮向右移动，等式(1)和(2)的解得到：end，directory4-8有两个圆盘，mAss ma和mB

5、同心粘在一起，半径分别为ra和rB。小圆盘的边缘缠绕有绳索，上端固定在天花板上，大圆盘的边缘也缠绕有绳索，下端挂有物体。质量为mC(见图)。试着问：(1)使圆盘向上加速、向下加速、静止或匀速运动；(2)静态条件下两段绳索的张力。end，catalog，solve:end，catalog，end，catalog，当处于静止状态时，a0=0，上述等式变为：end，catalog，end，catalog，4-9具有均匀密度、半径为B且质量为M的球在斜面上以与水平面成一定角度的方式向下滚动，并进入半径为A的圆形轨道，如图所示。假设球从静止位置以高度h从顶部滚下。(1)计算球到达斜面底部时的角速度和质心

6、速度；(2)证明：如果b a，使球不脱离圆形轨道而到达点A，那么H应该是满的：端，目录，解：(1)球的惯性矩是，端，目录，当球不脱离轨道时：端，目录，4-10滚子的滚子可以近似地看作是一个圆柱形的薄壁圆筒，具有一个直的直径D(如图所示)求：(1)滚筒的角加速度和轴线的加速度；(2)摩擦；(3)从静止位置行走1米时滚筒的旋转动能和平移动能。端，目录，求解： (1)滚子对瞬时转动中心的惯量，端，目录，端，目录，4-11长度为L、质量为M的均匀杆从光滑桌面的垂直位置自然落下，当夹角为0时(见图)，求：(1)质心速度；(2)杆的角速度。end，catalog，solution:选择质心坐标系，并保存机

7、械能：end，catalog，end，catalog，4-12如图所示，圆柱体的质量为m，长度为l，半径为r，两条软绳对称缠绕在圆柱体的两端，两条绳的另一端分别系在天花板上。现在将圆柱体从静止状态释放，并试着找出：(1)其向下运动的线性加速度；(2)向下加速时两条绳索的张力。end，catalog，solution:让系统做纯滚动，end，catalog，4-13把一个质量为m的人站在自由旋转的水平圆盘的边缘。圆盘的半径是，惯性矩是，角速度是。如果这个人从边缘走到中心，找到这个系统的角速度和动能的变化。end，catalog，solution:系统的角动量守恒，end，catalog，4-14

8、在一个固定的水平圆盘上，半径为R1，质量为m，站着一个质量为m的人。圆盘可以绕一个穿过圆盘中心的垂直轴旋转，没有摩擦。当这个人开始以恒定的速度沿着与圆盘同心的半径为R2(R1)的圆行走时，让他相对于圆盘的速度为V，并询问圆盘将旋转的角速度。End，目录，角动量守恒：End，目录，4-15如图所示，转台以恒定速度绕中心垂直轴旋转。转台相对于轴的转动惯量J=510-5千克米.现有的沙子以1克/秒的速度落到转盘上，并粘在台面上形成一个半径为r=0.1米的圆。试着找出沙子颗粒落在转盘上所需的时间，这样转盘的角速度就变成了0/2。结束，目录，解决方案：通过角动量守恒，结束，目录，4-16长度为2a的均匀

9、杆AB通过铰链固定在点A，并且最初，它被水平放置并且用手静止在点B。当B端被释放，并且杆围绕A点旋转到垂直位置时，铰链被移除，使其自由下落。在后面的运动中，它的质心沿着抛物线运动，而杆围绕质心旋转。当它的质心偏离H时，它转动了多少圈？end，catalog，solution:质心在垂直方向上自由移动，机械能从水平位置守恒到垂直位置，end，catalog，4-17在半径为R、质量为M的水平圆盘的边缘，一个质量为M的人站着。圆盘可以绕穿过中心的垂直轴旋转，旋转轴和轴承之间的摩擦阻力可以忽略不计。当一个人沿着光盘的边缘行走并回到光盘上的原始位置时，光盘会转动多少角度？end，directory，e

10、nd，directory，end，directory，4-18-脉冲星的质量为1.5l030kg，半直径为20km。自旋速度是2.1转/秒，它以1.010-15转/秒的变化率减速。它的旋转动能下降了多少变化率？如果这个变化率保持不变，这颗脉冲星停止旋转需要多长时间？让脉冲星被视为同质球体。End，Directory，=1.981025 J/s，End，Directory，4-19对于图中所示的打桩机，带半径为R的齿轮的转盘绕中心轴的转动惯量为J，转动角速度为0，夯锤质量为m，开始处于静止状态。当转盘与夯锤碰撞时，询问夯锤的速度。结束，目录，解决方案，结束，目录，4-20一个人站在一个e假设人的

11、质量为m=60公斤，木筏的质量为M=500公斤，人相对于海岸的跳跃速度为3毫秒。求出竹筏获得的角速度。(假定竹筏的惯性矩可以用细杆公式近似计算，水的摩擦力可以忽略不计)。木筏有10米长。结束，目录，解：筏子的质心是0，由筏子和人组成的系统的质心是C，所以没有外部力矩作用在系统上，所以系统的角动量是守恒的。首先找到质心c :的位置，结束，目录，质心c的角动量守恒，结束，目录，4-21，两个溜冰者，他们的质量是MA=60kg公斤，MB=70kg公斤，他们的速度Va=7m/s VB=6毫秒，在两条平行的线上彼此面对，相距1.5米，当他们最接近时，他们拉起他们的手。求瞬时：(1)系统的总角动量；(2)

12、系统的角速度；(3)两人牵手前后的总动能。在这个过程中能量是守恒的吗？为什么？end，catalog，solution:设c为质心，(1)系统的总动量矩为：end，catalog，(2)系统相对于质心c的惯性矩为：由角动量守恒，(3)手柄前的总动能由机械能守恒，手柄后的动能为：end，catalog，4-22如图所示，弹簧强度。当一个60公斤重的物体下落40公里时，速度是多少？让我们假设物体在开始时停止，弹簧没有拉伸。结束，目录，解决方案：根据动能定理，结束，目录，4-23如图所示，滑轮的转动惯量J=0.5kg千克/平方米，半径r=30厘米，弹簧的刚度系数k=20牛顿/米，重量m=2.0千克.

13、当滑块重量系统从静止状态开始时，弹簧在开始时不会伸展。如果摩擦力可以忽略不计，一个物体可以滑下斜坡多远？end，directory，end，directory，4-24在前面的问题中，当物体沿着斜坡下滑1.00米时，它的速度是多少？结束，目录，解决方案：结束，目录，4-25一根统一的木棒，长度l=0.40m米，质量M=1.00kg公斤，可在垂直平面内绕水平轴0旋转，开始时自然垂直悬挂。假设点a和点0之间的距离为3l/4，如图所示，质量m=8g的现有子弹以v=200ms的速度从点a注入杆中。求：(1)当杆开始运动时的角速度；(2)杆的最大偏转角。(1)系统角动量守恒，(2)系统机械能守恒，设置最

14、大偏转角为Q，端，列表，半径为30cm的4-26个轮子，安装在长度为40 cm的轴中间，可以绕轴旋转。轮子和轴的质量是5。轴的一端由链条悬挂。如果原始轴处于水平位置，并且车轮以=12拉德的角速度旋转，方向如图所示。计算：(1)车轮转动的角动量；(2)作用在轴上的外力矩；(3)系统的进动角速度，并判断进动方向。end，directory，solution:向下看时，进动方向为逆时针方向。4-27一种安装在船上用于稳定船体的肺活量计，质量为50 t，回转半径为2m，以900转/分的速度绕垂直轴旋转。问：(1)如果用736千瓦的输入功率使它从静止状态旋转，达到这个稳定速度需要多长时间？(2)要使它在

15、船的垂直纵截面上产生10秒的进动角速度，需要增加多少力矩？2-28在图中所示的陀螺仪中，转台的质量为0.15千克，围绕其轴的惯性矩为1.5010-4千克平方米，搁架的质量为0.03千克。由转台和搁架组成的系统支撑在支柱的尖端O处，尖端O与转台中心之间的距离。(1)计算尖端对支架的作用力；(2)计算转台的角速度；(3)画出齿条转台系统的转角速度矢量、进动角速度矢量和力矩矢量。，end，catalog，end，catalog，(1)解决方案：顶端在支架上的垂直向上力，end，catalog，end，catalog，29。地球半径R=6378km公里，卫星与地面的最近距离l1=439km公里，最远距离l2=2384km公里，近地点卫星速度v2=8.1km公里/秒.问：远地点卫星速度。解决方案：角动量守恒：结束，列表，试着找出绳子到达B点时的速度(当绳子拉紧时)。解决方案：通过角动量守恒，结束，目录，解决方案：通过角动量守恒，结束，目录，查找：从碰撞开始杆停止旋转所需的时间。end，catalog，solution: