物理學第五版上冊答案

1、大學物理課后習題答案（上）大學物理課后習題答案（上）大學物理課后習題答案（上）第1頁共81頁4141分析與解分析與解力對軸之力矩通常有三種情況：其中兩種情況下力矩為零：一是力的作用線通過轉(zhuǎn)力對軸之力矩通常有三種情況：其中兩種情況下力矩為零：一是力的作用線通過轉(zhuǎn)軸，二是力平行于轉(zhuǎn)軸軸，二是力平行于轉(zhuǎn)軸(例如門的重力并不能使門轉(zhuǎn)例如門的重力并不能使門轉(zhuǎn))不滿足上述情況下的作用力不滿足上述情況下的作用力(含題述作用力垂直于含題述作用力垂直于轉(zhuǎn)

2、軸的情況轉(zhuǎn)軸的情況)對軸之矩不為零，但同時有兩個力作用時，只要滿足兩力矩大小相等，方向相反，兩力矩對對軸之矩不為零，但同時有兩個力作用時，只要滿足兩力矩大小相等，方向相反，兩力矩對同一軸的合外力矩也可以為零，由以上規(guī)則可知同一軸的合外力矩也可以為零，由以上規(guī)則可知(1)(2)(1)(2)說法是正確對于說法是正確對于(3)(4)(3)(4)兩種說法，如作用于剛兩種說法，如作用于剛體上的兩個力為共點力，當合力為零時，它們對同一軸的合外力矩也

3、一定為零，反之亦然但如這兩個體上的兩個力為共點力，當合力為零時，它們對同一軸的合外力矩也一定為零，反之亦然但如這兩個力為非共點力，則以上結(jié)論不成立，故力為非共點力，則以上結(jié)論不成立，故(3)(4)(3)(4)說法不完全正確綜上所述，應(yīng)選說法不完全正確綜上所述，應(yīng)選(B)(B)4242分析與解分析與解剛體中相鄰質(zhì)元之間的一對內(nèi)力屬于作用力與反作用力，且作用點相同，故對同一剛體中相鄰質(zhì)元之間的一對內(nèi)力屬于作用力與反作用力，且作用點相同，故對

4、同一軸的力矩之和必為零，因此可推知剛體中所有內(nèi)力矩之和為零，因而不會影響剛體的角加速度或角動量軸的力矩之和必為零，因此可推知剛體中所有內(nèi)力矩之和為零，因而不會影響剛體的角加速度或角動量等，故等，故(1)(2)(1)(2)說法正確對說法說法正確對說法(3)(3)來說，題述情況中兩個剛體對同一軸的轉(zhuǎn)動慣量因形狀、大小不同有來說，題述情況中兩個剛體對同一軸的轉(zhuǎn)動慣量因形狀、大小不同有可能不同，因而在相同力矩作用下，產(chǎn)生的角加速度不一定相同，因

5、而運動狀態(tài)未必相同，由此可見應(yīng)可能不同，因而在相同力矩作用下，產(chǎn)生的角加速度不一定相同，因而運動狀態(tài)未必相同，由此可見應(yīng)選(B)(B)4343分析與解分析與解如圖所示，在棒下落過程中，重力對軸之矩是變化的，其大小與棒和水平面的夾角如圖所示，在棒下落過程中，重力對軸之矩是變化的，其大小與棒和水平面的夾角有關(guān)當棒處于水平位置，重力矩最大，當棒處于豎直位置時，重力矩為零因此在棒在下落過程中重有關(guān)當棒處于水平位置，重力矩最大，當棒處于豎直位置時

6、，重力矩為零因此在棒在下落過程中重力矩由大到小，由轉(zhuǎn)動定律知，棒的角加速亦由大到小，而棒的角速度卻由小到大力矩由大到小，由轉(zhuǎn)動定律知，棒的角加速亦由大到小，而棒的角速度卻由小到大(由機械能守恒亦可判由機械能守恒亦可判斷角速度變化情況斷角速度變化情況)，應(yīng)選，應(yīng)選(C)(C)4444分析與解分析與解對于圓盤一子彈系統(tǒng)來說，并無外力矩作用，故系統(tǒng)對軸對于圓盤一子彈系統(tǒng)來說，并無外力矩作用，故系統(tǒng)對軸O的角動量守恒，故的角動量守恒，故L不變，

7、此時應(yīng)有下式成立，即變，此時應(yīng)有下式成立，即ωJωJdmdm???00vv式中式中mvmvD為子彈對點為子彈對點O的角動量的角動量ω０為圓盤初始角速度，為圓盤初始角速度，J為子彈留在盤中后系統(tǒng)對軸為子彈留在盤中后系統(tǒng)對軸O的轉(zhuǎn)動慣的轉(zhuǎn)動慣量，量，J0為子彈射入前盤對軸為子彈射入前盤對軸O的轉(zhuǎn)動慣量由于的轉(zhuǎn)動慣量由于J＞J0，則，則ω＜ω０故選故選(C)(C)4545分析與解分析與解由于衛(wèi)星一直受到萬有引力作用，故其動量不可能守恒，但由于

8、萬有引力一直指向由于衛(wèi)星一直受到萬有引力作用，故其動量不可能守恒，但由于萬有引力一直指向地球中心，則萬有引力對地球中心的力矩為零，故衛(wèi)星對地球中心的角動星守恒，即地球中心，則萬有引力對地球中心的力矩為零，故衛(wèi)星對地球中心的角動星守恒，即rmvmv＝恒量，式＝恒量，式中r為地球中心指向衛(wèi)星的位矢當衛(wèi)星處于橢圓軌道上不同位置時，由于｜為地球中心指向衛(wèi)星的位矢當衛(wèi)星處于橢圓軌道上不同位置時，由于｜r｜不同，由角動量守恒｜不同，由角動量守恒知衛(wèi)

9、星速率不同，其中當衛(wèi)星處于近地點時速率最大，處于遠地點時速率最小，故衛(wèi)星動能并不守恒，知衛(wèi)星速率不同，其中當衛(wèi)星處于近地點時速率最大，處于遠地點時速率最小，故衛(wèi)星動能并不守恒，但由萬有引力為保守力，則衛(wèi)星的機械能守恒，即衛(wèi)星動能與萬有引力勢能之和維持不變，由此可見，但由萬有引力為保守力，則衛(wèi)星的機械能守恒，即衛(wèi)星動能與萬有引力勢能之和維持不變，由此可見，應(yīng)選應(yīng)選(B)(B)4646分析分析這是剛體的運動學問題剛體定軸轉(zhuǎn)動的運動學規(guī)律與質(zhì)

10、點的運動學規(guī)律有類似的關(guān)這是剛體的運動學問題剛體定軸轉(zhuǎn)動的運動學規(guī)律與質(zhì)點的運動學規(guī)律有類似的關(guān)系，本題為勻變速轉(zhuǎn)動系，本題為勻變速轉(zhuǎn)動解(1)(1)由于角速度由于角速度ω＝2π2πn(n為單位時間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)為單位時間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù))，根據(jù)角加速度的定義，根據(jù)角加速度的定義，在勻變速，在勻變速tωαdd?轉(zhuǎn)動中角加速度為轉(zhuǎn)動中角加速度為??200srad1.13π2???????tnntωωα(2)(2)發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)過的角度為發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)過的角

11、度為??0020π221nntωωtαtωθ??????在1212s內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過的圈數(shù)為內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過的圈數(shù)為大學物理課后習題答案（上）大學物理課后習題答案（上）大學物理課后習題答案（上）第3頁共81頁410410分析分析由于轉(zhuǎn)動慣量的可加性，求解第一問可有兩種方法：一是由定義式由于轉(zhuǎn)動慣量的可加性，求解第一問可有兩種方法：一是由定義式計算，式計算，式mrJd2??中dm可取半徑為可取半徑為r、寬度為、寬度為dr窄圓環(huán)；二是用補償法可將剩余部

12、分的轉(zhuǎn)動慣量看成是原大圓盤和挖去的窄圓環(huán)；二是用補償法可將剩余部分的轉(zhuǎn)動慣量看成是原大圓盤和挖去的小圓盤對同一軸的轉(zhuǎn)動慣量的差值至于第二問需用到平行軸定理小圓盤對同一軸的轉(zhuǎn)動慣量的差值至于第二問需用到平行軸定理解挖去后的圓盤如圖挖去后的圓盤如圖(b)(b)所示所示(1)(1)解1由分析知由分析知2232222203215d2dπ2πdmRrrRmrrRmrmrJRRRR???????解2整個圓盤對整個圓盤對OOOO軸轉(zhuǎn)動慣量為軸轉(zhuǎn)動慣量

13、為，挖去的小圓盤對，挖去的小圓盤對OOOO軸轉(zhuǎn)動慣量軸轉(zhuǎn)動慣量2121mRJ?，由分析知，剩余部分對，由分析知，剩余部分對OOOO軸的轉(zhuǎn)動慣量為軸的轉(zhuǎn)動慣量為2222232122ππ21mRRRRmJ??????????????????????22103215mRJJJ???(2)(2)由平行軸定理，剩余部分對由平行軸定理，剩余部分對O′O′軸的轉(zhuǎn)動慣量為軸的轉(zhuǎn)動慣量為22222032392ππ3215mRRRRmmmRJ???????

14、?????????????411411分析分析在運動過程中，飛輪和重物的運動形式是不同的飛輪作定軸轉(zhuǎn)動，而重物是作落體運在運動過程中，飛輪和重物的運動形式是不同的飛輪作定軸轉(zhuǎn)動，而重物是作落體運動，它們之間有著內(nèi)在的聯(lián)系由于繩子不可伸長，并且質(zhì)量可以忽略這樣，飛輪的轉(zhuǎn)動慣量，就可動，它們之間有著內(nèi)在的聯(lián)系由于繩子不可伸長，并且質(zhì)量可以忽略這樣，飛輪的轉(zhuǎn)動慣量，就可根據(jù)轉(zhuǎn)動定律和牛頓定律聯(lián)合來確定，其中重物的加速度，可通過它下落時的勻加速

15、運動規(guī)律來確定根據(jù)轉(zhuǎn)動定律和牛頓定律聯(lián)合來確定，其中重物的加速度，可通過它下落時的勻加速運動規(guī)律來確定該題也可用功能關(guān)系來處理將飛輪、重物和地球視為系統(tǒng)，繩子張力作用于飛輪、重物的功之和該題也可用功能關(guān)系來處理將飛輪、重物和地球視為系統(tǒng)，繩子張力作用于飛輪、重物的功之和為零，系統(tǒng)的機械能守恒利用勻加速運動的路程、速度和加速度關(guān)系，以及線速度和角速度的關(guān)系，為零，系統(tǒng)的機械能守恒利用勻加速運動的路程、速度和加速度關(guān)系，以及線速度和角速度的