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第3章 习题(解答题)

赵近芳、王登龙主编北京邮电大学出版社《大学物理学(第七版)》大学本科 · 教材与习题双语助读 (Alt+Y)
习题 3.3.1

刚体平动的特点是什么?平动时刚体上的质元是否可以做曲线运动?

习题 3.3.2

刚体定轴转动的特点是什么?刚体定轴转动时各质元的角速度、线速度、法向加速度、切向加速度是否相同?

习题 3.3.3

刚体的转动惯量与哪些因素有关?请举例说明.

习题 3.3.4

若刚体受到的合外力为零,其合力矩是否一定为零?若刚体受到的合力矩为零,其合外力是否一定为零?

习题 3.3.5

一质量为 m 的质点位于 (x₁, y₁) 处,速度为 v = vₓi + v_(y)j ,质点受到一个沿 x 轴负方向的力 f 的作用,求相对于坐标原点的角动量及作用于质点上的力的力矩.

习题 3.3.6

哈雷彗星绕太阳运动的轨道是一个椭圆.它到太阳的最近距离为 r₁=8.75×10¹0 m, 在此位置时的速率 v₁=5.46×10⁴ m/s, 它离太阳最远时的速率 v₂=9.08×10² m/s, 这时它到太阳的距离 r₂ 是多少? (太阳位于椭圆的一个焦点处)

习题 3.3.7

一物体的质量为 3kg, t = 0 时位于 ±br = 4±bi(m) 处, ±bv = i + 6j(m/s) ,如一恒力 f = 5j(N) 作用在该物体上,求 3s 后:(1) 物体动量的变化量;(2) 相对 z 轴角动量的变化量.

习题 3.3.8

一平板中央开一小孔,质量为 m 的小球用细线系住,细线穿过小孔后挂一质量为 M₁ 的重物.小球做匀速圆周运动,当圆周半径为 r₀ 时,重物达到平衡.今在 M₁ 的下方再挂一质量为 M₂ 的物体,如题 3.3.8 图所示.试问:这时小球做匀速圆周运动的角速度 ω' 和半径 r' 各为多少?

习题 3.3.9

一飞轮的质量 m = 60kg ,半径 R = 0.25m ,绕其水平中心轴 O 转动,转速为 900r / min 。现有一制动的闸杆,在闸杆的一端加一竖直方向的制动力 ±bF ,可使飞轮减速。已知闸杆的尺寸如题3.3.9图所示,闸瓦与飞轮之间的滑动摩擦系数 μ = 0.4 ,计算飞轮的转动惯量时可将其看作匀质圆盘。 (2) 如果在 2 s 内飞轮转速减少一半,需加多大的力?
题3.3.8图
题3.3.9图

习题 3.3.10

固定在一起的两个同轴均匀圆柱体可绕其光滑的水平对称轴 OO' 转动.设两个圆柱体的半径分别为 R 和 r,质量分别为 M 和 m.绕在两圆柱体上的细绳分别与物体 m₁ 和 m₂ 相连, m₁ 和 m₂ 挂在圆柱体的两侧,如题 3.3.10 图所示.设 R = 0.20 m, r = 0.10 m, m = 4 kg, M = 10 kg, m₁ = m₂ = 2 kg ,且开始时 m₁, m₂ 离地的高度均为 h = 2 m. 求: (1) 圆柱体转动时的角加速度; (2) 两侧细绳的张力.

习题 3.3.11

计算题3.3.11图所示的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的作用下旋转,忽略桌面与物体间的摩擦,设 m₁=50 kg,m₂=200 kg,M=15 kg,r=0.1 m .
题3.3.10图
题3.3.11图

习题 3.3.12

如题 3.3.12 图所示,一匀质细杆的质量为 m,长为 l,可绕过一端 O 的水平轴自由转动,杆于水平位置由静止开始摆下.求: (1) 初始时刻杆的角加速度; (2) 杆转过角度 θ 时的角速度.

习题 3.3.13

如题 3.3.13 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相撞.碰撞后,棒从平衡位置处摆动到最大角度 θ = 30^(circ) 处. (1) 设该碰撞为弹性碰撞,试计算小球的初速度 v₀ 的大小; (2) 相撞时小球受到多大的冲量?
题3.3.12图
题3.3.13图

习题 3.3.14

一个质量为 M、半径为 R 并以角速度 ω 旋转的飞轮(可看作匀质圆盘),在某一瞬时突然有一片质量为 m 的碎片从飞轮的边缘上飞出,如题 3.3.14 图所示。假定碎片脱离飞轮时的瞬时速度方向正好竖直向上。 (1) 碎片能升高多少? (2) 求飞轮余下部分的角速度、角动量和转动动能.

习题 3.3.15

一质量为 m、半径为 R 的自行车轮,假定质量均匀分布在轮缘上,可绕轴自由转动。另一质量为 m₀ 的子弹以速度 v₀ 射入轮缘(如题 3.3.15 图所示方向)。 (1) 开始时车轮是静止的,子弹射入后的角速度为多少? (2) 用 m, m₀ 和 θ 表示系统(包括车轮和子弹)的末动能和初动能之比.
题3.3.14图
题3.3.15图

习题 3.3.16

弹簧、定滑轮和物体的连接如题3.3.16图所示,弹簧的刚度系数为 2.0N / m ;定滑轮可以绕轴自由转动,其转动惯量为 0.5kg· m² ,半径为 0.30m ,当质量为 6.0kg 的物体落下 0.40m 时,它的速率为多大?假设开始时物体静止且弹簧无伸长.
题3.3.16图

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