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大学物理学第二章刚体力学基础自学练习题

第二章刚体力学基础自学练习题

一、选择题

4-1．有两个力作用在有固定转轴的刚体上：

（1）这两个力都平行于轴作用时，它们对轴的合力矩一定是零；（2）这两个力都垂直于轴作用时，它们对轴的合力矩可能是零；（3）当这两个力的合力为零时，它们对轴的合力矩也一定是零；（4）当这两个力对轴的合力矩为零时，它们的合力也一定是零；对上述说法，下述判断正确的是：（）

（A ）只有（1）是正确的；（B ）（1）、（2）正确，（3）、（4）错误；（C ）（1）、（2）、（3）都正确，（4）错误；（D ）（1）、（2）、（3）、（4）都正确。

【提示：（1）如门的重力不能使门转动，平行于轴的力不能提供力矩；（2）垂直于轴的力提供力矩，当两个力提供的力矩大小相等，方向相反时，合力矩就为零】

4-2．关于力矩有以下几种说法：

（1）对某个定轴转动刚体而言，内力矩不会改变刚体的角加速度；（2）一对作用力和反作用力对同一轴的力矩之和必为零；

（3）质量相等，形状和大小不同的两个刚体，在相同力矩的作用下，它们的运动状态一定相同。

对上述说法，下述判断正确的是：（）

（A ）只有（2）是正确的；（B ）（1）、（2）是正确的；（C ）（2）、（3）是正确的；（D ）（1）、（2）、（3）都是正确的。

【提示：（1）刚体中相邻质元间的一对内力属于作用力和反作用力，作用点相同，则对同一轴的力矩和为零，因而不影响刚体的角加速度和角动量；（2）见上提示；（3）刚体的转动惯量与刚体的质量和大小形状有关，因而在相同力矩的作用下，它们的运动状态可能不同】

3．一个力(35)F i j N =+v v v

作用于某点上，其作用点的矢径为m j i r )34(?

-=，则该力对坐标原点的力矩为（）

（A ）3kN m -?v ；（B ）29kN m ?v ；（C ）29kN m -?v ；（D ）3kN m ?v

。

【提示：(43)(35)4

30209293

i j k

M r F i j i j k k k =?=-?+=-=+=v v

v v v v

v 】 4-3．均匀细棒OA 可绕通过其一端O 而与棒垂直的水平固定光滑轴转动，如图所示。今使棒从水平位置由静止开始自由下落，在棒摆

到竖直位置的过程中，下述说法正确的是：（）（A ）角速度从小到大，角加速度不变；（B ）角速度从小到大，角加速度从小到大；（C ）角速度从小到大，角加速度从大到小；（D ）角速度不变，角加速度为零。

【提示：棒下落的过程中，越来越快，则角速度变大；力矩变小，则角加速度变小】

5．圆柱体以80rad /s 的角速度绕其轴线转动，它对该轴的转动惯量为2

4m kg ?。由于恒力矩的作用，在10s 内它的角速度降为40rad /s 。圆柱体损失的动能和所受力矩的大小为：（）（A ）80J ，80m N ?；（B ）800J ，40m N ?；（C ）4000J ，32m N ?；（D ）9600J ，16m N ?。

【提示：损失的动能： 2

2011960022

k E J J ωω?=

-=；

由于是恒力矩，可利用0t ωωα=+求得4α=-，再利用M J α=得16M

N m =-?】

6．一匀质圆盘状飞轮质量为20kg ，半径为30cm ，当它以每分钟60转的速率旋转时，其动能为：（）

（A ）2

2.16π J ；（B ）2

1.8πJ ；（C ）1.8J ；（D ）2

8.1πJ 。

【圆盘转动惯量：210.92J mR =

=；角速度：2260

n πωπ==；动能：221 1.82k E J ωπ?==】 4-5．假设卫星绕地球中心作椭圆运动，则在运动过程中，卫星对地球中心的（）（A ）角动量守恒，动能守恒；（B ）角动量守恒，机械能守恒；（C ）角动量不守恒，机械能守恒；（D ）角动量不守恒，动能也不守恒。

【提示：因为万有引力是指向圆心的有心力，所以提供的力矩为零，满足角动量守恒定律；又因为万有引力是保守力，所以满足机械能守恒定律】

4--1．如图所示，一均匀细杆，质量为m ，长度为l ，一端固定，由水平位置自由下落，则在最开始时的水平位置处，其质心的加速度为：（）

（A ）g ；（B ）0；（C ）

34g ；（D ）1

g 。【提示：均匀细杆质心位置在l /2处。利用转动定律M J α

=→212

l mg ml α?=?有最开始时的质心加

速度：3

l a g α=?=】

4--2．如图所示，两个质量均为m ，半径均为R 的匀质圆盘状滑轮的两端，用轻绳分别系着质量为m 和2m 的物体，若

系统由静止释放，则两滑轮之间绳内的张力为：（）（A ）

118m g ；（B ）32m g ；（C ）m g ；（D ）1

m g 。【提示：均匀细杆质心位置在l /2处。利用转动定律M J α

=→212

l mg ml α?=?，有最开始时的质心加

速度：3

l a g α=?=】

4--3．一花样滑冰者，开始时两臂伸开，转动惯量为0J ，自转时，其动能为2

000

E J ω=，然后他将手臂收回，转动惯量减少至原来的1

，此时他的角速度变为ω，动能变为E ，则有关系：（）

（A ）03ωω=，0E E =；（B ）01

ωω=

，03E E =；

（C ）0ω，0E E =；（D ）03ωω=，03E E =。

【提示：利用角动量守恒定律有：00J J ωω

=→03ωω=，则20132

E J E ω==】

11．一根质量为m 、长度为L 的匀质细直棒，平放在水平桌面上。若它与桌面间的滑动摩擦系数为μ，在t =0时，使该棒绕过其一端的竖直轴在水平桌面上旋转，其初始角速度为0ω，则棒停止转动所需时间为（）（A ）

023L g ωμ；（B ）03L g ωμ；（C ） 043L g ωμ；（D ） 06L

ωμ。

【提示：摩擦力产生的力矩为

m g

xd x mgL L μμ=?

（或考虑摩擦力集中于质心有

12f M mg L μ=-?）

；取213

J mL =；利用角动量定律0f M t J J ωω?=- →023L t g ωμ=】 12．一质量为60kg 的人站在一质量为60kg 、半径为l m 的匀质圆盘的边缘，圆盘可绕与盘面相垂直的中心竖直轴无摩擦地转动。系统原来是静止的，后来人沿圆盘边缘走动，当人相对圆盘的走动速度为2m /s 时，圆盘角速度大小为（）（A ） 1rad/s ；（B ）2rad/s ；（C ）

23rad/s ；（D ） 4

rad/s 。【提示：匀质圆盘的转动惯量2112

J mR =

，人的转动惯量2

2J mR =；利用系统的角动量守恒定律：

1121()J J ωωω=?-→1243

ωω?==】

13．如图所示，一根匀质细杆可绕通过其一端O 的水平轴在竖直平面内自由转动，杆长

m 。今使杆从与竖直方向成60o 角由静止释放(g 取10m /s 2

)，则杆的最大角速度为：（）

（A ）3 rad/s ；（B ）π rad/s ；（C

；（D

【提示：棒的转动惯量取2

J mL =

，重力产生的力矩考虑集中于质心，有：1sin 2M mg L θ=?

）

；利用机械能守恒定律：223

Md J ππθω=?→232g L ω=→

3ω=】 4-4．对一个绕固定水平轴O 匀速转动的转盘，沿图示的同一水平直线从相反方向射入两颗质量相同、速率相等的子弹，并停留在盘中，则子弹射入后转盘的角速度应：（）（A ）增大；（B ）减小；（C ）不变；（D ）无法确定。

【提示：两子弹和圆盘组成的系统在射入前后系统的角动量守恒，但对于转盘而言两子弹射入后转盘的转动惯量变大，利用角动量守恒定律：知转盘的角速度应减小】

15．一根长为l 、质量为M 的匀质棒自由悬挂于通过其上端的光滑水平轴上。现有一质量为m 的子弹以水平速度0v 射向棒的中心，并以

v 的水平速度穿出棒，此后棒的最大偏转角

恰为90o

，则0v 的大小为：（）

（A （B （C （D ）

163M gl

m 。【提示：（1）应用角动量守恒定律：2

200/21232/2v l l mv Ml m l ω???=?+? ???

，可得：034mv M l ω=；（2）应用机械能守恒定律：

2211232l

Ml Mg ω?=?，得：0v =

二、填空题

1．半径为 1.5r m =的飞轮，初角速度010/rad s ω=，角加速度2

5/rad s β=-，若初始

时刻角位移为零，则在t = 时角位移再次为零，而此时边缘上点的线速度v = 。

【提示：由于角加速度是常数，可用公式201

2t t θ

ωβ=+，当0θ=时，有02t ωβ

=-=4s ；再由

0t ωωβ=+得：10/rad s ω=-，有v = 15/m s -】

2．某电动机启动后转速随时间变化关系为0(1)t

e τ

ωω-=-，则角加速度随时间的变化关系

为。

【提示：求导，有α=0t

e τωτ

-】

3．一飞轮作匀减速运动，在5s 内角速度由40πrad /s 减到10πrad /s ，则飞轮在这5s 内总共转过了圈，飞轮再经的时间才能停止转动。

【提示：由于是匀减速，可用公式02

t ωω

θ+?=

?，则024n t ωωθππ

+?=

=?=62.5圈；角加速度可由0

ωωβ-=

求得，为6βπ=-，再由 0t ωβ

=+?得：t ?=

s 】 4--4．在质量为m 1，长为l /2的细棒与质量为m 2长为l /2的

细棒中间，嵌有一质量为m 的小球，如图所示，则该系统对棒的端点O 的转动惯量J = 。

【2J r dm =?

，考虑

123J J J J =++有：2

22120

/2/22/2l l l m m l J r dr m r dr

l l ??

=?++? ???

?，求得：

12732232m m l l l J m ??????

=++= ? ? ?????

??21

23712m m m l ++】 4--5．在光滑的水平环形沟槽内，用细绳将两个质量分别为m 1和

m 2的小球系于一轻弹簧的两端，使弹簧处于压缩状态，现将绳

烧断，两球向相反方向在沟槽内运动，在两球相遇之前的过程中系统的守恒量是：。

【提示：水平环形沟槽光滑则不考虑摩擦力；弹簧力是系统内力所以提供的力矩为零，满足(1)角动量守恒；又因弹性力是保守力，所以满足（2）机械能守恒】

4--6．如图所示，在光滑的水平桌面上有一长为l ，质量为m

的

均匀细棒以与棒长方向相垂直的速度v 向前平动，与一固定在桌子上的钉子O 相碰撞，碰撞后，细棒将绕点O 转动，则转动的角速度ω= 。

【由角动量守恒：11224l

mv J J ωω?=+，考虑到12ωωω==，2

211344192

m l ml J ??=?= ???，

2133934464

m l ml J ??=?= ???，有ω=127v l 】 7．如图所示，圆盘质量为M 、半径为R ，对于过圆心O 点且垂直于盘面转轴的转动惯量为

1MR 2

。若以O 点为中心在大圆盘上挖去一个半径为2

r =

的小圆盘，剩余部分对于过O 点且垂直于盘面的中心轴的转动惯量为；剩余部分通过圆盘边缘某点且平行于盘中心轴的转动惯量为。

【提示：圆盘的转动惯量公式为212

J MR =；(1)则挖去小圆盘后的转动惯量为：

2211122J MR mr =

-=21532

MR ；（2）利用平行轴定理20J J mr =+，考虑到挖去小圆盘后的质量为34M

，有：22134J J MR =+，得：2J =23932MR 】 8．匀质大圆盘质量为M 、半径为R ，对于过圆心O 点且垂直于

盘面转轴的转动惯量为2

12J MR =。如果在大圆盘的右半圆上

挖去一个小圆盘，半径为2

r =。如图所示，剩余部分对于过

O 点且垂直于盘面转轴的转动惯量为

【提示：大圆盘的转动惯量公式为201

J MR =

，小圆盘以其圆心为轴的转动惯量为2

01124232

M R J MR ??== ?

??，利用平行轴定理知2

2213'324232M R J MR MR ??=+= ???，则0'J J J =-=21332

MR 】

4--7．如图所示，劲度系数1

2k N m -=?的轻弹簧，一端固定，另一端用细绳跨过半径0.1R m =、质量2M kg =的定滑轮（看做均匀圆盘）系住质量为1m kg =的物体，在弹簧未伸

长时释放物体，当物体落下1h m =时的速度v = 。

【提示：利用机械能守恒，有

222111222mv J k h mgh ω++=，考虑到21

J MR =，v R ω=

有：v =

，则v =3/m s （g 取102/m s ）】 4--8．一个转动惯量为J 的圆盘绕一固定轴转动，起初角速度为0ω，他所受的力矩是与转动角速度成正比的阻力矩：f M k ω=-（k 为常数），其角速度从0ω变为0

ω所需时间

为：；在上述过程中阻力矩所作的功为。【提示：利用角动量定律Md t Jd ω=，有Jd kd t ωω

-=，则0

J d t k ωω

ωω

?求得

t = ln 2J k

；再利用

W E =?，有2

20011

222

W J J ωω??=-= ???2038J ω-】

11．长为l 的匀质细杆，可绕过其端点的水平轴在竖直平面内自由转动。如果将细杆置与水平位置，然后让其由静止开始自由下摆，则开始转动的瞬间，细杆的角加速度为，细杆转动到竖直位置时角速度为。

【提示：（1）利用转动定律M J α

=→21

l mg ml α?=?，有最开始时的角加速度：α=32g

l ；（2）

利用机械能守恒有2211223

l mg ml ω?

=??有：ω

12．长为l 、质量为m 的匀质细杆，以角速度ω绕过杆端点垂直于杆的水平轴转动，杆绕转动轴的动能为，动量矩为。

【提示：（1）2

E J ω=→221123k E ml ω=?=2216

ml ω；（2）动量矩L J ω=→L =2

13ml ω】

13．匀质圆盘状飞轮，质量为20kg ，半径为30cm ，当它以每分钟60转的速率旋转时，其动能为焦耳。

【提示：每分钟60转表明2ωπ=，212

k E J ω=→221122k E mR ω=?=2

1.8π】

14．如图所示，用三根长为l 的细杆，(忽略杆的质量) 将三个质量均为m 的质点连接起来，并与转轴O 相连接，

若系统以角速度ω绕垂直于杆的O 轴转动，系统的总角

动量为。如考虑杆的质量，若每根杆的质量为M ，则此系统绕轴O 的总转动惯量为，总转动动能为。

【提示： ()()22

222314J

ml m l m l ml =++=；

（1）由角动量L J ω=→L =2

14ml ω；（2）()()

22222

3523[][]3122122M l M l l M l l J ml

m l m l M M ????

'=+++++++= ? ?????

()2149m M l +；

（3）转动动能212

E J ω=

→k E =()2211492

m M l ω+】

15．一人站在转动的转台上，在他伸出的两手中各握有一个重物，若此人向着胸部缩回他的双手及重物，忽略所有摩擦，则系统的转动惯量，系统的转动角速度，系统的角动量，系统的转动动能。（填增大、减小或保持不变）

【提示：（1）减小；（2）增大；（3）保持不变；（3）增大】

三．计算题

4-14．如图所示，质量分别为1m 与2m 的两物体A 和B 挂在组合轮的两端，

设两轮的半径分别为R 和r ，两轮的转动惯量分别为1J 和2J ，求两物体的加速度及绳中的张力。（设绳子与滑轮间无相对滑动，滑轮与转轴无摩擦）

4-16．如图所示，质量kg m 60=、半径m R 25.0=的飞轮以1

3m in 10-?=r n 的转速高

速运转，如果用闸瓦将其在s 5内停止转动，则

制动力需要多大？设闸瓦和飞轮间的摩擦系

数40.0=μ，飞轮的质量全部分布在轮缘上。

3．如图示，转台绕中心竖直轴以角速度ω作匀速转动。转台对该轴的转动惯量

52510J kg m =??。现有砂粒以1/g s 的流量落到转台，并粘在

台面形成一半径0.1r m =的圆。试求砂粒落到转台，使转台角速度变为/2ω所花的时间。

4-23．在可以自由旋转的水平圆盘上，站一质量为m 的人。圆盘的半径为R ，转动惯量为J ，最开始时人和圆盘都静止。如果这人相对于圆盘以v ?的速率沿盘边行走，则圆盘的角速率

多大？

4-21．长m l 40.0=、质量kg M 00.1=的匀质木棒，可绕水平轴O 在竖直平面内转动，开始时棒自然竖直悬垂，现有质量g m 8=的子弹以s m v /200=的速率从A 点射入棒中，A 点与O 点的距离为

l 4

，如图所示。求：（1）棒开始运动时的角速度；（2）棒的最大偏转角。

解答

一、选择题：

10. D 三．计算题

1．解：由于组合轮是一个整体，有12J J J =+。应用牛顿运动定律：

对物体A ，1111m g T m a -=；对物体B ，2222T m g m a -=，对组合轮，应用转动定律：

12T R T r J α-=。考虑到：1a R α=，2a r α=，解得：

121221212

12222

1212m R m r a g R J J m R m r m R m r a g r J J m R m r -?=??+++??

-?=??+++?；212221122

12122

12112222

1212J J m r m R r

T m g

J J m R m r J J m R m R r

T m g

J J m R m r ?+++=??+++??+++?=??+++?

。

2．解：由于飞轮的质量全部分布在轮缘上，有：2

J m R =；

而力矩为恒力矩，有：()3200102/6020/53

rad s t ωππ

α-?===；闸瓦给飞轮的正压力： 1.25 2.5'0.5

l F F N F l ??=

==， ∴0.42.50.250.25f M NR F F μ==??=；

由转动定律：M J α=，有：2

f M mR

α=→2200.25600.253F π

=??

，有314F N =。 3．解：由角动量守恒定律：200()2J mr J ωω+=，得 2J m r =。由于：3

10/m kg s t

所以：5

32323

5105s 1101100.1110m J t r ----?=

===?????

4．解：设圆盘相对于地面的角速率为0ω，则人相对于地面的角速率为0v R

ωω?=+

。应用角动量守恒定律：200J mR ωω+=，有：22

000v

J mR mR R

ωω?++?

=，解得： 202

mR v

J mR R

ω?=-?+。 5．解：（1）应用角动量守恒定律：2

2313434m l Ml m l υωω??

?=+ ???

得()()3

48.9/1916273

16m m rad s M m l M m l υυω=

==+??+ ??? （2）应用机械能守恒定律

2221133[()](1cos )(1cos )23424

l l

Ml m l Mg mg ωθθ+=-+- 得： 22229

5438cos 110.07923(23)(1627)M m

l m v M m g M m M m l g

θω+=-?=-=-+++。94.5θ=?

大学物理06刚体力学

刚体力学 1、（0981A15）一刚体以每分钟60转绕z 轴做匀速转动(ω? 沿z 轴正方向)．设某时刻刚体上一点 P 的位置矢量为k j i r ??? ? 5 4 3++=，其单位为“10-2 m ”，若以“10-2 m ·s -1”为速度单位，则该时刻P 点的速度为： (A) k j i ???? 157.0 125.6 94.2++=v (B) j i ??? 8.18 1.25+-=v (C) j i ??? 8.18 1.25--=v (D) k ?? 4.31=v ［］ 2、（5028B30）如图所示，A 、B 为两个相同的绕着轻绳的定滑轮．A 滑轮挂一质量为M 的物体，B 滑轮受拉力F ，而且F ＝Mg ．设A 、 B 两滑轮的角加速度分别为A 和B ，不计滑轮轴的摩擦，则有 (A) A ＝B ． (B) A ＞B ． (C) A ＜ B ． (D) 开始时 A ＝ B ，以后 A ＜ B ．［］ 3、（0148B25）几个力同时作用在一个具有光滑固定转轴的刚体上，如果这几个力的矢量和为零，则此刚体 (A) 必然不会转动． (B) 转速必然不变． (C) 转速必然改变． (D) 转速可能不变，也可能改变．［］ 4、（0153A15）一圆盘绕过盘心且与盘面垂直的光滑固定轴O 以角速度按图示方向转动.若如图所示的情况那样，将两个大小相等方向相反但不在同一条直线的力F 沿盘面同时作用到圆盘上，则圆盘的角速度 (A) 必然增大． (B) 必然减少． (C) 不会改变． (D) 如何变化，不能确定．［］ 5、（0165A15）均匀细棒OA 可绕通过其一端O 而与棒垂直的水平固定光滑轴转动，如图所示．今使棒从水平位置由静止开始自由下落，在棒摆动到竖直位置的过程中，下述说法哪一种是正确的？ (A) 角速度从小到大，角加速度从大到小． A M B F O F F ω O A

刚体力学基础习题解答

衡水学院理工科专业《大学物理B 》刚体力学基础习题命题教师:郑永春试题审核人:张郡亮一、填空题(每空1分) 1、三个质量均为m 的质点,位于边长为a 的等边三角形的三个顶点上。此系统对通过三角形中心并垂直于三角形平面的轴的转动惯量J 0＝__ ma 2 _,对通过三角形中心且平行于其一边的轴的转动惯量为J A ＝__ 12 ma 2 _,对通过三角形中心与一个顶点的轴的转动惯量为J B ＝__ 2 1ma 2 。 2、两个质量分布均匀的圆盘A 与B 的密度分别为ρA 与ρB (ρA >ρB ),且两圆盘的总质量与厚度均相同。设两圆盘对通过盘心且垂直于盘面的轴的转动惯量分别为J A 与J B ,则有J A < J B 。 3、一作定轴转动的物体,对转轴的转动惯量J ＝3、0 kg ·m 2,角速度ω0＝6、0 rad/s.现对物体加一恒定的制动力矩M ＝－12 N ·m,当物体的角速度减慢到ω＝2、0 rad/s 时,物体已转过了角度?θ＝__ 4、0rad 4、两个滑冰运动员的质量各为70 kg,均以6、5 m/s 的速率沿相反的方向滑行,滑行路线间的垂直距离为10 m,当彼此交错时,各抓住一10 m 长的绳索的一端,然后相对旋转,则抓住绳索之后各自对绳中心的角动量L ＝__2275 kg·m 2·s 1 _;它们各自收拢绳索,到绳长为5 m 时,各自的速率υ ＝__13 m·s 1_。 5、有一质量均匀的细棒,可绕垂直于棒的一端的水平轴转动。如将此棒放在水平位置,然后任其下落,则在下落过程中的角速度大小将变大 ,角加速度大小将变小。二、单项选择题(每小题2分) ( A )1、有两个力作用在一个有固定转轴的刚体上,下列说法正确的就是: A 、这两个力都平行于轴作用时,它们对轴的合力矩一定就是零; B 、这两个力都垂直于轴作用时,它们对轴的合力矩一定就是零; C 、当这两个力的合力为零时,它们对轴的合力矩也一定就是零; D 、当这两个力对轴的合力矩为零时,它们的合力也一定就是零。 ( C )2、一轻绳绕在有水平轴的定滑轮上,滑轮的转动惯量为J ,绳下端挂一物体。物体所受重力为P ,滑轮的角加速度为α.若将物体去掉而以与P 相等的力直接向下拉绳子,滑轮的角加速度α将 A 、不变; B 、变小; C 、变大; D 、如何变化无法判断。 ( C )3、关于刚体的转动惯量,下列说法中正确的就是 A 、只取决于刚体的质量,与质量的空间分布与轴的位置无关; B 、取决于刚体的质量与质量的空间分布,与轴的位置无关; C 、取决于刚体的质量、质量的空间分布与轴的位置; D 、只取决于转轴的位置,与刚体的质量与质量的空间分布无关。 ( C )4、一人造地球卫星到地球中心O 的最大距离与最小距离分别就是R A 与R B .设卫星对应的角动量分别就是L A 、L B ,动能分别就是E KA 、E KB ,则应有 A 、L B > L A ,E KA = E KB ; B 、L B < L A ,E KA = E KB ; C 、L B = L A ,E KA < E KB ; D 、L B = L A , E KA > E KB . ( C )5、一圆盘正绕垂直于盘面的水平光滑固定轴O 转动,如图1射来两个质量相同,速度大小相同,方向相反并在一条直线上的子弹,子弹射入圆盘并且留在盘内, 则子弹射入后的瞬间,圆盘的角速度ω O M m m

大学物理刚体力学基础习题思考题及答案

习题5 5-1.如图，一轻绳跨过两个质量为 m 、半径为r 的均匀圆盘状定滑轮，绳的两端分别挂着质量为2m 和m 的重物，绳与滑轮间无相对滑动，滑轮轴光滑，两个定滑轮的转动惯量均为 mr 2 / 2，将由两个定滑轮以及质量为 2m 和m 的重物组成的系统从静止释放，求重物的加速度和两滑轮之间绳的力。解：受力分析如图，可建立方程：广 2mg T 2 2ma ① T1 mg ma ② J (T 2 T)r J ③ (T T 1)r J ④ 虹 a r , J mr 2/2 ⑤ 联立，解得：a 1g, T 4 上，设开始时杆以角速度 °绕过中心O 且垂直与桌面的轴转动，试求：（1）作用于杆的摩擦力矩；（2）经过多长时间杆才会停止转动。解：（1）设杆的线密度为: d f dmg gd x, 微元摩擦力矩：d M g xd x , （2）根据转动定律 M J J 马, t 有： 0 Mdt Jd dt 1 . -mglt 1 [2 —m l 0, . . t _oL 4 12 3 g 或利用： M t J J 0,考虑到 0, J 1 | 2 一 ml , 12 有：t ol 。 11 a mg 5-2.如图所示，一均匀细杆长为 l ,质量为m ,平放在摩擦系数为的水平桌面一小质元dm dx,有微元摩擦力: 考虑对称性, l_ M 2 2 有摩擦力矩： gxdx 1

5-3.如图所示，一个质量为m的物体与绕在定滑轮上的绳子相联，绳子的质量可以忽略，它与定滑轮之间无滑动。假设定滑轮质量为M、半径为 R，其转动惯量为MR2/2，试求该物体由静止开始下落的过程中，下落速度与时间的关系。解：受力分析如图，可建立方程： r mg T ma ① * TR J ② —, 1 ~2 — k a R , J — mR —-③ 2 2mg Mmg 联立，解得：a ------------ — , T ----------- —, 考虑到a四，.?. v dv 「旦—dt,有：v dt 0 0 M 2m M 2m 5-4.轻绳绕过一定滑轮，滑轮轴光滑，滑轮的质量为M /4，均匀分布在其边缘上，绳子A端有一质量为M的人抓住了绳端，而在绳的另一端B系了一质量为M /4的重物，如图。已知滑轮对O 轴的转动惯量J MR2 /4 ,设人从静止开始以相对绳匀速向上爬时，绳与滑轮间无相对滑动，求B端重物上升的加速度？解一：分别对人、滑轮与重物列出动力学方程 Mg T1Ma A人 T2M 4g M 心 a B物 4 T1R T2R J滑轮由约束方程：a A a B R 和J MR2/4,解上述方程组得到a —. 2 解二：选人、滑轮与重物为系统，设 U为人相对绳的速度，V为重

第五章刚体力学参考答案

第五章刚体力学参考答案（2014）一、选择题 [ C ]1、【基础训练2】一轻绳跨过一具有水平光滑轴、质量为M 的定滑轮，绳的两端分别悬有质量为m 1和m 2的物体(m 1＜m 2)，如图5-7所示．绳与轮之间无相对滑动．若某时刻滑轮沿逆时针方向转动，则绳中的张力 (A) 处处相等． (B) 左边大于右边． (C) 右边大于左边． (D) 哪边大无法判断．【提示】：逆时针转动时角速度方向垂直于纸面向外,由于m 1＜m 2,实际上滑轮在作减速转动,角加速度方向垂直纸面向内,设滑轮半径为R,受右端绳子向下拉力为T 2，左端绳子向下拉力为T 1，对滑轮由转动定律得:(T 2-T 1)R=J [ D ]2、【基础训练3】如图5-8所示，一质量为m 的匀质细杆AB ，A 端靠在粗糙的竖直墙壁上，B 端置于粗糙水平地面上而静止．杆身与竖直方向成角，则A 端对墙壁的压力大 (A) 为 41mg cos ． (B)为2 1 mg tg ． (C) 为 mg sin ． (D) 不能唯一确定图5-8 【提示】：因为细杆处于平衡状态，它所受的合外力为零，以B 为参考点，外力矩也是平衡的，则有： A B N f = A B f N mg += θθθlcon N l f l mg A A +=sin sin 2 三个独立方程有四个未知数，不能唯一确定。 [ C ] 3、基础训练（7）一圆盘正绕垂直于盘面的水平光滑固定轴O 转动，如图5-11射来两个质量相同，速度大小相同，方向相反并在一条直线上的子弹，子弹射入圆盘并且留在盘内，则子弹射入后的瞬间，圆盘的角速度 (A) 增大． (B) 不变． (C) 减小． (D) 不能确定．【提示】：把三者看作同一系统时,系统所受合外力矩为零,系统角动量守恒。 m 2 m 1 O 图5-7 O M m m 图5-11

大学物理-力学考题

一、填空题（运动学） 1、一质点在平面内运动, 其1c r = ，2/c dt dv =；1c 、2c 为大于零的常数，则该质点作运动。 2．一质点沿半径为0.1=R m 的圆周作逆时针方向的圆周运动，质点在0～t 这段时间内所经过的路程为4 2 2t t S ππ+ = ，式中S 以m 计，t 以s 计，则在t 时刻质点的角速度为，角加速度为。 3．一质点沿直线运动，其坐标x 与时间t 有如下关系：x=A e -β t （ A. β皆为常数）。则任意时刻t 质点的加速度a = 。 4．质点沿x 轴作直线运动，其加速度t a 4=m/s 2，在0=t 时刻，00=v ，100=x m ，则该质点的运动方程为=x 。 5、一质点从静止出发绕半径R 的圆周作匀变速圆周运动，角加速度为β，则该质点走完半周所经历的时间为______________。 6．一质点沿半径为0.1=R m 的圆周作逆时针方向的圆周运动，质点在0～t 这段时间内所经过的路程为2t t s ππ+=式中S 以m 计，t 以s 计，则t=2s 时，质点的法向加速度大小n a = 2/s m ，切向加速度大小τa = 2/s m 。 7. 一质点沿半径为0.10 m 的圆周运动，其角位移θ 可用下式表示3 2t +=θ (SI)． (1) 当 2s =t 时，切向加速度t a = ______________； (2) 当的切向加速度大小恰为法向加速度大小的一半时，θ= ______________。（rad s m 33.3,/2.12） 8．一质点由坐标原点出发，从静止开始沿直线运动，其加速度a 与时间t 有如下关系：a=2+ t ，则任意时刻t 质点的位置为=x 。 (动力学) 1、一质量为kg m 2=的质点在力()()N t F x 32+=作用下由静止开始运动，若此力作用在质点上的时间为s 2，则该力在这s 2内冲量的大小=I ；质点在第 s 2末的速度大小为。

大学物理06刚体力学

刚体力学 1、（0981A15）一刚体以每分钟60转绕z 轴做匀速转动(ω?沿z 轴正方向)．设某时刻刚体上一点P 的位置矢量为k j i r ???? 5 4 3++=，其单位为“10-2 m ”，若以“10-2 m ·s -1”为速度单位，则该时刻P 点的速度为： (A) k j i ???? 157.0 125.6 94.2++=v (B) j i ??? 8.18 1.25+-=v (C) j i ??? 8.18 1.25--=v (D) k ?? 4.31=v ［］ 2、（5028B30）如图所示，A 、B 为两个相同的绕着轻绳的定滑轮．A 滑轮挂一质量为M 的物体，B 滑轮受拉力F ，而且F ＝Mg ．设A 、B 两滑轮的角加速度分别为A 和B ，不计滑轮轴的摩擦，则有 (A) A ＝B ． (B) A ＞B ． (C) A ＜B ． (D) 开始时A ＝B ，以后A ＜B ．［］ 3、（0148B25）几个力同时作用在一个具有光滑固定转轴的刚体上，如果这几个力的矢量和为零，则此刚体 (A) 必然不会转动． (B) 转速必然不变． (C) 转速必然改变． (D) 转速可能不变，也可能改变．［］ 4、（0153A15）一圆盘绕过盘心且与盘面垂直的光滑固定轴O 以角速度按图示方向转动.若如图所示的情况那样，将两个大小相等方向相反但不在同一条直线的力F 沿盘面同时作用到圆盘上，则圆盘的角速度 (A) 必然增大． (B) 必然减少． (C) 不会改变． (D) 如何变化，不能确定．［］ 5、（0165A15）均匀细棒OA 可绕通过其一端O 而与棒垂直的水平固定光滑轴转动，如图所示．今使棒从水平位置由静止开始自由下落，在棒摆动到竖直位置的过程中，下述说法哪一种是正确的？ (A) 角速度从小到大，角加速度从大到小． (B) 角速度从小到大，角加速度从小到大． (C) 角速度从大到小，角加速度从大到小． (D) 角速度从大到小，角加速度从小到大．［］ 6、（0289A10）关于刚体对轴的转动惯量，下列说法中正确的是（A ）只取决于刚体的质量,与质量的空间分布和轴的位置无关．（B ）取决于刚体的质量和质量的空间分布，与轴的位置无关．（C ）取决于刚体的质量、质量的空间分布和轴的位置．（D ）只取决于转轴的位置，与刚体的质量和质量的空间分布无关． A M B F O F F ω O A

大学物理试题库刚体力学 Word 文档

第三章刚体力学一、刚体运动学（定轴转动）---角位移、角速度、角加速度、线量与角量的关系 1、刚体做定轴转动，下列表述错误的是：【】 A ；各质元具有相同的角速度； B ：各质元具有相同的角加速度； C ：各质元具有相同的线速度； D ：各质元具有相同的角位移。 2、半径为0.2m 的飞轮，从静止开始以20rad/s 2的角加速度做定轴转动，则t=2s 时，飞轮边缘上一点的切向加速度τa =____________，法向加速度n a =____________，飞轮转过的角位移为_________________。 3、刚体任何复杂的运动均可分解为_______________和 ______________两种运动形式。二、转动惯量 1、刚体的转动惯量与______________ 和___________________有关。 2、长度为L ，质量为M 的均匀木棒，饶其一端A 点转动时的转动惯量J A =_____________，绕其中心O 点转动时的转动惯量J O =_____________________。 3、半径为R 、质量为M 的均匀圆盘绕其中心轴（垂直于盘面）转动的转动惯量J=___________。 4、两个匀质圆盘A 和B 的密度分别是A ρ和B ρ，若B A ρρ>，但两圆盘的质量和厚度相同，如两盘对通过盘心垂直于盘面轴的转动惯量各为A J 和B J 则：【】（A ）B A J J >；（B ）B A J J < （C ）B A J J = （D ）不能确定三、刚体动力学----转动定理、动能定理、角动量定理、角动量守恒 1、一长为L 的轻质细杆，两端分别固定质量为m 和2m 的小球，此系统在竖直平面内可绕过中点O 且与杆垂直的水平光滑固定轴(O 轴)转动．开始时杆与水平成60°角，处于静止状态．无初转速地释放以后，杆球这一刚体系统绕O 轴转动．系统绕O 轴的转动惯量J ＝ ___________．释放后，当杆转到水平位置时，刚体受到的合外力矩M =____ __；角加速度β= ____ __． 2、一个能绕固定轴转动的轮子，除受到轴承的恒定摩擦力矩M r 外，还受到恒定外力矩M 的作用．若M ＝20 N ·m ，轮子对固定轴的转动惯量为J ＝15 kg ·m 2．在t ＝10 s 内，轮子的角速度由ω ＝0增大到ω＝10 rad/s ，则M r ＝_______． 3、【】银河系有一可视为物的天体，由于引力凝聚，体积不断收缩。设它经过一万年体积收缩了1%，而质量保持不变。则它的自转周期将______；其转动动能将______ （A ）减小，增大； (B)不变，增大； (C) 增大，减小； (D) 减小，减小 4、【】一子弹水平射入一竖直悬挂的木棒后一同上摆。在上摆的过程中，一子弹和木棒为系统（不包括地球），则总角动量、总动量及总机械能是否守恒？结论是：（A ）三者均不守恒；（B ）三者均守恒；

大学物理习题及解答(刚体力学)

1 如图所示，质量为m 的小球系在绳子的一端，绳穿过一铅直套管，使小球限制在一光滑水平面上运动。先使小球以速度0v 。绕管心作半径为r D 的圆周运动，然后向下慢慢拉绳，使小球运动轨迹最后成为半径为r 1的圆，求(1)小球距管心r 1时速度大小。(2)由r D 缩到r 1过程中，力F 所作的功。解 (1)绳子作用在小球上的力始终通过中心O ，是有心力，以小球为研究对象，此力对O 的力矩在小球运动过程中始终为零，因此，在绳子缩短的过程中，小球对O 点的角动量守恒，即 1 0L L = 小球在r D 和r 1位置时的角动量大小 1100r mv r mv = 1 00r r v v = (2)可见，小球的速率增大了，动能也增大了，由功能定理得力所作的功 ??????-=-=-=1)(21 2 1)(21 2 1212102020210202021r r mv mv r r mv mv mv W

2 如图所示，定滑轮半径为r ，可绕垂直通过轮心的无摩擦水平轴转动，转动惯量为J ，轮上绕有一轻绳，一端与劲度系数为k 的轻弹簧相连，另一端与质量为m 的物体相连。物体置于倾角为θ的光滑斜面上。开始时，弹簧处于自然长度，物体速度为零，然后释放物体沿斜面下滑，求物体下滑距离l 时，物体速度的大小。解把物体、滑轮、弹簧、轻绳和地球为研究系统。在物体由静止下滑的过程中，只有重力、弹性力作功，其它外力和非保守内力作功的和为零，故系统的机械能守恒。设物体下滑l 时，速度为v ，此时滑轮的角速度为ω 则 θωsin 2121210222mgl mv J kl -++= （1）又有 ωr v = （2）由式（1）和式（2）可得 m r J kl mgl v +-=22 sin 2θ

精选-《大学物理学》第二章刚体力学基础自学练习题

第二章刚体力学基础自学练习题一、选择题 4-1．有两个力作用在有固定转轴的刚体上：（1）这两个力都平行于轴作用时，它们对轴的合力矩一定是零；（2）这两个力都垂直于轴作用时，它们对轴的合力矩可能是零；（3）当这两个力的合力为零时，它们对轴的合力矩也一定是零；（4）当这两个力对轴的合力矩为零时，它们的合力也一定是零；对上述说法，下述判断正确的是：（）（A ）只有（1）是正确的；（B ）（1）、（2）正确，（3）、（4）错误；（C ）（1）、（2）、（3）都正确，（4）错误；（D ）（1）、（2）、（3）、（4）都正确。【提示：（1）如门的重力不能使门转动，平行于轴的力不能提供力矩；（2）垂直于轴的力提供力矩，当两个力提供的力矩大小相等，方向相反时，合力矩就为零】 4-2．关于力矩有以下几种说法：（1）对某个定轴转动刚体而言，内力矩不会改变刚体的角加速度；（2）一对作用力和反作用力对同一轴的力矩之和必为零；（3）质量相等，形状和大小不同的两个刚体，在相同力矩的作用下，它们的运动状态一定相同。对上述说法，下述判断正确的是：（）（A ）只有（2）是正确的；（B ）（1）、（2）是正确的；（C ）（2）、（3）是正确的；（D ）（1）、（2）、（3）都是正确的。【提示：（1）刚体中相邻质元间的一对内力属于作用力和反作用力，作用点相同，则对同一轴的力矩和为零，因而不影响刚体的角加速度和角动量；（2）见上提示；（3）刚体的转动惯量与刚体的质量和大小形状有关，因而在相同力矩的作用下，它们的运动状态可能不同】 3．一个力(35)F i j N =+v v v 作用于某点上，其作用点的矢径为m j i r )34(??? -=，则该力对坐标原点的力矩为（）（A ）3kN m -?v ；（B ）29kN m ?v ；（C ）29kN m -?v ；（D ）3kN m ?v 。【提示：(43)(35)430209293 5 i j k M r F i j i j k k k =?=-?+=-=+=v v v v v v v v v v v v v 】 4-3．均匀细棒OA 可绕通过其一端O 而与棒垂直的水平固定光滑轴转动，如图所示。今使棒从水平位置由静止开始自由下落，在棒摆到竖直位置的过程中，下述说法正确的是：（）（A ）角速度从小到大，角加速度不变；（B ）角速度从小到大，角加速度从小到大；

第一章流体力学基础

液压复习参考题注意:以下题目仅供参考,并非考试题目一、填空题 1．液压系统中的压力取决于（负载），执行元件的运动速度取决于（流量）。 2．液压传动装置由（动力元件）、（执行元件）、（控制元件）和（辅助元件）四部分组成，其中（动力元件）和（执行元件）为能量转换装置。 3．液体在管道中存在两种流动状态，（层流）时粘性力起主导作用，（紊流）时惯性力起主导作用，液体的流动状态可用（雷诺数）来判断。 4．由于流体具有（粘性），液流在管道中流动需要损耗一部分能量，它由（沿程压力）损失和（局部压力）损失两部分组成。 5．通过固定平行平板缝隙的流量与（压力差）一次方成正比，与（缝隙值）的三次方成正比，这说明液压元件内的（间隙）的大小对其泄漏量的影响非常大。 6．变量泵是指（排量）可以改变的液压泵，常见的变量泵有( 单作用叶片泵)、( 径向柱塞泵)、( 轴向柱塞泵)其中（单作用叶片泵）和（径向柱塞泵）是通过改变转子和定子的偏心距来实现变量，（轴向柱塞泵）是通过改变斜盘倾角来实现变量。 7．液压泵的实际流量比理论流量（小）；而液压马达实际流量比理论流量（大）。 8．斜盘式轴向柱塞泵构成吸、压油密闭工作腔的三对运动摩擦副为（柱塞与缸体）、（缸体与配油盘）、（滑履与斜盘）。 9．外啮合齿轮泵位于轮齿逐渐脱开啮合的一侧是（吸油）腔，位于轮齿逐渐进入啮合的一侧是（压油）腔。 10．为了消除齿轮泵的困油现象，通常在两侧盖板上开（卸荷槽），使闭死容积由大变少时与（压油）腔相通，闭死容积由小变大时与（吸油）腔相通。 11．齿轮泵产生泄漏的间隙为（端面）间隙和（径向）间隙，此外还存在（啮合）间隙，其中（端面）泄漏占总泄漏量的80%～85%。 12．双作用叶片泵的定子曲线由两段（大半径圆弧）、两段（小半径圆弧）及四段（过渡曲线）组成，吸、压油窗口位于（过渡曲线）段。 13．调节限压式变量叶片泵的压力调节螺钉，可以改变泵的压力流量特性曲线上（拐点压力）的大小，调节最大流量调节螺钉，可以改变（泵的最大流量）。 14．溢流阀为（进口）压力控制，阀口常（闭），先导阀弹簧腔的泄漏油与阀的出口相通。定值减压阀为（出口）压力控制，阀口常（开），先导阀弹簧腔的泄漏油必须（单独引回油箱）。 15．调速阀是由（定差减压阀）和节流阀（串联）而成，旁通型调速阀是由（差压式溢流阀）和节流阀（并联）而成。 16．两个液压马达主轴刚性连接在一起组成双速换接回路，两马达串联时，其转速为（高速）；两马达并联时，其转速为（低速），而输出转矩（增加）。串联和并联两种情况下回路的输出功率（相同）。 17．在变量泵—变量马达调速回路中，为了在低速时有较大的输出转矩、在高速时能提供较大功率，往往在低速段，先将（马达排量）调至最大，用（变量泵）调速；在高速段，（泵排量）为最大，用（变量马达）调速。 18．顺序动作回路的功用在于使几个执行元件严格按预定顺序动作，按控制方式不同，分为（压力）控制和（行程）控制。同步回路的功用是使相同尺寸的执行元件在运动上同步，同步运动分为（速度）同步和（位置）同步两大类。 19.在研究流动液体时，把假设既（无粘性）又（不可压缩）的液体称为理想流体。 20.液体流动时，液体中任意点处的压力、流速和密度都不随时间而变化，称为恒定流动。

第一章-流体力学基础习题

~ 第一章流体力学【1-1】椰子油流过一内径为20mm 的水平管道，其上装有一收缩管，将管径逐渐收缩至 12mm ，如果从未收缩管段和收缩至最小处之间测得的压力差为800Pa ，试求椰子油的流量。【1-2】牛奶以2×10－3m 3/s 的流量流过内径等于27mm 的不锈钢管，牛奶的粘度为×10－，密度为1030kg/m 3，试确定管内流动是层流还是紊流。【1-3】用泵输送大豆油，流量为×10－4m 3/s ，管道内径为10mm ，已知大豆油的粘度为40 ×10－，密度为940kg/m 3。试求从管道一端至相距27m 的另一端之间的压力降。】【1-7】某离心泵安装在高于井内水面 5.5m 的地面上，吸水量为40m 3/h 。吸水管尺寸为 4114?φmm ，包括管路入口阻力的吸水管路上的总能量损失为kg 。试求泵入口处的真空度。（当地大气压为×105Pa ）【1-9】每小时将10m 3常温的水用泵从开口贮槽送至开口高位槽。管路直径为357?φmm ，全系统直管长度为100m ，其上装有一个全开闸阀、一个全开截止阀、三个标准弯头、两个阻力可以不计的活接头。两槽液面恒定，其间垂直距离为20m 。取管壁粗糙度为0.25mm 、水的密度为1000kg/m 3、粘度为1×10－。试求泵的效率为70％时的轴功率。【1-10】用泵将开口贮槽内密度为1060kg/m 3、粘度为×10－的溶液在稳定流动状态下送到蒸发器内，蒸发空间真空表读数为40kPa 。溶液输送量为18m 3/h 。进蒸发器水平管中心线高于贮槽液面20m ，管路直径357?φmm ，不包括管路进、出口的能量损失，直管和管件当量长度之和为50m 。取管壁粗糙度为0.02mm 。试求泵的轴功率（泵的效率为65％）。【1-13】拟用一台3B57型离心泵以60m 3/h 的流量输送常温的清水，已查得在此流量下的允许吸上真空H s ＝5.6m ，已知吸入管内径为75mm ，吸入管段的压头损失估计为0.5m 。试求： 1) ； 2) 若泵的安装高度为5.0m ，该泵能否正常工作该地区大气压为×104Pa ； 3) 若该泵在海拔高度1000m 的地区输送40℃的清水，允许的几何安装高度为若干米当地大气压为×104Pa 。

流体力学第一章答案

第一章习题简答 1-3 为防止水温升高时，体积膨胀将水管胀裂，通常在水暖系统顶部设有膨胀水箱，若系统内水的总体积为10m 3，加温前后温差为50°С，在其温度范围内水的体积膨胀系数αv ＝0.0005/℃。求膨胀水箱的最小容积V min 。锅炉散热器题1-3图解：由液体的热胀系数公式dT dV V 1V = α ，据题意， αv ＝0.0005/℃，V=10m 3，dT=50°С 故膨胀水箱的最小容积 325.050100005.0m VdT dV V =??==α 1-4 压缩机压缩空气，绝对压强从4 108067.9?Pa 升高到5 108840.5?Pa ，温度从20℃升高到78℃，问空气体积减少了多少？解：将空气近似作为理想气体来研究，则由 RT P =ρ 得出 RT P = ρ 故 () 34 111/166.120273287108067.9m kg RT P =+??==ρ () % 80841 .5166.1841.5/841.578273287108840.52121 211213 5 222=-=-=-=-=?=+??==ρρρρρρρm m m V V V V m kg RT P 1-5 如图，在相距δ＝40mm 的两平行平板间充满动力粘度μ＝0.7Pa·s 的液体，液体中有一长为a ＝60mm 的薄平板以u ＝15m/s 的速度水平向右移动。假定平板运动引起液体流

动的速度分布是线性分布。当h＝10mm时，求薄平板单位宽度上受到的阻力。解：平板受到上下两侧黏滞切力T1和T2作用，由 dy du A Tμ =可得 12 U1515 T T T A A0.70.0684 0.040.010.01 U N h h μμ δ ?? =+=+=??+= ? -- ?? （方向与u相反） 1-6 两平行平板相距0.5mm，其间充满流体，下板固定，上板在2 N/m2的力作用下以0.25m/s匀速移动，求该流体的动力黏度μ。解：由于两平板间相距很小，且上平板移动速度不大，则可认为平板间每层流体的速度分布是直线分布，则 σ μ μ u A dy du A T= =，得流体的动力黏度为 s Pa u A T u A T ? ? = ? ? = ? = =- - 4 3 10 4 25 .0 10 5.0 2 σ σ μ 1-7 温度为20°С的空气，在直径为2.5cm的管中流动，距管壁上1mm处的空气速度为3cm/s。求作用于单位长度管壁上的黏滞切力为多少？解：温度为20°С的空气的黏度为18.3×10-6 Pa·s 如图建立坐标系，且设u=ay2+c 由题意可得方程组 ?? ? ? ? + - = + = c a c a 2 2 ) 001 .0 0125 .0( 03 .0 0125 .0 解得a= -1250，c=0.195 则u=-1250y2+0.195

大学物理第3章刚体力学习题解答

第3章刚体力学习题解答 3.13 某发动机飞轮在时间间隔t 内的角位移为 ):,:(43s t rad ct bt at θθ-+=。求t 时刻的角速度和角加速度。解：23212643ct bt ct bt a dt d dt d -== -+== ωθβω 3.14桑塔纳汽车时速为166km/h ，车轮滚动半径为0.26m ，发动机转速与驱动轮转速比为0.909, 问发动机转速为每分多少转？解：设车轮半径为R=0.26m ，发动机转速为n 1, 驱动轮转速为n 2, 汽车速度为v=166km/h 。显然，汽车前进的速度就是驱动轮边缘的线速度， 909.0/2212Rn Rn v ππ==，所以： min /1054.1/1024.93426.014.3210 166909.02909.013 rev h rev n R v ?=?===????π 3.15 如题3-15图所示，质量为m 的空心圆柱体，质量均匀分布，其内外半径为r 1和r 2，求对通过其中心轴的转动惯量。解：设圆柱体长为h ，则半径为r ，厚为dr 的薄圆筒的质量dm 为： 2..dm h r dr ρπ= 对其轴线的转动惯量dI z 为 232..z dI r dm h r dr ρπ== 2 1 222211 2..()2 r z r I h r r dr m r r ρπ== -? 3.17 如题3-17图所示，一半圆形细杆，半径为，质量为，求对过细杆二端轴的转动惯量。解：如图所示，圆形细杆对过O 轴且垂直于圆形细杆所在平面的轴的转动惯量为mR 2，根据垂直轴定理z x y I I I =+和问题的对称性知：圆形细杆对过轴的转动惯量为 1 2 mR 2，由转动惯量的可加性可求得：半圆形细杆对过细杆二端轴的转动惯量为：21 4 AA I mR '=

大学物理刚体力学基础习题思考题及答案.docx

` 习题 5 5-1．如图，一轻绳跨过两个质量为 m 、半径为 r 的均匀圆盘状定滑轮，绳的两端分别挂着质量为 2m 和 m 的重物，绳与滑轮间无相对滑动，滑轮轴光滑，两个定滑轮的转动惯量均为 mr 2 / 2 ，将由两个定滑轮以及质量为 2m 和 m 的重物组成的系统从静止释放，求重物的加速度和两滑轮之间绳的力。解：受力分析如图，可建立方程： 2mg T 2 2ma ┄① T 1 mg ma ┄② (T 2 T )r J ┄③ (T T 1 )r J ┄④ a r ， J mr 2 / 2 ┄⑤ T 联立，解得： a 1 g ， T 11 mg 。 4 8 5-2．如图所示，一均匀细杆长为 l ，质量为 m ，平放在摩擦系数为的水平桌面上，设开始时杆以角速度 0 绕过中心 O 且垂直与桌面的轴转动，试求：（ 1）作用于杆的摩擦力矩；（ 2）经过多长时间杆才会停止转动。解：（ 1）设杆的线密度为： m ，在杆上取 l 一小质元 dm d x ，有微元摩擦力： d f dmg gd x ，微元摩擦力矩： d M g xd x ，考虑对称性，有摩擦力矩： l 1 M 2 2 g xd x mgl ； 0 4 J d M J t Mdt （ 2）根据转动定律，有： Jd ， dt 1 mglt 1 2 0 ，∴ t 0 l 4 m l 。 12 3 g 或利用： M t J J 0 ，考虑到 0 ， J 1 ml 2 ， 0 l 12 有： t 3 。 g

(完整版)静力学基础测试题

静力学基础测试卷姓名：成绩：一、是非题（每题3分，30分） 1．力有两种作用效果，即力可以使物体的运动状态发生变化，也可以使物体发生变形。（）2．在理论力学中只研究力的外效应。（）3．两端用光滑铰链连接的构件是二力构件。（）4．作用在一个刚体上的任意两个力成平衡的必要与充分条件是：两个力的作用线相同，大小相等，方向相反。（）5．作用于刚体的力可沿其作用线移动而不改变其对刚体的运动效应。（）6．三力平衡定理指出：三力汇交于一点，则这三个力必然互相平衡。（）7．平面汇交力系平衡时，力多边形各力应首尾相接，但在作图时力的顺序可以不同。（）8．约束力的方向总是与约束所能阻止的被约束物体的运动方向一致的。（） 9. 力偶只能使刚体发生转动，不能使刚体移动。（） 10.固定铰链的约束反力是一个力和一个力偶。（）二、选择题（每题4分，24分） 1．若作用在A点的两个大小不等的力F 1和F2，沿同一直线但方向相反。则其合力可以表示为。 ①F1－F2； ②F2－F1； ③F1＋F2； 2．作用在一个刚体上的两个力F A、F B，满足F A=－F B的条件，则该二力可能是。 ①作用力和反作用力或一对平衡的力；②一对平衡的力或一个力偶。 ③一对平衡的力或一个力和一个力偶；④作用力和反作用力或一个力偶。 3．三力平衡定理是。 ①共面不平行的三个力互相平衡必汇交于一点； ②共面三力若平衡，必汇交于一点； ③三力汇交于一点，则这三个力必互相平衡。 4．已知F1、F2、F3、F4为作用于刚体上的平面共点力系，其力矢关系如图所示为平行四边形，由此。 ①力系可合成为一个力偶； ②力系可合成为一个力； ③力系简化为一个力和一个力偶； ④力系的合力为零，力系平衡。

第一章流体力学基础

第一章流体力学基础流体包括液体和气体。流体力学是力学的一个分支，研究流体处于平衡、运动状态时的力学规律及其在工程中的应用。按研究介质不同流体力学分为液体力学（水力学）和气体力学。水力学研究的对象是液体，但是，当气体的流速和压力不大，密度变化不大，压缩性可以忽略不计时，液体的各种平衡和运动规律对于气体也是适用的。流体力学在建筑设备工程中有着广泛的应用。给水、排水、供热、供燃气、通风和空气调节等工程设计、计算和分析都是以流体力学作为理论基础的。因此，必须了解和掌握流体力学的基本知识。第一节流体的主要物理性质流体的连续性假说流体毫无空隙地连续地充满它所占据的空间。因此，描述流体平衡和运动的参数都是空间坐标的连续函数，从而就可以应用数学分析中的连续函数这一工具，分析流体在外力作用下的机械运动。流体的力学特性（1）流体不能承受拉力；（2）静止流体不能承受切力，受微小切力作用流体就会流动，这就是流体易流动性的原因，运动的实际流体能承受切力；（3）静止或运动的流体能承受较大的压力。一、惯性及万有引力特性惯性——物体保持原有运动状态的性质。惯性的大小用质量表示。万有引力——地球上的物体均受地球引力的作用，表现为重力。质量为物体的重力为（N）（1-1）

式中——重力加速度，取m/s2。 1．密度对于均质流体，单位体积流体具有的质量，记为。对于质量为，体积为的流体有（kg/m3）（1-2） 2．容重（重度）对于均质流体，单位体积流体具有的重量，记为。对于重量为，体积为的流体有 (N/m3)（1-3）干空气在标准大气压mmHg和20℃时，kg/m3，N/m3。水在标准大气压和4℃时，kg/m3，N/m3。水银在标准大气压和20℃时，kg/m3，N/m3。二、粘滞性如图1-1所示，为管中断面流速分布。由于流体各流层流速不同，当相邻层间有相对运动时，在接触面上就会产生相互作用的内摩擦力（切力），摩擦生热，耗散在流体中，流体的机械能就会损失一部分。流体运动时产生内摩擦力或抵抗剪切变形的能力称为流体的粘滞性。

华理工大学大学物理习题之刚体力学习题详解

习题三一、选择题 1．一根长为l 、质量为M 的匀质棒自由悬挂于通过其上端的光滑水平轴上。现有一质量为m 的子弹以水平速度v 0射向棒的中心，并以v 0/2的水平速度穿出棒，此后棒的最大偏转角恰为90?，则v 0的大小为 [ ] （A ；（B ；（C （D ） 22 163M gl m 。答案：A 解： 11122 , 1122 J J J J Mg l ωωωω=+?? ?=??? 22211, 243l ml J m J Ml ??=== ??? 0012/2v v l l ω==，0021/21 /22 v v l l ωω===，111121 ()2J J J J ωωωω-= = 21122J Mgl ω=， 2 112J J Mgl J ω?? ?= ??? ， 22 114J Mgl J ω= 2 2 202244143v ml l Mgl Ml ?? ???=?，Mgl M v m =?2 02163，2202 163M v gl m =，所以 3 40gl m M v = 2．圆柱体以80rad/s 的角速度绕其轴线转动，它对该轴的转动惯量为24kg m ?。在恒力矩作用下，10s 内其角速度降为40rad/s 。圆柱体损失的动能和所受力矩的大小为 [ ] （A ）80J ，80N m ?；（B ）800J ，40N m ?；（C ）4000J ，32N m ?；（D ）9600J ，16N m ?。答案：D 解：800=ω，40=ω，10=t ，4J = 2201122k E J J ωω-?= - 2 2011()4(64001600)9600(J)22 k E J ωω?=-=??-= M 恒定，匀变速，所以有 0t ωωα=-，0t ωω α-= ，08040 416N m 10 M J J t ωω α--==? =? =? 3．一个转动惯量为J 的圆盘绕一固定轴转动，初角速度为0ω。设它所受阻力矩与转动角速度成正比M k ω=- (k 为正常数)。

3-刚体力学基础

图3-1 大学物理习题 3．刚体力学基础一、选择题 1．有些矢量是相对于一定点（或轴）而确定的，有些矢量是与定点（或轴）的选择无关的。下列给出的各量中，相对于定点（或轴）而确定的物理量是： A ．矢径 B ．位移 C ．速度 D ．动量 E ．角动量 F ．力 G ．力矩（） 2．在下列关于转动定律的表述中，正确的是： A ．对作定轴转动的刚体而言，力矩不会改变刚体的角加速度； B ．两个质量相等的刚体，在相同力矩的作用下，运动状态的变化情况一定相同； C ．同一刚体在不同力矩作用下，必然得到不同的角加速度； D ．作用在定轴转动刚体上的力越大，刚体转动的角加速度越大； E ．刚体定轴转动的转动定律为βJ M =，式中β,,J M 均对同一条固定轴而言的，否则该式不成立。。（） 3．工程技术上的摩擦离合器是通过摩擦实现传动的装置，其结构如图3-1所示。轴向作用力可以使A 、B 两个飞轮实现离合。当A 轮与B 轮接合通过摩擦力矩带动B 轮转动时，则此刚体系统在两轮接合前后 A ．角动量改变，动能也改变； B ．角动量改变，动能不变； C ．角动量不变，动能改变； D ．角动量不变，动能也不改变。（） 4．一人开双臂手握哑铃坐在转椅上，让转椅转动起来，若此后无外力矩作用，则当此人收回双臂时，人和转椅这一系统的 A ．转速加大，转动动能不变； B ．角动量加大；

图3-3 C ．转速和转动动能都加大； D ．角动量保持不变。（） 5．有a 、b 两个半径相同，质量相同的细圆环，其中a 环的质量均匀分布，而b 环的质量分布不均匀，若两环对过环心且与环面垂直轴的转动惯量分别为a J 和b J ，则 A ．b a J J >； B ．b a J J <； C ．b a J J =； D ．无法确定a J 与b J 的相对大小。（） 6．在下列关于守恒的表述中，正确的是 A ．系统的动量守恒，它的角动量也一定守恒； B ．系统的角动量守恒，它的动量也必定守恒； C ．系统的角动量守恒，它的机械能也一定守恒； D ．系统的机械能守恒，它的角动量也一定守恒； E ．以上表述均不正确。（） 7．如图3-2所示，一悬线长为l ，质量为m 的单摆和一长度为 l 、质量为m 能绕水平轴自由转动的匀质细棒，现将摆球和细棒同时从与竖直方向成θ角的位置由静止释放，当它们运动到竖直位置时，摆球和细棒的角速度之间的关系为 A ．ω1>ω2 ； B ．ω1=ω2； C ．ω1<ω2 。 ( ) 8．如图3-3所示，圆盘绕光滑轴O 转动，若同时对称地射来两颗质量相同，速度大小相同，方向相反且沿同一直线运动的子弹。射入后两颗子弹均留在盘，则子弹射入后圆盘的角速度ω将：图 3-2

大学物理刚体力学基础习题思考题及答案

习题5 5-1．如图，一轻绳跨过两个质量为m 、半径为r 的均匀圆盘状定滑轮，绳的两端分别挂着质量为m 2和m 的重物，绳与滑轮间无相对滑动，滑轮轴光滑，两个定滑轮的转动惯量均为2/2 mr ，将由两个定滑轮以及质量为m 2和m 的重物组成的系统从静止释放，求重物的加速度和两滑轮之间绳内的张力。解：受力分析如图，可建立方程： ma T mg 222=-┄① ma mg T =-1┄② 2()T T r J β-=┄③ βJ r T T =-)(1┄④ βr a = ，2/2J mr =┄⑤ 联立，解得：g a 41=，mg T 8 11 = 。 5-2．如图所示，一均匀细杆长为l ，质量为m ，平放在摩擦系数为μ的水平桌面上，设开始时杆以角速度0ω绕过中心O 且垂直与桌面的轴转动，试求：（1）作用于杆的摩擦力矩；（2）经过多长时间杆才会停止转动。解：（1）设杆的线密度为：l m = λ，在杆上取一小质元dm d x λ=，有微元摩擦力： d f dmg gd x μμλ==，微元摩擦力矩：d M g xd x μλ=，考虑对称性，有摩擦力矩： 20 1 24 l M g xd x mgl μλμ==?；（2）根据转动定律d M J J dt ωβ==，有：000t Mdt Jd ωω-=??， 2011 412 mglt m l μω-=-，∴03l t g ωμ=。或利用：0M t J J ωω-=-，考虑到0ω=，21 12 J ml =，有：03l t g ωμ=。 T

5-3．如图所示，一个质量为m 的物体与绕在定滑轮上的绳子相联，绳子的质量可以忽略，它与定滑轮之间无滑动。假设定滑轮质量为M 、半径为 R ,其转动惯量为2/2MR ，试求该物体由静止开始下落的过程中，下落速度与时间的关系。解：受力分析如图，可建立方程： m g T ma -=┄① βJ TR =┄② a R β= ，21 2 J mR = ┄③ 联立，解得：22mg a M m =+，2Mmg T M m =+，考虑到dv a dt =，∴0022v t mg dv dt M m =+??，有：22mg t v M m = +。 5-4．轻绳绕过一定滑轮，滑轮轴光滑，滑轮的质量为4/M ，均匀分布在其边缘上，绳子A 端有一质量为M 的人抓住了绳端，而在绳的另一端B 系了一质量为4/M 的重物，如图。已知滑轮对O 轴的转动惯量4/2 MR J =，设人从静止开始以相对绳匀速向上爬时，绳与滑轮间无相对滑动，求B 端重物上升的加速度？解一：分别对人、滑轮与重物列出动力学方程 A Ma T Mg =-1人 B a M g M T 4 42=- 物 αJ R T R T =-21滑轮由约束方程: αR a a B A ==和4/2 MR J =,解上述方程组得到2 g a = . 解二：选人、滑轮与重物为系统，设u 为人相对绳的速度，v 为重

大学物理学第二章 刚体力学基础 自学练习题

大学物理06刚体力学

刚体力学基础 习题 解答

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第五章刚体力学参考答案

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精选-《大学物理学》第二章 刚体力学基础 自学练习题

第一章流体力学基础

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