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力学答案第四章
第四章 动能和势能
思 考 题
4.1 起重机起重重物。问在加速上升、匀速上升、减速上升以及加速下降、匀速下降、减速下降六种情况下
合力之功的正负。又:在加速上升和匀速上升了距离h这两种情况中,起重机吊钩对重物的拉力所做的功是否
一样多?
答 : 在加速上升、匀速上升、减速上升以及加速下降、匀速下降、减速下降六种况下合力之功的正负分别为:
正、 0、负、正、0、负。
在加速上升和匀速上升了距离 h这两种情况中,起重机吊钩对重物的拉力所做的功不一样多。加速上
升 ;匀速上升 。
? 4.2 弹簧A和B,劲度系数,(1)将弹簧拉长同样的距离;(2)拉长两个弹簧到某一长度时,所用的力相同。在这两种情况下拉伸弹簧的过程中,对那个弹簧做的功更多?
答 :
(1) 拉长同样距离
} , .
(2)
,
,
} ,
?
4.3 “弹簧拉伸或压缩时,弹簧势能总是正的。”这一论断是否正确?如果不正确,在什么情况下,弹簧势能会是负的。
答 : 与零势能的选取有关。
4.4 一同学问:“二质点相距很远,引力很小,但引力势能大;反之,相距很近,引力势能反而小。想不通”。你能否给他解决这个疑难?
答 :
设两物体(质点)相距无限远处为零势能。
?
4.5 人从静止开始步行,如鞋底不在地面上打滑,作用于鞋底的摩擦力是否做了功?人体的动能是哪里来的?分析这个问题用质点系动能定理还是用能量守恒定律分析较为方便?
答 : ( 1)作用于鞋底的摩擦力没有做功。
(2)人体的动能是内力做功的结果。
(3)用质点系动能定理分析这个问题较为方便。
4.6 一对静摩擦力所做功的代数和是否总是负的?正的?为零?
答 : 不一定。
4.7 力的功是否与参考系有关?一对作用力与反作用力所做功的代数和是否和参考系有关?
答 :
( 1)有关。
如图:木块相对桌面位移(s-l)木板对木块的滑动摩擦力做功f(s-l)若以木板为参照系,情况不一样。
?
?(2)无关。相对位移与参照系选取有关。(代数和不一定为零)
? 4.8 取弹簧自由伸展时为弹性势能零点,画出势能曲线。再以弹簧拉伸或压缩到某一程度时为势能零点,画出势能曲线。根据不同势能零点可画出若干条势能曲线。对重力势能和万有引力势能也可如此作,研究一下。
答 :
( 1)弹簧原长为势能零点
?
?
?
设 处势能为零。
( 2)重力势能: 处势能为零
处势能为零
处势能为零
?
万有引力势能与上雷同。两质点距离无限远处势能为零
习题及解答
?
4.2.2 本题图表示测定运动体能的装置。绳拴在腰间沿水平展开跨过理想滑轮,下悬重物50kg。人用力向后登传送带而人的质心相对于地面不动。设传送带上侧以2m/s的速率向后运动。问运动员对传送带做功否?功率如何?
解 :
人作用到传送带上水平方向的力,大小为 50g,方向向左。因为受力点有位移,所以运动员对传送带做功。
N=F =mg× =50kg×9.8N/kg×2m/s=980w
?
4.2.3 一非线性拉伸弹簧的弹性力的大小为 , 表示弹簧的伸长量, 为正。(1)研究当 和 时弹簧的劲度 有何不同;(2)求出将弹簧由 拉伸至 时弹簧对外做的功。
解 :
( 1)根据题意
所以弹簧劲度为
当 时,由于 ,所以 ,弹簧的劲度随弹簧的伸长量的增加而增加。
当 时,弹簧的劲度随弹簧的伸长量的增加而减小。
当 时, 弹簧的劲度不变。
?
以上三种情况的弹簧 劲度 系数如右图所示:
( 2)将弹簧由 拉伸至 时,弹簧对外界所做的功是:
当 时, 拉伸,外界做功,弹性力做负功。
当 时, 缩短,弹性力做正功。
4.2.4 一轻细线系一小球,小球在光滑水平面上沿螺线运动,绳穿过桌中心光滑圆孔,用力 向下拉绳。证明力 对线做的功等于线作用与小球的拉力所做的功。线不可伸长。
解 :
设 为绳作用在小球上的力。力 对小球所做的功为
将 分解为沿 方向和与 垂直方向的两个分位移 ( 为对 点的位矢)
如图:
又 ∵绳子不可伸长
∴ ( 是力 的作用点的位移)
∵
?
4.2.5 一辆卡车能够沿着斜坡以 的速率向上行使,斜坡与水平的夹角的正切 ,所受的阻力等于卡车重量的0.04,如果卡车以同样的功率匀速下坡,卡车的速率是多少?
解 :
取卡车为隔离体,卡车上下坡时均受到重力 mg、牵引力F、地面支持力N和阻力f作用。受力分析如图所示:
上坡受力分析
下坡受力分析
上坡时:
∵卡车作匀速直线运动
∴
卡车的功率
下坡时:
∵卡车作匀速直线运动
∴
卡车的功率
由题意
:
4.3.1 质量为 m=0.5kg的木块可在水平光滑直杆上滑动。木块与一
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