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大学物理简明教程赵近芳版习题解答
习题一
1-5 质点沿轴运动,其加速度和位置的关系为 =2+6,的单位为,的单位为 m. 质点在=0处,速度为10,试求质点在任何坐标处的速度值.
解: ∵
分离变量:
两边积分得
由题知,时,,∴
∴
1-7 一质点沿半径为1 m 的圆周运动,运动方程为 =2+3,式中以弧度计,以秒计,求:(1) =2 s时,质点的切向和法向加速度;(2)当加速度的方向和半径成45°角时,其角位移是多少?
解:
(1)时,
(2)当加速度方向与半径成角时,有
即 亦即
则解得 于是角位移为
1-8 质点沿半径为的圆周按=的规律运动,式中为质点离圆周上某点的弧长,,都是常量,求:(1)时刻质点的加速度;(2) 为何值时,加速度在数值上等于.
解:(1)
则
加速度与半径的夹角为
(2)由题意应有
即
∴当时,
1-10飞轮半径为0.4 m,自静止启动,其角加速度为β=0.2 rad·,求=2s时边缘上各点的速度、法向加速度、切向加速度和合加速度.
解:当时,
则
习题二
2-4一质量为的质点以与地的仰角=30°的初速从地面抛出,若忽略空气阻力,求质点落地时相对抛射时的动量的增量.
解: 依题意作出示意图如题2-6图
题2-4图
在忽略空气阻力情况下,抛体落地瞬时的末速度大小与初速度大小相同,与轨道相切斜向下,
而抛物线具有对轴对称性,故末速度与轴夹角亦为,则动量的增量为
由矢量图知,动量增量大小为,方向竖直向下.
2-7设.(1) 当一质点从原点运动到时,求所作的功.(2)如果质点到处时需0.6s,试求平均功率.(3)如果质点的质量为1kg,试求动能的变化.
解: (1)由题知,为恒力,
∴
(2)
(3)由动能定理,
2-15 如题2-15图所示,一匀质细杆质量为,长为,可绕过一端的水平轴自由转动,杆于水平位置由静止开始摆下.求:
(1)初始时刻的角加速度;
(2)杆转过角时的角速度.
解: (1)由转动定律,有
∴
(2)由机械能守恒定律,有
∴
题2-15图
习题五
5-7 半径为和(>)的两无限长同轴圆柱面,单位长度上分别带有电量和-,试求:(1)<;(2) <<;(3) >处各点的场强.
解: 高斯定理
取同轴圆柱形高斯面,侧面积
则
对(1)
(2)
∴ 沿径向向外
(3)
∴
题5-9图
5-9 如题5-9图所示,在,两点处放有电量分别为+,-的点电荷,间距离为2,现将另一正试验点电荷从点经过半圆弧移到点,求移动过程中电场力作的功.
解: 如题8-16图示
∴
习题六
6-5 在真空中,有两根互相平行的无限长直导线和,相距0.1m,通有方向相反的电流,=20A,=10A,如题9-8图所示.,两点与导线在同一平面内.这两点与导线的距离均为5.0cm.试求,两点处的磁感应强度,以及磁感应强度为零的点的位置.
题6-5图
解:如题6-5图所示,方向垂直纸面向里
(2)设在外侧距离为处
则
解得
6-12 一长直导线通有电流=20A,旁边放一导线,其中通有电流=10A,且两者共面,如6-12图所示.求导线所受作用力对点的力矩.
解:在上取,它受力
向上,大小为
对点力矩
方向垂直纸面向外,大小为
题6-12图
6-13 电子在=70×10-4T的匀强磁场中作圆周运动,圆周半径=3.0cm.已知垂直于纸面向外,某时刻电子在点,速度向上,如题6-13图.
试画出这电子运动的轨道;
求这电子速度的大小;
(3)求这电子的动能.
题6-13图
解:(1)轨迹如图
(2)∵
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