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大学物理4章习题解答03––
习 题 4
4-3.质量为M的平板车,在水平地面上无摩擦地运动。若有N个人,质量均为m。开始时车以速度向右运动,后来人相对于车以速度u向左快跑。试证明:(1)N个人一同跳离车以后,车速为
(2)车上N个人均以相对于车的速度u向左相继跳离,N个人均跳离后,车速为
[证明] (1) 取车和人组成的系统为研究对象,以地面为参照系,系统的水平方向的动量守恒。人相对于地面的速度为,则
所以
(2) 设第个人跳离车后,车的速度为,第x个人跳离车后,车的速度为,根据动量守恒定律得
所以
此即车速的递推关系式,取得
……………………
将上面所有的式子相加得
此即为第N个人跳离车后的速度,即
4-4.如习题4-4图所示,用传送带A输送煤粉,料斗口在A上方高h=0.5m处,煤粉自料斗口自由落在A上,设料斗口连续卸煤的流量为qm=40,A以v=2.0的水平速度向右移动求装煤的过程中,煤粉对A的作用力的大小和方向(不相对传送带静止的煤粉质量).
4-5.如习题4-5图所示,质量为M=1.5kg的物体,用一根长为l=1.25m的细绳悬挂在天花板上,今有一质量为m=10g的子弹以v0=500的水平速度射穿物体,刚穿出物体时子弹的速度大小v=30,设穿透时间极短:
(1)子弹刚穿出时绳中张力的大小;
(2)子弹在穿透过程中所受的冲量。
4-6. F=30+4t的力作用在质量为10kg的物体上求: (1)在开始内此力的冲量(2)要使冲量等于 300,此力作用的时间(3)若物体的初速度为10,方向与F相同,在t=6.86s时,此物体的速度
4-7.质量为m的质点在xOy平面内运动,其运动方程试求:(1)质点的动量;(2)从t=0到这段时间内质点受到的合力的冲量;(3)在上述时间内,质点的动量是否守恒?为什么?
[解] 质点的速度
(1)
(1) 质点的动量
(2) 由(1)式得时,质点的速度
时,质点的速度为
根据动量定理
解法二:
(3) 质点的动量不守恒,因为由第一问结果知动量随时间t变化。
4-8. 如习题4-8图所示,砂子从h=0.8m处下落到以3的速率沿水平向右运动的传输带上,每秒落下100kg的砂子求传输带对砂子作用力的大小和方向。
[解] 如图所示,设时间内落下的砂子的质量为,则的动量改变
显然有
由图可知
根据动量定理
所以
4-9. 矿砂从传输带A落到另一传输带B,其速度大小为=4,=2方向如习题所示传输带的运送量=2000求矿砂作用在传输带B上的力的大小和方向。
[解] 取时间内落下的矿砂为研究对象,建立如图所示的坐标系,其动量的改变为
根据动量定理
所以
故矿砂作用在传输带B上的力
与竖直方向的夹角
4-10. 如习题4-10图所示,浮吊的质量M=20t,从岸上吊起m=2t的重物后,再将吊杆与竖直方向的夹角由转到,设杆长l=8m,水的阻力与杆重略而不计求浮吊在水平方向上移动的距离。
[解法一] 取吊车和重物组成的系统为研究对象,系统所受的合外力为零,因此在由转到时,质心的位置不变。取质心为坐标原点,如图所示。设在在由转到时吊车在水平方向上移动的距离为x,重物在水平方向上移动的距离为y,则
=时
Ma-mb=0
a+b=lsin
=时
M(a-x)-m(b-y)=0
(a-x)+ (b-y)=lsin
联立上述四式得
[解法二] 以岸边为参考系,选如图坐标系,因水的阻力不计,因此浮吊在x方向动量守恒。该M以V向岸边靠拢,m相对M以u向左运动,相对岸边的速度为u-V。
吊杆转动角度前后,在水平方向动量守恒,
即
依题意,m在水平方向相对浮吊移动的距离为
经历时间
在t时间内,M在x方向移动的距离为
4-11. 某人造地球卫星的质量为m=l802kg,在离地面2100km的高空沿圆形轨道运行。试求卫星对地心的角动量(地球半径m)。
[解] 设卫星的速度为v,地球的质量为M,则
(1)
又 (2)
联立两式得
卫星对地的角动量
4-12. 如果将月球轨道视为圆周,其转动周期为27.3天求月球对地球中心的角动量及面积速度(kg,轨道半径R=m)。
[解] 设月球的速度为v,月球对地球中心的角动量为L,则
月球的面积速度为
4-13. 氢原子中的电子以角速度在半径m的圆形轨道上绕质子转动。试求电子的轨道角动量。
[解] 电子的轨道角动量
4-14. 6月22日,地球处于远日点,到太阳的距离为m,轨道速度为6个
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