大学物理课后题答案马文蔚

第一章 质点运动学

1.1 一质点沿直线运动，运动方程为x(t) = 6t2 - 2t3．试求：

（1）第2s内的位移和平均速度；

（2）1s末及2s末的瞬时速度，第2s内的路程； （3）1s末的瞬时加速度和第2s内的平均加速度． [解答]（1）质点在第1s末的位移大小为

x(1) = 6×12 - 2×13 = 4(m)．

在第2s末的位移大小为

x(2) = 6×22 - 2×23 = 8(m)．

在第2s内的位移大小为

Δx = x(2) – x(1) = 4(m)，

经过的时间为Δt = 1s，所以平均速度大小为

v=Δx/Δt = 4(m·s-1)．

（2）质点的瞬时速度大小为 v(t) = dx/dt = 12t - 6t2，

因此v(1) = 12×1 - 6×12 = 6(m·s-1)，

v(2) = 12×2 - 6×22 = 0，

质点在第2s内的路程等于其位移的大小，即Δs = Δx = 4m．

（3）质点的瞬时加速度大小为

a(t) = dv/dt = 12 - 12t，

因此1s末的瞬时加速度为

a(1) = 12 - 12×1 = 0， 第2s内的平均加速度为

a= [v(2) - v(1)]/Δt = [0 –

1.质点运动学单元练习（一）答案

1．B 2．D 3．D 4．B

5．3.0m；5.0m（提示：首先分析质点的运动规律，在t<2.0s时质点沿x轴正方向运动；在t=2.0s时质点的速率为零；，在t>2.0s时质点沿x轴反方向运动；由位移和路程的定义可以求得答案。）

6．135m（提示：质点作变加速运动，可由加速度对时间t的两次积分求得质点运动方程。）

???27．解：（1）r?2ti?(2?t)j???r1?2i?j(SI)

(m)

???(m) r2?4i?2j(m)

??????r?r2?r1?2i?3j?????rv??2i?3j?t????dr?2i?2tj（2）v?dt???v2?2i?4j??a2??2j8．解：

(m/s)

???dv(SI) a???2jdt(m/s)

(SI)

(m/s?2)

v??toadt??A?2?cos?tdt??A?sin?t

ottootx?A??vdt?A?A??sin?tdt?Acos?t

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9．解：（1）设太阳光线对地转动的角速度为ω

???/26*3600?7.27?10?5rad/s

v?dsdt?h?cos2?t?1.94?10?3m/s （2）当旗杆与投影等长时，?t??/4

t??4??1.08?104s

大大学学物物理理课课后后习习题题答答案案（（上上））

第-1-页 共-123-页 1-1 分析与解 (1) 质点在t 至(t ＋Δt )时间内沿曲线从P 点运动到P ′点,各量关系如图所示, 其中路程Δs ＝PP ′, 位移大小｜Δr ｜＝PP ′,而Δr ＝｜r ｜-｜r ｜表示质点位矢大小的变化量,三个量的物理含义不同,在曲线运动中大小也不相等(注：在直线运动中有相等的可能)．但当Δt →0 时,点P ′无限趋近P 点,则有｜d r ｜＝d s ,但却不等于d r ．故选(B)．

(2) 由于｜Δr ｜≠Δs ,故t

s t ΔΔΔΔ≠r ,即｜v ｜≠v ． 但由于｜d r ｜＝d s ,故t

s t d d d d =r ,即｜v ｜＝v ．由此可见,应选(C)． 1-2 分析与解 t

r d d 表示质点到坐标原点的距离随时间的变化率,在极坐标系中叫径向速率．通常用符号v r 表示,这是速度矢量在位矢方向上的一个分量；t

d d r 表示速度矢量；在自然坐标系中速度大小可用公式t s d d =v 计算,在直角坐标系中则可由公式22d d d d ??

? ??+??? ??=t y t x v 求解．故选(D)． 1-3 分析与解 t

习 题 四

4-1 质量为m=0.002kg的弹丸，其出口速率为300ms，设弹丸在枪筒中前进所受到的合力F?400?800x9。开抢时，子弹在x=0处，试求枪筒的长度。

[解] 设枪筒长度为L，由动能定理知

1212mv?mv0 22LL8000x 其中A??Fdx??(400?)dx

0094000L2?400L?

9 A? 而v0?0， 所以有：

4000L2400L??0.5?0.002?3002

9400L2?360L?81?0 化简可得：

L?0.45m 即枪筒长度为0.45m。

4-2 在光滑的水平桌面上平放有如图所示的固定的半圆形屏障。质量为m的滑块以初

速度v0沿切线方向进入屏障内，滑块与屏障间的摩擦系数为?，试证明：当滑块从屏障的另一端滑出时，摩擦力所作的功为W?12?2??mv0e?1 2??[证明] 物体受力：屏障对它的压力N，方向指向圆心，摩擦力f方向与运动方向相反，大小为 f??N (1)

另外，在竖直方向上受重力和水平桌面的支撑力，二者互相平衡与运动无关。 由牛顿运动定律 切向 ?f?m

习 题 十 二 恒定电流

12-1 北京正负电子对撞机的储存环是周长为240m的近似圆形轨道。求当环中电子电流强度为8mA时，在整个环中有多少电子在运行。已知电子的速率接近光速。

[解] 设储存环周长为l，电子在储存环中运行一周所需时间

t?则

在这段时间里，通过储存环任一截面的电量即等于整个环中电子的总电量，以Q表示，

ll?vc

Q?It?I故电子总数为

lc

QIl8?10?3?240N????4?1010?198eec1.6?10?3?10

12-2 表皮损坏后的人体，其最低电阻约为800?。若有0.05A的电流通过人体，人就有生命危险。求最低的危险电压(国家规定照明用电的安全电压为36V)。 [解] U?IR?0.05?800?40V

12-3 一用电阻率为?的物质制成的空心半球壳，其内半径为R1、外

半径为R2。试计算其两表面之间的电阻。

R21[解]

12-4 一铜棒的横截面积为 20mm?80mm，长为2m，两端的电势差

R??dR???R??1dr1?????2?4??R1R2?4?r?

7为50mV。已知铜的电导率为??5.7?10Sm，铜内自由电子的电荷密度为

1.36?1010Cm3。求：

习 题 十 六

16-1 圆形的平行板电容器，如图所示，极板半径为R，沿极板轴线的长直导线内通有交变电流，设电荷在极板上均匀分布，且???0sin?t，忽略边缘效应，求： (1)极板间的位移电流密度；

(2)电容器内外距轴线均为 r的点b和点a处的磁感应强度的大小(r

[解] (1)由位移电流密度公式jd??D得 ?tjd??D?E ??0?t?t1??????0sin?t???0?cos?t

?0?t?t??0(2)由H?dl??L??D??j?dS得 ?????t??Sa点处，在极板外侧

?D?0，??j?dS?i ?tSi?dqd??R2????R2??0?cos?t dtdt??所以 B?2?r??0i??0??R2??0?cos?t

?0?cos?t 2rb点处，在极板之间j?0

因此 B??0R2?B?dl??0??LS?D?dS??0??0?cos?t?dS??0?0?cos?t??r2 ?t所以 B?

1r?0?0?cos?t??r2??0?0?cos?t 2?r2dE?5.0?1012 dt16-2 上题中，设R＝10cm，充电时极板间电场强度的变化率为

V?m?s?，求：(1)两极板间的位移电流； (2

习 题 十 三

13-1 求各图中点P处磁感应强度的大小和方向。

[解] (a) 因为长直导线对空间任一点产生的磁感应强度为：

?0I?cos?1?cos?2? 4?a?I?对于导线1：?1?0，?2?，因此B1?0

4?a2B?对于导线2：?1??2??，因此B2?0

Bp?B1?B2??0I 4?a方向垂直纸面向外。

(b) 因为长直导线对空间任一点产生的磁感应强度为：

?0I?cos?1?cos?2? 4?a?I?I?对于导线1：?1?0，?2?，因此B1?0?0，方向垂直纸面向内。

24?a4?r?I?I?对于导线2：?1?，?2??，因此B2?0?0，方向垂直纸面向内。

24?a4?rB?半圆形导线在P点产生的磁场方向也是垂直纸面向内，大小为半径相同、电流相同的

圆形导线在圆心处产生的磁感应强度的一半，即

1?0I?0I，方向垂直纸面向内。 ?22r4r?I?I?I?I?I所以，Bp?B1?B2?B3?0?0?0?0?0

4?r4?r4r2?r4rB3?(c) P点到三角形每条边的距离都是

d?3a 6?1?30o，?2?150o

每条边上的电流在P点产生的磁感应强度的方向都是垂直纸面向内，大小都是

B0??0I?cos300?co

第一章 质点运动学习题

(一) 教材外习题 一、选择题：

1．一小球沿斜面向上运动，其运动方向为（SI），则小球运动到最高点的时刻是

（A）t = 4s. （B）t = 2s. （C）t = 8s. （D）t = 5s.

2． 一质点在平面上运动，已知质点位置矢量的表示式为 （ ） （其中a、b为常量） 则该质点作

（A）匀速直线运动. （B）变速直线运动. （C）抛物线运动. （D）一般曲线运动.

3．质点作曲线运动，表示位置矢量，S表示路程，at表示切向加速度，下列表达式中

（1）d

1-1 分析与解 (1) 质点在t 至(t ＋Δt)时间内沿曲线从P 点运动到P′点,各量关系如图所示, 其中路程Δs ＝PP′, 位移大小｜Δr｜＝PP′,而Δr ＝｜r｜-｜r｜表示质点位矢大小的变化量,三个量的物理含义不同,在曲线运动中大小也不相等(注：在直线运动中有相等的可能)．但当Δt→0 时,点P′无限趋近P点,则有｜dr｜＝ds,但却不等于dr．故选(B)．

(2) 由于｜Δr｜≠Δs,故

ΔrΔt?ΔsΔt,即｜v｜≠v．

但由于｜dr｜＝ds,故

drdt?dsdt,即｜v｜＝v．由此可见,应选(C)．

1-2 分析与解

drdt表示质点到坐标原点的距离随时间的变化率,在极坐标系中叫径向速率．通常用符

号vr表示,这是速度矢量在位矢方向上的一个分量；

drdt表示速度矢量；在自然坐标系中速度大小可用公式

22v?dsdt计算,在直角坐标系中则可由公式v??dx??dy??????求解．故选(D)． dtdt????1-3 分析与解

dvdt表示切向加速度aｔ,它表示速度大小随时间的变化率,是加速度矢量沿速度方向的

一个分量,起改变速度大小的作用；

drdt在极坐标系中表示径向速率vr(如题1 -2 所述)；

dsdt在自然坐标系

中表示质点

气体动理论

一、选择题

1、 两瓶不同摩尔质量的理想气体，温度和压强相同，体积不同，则分子数密度n，单位体

积气体分子总平动动能（EK/V），气体质量密度ρ，分别有如下关系： ［ B ］ A、n不同，（EK/V）不同，ρ不同 B、n相同，（EK/V）相同，ρ不同 C、n不同，（EK/V）不同，ρ相同 D、n相同，（EK/V）相同，ρ相同

2、 在一封闭的容器中，储有三种理想气体A、B、C，处于平衡状态，它们的分子数密度

分别为n、2n和3n，且已知A种气体产生的压强为P，则混合气体的压强为： A、3P B、4P C、5P D、6P ［ D ］ 3、 1mo1单原子理想气体从0℃升温到100℃，内能的增量约为 A、12.3J B、20.50J C、1.25×103J D、2.03×103J ［ C ］ 4、 f(VP)表示速率在最可几速率VP附近单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比，那

么，当气体的温度降低时，下述说法正确的是： A、VP变小，而?(VP)不变 B、VP和? (VP)都变小

C、VP变小，而? (