題目列表(包括答案和解析)
第三部分 運(yùn)動(dòng)學(xué)
第一講 基本知識(shí)介紹
一. 基本概念
1. 質(zhì)點(diǎn)
2. 參照物
3. 參照系——固連于參照物上的坐標(biāo)系(解題時(shí)要記住所選的是參照系,而不僅是一個(gè)點(diǎn))
4.絕對(duì)運(yùn)動(dòng),相對(duì)運(yùn)動(dòng),牽連運(yùn)動(dòng):v絕=v相+v牽
二.運(yùn)動(dòng)的描述
1.位置:r=r(t)
2.位移:Δr=r(t+Δt)-r(t)
3.速度:v=limΔt→0Δr/Δt.在大學(xué)教材中表述為:v=dr/dt, 表示r對(duì)t 求導(dǎo)數(shù)
5.以上是運(yùn)動(dòng)學(xué)中的基本物理量,也就是位移、位移的一階導(dǎo)數(shù)、位移的二階導(dǎo)數(shù)。可是
三階導(dǎo)數(shù)為什么不是呢?因?yàn)榕nD第二定律是F=ma,即直接和加速度相聯(lián)系。(a對(duì)t的導(dǎo)數(shù)叫“急動(dòng)度”。)
6.由于以上三個(gè)量均為矢量,所以在運(yùn)算中用分量表示一般比較好
三.等加速運(yùn)動(dòng)
v(t)=v0+at r(t)=r0+v0t+1/2 at2
一道經(jīng)典的物理問題:二次世界大戰(zhàn)中物理學(xué)家曾經(jīng)研究,當(dāng)大炮的位置固定,以同一速度v0沿各種角度發(fā)射,問:當(dāng)飛機(jī)在哪一區(qū)域飛行之外時(shí),不會(huì)有危險(xiǎn)?(注:結(jié)論是這一區(qū)域?yàn)橐粧佄锞,此拋物線是所有炮彈拋物線的包絡(luò)線。此拋物線為在大炮上方h=v2/2g處,以v0平拋物體的軌跡。)
練習(xí)題:
一盞燈掛在離地板高l2,天花板下面l1處。燈泡爆裂,所有碎片以同樣大小的速度v 朝各個(gè)方向飛去。求碎片落到地板上的半徑(認(rèn)為碎片和天花板的碰撞是完全彈性的,即切向速度不變,法向速度反向;碎片和地板的碰撞是完全非彈性的,即碰后靜止。)
四.剛體的平動(dòng)和定軸轉(zhuǎn)動(dòng)
1. 我們講過的圓周運(yùn)動(dòng)是平動(dòng)而不是轉(zhuǎn)動(dòng)
2. 角位移φ=φ(t), 角速度ω=dφ/dt , 角加速度ε=dω/dt
3. 有限的角位移是標(biāo)量,而極小的角位移是矢量
4. 同一剛體上兩點(diǎn)的相對(duì)速度和相對(duì)加速度
兩點(diǎn)的相對(duì)距離不變,相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧,VA=VB+VAB,在AB連線上
投影:[VA]AB=[VB]AB,aA=aB+aAB,aAB=,anAB+,aτAB, ,aτAB垂直于AB,,anAB=VAB2/AB
例:A,B,C三質(zhì)點(diǎn)速度分別VA ,VB ,VC
求G的速度。
五.課后習(xí)題:
一只木筏離開河岸,初速度為V,方向垂直于岸邊,航行路線如圖。經(jīng)過時(shí)間T木筏劃到路線上標(biāo)有符號(hào)處。河水速度恒定U用作圖法找到在2T,3T,4T時(shí)刻木筏在航線上的確切位置。
五、處理問題的一般方法
(1)用微元法求解相關(guān)速度問題
例1:如圖所示,物體A置于水平面上,A前固定一滑輪B,高臺(tái)上有一定滑輪D,一根輕繩一端固定在C點(diǎn),再繞過B、D,BC段水平,當(dāng)以恒定水平速度v拉繩上的自由端時(shí),A沿水平面前進(jìn),求當(dāng)跨過B的兩段繩子的夾角為α?xí)r,A的運(yùn)動(dòng)速度。
(vA=)
(2)拋體運(yùn)動(dòng)問題的一般處理方法
(1)將斜上拋運(yùn)動(dòng)分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的豎直上拋運(yùn)動(dòng)
(2)將沿斜面和垂直于斜面方向作為x、y軸,分別分解初速度和加速度后用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解題
(3)將斜拋運(yùn)動(dòng)分解為沿初速度方向的斜向上的勻速直線運(yùn)動(dòng)和自由落體運(yùn)動(dòng)兩個(gè)分運(yùn)動(dòng),用矢量合成法則求解
例2:在擲鉛球時(shí),鉛球出手時(shí)距地面的高度為h,若出手時(shí)的速度為V0,求以何角度擲球時(shí),水平射程最遠(yuǎn)?最遠(yuǎn)射程為多少?
(α=、 x=)
第二講 運(yùn)動(dòng)的合成與分解、相對(duì)運(yùn)動(dòng)
(一)知識(shí)點(diǎn)點(diǎn)撥
參考系的轉(zhuǎn)換:動(dòng)參考系,靜參考系
相對(duì)運(yùn)動(dòng):動(dòng)點(diǎn)相對(duì)于動(dòng)參考系的運(yùn)動(dòng)
絕對(duì)運(yùn)動(dòng):動(dòng)點(diǎn)相對(duì)于靜參考系統(tǒng)(通常指固定于地面的參考系)的運(yùn)動(dòng)
牽連運(yùn)動(dòng):動(dòng)參考系相對(duì)于靜參考系的運(yùn)動(dòng)
(5)位移合成定理:SA對(duì)地=SA對(duì)B+SB對(duì)地
速度合成定理:V絕對(duì)=V相對(duì)+V牽連
加速度合成定理:a絕對(duì)=a相對(duì)+a牽連
(二)典型例題
(1)火車在雨中以30m/s的速度向南行駛,雨滴被風(fēng)吹向南方,在地球上靜止的觀察者測(cè)得雨滴的徑跡與豎直方向成21。角,而坐在火車?yán)锍丝涂吹接甑蔚膹桔E恰好豎直方向。求解雨滴相對(duì)于地的運(yùn)動(dòng)。
提示:矢量關(guān)系入圖
答案:83.7m/s
(2)某人手拿一只停表,上了一次固定樓梯,又以不同方式上了兩趟自動(dòng)扶梯,為什么他可以根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)來計(jì)算自動(dòng)扶梯的臺(tái)階數(shù)?
提示:V人對(duì)梯=n1/t1
V梯對(duì)地=n/t2
V人對(duì)地=n/t3
V人對(duì)地= V人對(duì)梯+ V梯對(duì)地
答案:n=t2t3n1/(t2-t3)t1
(3)某人駕船從河岸A處出發(fā)橫渡,如果使船頭保持跟河岸垂直的方向航行,則經(jīng)10min后到達(dá)正對(duì)岸下游120m的C處,如果他使船逆向上游,保持跟河岸成а角的方向航行,則經(jīng)過12.5min恰好到達(dá)正對(duì)岸的B處,求河的寬度。
提示:120=V水*600
D=V船*600
答案:200m
(4)一船在河的正中航行,河寬l=100m,流速u=5m/s,并在距船s=150m的下游形成瀑布,為了使小船靠岸時(shí),不至于被沖進(jìn)瀑布中,船對(duì)水的最小速度為多少?
提示:如圖船航行
答案:1.58m/s
(三)同步練習(xí)
1.一輛汽車的正面玻璃一次安裝成與水平方向傾斜角為β1=30°,另一次安裝成傾角為β2=15°。問汽車兩次速度之比為多少時(shí),司機(jī)都是看見冰雹都是以豎直方向從車的正面玻璃上彈開?(冰雹相對(duì)地面是豎直下落的)
2、模型飛機(jī)以相對(duì)空氣v=39km/h的速度繞一個(gè)邊長(zhǎng)2km的等邊三角形飛行,設(shè)風(fēng)速u = 21km/h ,方向與三角形的一邊平行并與飛機(jī)起飛方向相同,試求:飛機(jī)繞三角形一周需多少時(shí)間?
3.圖為從兩列蒸汽機(jī)車上冒出的兩股長(zhǎng)幅氣霧拖尾的照片(俯視)。兩列車沿直軌道分別以速度v1=50km/h和v2=70km/h行駛,行駛方向如箭頭所示,求風(fēng)速。
4、細(xì)桿AB長(zhǎng)L ,兩端分別約束在x 、 y軸上運(yùn)動(dòng),(1)試求桿上與A點(diǎn)相距aL(0< a <1)的P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡;(2)如果vA為已知,試求P點(diǎn)的x 、 y向分速度vPx和vPy對(duì)桿方位角θ的函數(shù)。
(四)同步練習(xí)提示與答案
1、提示:利用速度合成定理,作速度的矢量三角形。答案為:3。
2、提示:三角形各邊的方向?yàn)轱w機(jī)合速度的方向(而非機(jī)頭的指向);
第二段和第三段大小相同。
參見右圖,顯然:
v2 = + u2 - 2v合ucos120°
可解出 v合 = 24km/h 。
答案:0.2hour(或12min.)。
3、提示:方法與練習(xí)一類似。答案為:3
4、提示:(1)寫成參數(shù)方程后消參數(shù)θ。
(2)解法有講究:以A端為參照, 則桿上各點(diǎn)只繞A轉(zhuǎn)動(dòng)。但鑒于桿子的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情形如右圖,應(yīng)有v牽 = vAcosθ,v轉(zhuǎn) = vA,可知B端相對(duì)A的轉(zhuǎn)動(dòng)線速度為:v轉(zhuǎn) + vAsinθ= 。
P點(diǎn)的線速度必為 = v相
所以 vPx = v相cosθ+ vAx ,vPy = vAy - v相sinθ
答案:(1) + = 1 ,為橢圓;(2)vPx = avActgθ ,vPy =(1 - a)vA
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選做題(請(qǐng)從A、B和C三小題中選定兩小題作答,如都作答,則按A、B兩小題評(píng)分.)
A.(選修模塊3-3)(12分)
⑴下列說法正確的是 ( )
A.熵是物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無序程度的量度
B.由氫氣的摩爾體積和每個(gè)氫分子的體積可估算出阿伏加德羅常數(shù)
C.滿足能量守恒定律的客觀過程都不是可以自發(fā)進(jìn)行的
D.液體表面層的分子比液體內(nèi)部的分子有更大的分子勢(shì)能
(2) 一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C的p-V圖象如圖所示.在由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中,理想氣體的溫度 (填“升高”、“降低”或“不變”).在由狀態(tài)A變化到狀態(tài)C的過程中,理想氣體吸收的熱量 它對(duì)外界做的功(填“大于”、“小于”或“等于”).
(3) 已知阿伏加德羅常數(shù)為6.0×1023mol-1,在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(壓強(qiáng)p0=1atm、溫度t0=0℃)下任何氣體的摩爾體積都為22.4l,設(shè)第(2)問中理想氣體在狀態(tài)A下的溫度為0℃,求該氣體的分子數(shù).(計(jì)算結(jié)果取兩位有效數(shù)字)
B.(選修模塊3-4)(12分)
⑴以下說法中正確的是 ( )
A.拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí),往往在鏡頭前加一個(gè)偏振片以增加透射光的強(qiáng)度
B.全息照片往往用激光來拍攝,主要是利用了激光的相干性
C.根據(jù)宇宙大爆炸學(xué)說,遙遠(yuǎn)星球發(fā)出的紅光被地球接收到時(shí)可能是紅外線
D.超聲波可以在真空中傳播
⑵平行光a垂直射向一半徑為R的玻璃半球的平面,其截面如圖所示,發(fā)現(xiàn)只有P、Q之間所對(duì)圓心角為60°的球面上有光射出,則玻璃球?qū)光的折射率為 ,若僅將a平行光換成b平行光,測(cè)得有光射出的范圍增大,設(shè)a、b兩種色光在玻璃球中的速度分別為va和vb,則va vb(選填“>”、“<”或“=”).
⑶在均勻介質(zhì)中選取平衡位置在同一直線上的9個(gè)質(zhì)點(diǎn),相鄰兩質(zhì)點(diǎn)間的距離均為0.1m,如圖(a)所示.一列橫波沿該直線向右傳播,t=0時(shí)到達(dá)質(zhì)點(diǎn)1,質(zhì)點(diǎn)1開始向下運(yùn)動(dòng),振幅為0.2m,經(jīng)過時(shí)間0.3s第一次出現(xiàn)如圖(b)所示的波形.試寫出質(zhì)點(diǎn)1的振動(dòng)方程.
C.(選修模塊3-5)(12分)
⑴下列說法正確的有 ( )
A.盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估測(cè)原子核的大小
B.氫原子輻射出一個(gè)光子后,氫原子的電勢(shì)能增大,核外電子的運(yùn)動(dòng)加速度增大
C.物質(zhì)波是一種概率波,在微觀物理學(xué)中不可以用“軌跡”來描述粒子的運(yùn)動(dòng)
D.若氫原子從 n = 6 能級(jí)向 n = 1 能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光不能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng),則氫原子從 n = 6 能級(jí)向 n = 2 能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)
⑵正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯象(PET)的基本原理是:將放射性同位素注入人體,在人體內(nèi)衰變放出的正電子與人體內(nèi)的負(fù)電子相遇而湮滅,轉(zhuǎn)化為一對(duì)γ光子,被探測(cè)器探測(cè)到,并經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后產(chǎn)生清晰的圖象.根據(jù)PET的原理,在人體內(nèi)衰變的方程式是 ;在PET中,的主要用途是作為 .
⑶如圖所示,質(zhì)量分別為m1和m2的兩個(gè)小球在光滑水平面上分別以速度v1、v2同向運(yùn)動(dòng),并發(fā)生對(duì)心碰撞,碰后m2被右側(cè)墻壁原速?gòu)椈,又與m1碰撞,再一次碰撞后兩球都靜止.求第一次碰后m1球速度的大小.
選做題(請(qǐng)從A、B和C三小題中選定兩小題作答,如都作答,則按A、B兩小題評(píng)分.)
A.(選修模塊3-3)(12分)
⑴下列說法正確的是 ( )
A.熵是物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無序程度的量度
B.由氫氣的摩爾體積和每個(gè)氫分子的體積可估算出阿伏加德羅常數(shù)
C.滿足能量守恒定律的客觀過程都不是可以自發(fā)進(jìn)行的
D.液體表面層的分子比液體內(nèi)部的分子有更大的分子勢(shì)能
(2) 一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C的p-V圖象如圖所示.在由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中,理想氣體的溫度 (填“升高”、“降低”或“不變”).在由狀態(tài)A變化到狀態(tài)C的過程中,理想氣體吸收的熱量 它對(duì)外界做的功(填“大于”、“小于”或“等于”).
(3) 已知阿伏加德羅常數(shù)為6.0×1023mol-1,在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(壓強(qiáng)p0=1atm、溫度t0=0℃)下任何氣體的摩爾體積都為22.4l,設(shè)第(2)問中理想氣體在狀態(tài)A下的溫度為0℃,求該氣體的分子數(shù).(計(jì)算結(jié)果取兩位有效數(shù)字)
B.(選修模塊3-4)(12分)
⑴以下說法中正確的是 ( )
A.拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí),往往在鏡頭前加一個(gè)偏振片以增加透射光的強(qiáng)度
B.全息照片往往用激光來拍攝,主要是利用了激光的相干性
C.根據(jù)宇宙大爆炸學(xué)說,遙遠(yuǎn)星球發(fā)出的紅光被地球接收到時(shí)可能是紅外線
D.超聲波可以在真空中傳播
⑵平行光a垂直射向一半徑為R的玻璃半球的平面,其截面如圖所示,發(fā)現(xiàn)只有P、Q之間所對(duì)圓心角為60°的球面上有光射出,則玻璃球?qū)光的折射率為 ,若僅將a平行光換成b平行光,測(cè)得有光射出的范圍增大,設(shè)a、b兩種色光在玻璃球中的速度分別為va和vb,則va vb(選填“>”、“<”或“=”).
⑶在均勻介質(zhì)中選取平衡位置在同一直線上的9個(gè)質(zhì)點(diǎn),相鄰兩質(zhì)點(diǎn)間的距離均為0.1m,如圖(a)所示.一列橫波沿該直線向右傳播,t=0時(shí)到達(dá)質(zhì)點(diǎn)1,質(zhì)點(diǎn)1開始向下運(yùn)動(dòng),振幅為0.2m,經(jīng)過時(shí)間0.3s第一次出現(xiàn)如圖(b)所示的波形.試寫出質(zhì)點(diǎn)1的振動(dòng)方程.
C.(選修模塊3-5)(12分)
⑴下列說法正確的有 ( )
A.盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估測(cè)原子核的大小
B.氫原子輻射出一個(gè)光子后,氫原子的電勢(shì)能增大,核外電子的運(yùn)動(dòng)加速度增大
C.物質(zhì)波是一種概率波,在微觀物理學(xué)中不可以用“軌跡”來描述粒子的運(yùn)動(dòng)
D.若氫原子從 n = 6 能級(jí)向 n = 1 能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光不能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng),則氫原子從 n = 6 能級(jí)向 n = 2 能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)
⑵正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯象(PET)的基本原理是:將放射性同位素注入人體,在人體內(nèi)衰變放出的正電子與人體內(nèi)的負(fù)電子相遇而湮滅,轉(zhuǎn)化為一對(duì)γ光子,被探測(cè)器探測(cè)到,并經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后產(chǎn)生清晰的圖象.根據(jù)PET的原理,在人體內(nèi)衰變的方程式是 ;在PET中,的主要用途是作為 .
⑶如圖所示,質(zhì)量分別為m1和m2的兩個(gè)小球在光滑水平面上分別以速度v1、v2同向運(yùn)動(dòng),并發(fā)生對(duì)心碰撞,碰后m2被右側(cè)墻壁原速?gòu)椈兀峙cm1碰撞,再一次碰撞后兩球都靜止.求第一次碰后m1球速度的大小.
1、D 2、C 3、BCD 4、B 5、ABC 6、A 7、AB 8、C 9、BC 10、C 11、BCD 12、D
13.(1)天平 游標(biāo)卡尺
(2)使碰撞器斜槽底端保持水平 > 從斜槽上同一高度無初速釋放 A、B、C三落點(diǎn)均為小球10次平拋后落地點(diǎn),用盡可能小的圓圈起的圓心
(3)
14、6×104、5
15、①在打第一個(gè)點(diǎn)時(shí),重錘恰好由靜止開始下落;
②
③C1BD錯(cuò)誤,C是不必要。②
16、 (1) ,則.
(2)
解之得。
(3)
解之得。
17.(1)
18、 (1) (2)
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