大学物理习题及解答
习题一
drdrdvdv1．6 ｜?r｜与?r有无不同?dt和dt有无不同? dt和dt有无不同?其不同在哪里?
试举例说明．
???r?r?r?r?r?r2?r1； 21，解：（1）是位移的模，?r是位矢的模的增量，即
drdrds?v?dt（2）dt是速度的模，即dt.
drdt只是速度在径向上的分量.
?drdrdr??r?r?（式中r?叫做单位矢）dt ∵有r?rr，则dtdtdr式中dt就是速度径向上的分量，
drdr与dtdt不同如题1-1图所示. ∴
题1-1图
?dv?dvdva?dt，dt是加速度a在切向上的分量. (3)dt表示加速度的模，即
??v?v?(?表轨道节线方向单位矢）∵有，所以
??dvdv?d????vdtdtdt
dv式中dt就是加速度的切向分量.
???d??dr?与dt的运算较复杂，超出教材规定，故不予讨论) (dt1．7 设质点的运动方程为x=x(t)，y=y(t)，在计算质点的速度和加速度时，有人先求
d2rdr222x?y出r＝，然后根据v=dt，及a＝dt而求得结果；又有人先计算速度和加速度
的分量，再合成求得结果，即
?d2x??d2y??dx??dy????????dt2?????dt2??dtdt???? ????va =及=
2222 你认为两种方法哪一种正确？为什么？两者差别何在？
???解：后一种方法正确.因为速度与加速度都是矢量，在平面直角坐标系中，有r?xi?yj，
1
??drdx?dy??v??i?jdtdtdt??d2rd2x?d2y?a?2?2i?2jdtdtdt
故它们的模即为
?dx??dy?22v?vx?vy???????dt??dt?222而前一种方法的错误可能有两点，其一是概念上的错误，即误把速度、加速度定义作
?d2x??d2y?22a?ax?ay???dt2?????dt2??????
drv?dtd2ra?2dt
2drd2rdr与2dt误作速度与加速度的模。在1-1题中已说明dt不是速度的模，其二，可能是将dtd2r2而只是速度在径向上的分量，同样，dt也不是加速度的模，它只是加速度在径向分量中
2?d2r?d??????a径?2?r??dtdt?????。的一部分?或者概括性地说，前一种方法只考虑了位矢r在径向（即
??量值）方面随时间的变化率，而没有考虑位矢r及速度v的方向随间的变化率对速度、加速
度的贡献。
1．8 一质点在xOy平面上运动，运动方程为
式中t以 s计，x,y以m计．(1)以时间t为变量，写出质点位置矢量的表示式；(2)求出t=1 s 时刻和t＝2s 时刻的位置矢量，计算这1秒内质点的位移；(3)计算t＝0 s时刻到t＝4s时刻内的平均速度；(4)求出质点速度矢量表示式，计算t＝4 s 时质点的速度；(5)计算t＝0s 到t＝4s 内质点的平均加速度；(6)求出质点加速度矢量的表示式，计算t＝4s 时质点的加速度(请把位置矢量、位移、平均速度、瞬时速度、平均加速度、瞬时加速度都表示成直角坐标系中的矢量式)．
1x=3t+5, y=2t2+3t-4.
?1??r?(3t?5)i?(t2?3t?4)j2m 解：（1）
(2)将t?1,t?2代入上式即有
???r1?8i?0.5j m
???r2?11j?4jm
??????r?r2?r1?3j?4.5jm
??????r?5j?4j,r?17i?16j 4(3)∵ 0???????r?r?r12i?20j?v??40??3i?5jm?s?1?t4?04∴
????drv??3i?(t?3)jm?s?1dt(4)
2
???v?3i?7j m?s?1 则 4??????v?3i?3j,v4?3i?7j
(5)∵ 0??????vv4?v04a????1jm?s?2?t44 ???dva??1jm?s?2dt(6)
这说明该点只有y方向的加速度，且为恒量。
?11．9 质点沿x轴运动，其加速度和位置的关系为 a＝2+6x，a的单位为m?s2?2，x的单
位为 m. 质点在x＝0处，速度为10m?s,试求质点在任何坐标处的速度值．
dvdvdxdv??vdtdxdtdx 解： ∵
2分离变量： ?d??adx?(2?6x)dx
a?12v?2x?2x3?c两边积分得 2
v?10,∴c?50
由题知，x?0时，03?1v?2x?x?25m?s∴
?21．10 已知一质点作直线运动，其加速度为 a＝4+3tm?s，开始运动时，x＝5 m，v=0，求该质点在t＝10s 时的速度和位置．
dv?4?3tdt 解：∵
分离变量，得 dv?(4?3t)dt
a?3v?4t?t2?c12积分，得
v?0,∴c1?0
由题知，t?0,032t2故
dx3v??4t?t2dt2 又因为
3dx?(4t?t2)dt2分离变量，
1x?2t2?t3?c22积分得
v?4t?x?5,∴c2?5
由题知 t?0,0x?2t2?故 所以t?10s时
13t?52
3
3?102?190m?s?121x10?2?102??103?5?705m2
31.11 一质点沿半径为1 m 的圆周运动，运动方程为 ?=2+3t，?式中以弧度计，t以秒
v10?4?10?计，求：(1) t＝2 s角时，其角位移是多少?
(2)当加速度的方向和半径成45°
解：
??d?d??9t2,???18tdtdt
?2a?R??1?18?2?36m?st?2s? (1)时，
an?R?2?1?(9?22)2?1296m?s?2
atan45????1οan(2)当加速度方向与半径成45角时，有
2R??R?即
22(9t)?18t 亦即
22??2?3t3?2?3??2.67rad9 于是角位移为9则解得
1v0t?bt221.12 质点沿半径为R的圆周按s＝的规律运动，式中s为质点离圆周上某点的弧
v长,0，b都是常量，求：(1)t时刻质点的加速度；(2) t为何值时，加速度在数值上等于b．
t3?v?解：（1）
ds?v0?btdt
dv??bdtv2(v0?bt)2an??RR
(v0?bt)4222a?a??an?b?R2则
a??加速度与半径的夹角为
??arctan(2)由题意应有
a??Rb?an(v0?bt)2
2(v0?bt)4a?b?b?R2 4(v?bt)b2?b2?02,?(v0?bt)4?0R即
vt?0b时，a?b ∴当
1.14 一船以速率v1＝30km2h沿直线向东行驶，另一小艇在其前方以速率v2＝40km2h
沿直线向北行驶，问在船上看小艇的速度为何?在艇上看船的速度又为何?
-1
-1
4
???v?v2?v1，依题意作速度矢量图如题1-13图(a) 解：(1)大船看小艇，则有21题1-13图
22?1v?v?v?50km?h2112由图可知
??arctan方向北偏西
???v?v1?v2，依题意作出速度矢量图如题1-13图(b)，同上法，得 (2)小船看大船，则有12v12?50km?h?1
方向南偏东36.87
ov13?arctan?36.87?v24
习题二
2.7 一细绳跨过一定滑轮，绳的一边悬有一质量为m1的物体，另一边穿在质量为m2的圆
柱体的竖直细孔中，圆柱可沿绳子滑动．今看到绳子从圆柱细孔中加速上升，柱体相对于绳子以匀加速度a?下滑，求m1，m2相对于地面的加速度、绳的张力及柱体与绳子间的摩擦力(绳轻且不可伸长，滑轮的质量及轮与轴间的摩擦不计)．
解：因绳不可伸长，故滑轮两边绳子的加速度均为a1，其对于m2则为牵连加速度，又知m2对绳子的相对加速度为a?，故m2对地加速度，由图(b)可知，为
a2?a1?a? ①
又因绳的质量不计，所以圆柱体受到的摩擦力f在数值上等于绳的张力T，由牛顿定律，有
m1g?T?m1a1 ②
T?m2g?m2a2 ③ 联立①、②、③式，得
(m1?m2)g?m2a?m1?m2(m?m2)g?m1a?a2?1m1?m2mm(2g?a?)f?T?12m1?m2 a1?讨论 (1)若a??0，则a1?a2表示柱体与绳之间无相对滑动．
(2)若a??2g，则T?f?0，表示柱体与绳之间无任何作用力，此时m1, m2均作自由落体运动．
5