质点的位置也在改变，副法线在空间中方位也不再是原来ab所在的方位，又有了新的副法线，在新的副法线上仍满足Fb?Rb?0即ab?0。这反映了牛顿定律得瞬时性和矢量性，也反映了自然坐标系的方向虽质点的运动而变。
1.4答：质点在直线运动中只有a?而无an，质点的匀速曲线运动中只有an而无a?；质点作变速运动时即有at又有an。
1.5答：dr即反应位矢r大小的改变又反映其方向的改变，是质点运动某时刻的速度矢量，
dt而
dr只表示大小的改变。如在极坐标系中，dr?j而dr?r?i?r??。在直线运动中，规?rrdtdtdt定了直线的正方向后，
drdr。且dr的正负可表示dr的指向，二者都可表示质点的运
?dtdtdtdt动速度；在曲线运动中
drdr，且dr也表示不了dr的指向，二者完全不同。
?dtdtdtdtdtdv只是质点运动速度大小
dv表示质点运动速度的大小，方向的改变是加速度矢量，而
dt的改变。在直线运动中规定了直线的正方向后，二者都可表示质点运动的加速度；在曲线运动中，二者不同，
dvdv?a??an,而?a?。 dtdt1.6答：不论人是静止投篮还是运动投篮，球对地的方向总应指向篮筐，其速度合成如题1.6
V球对人V
V人对地题1-6图图所示，故人以速度V向球网前进时应向高于篮筐的方向投出。静止投篮是直接向篮筐投出，（事实上要稍高一点，使球的运动有一定弧度，便于投篮）。
1.7答：火车中的人看雨点的运动，是雨点的匀速下落运动及向右以加速度a的匀速水平直线运动的合成运动如题1.7图所示，
- 6 -
x?O?aa???a
V?y?题1-7图1?x??at2?雨点相对车的加速度a???a，其相对运动方程?消o?x?y?是固定于车的坐标系，2??y??vt去t的轨迹
2v2
y??x?a2如题图，有人会问：车上的人看雨点的轨迹是向上凹而不是向下凹呢？因加速度总是在曲线凹向的内侧，a?垂直于V?方向的分量a?在改变着V?的方向，该轨迹上凹。
n1.8答：设人发觉干落水时，船已上行s?，上行时船的绝对速度V船?V水，则
s?? V船?V水?2
①
船反向追赶竿的速度V船?V水，设从反船到追上竿共用时间t，则
( V船?V水)t?600?s?
②
又竿与水同速，则
V水（2?t)?600
③
①+③=②得
??V水?150mmin
1.9答：不一定一致，因为是改变物体运动速度的外因，而不是产生速度的原因，加速度的方向与合外力的方向一致。外力不但改变速度的大小还改变速度的方向，在曲线运动中外力与速度的方向肯定不一致，只是在加速度直线运动二者的方向一致。
1.10答：当速度与物体受的合外力同一方位线且力矢的方位线不变时，物体作直线运动。在曲线运动中若初速度方向与力的方向不一致，物体沿出速度的方向减速运动，以后各时刻
- 7 -
既可沿初速度方向运动，也可沿力的方向运动，如以一定初速度上抛的物体，开始时及上升过程中初速度的方向运动，到达最高点下落过程中沿力的方向运动。
在曲线运动中初速度的方向与外力的方向不一致，物体初时刻速度沿初速度的反方向，但以后既不会沿初速度的方向也不会沿外力的方向运动，外力不断改变物体的运动方向，各时刻的运动方向与外力的方向及初速度的方向都有关。如斜抛物体初速度的方向与重力的方向不一致，重力的方向决定了轨道的形状开口下凹，初速度的方向决定了射高和射程。 1.11答：质点仅因重力作用沿光滑静止曲线下滑，达到任意点的速度只和初末时刻的高度差有关，因重力是保守力，而光滑静止曲线给予质点的发向约束力不做功，因此有此结论 假如曲线不是光滑的，质点还受到摩擦力的作用，摩擦力是非保守力，摩擦力的功不仅与初末位置有关，还与路径有关，故质点到达任一点的速度不仅与初末高度差有关，还与曲线形状有关。
1.12答：质点被约束在一光滑静止的曲线上运动时，约束力的方向总是垂直于质点的运动方向，故约束力不做功，动能定理或能量积分中不含约束力，故不能求出约束力。但用动能定理或能量积分可求出质点在某位置的速度，从而得出an，有牛顿运动方程Fn?Rn?man便可求出Rn，即为约束力 1.13答：动量
p?mv?1?32?22?3?4?kg.ms?
2 动能
T?1.14答：
212122?mv??1??3?23???8?N?m?
??22ijk3J?r?mv?1232故
3?23?6i?9?3j??2?6?k
????22??kg?m22?J0?23?6?9?3???4??8.67?s???kg?m2??J??4???Zs???????????
1.15答：动量矩守恒意味着外力矩为零，但并不意味着外力也为零，故动量矩守恒并不意味着动量也守恒。如质点受有心力作用而运动动量矩守恒是由于力过力心，力对力心的矩为零，但这质点受的力并不为零，故动量不守恒，速度的大小和方向每时每刻都在改变。 1.16答：若F?F?r?,在球坐标系中有
- 8 -
ere?????F??r??F?r?0e???F?r??F?r??e??e??0 ??????0由于坐标系的选取只是数学手段的不同，它不影响力场的物理性质，故在三维直角坐标系中仍有??F?0的关系。在直角坐标系中
r?xi?yj?zk,F?r??Fx?r?i?Fy?i?j?Fz?r?k
故
ijk?????F???x?y?zFx?r?Fy?r?Fz?r?i??xF?r?xrj??yF?r?yrk??zF?r?zr???F?r?xi?yj?zkr?????F?r????F?rr事实上据“?”算符的性质，上述证明完全可以简写为
??F???F?r?r?0
这表明有心力场是无旋场记保守立场
1.17答平方反比力场中系统的势能V?r???km，其势能曲线如题图1.17图所示，
2rV?r?E?0rReTrminE?0E?0rmaxT03T1T0R2m?rT01T02T2T3
题1-17图由T?V?r??E知T?E?V?r?,因T?0,故有E?V?r?。
若E?0，其势能曲线对应于近日点r和远日点rmax之间的一段。近日点处
min对应于双曲线轨道的E?V?r??T即为进入轨道需要的初动能若E?0则质点的运动无界，
运动；若E?0位于有界和无界之间，对应于抛物线轨道的运动；这两种轨道的运动都没有近日点，即对大的r质点的运动是无界的，当r很大时V?r??0，还是选无限远为零势点
- 9 -
的缘故，从图中可知，做双曲轨道运动比抛物轨道和椭圆轨道需要的进入轨道需要的动能要大。事实及理论都证明，平方反比引力场中质点的轨道正是取决于进入轨道时初动能的大小 由
??01km? mv2??E??0 2r??0?2得
?????V2???????k2rk2 rk2r即速度V的大小就决定了轨道的形状，图中T1,T2,T3对应于进入轨道时的达到第一二三宇宙速度所需的能量由于物体总是有限度的，故r有一极小值Re，既相互作用的二质点不可能无限接近，对于人造卫星的发射Re其为地球半径。T0?E?V?r?为地面上发射时所需的初动能，图示T01,T02,T03分别为使卫星进入轨道时达到一二三宇宙速度在地面上的发射动能。?T0i?Ti? i?1,2,3.为进入轨道前克服里及空气阻力做功所需的能量。
1.18答：地球附近的物体都受到随地球自转引起的惯性离心力的作用，此力的方位线平行于赤道平面，指向背离地轴。人造地球卫星的轨道平面和地球赤道平面的夹角越大，则卫星的惯性离心力与轨道平面的家教越大，运动中受的影响也越大，对卫星导向控制系统的要求越高。交角越大，对地球的直接探测面积越大，其科学使用价值越高。
2?1kze2k?21.19答：对库仑引力场有mv??E,其中k??若V2〉,则，E〉0，轨道是双
2r4??0 r曲线的一点，与斥力情况相同，卢瑟福公式也适用，不同的是引力情况下力心在双曲线凹陷方位内侧；若V2?2k?,则E?0，轨道椭圆?E?0?或抛物线?E?0?，卢瑟福公式不适用，r2k?的情况下即可得卢瑟福公式。
近代物理学的正，
r仿照课本上的推证方法，在入射速度V0?负粒子的对撞试验可验证这一结论的近似正确性。
- 10 -