习题11-1已知质点位矢随时间变化的函数形式为其中为常量求：（1）质点的轨道；(2)速度和速率。解：(1) 由，知： ，消去t可得轨道方程：质点的轨道为圆心在（0，0）处，半径为R的圆；（2）由，有速度：而，有速率：。1-2已知质点位矢随时间变化的函数形式为，式中的单位为m，的单位为s。求：（1）质点的轨道；（2）从到秒的位移；（3）和秒两时刻的速度。解：（1）由，可知 ， 消去t得轨道方程为：，质点的轨道为抛物线。（2）由，有速度：从到秒的位移为：（3）和秒两时刻的速度为：， 。1-3已知质点位矢随时间变化的函数形式为，式中的单位为m，的单位为s.求：（1）任一时刻的速度和加速度；（2）任一时刻的切向加速度和法向加速度。解：(1)由，有：，有：；（2）而，有速率：，利用有： 。1-4一升降机以加速度上升，在上升过程中有一螺钉从天花板上松落，升降机的天花板与底板相距为，求螺钉从天花板落到底板上所需的时间。解法一：以地面为参照系，坐标如图，设同一时间内螺钉下落的距离为，升降机上升的高度为，运动方程分别为 （1） （2） （3）（注意到为负值，有）联立求解，有：。解法二：以升降机为非惯性参照系，则重力加速度修正为，利用，有：。1-5一质量为的小球在高度处以初速度水平抛出，求：（1）小球的运动方程；（2）小球在落地之前的轨迹方程；（3）落地前瞬时小球的，。解：（1）如图，可建立平抛运动学方程： ， ，；（2）联立上面两式，消去t得小球轨迹方程：（为抛物线方程）；（3），即：，在落地瞬时，有：， 又 ， 。1-6路灯距地面的高度为，一身高为的人在路灯下以匀速沿直线行走。试证明人影的顶端作匀速运动，并求其速度.证明：设人向路灯行走，t时刻人影中头的坐标为，足的坐标为，由相似三角形关系可得：，两边对时间求导有： ，考虑到：，知人影中头的速度：（常数）。1-7一质点沿直线运动，其运动方程为(m)，在 t从0秒到3秒的时间间隔内，则质点走过的路程为多少？解：由于是求质点通过的路程，所以可考虑在03s的时间间隔内，质点速度为0的位置： 若 解得 ，。1-8一弹性球直落在一斜面上，下落高度，斜面对水平的倾角，问它第二次碰到斜面的位置距原来的下落点多远(假设小球碰斜面前后速度数值相等，碰撞时人射角等于反射角)。解：小球落地时速度为，建立沿斜面的直角坐标系，以小球第一次落地点为坐标原点如图示， （1） （2）第二次落地时：，代入（2）式得：，所以：。1-9地球的自转角速度最大增加到若干倍时，赤道上的物体仍能保持在地球上而不致离开地球?已知现在赤道上物体的向心加速度约为，设赤道上重力加速度为。解：由向心力公式：，赤道上的物体仍能保持在地球必须满足：，而现在赤道上物体的向心力为：1-10已知子弹的轨迹为抛物线，初速为，并且与水平面的夹角为。试分别求出抛物线顶点及落地点的曲率半径。解：（1）抛物线顶点处子弹的速度，顶点处切向加速度为0，法向加速度为。因此有：，；（2）在落地点时子弹的，由抛物线对称性，知法向加速度方向与竖直方向成角，则：，有： 则： 。1-11一飞行火箭的运动学方程为，其中b是与燃料燃烧速率有关的量，u为燃气相对火箭的喷射速度。求：（1）火箭飞行速度与时间的关系；（2）火箭的加速度。解：一维运动，直接利用公式：，有：（1） ， （2）1-12飞机以的速度沿水平直线飞行，在离地面高时，驾驶员要把物品投到前方某一地面目标上，问：投放物品时，驾驶员看目标的视线和竖直线应成什么角度?此时目标距飞机下方地点多远?解：设此时飞机距目标水平距离为有：，联立方程解得：，。1-13一物体和探测气球从同一高度竖直向上运动，物体初速为，而气球以速度匀速上升，问气球中的观察者在第二秒末、第三秒末、第四秒末测得物体的速度各多少？解：物体在任意时刻的速度表达式为：故气球中的观察者测得物体的速度 代入时间t可以得到第二秒末物体速度：，（向上）第三秒末物体速度：第四秒末物体速度：（向下）。思考题11-1质点作曲线运动，其瞬时速度为，瞬时速率为，平均速度为，平均速率为，则它们之间的下列四种关系中哪一种是正确的?（A）；（B）；（C）；（D）答：（C）1-2沿直线运动的物体，其速度大小与时间成反比，则其加速度的大小与速度大小的关系是：（A）与速度大小成正比；（B）与速度大小平方成正比；（C）与速度大小成反比；（D）与速度大小平方成反比。答：B1-3如图所示为A，B两个质点在同一直线上运动的图像，由图可知（A）两个质点一定从同一位置出发（B）两个质点都始终作匀加速运动（C）在末两个质点相遇（D）在时间内质点B可能领先质点A答：D1-4质点的关系如图，图中，三条线表示三个速度不同的运动问它们属于什么类型的运动?哪一个速度大？哪一个速度小？ 答：匀速直线运动；。1-5如图所示，两船和相距，分别以速度和匀速直线行驶，它们会不会相碰?若不相碰，求两船相靠最近的距离图中和为已知。答：方法一：如图，以A船为参考系，在该参考系中船A是静止的，而船B的速度。是船B相对于船A的速度,从船B作一条平行于方向的直线BC,它不与船A相交,这表明两船不会相碰.由A作BC垂线AC,其长度就是两船相靠最近的距离 作FD/AB,构成直角三角形DEF，故有：，在三角形BEF中,由余弦定理可得：。方法二：两船在任一时刻的位置矢量分别为： 任一时刻两船的距离为：令：。1-6若质点限于在平面上运动，试指出符合下列条件的各应是什么样的运动？ （A），；（B），；（C），答：(1) 质点作圆周运动； (2) 质点作匀速率曲线运动； (3) 质点作抛体运动。1-7如图所示，质点在t=0时刻由原点出发作斜抛运动，其速度，回到x轴的时刻为t，则（A） （B）（C） （D）答：A （注意：题目中各处的v 应为矢量！须加上箭头。）1-8一质点作斜抛运动，用代表落地时，（1）说明下面三个积分的意义：；（2）用和代表抛出点和落地点位置，说明下面三个积分的意义：。答： 表示物体落地时x方向的距离， 表示物体落地时y方向的距离， 表示物体在时间内走过的几何路程， 抛出点到落地点的位移， 抛出点到落地点位移的大小， 抛出点到落地点位移的大小。习题22-1 质量为16kg的质点在平面内运动，受一恒力作用，力的分量为，当时，。当时，求：(1) 质点的位矢；(2) 质点的速度。解：由 ，有：，（1），。于是质点在时的速度：（2）2-2 质量为2kg的质点在xy平面上运动，受到外力的作用，t=0时，它的初速度为，求t=1s时质点的速度及受到的法向力。解：解：由于是在平面运动，所以考虑矢量。由：，有：，两边积分有：，考虑到，有由于在自然坐标系中，而（时），表明在时，切向速度方向就是方向，所以，此时法向的力是方向的，则利用，将代入有，。2-3如图，物体A、B质量相同，B在光滑水平桌面上滑轮与绳的质量以及空气阻力均不计，滑轮与其轴之间的摩擦也不计系统无初速地释放，则物体A下落的加速度是多少？ 解：分别对A，B进行受力分析，可知：则可计算得到： 。2-4如图，用质量为的板车运载一质量为的木箱，车板与箱底间的摩擦系数为，车与路面间的滚动摩擦可不计，计算拉车的力为多少才能保证木箱不致滑动？ 解法一：根据题意，要使木箱不致于滑动，必须使板车与木箱具有相同的加速度，且上限车板与箱底间为最大摩擦。即：可得：解法二：设木箱不致于滑动的最大拉力为，列式有：联立得：，有：。2-5如图所示一倾角为的斜面放在水平面上，斜面上放一木块，两者间摩擦系数为。为使木块相对斜面静止，求斜面加速度的范围。解法一：在斜面具有不同的加速度的时候，木块将分别具有向上和向下滑动的趋势，这就是加速度的两个范围，由题意，可得：（1）当木块具有向下滑动的趋势时（见图a），列式为： 可计算得到：此时的（2）当木快具有向上滑动的趋势时（见图b），列式为：可计算得到：此时的，所以：。解法二：考虑物体m放在与斜面固连的非惯性系中，将物体m受力沿和方向分解，如图示，同时考虑非惯性力，隔离物块和斜面体，列出木块平衡式：方向：方向：考虑到，有：，解得：。的取值范围：。2-6质量为的子弹以速度水平射入沙土中，设子弹所受阻力与速度反向，大小与速度成正比，比例系数为，忽略子弹的重力，求：(1) 子弹射入沙土后，速度随时间变化的函数式；(2) 子弹进入沙土的最大深度。解：（1）由题意，子弹射入沙土中的阻力表达式为：又由牛顿第二定律可得：，则分离变量，可得：，两边同时积分，有：，所以：（2）子弹进入沙土的最大深度也就是的时候子弹的位移，则：考虑到，可推出：，而这个式子两边积分就可以得到位移： 。2-7质量为的物体可以在劈形物体的斜面上无摩擦滑动，劈形物质量为，放置在光滑的水平面上，斜面倾角为，求释放后两物体的加速度及它们的相互作用力。解：利用隔离体方法，设方形物相对于劈形物沿斜面下滑的加速度为，劈形物水平向左的加速度为，分析受力有：方形物受力：，（惯性力）；劈形物受力：，如图；对于，有沿斜面平行和垂直的方程为： 对于，有： 将代入有：，代入，有：再将在水平和竖直两方向上分解，有： 而相互作用力：2-8在光滑的水平面上设置一竖直的圆筒，半径为，一小球紧靠圆筒内壁运动，摩擦系数为，在时，球的速率为，求任一时刻球的速率和运动路程。 解：利用自然坐标系，法向：，而： 切向：，则： ，得： 2-9如图，一质点在几个力作用下沿半径为的圆周运动，其中有一恒力N，求质点从A开始沿逆时针方向经3/4圆周到达B的过程中，力所做的功。解：本题为恒力做功，考虑到B的坐标为（，），再利用：，有：（焦耳）2-10质量为m=0.5kg的质点，在xOy坐标平面内运动，其运动方程为x=5t2,y=0.5(SI),从t=2s到t=4s这段时间内，外力对质点的功为多少？解：由功的定义：，题意：，。2-11一质量为的物体，在力的作用下，由静止开始运动，求在任一时刻此力所做功的功率为多少。解：由，要求功率就必须知道力和速度的情况，由题意：所以功率为：。2-12一弹簧并不遵守胡克定律，其弹力与形变的关系为，其中和单位分别为和。（1）计算当将弹簧由拉伸至过程中，外力所做之功；（2）此弹力是否为保守力?解：（1）由做功的定义可知：（2），按保守力的定义：该弹力为保