2019物理上覆習 xin

2022-11-30 14:27:05 字數 4556 閱讀 7773

剛體複習重點

(一)要點

質點運動位置向量(運動方程) r = r (t) = x (t)i + y (t)j + z (t)k,

速度v = dr/dt = (dx/dt)i+(dy/dt)j + (dz/dt)k,動量 p=mv

加速度 a=dv/dt=(dvx/dt)i+(dvy/dt)j +(dvz/dt)k

曲線運動切向加速度 at= dv/dt, 法向加速度 an= v2/r .

圓周運動及剛體定軸轉動的角量描述 =(t), =d/dt, = d/dt =d2/dt2,

剛體的定軸轉動勻變速轉動運動方程

角量與線量的關係 △l=r△, v=r (v= ×r),at=r, an=r2

力矩轉動慣量 ,

轉動定律 ,

角動量: 質點剛體l=j;角動量定理 =ll0

角動量守恆 m=0時, l=恒量。

轉動動能

(二) 練習

一填空題

1(3分)可繞水平軸轉動的飛輪,直徑為1.0 m,一條繩子繞在飛輪的外周邊緣上.如果飛輪從靜止開始做勻角加速運動且在4 s內繩被展開10 m,則飛輪的角加速度為_____.(答案:2.

5 rad / s2)

2(4分)一飛輪作勻減速運動,在5s內角速度由40π rad/s減少到10π rad/s,則飛輪在這5s內總共轉過了圈,飛輪再經的時間才能停止轉動。(答案:62.

5 r,1.67s)

3(4分)半徑為30 cm的飛輪,從靜止開始以0.50 rad·s-2的勻角加速度轉動,則飛輪邊緣上一點在飛輪轉過240°時的切向加速度at法向加速度an答案:0.

15m·s-2, 1.26 m·s-2) 參考解:

4(3分)乙個作定軸轉動的輪子,對軸的轉動慣量j = 2.0kg·m2,正以角速度ω0作勻速轉動.現對輪子加一恆定的力矩m = -12n·m,經過時間t =8.0s 時輪子的角速度ω=-ω0,則ω0=_____.(答案:

24 rad/s)

5(3分)乙個作定軸轉動的物體,對轉軸的轉動慣量j ,正以角速度ω0=10 rad/s作勻速轉動, 現對物體加一恆定的力矩m = -0.5n·m,經過時間t =5.0s 後,物體停止了轉動,物體轉動慣量j答案:

0.25kg·m2)

6(3分)一飛輪以600 rev/min的轉速旋轉,轉動慣量為2.5 kg·m2,現加一恆定的制動力矩使飛輪在1 s內停止轉動,則該恆定制動力矩的大小m答案: 或50

7(5分)如圖所示,一質量為m、半徑為r的薄圓盤,可繞通過其一直徑的光滑固定軸轉動,轉動慣量j=mr2 / 4.該圓盤從靜止開始在恆力矩m作用下轉動,t秒後位於圓盤邊緣上與軸的垂直距離為r的b點的切向加速度at=_____,法向加速度an=_____.

[答:4m/ (mr) (2分);(3分)]

8(3分)一條輕繩繞於半徑為r=0.2m的飛輪邊緣,並施以f=98n的拉力,若不計軸的摩擦,飛輪的角加速度等於39.2rad/s2,此飛輪的轉動慣量為答:0.5kg·m2)

9(3分)地球的自轉角速度可以認為是恆定的,地球對於自轉的轉動慣量j=9.8×1037kg·m2.地球對於自轉軸的角動量l=___.(答:7.1×1033kg·m2/s)

10(3分)一飛輪以角速度ω0繞光滑固定軸轉動,飛輪對軸的轉動慣量分別為 j1 ;另一靜止飛輪突然和上述轉動的飛輪嚙合,繞同一軸轉動,該飛輪的轉動慣量為前者的2 倍,嚙合後整個系統的角速度為答案:ω0/3)

參考解:

二選擇題(每題3分)

1(答:c)將細繩繞在乙個具有水平光滑軸的飛輪邊緣上,現在在繩端掛一質量為m的重物,飛輪的角加速度為β.如果以拉力2mg代替重物拉繩時,飛輪的角加速度將

(a) 小於β. (b) 大於β,小於2β. (c) 大於2β. (d) 等於2β.

2(答:c)一輕繩跨過一具有水平光滑軸、質量為m的定滑輪,繩的兩端分別懸有質量為m1和m2的物體(m1<m2),如圖.繩與輪之間無相對滑動.若某時刻滑輪沿逆時針方向轉動,則繩中的張力

(a) 處處相等. (b) 左邊大於右邊.(c) 右邊大於左邊. (d) 哪邊大無法判斷.

3 (答:a)均勻細棒oa可繞通過其一端o而與棒垂直的水平固定光滑軸轉動,如圖所示,今使棒從水平位置由靜止開始自由下落,在棒擺動到豎立位置的過程中,下述說法哪一種是正確的?

(a) 角速度從小到大,角加速度從大到小.

(b) 角速度從小到大,角加速度從小到大.

(c) 角速度從大到小,角加速度從大到小.

(d) 角速度從大到小,角加速度從小到大.

4(答:c)關於剛體對軸的轉動慣量,下列說法中正確的是

(a) 只取決於剛體的質量,與質量的空間分布和軸的位置無關.

(b) 取決於剛體的質量和質量的空間分布,與軸的位置無關.

(c) 取決於剛體的質量,質量的空間分布和軸的位置.

(d) 只取決於轉軸的位置,與剛體的質量和質量的空間分布無關.

5(答:b)兩個勻質圓盤a和b的密度分別為ρa和ρb, 若ρa>ρb, 但兩圓盤的質量與厚度相同, 如兩圓盤對通過盤心垂直於盤面軸的轉動慣量分別為ja和jb, 則

(a) jajb. (b)jajb. (c) ja=jb. (d) ja、jb哪個大,不能確定.

6(答:a)一半徑為r的水平圓轉台,可以繞通過其中心的豎直固定光滑轉動,轉動慣量為j,開始時轉台以勻角速度ω0轉動,此時有一質量為m的人站在轉台中心,隨後人沿半徑向外跑去,當人到達轉台邊緣時,轉台的角速度為

(a), (b) (c), (d).

7(答:c)光滑的水平桌面上,有長為2l、質量為m的勻質細桿,可繞通過其中點o且垂直於桌面的豎直固定軸自由轉動,轉動慣量j=m l2/ 3),如圖所示.開始時杆靜止,有兩質量均為m小球,各自在垂直桿長的方向對著杆的一端,以相同的速度v相向運動,如圖所示,當兩小球同時與杆的兩端發生完全非彈性碰撞後,就與杆粘在一起隨杆轉動,則這一系統碰撞後的轉動角速度

(a) (b) (c)

(d) (e)

問:若只有乙個質量均為m小球,結果?(答:轉動角速度為)

8.(答:c) 一圓盤正繞垂直於盤面的水平光滑固定軸o轉動,如圖射來兩個質量相同,速度大小相同,方向相反並在一條直線上的子彈,子彈射入圓盤並且留在盤內,則子彈射入後的瞬間,圓盤的角速度ω

(a) 增大b) 不變.

(c) 減小d) 不能確定.

9(答:d)花樣滑冰運動員繞通過自身的豎直軸轉動,開始時兩臂伸開,轉動慣量為j0,角速度為ω0.然後她將兩臂收回,使轉動慣量減少為j0/3.這時她轉動的角速度變為

(a) ω0/3b) ω0. (c) ω0. (d) 3ω0.

三計算題

1(10分) 質量為m的物體懸於一條輕繩的一端,繩的另一端繞在輪軸的軸上,如圖所示,軸水平且垂直於輪軸面,其半徑為r,整個裝置架在光滑的固定軸承之上,當物體從靜止釋放後,在時間t內下降了一段距離s,試求整個輪軸的轉動慣量(用m、r、t和s表示).

解:設繩子對物體(或繩子對輪軸)的拉力為t,則根據牛頓運動定律和轉動定律得:

mg-t=ma12分

tr=j22分

由運動學關係a=rβ (32分

由(1)、(2)和(3)式解得j=m(g-a)r2 / a (4)

又根據已知條件

5) 2分

將(5)式代入(4)式得: 2分

2(10分)一質量為m=15 kg、半徑為r=0.30 m的圓柱體,可繞與其幾何軸重合的水平固定軸轉動(轉動慣量j=mr2/2).現以一不能伸長的輕繩繞於柱面,而在繩的下端懸一質量m=8.0 kg的物體.不計圓柱體與軸之間的摩擦,求:

(1)物體自靜止下落,5 s內下降的距離;(2)繩中的張力.

解:j=mr2/2=0.675 kg·m2

∵ mg-t=ma2分

tr=j2分

a=r1分

∴ a=mgr2 / (mr2 + j)=5.06 m / s2 1分

因此(1)下落距離 h=at2/2=63.3 m 2分

(2) 張力 t =m(g-a)=37.9 n 2分

3(10分)兩個勻質圓盤,一大一小,同軸地粘在一起,構成乙個組合輪,小圓盤的半徑為r,質量m;大圓盤的半徑r』=2r,質量m』=2m,組合輪可繞通過其中心且垂直於圓盤面的光滑水平固定軸o轉動,對o軸的轉動慣量j=9 mr2/2. 兩圓盤邊緣上分別饒有輕質,細繩下端各懸掛質量為m的物體a和b,如圖所示. 這一系統從靜止開始運動,繩與盤無相對滑動,繩的長度不變,已知r=10cm.

求:(1)組合輪的角加速度β.求:

(1)組合輪的角加速度 β;(2)當右邊物體上公升h=40cm時,組合輪的角速度ω.

解:(1)受力分析如圖2分

mg-t2 = ma21分

t1-mg = ma11分

t2 (2r)-t1r = 9mr2β / 21分

2rβ = a21分

rβ= a11分

解該5個聯立方程得: 1分

(2)設為組合輪轉過的角度,則

2分4(10分)質量為m1=24 kg的圓輪,可繞水平光滑固定軸轉動,一輕繩纏繞於輪上(大輪半徑r,輪半徑r),另一端通過質量為m2=5.0 kg的圓盤形定滑輪懸有m=10.0 kg的物體,求當重物由靜止開始下降了h=0.

5m時,(1)物體的速度,(2)繩中的張力.

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