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时间:2020-07-23
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1、题1.1:已知质点沿轴作直线运动,其运动方程为。求(l)质点在运动开始后内位移的大小;(2)质点在该时间内所通过的路程。题1.1解:(1)质点在4.0s内位移的大小(2)由得知质点的换向时刻为(t=0不合题意)则:所以,质点在4.0s时间间隔内的路程为题1.2:一质点沿轴方向作直线运动,其速度与时间的关系如图所示。设时,。试根据已知的图,画出图以及图。题1.2解:将曲线分为AB、BC、CD三个过程,它们对应的加速度值分别为(匀加速直线运动)(匀速直线)(匀减速直线运动)根据上述结果即可作出质点的a-t图在匀变速直线运动中,有由此,可计算在0~2和4~6s时间间隔内各时刻的位置分
2、别为t/s00.511.5244.555.56x/m004048.75558.760用描数据点的作图方法,由表中数据可作0~2s和4~6s时间内的x-t图。在2~4s时间内,质点是作v=20的匀速直线运动,其x-t图是斜率k=20的一段直线。题1.3:如图所示,湖中有一小船。岸上有人用绳跨过定滑轮拉船靠岸。设滑轮距水面高度为,滑轮到原船位置的绳长为,试求:当人以匀速拉绳,船运动的速度为多少?题1.3解1:取如图所示的直角坐标系,船的运动方程为船的运动速度为而收绳的速率,且因,故题1.3解2:取图所示的极坐标(r,q),则是船的径向速度,是船的横向速度,而是收绳的速率。由于船速v
3、¢与径向速度之间夹角位q,所以由此可知,收绳的速率只是船速沿绳方向的分量。题1.4:一升降机以加速度上升,当上升速度为时,有一螺丝自升降机的天花板上松脱,天花板与升降机的底面相距。计算:(1)螺丝从天花板落到底面所需要的时间;(2)螺丝相对升降机外固定柱子的下降距离。题1.4解1:(1)以地面为参考系,取如图所示的坐标系,升降机与螺丝的运动方程分别为当螺丝落至底面时,有,即(2)螺丝相对升降机外固定柱子下降的距离为题1.4解2:(1)以升降机为参考系,此时,螺丝相对它的加速度大小,螺丝落至底面时,有(2)由于升降机在t时间内上升的高度为则题1.5:一质点沿半径的圆周作匀速率运动
4、,运动一周所需时间为,设时,质点位于点。按图中所示坐标系,求(1)质点在任意时刻的位矢;(2)时的速度和加速度。题1.5解:如图所示,在O¢x¢y¢坐标系中,因,则质点P的参数方程为坐标变换后,在Oxy坐标系中有则质点P的位矢方程为5s时的速度和加速度分别为题1.6:一质点自原点开始沿抛物线运动,它在轴上的分速度为一恒量,其值为,求质点位于处的速度和加速度。题1.6解:因vx=4.0为一常数,故ax=0。当t=0时,x=0,由积分可得(1)又由质点的抛物线方程,有(2)由y方向的运动方程可得该方向的速度和加速度分量分别为(3)(4)当质点位于x=2.0m时,由上述各式可得题1.
5、7:质点在Oxy平面内运动,其运动方程为。求:(1)质点的轨迹方程;(2)在到时间内的平均速度;(2)时的速度及切向和法向加速度。题1.7解:(1)由参数方程消去t得质点的轨迹方程(2)在s到s时间内的平均速度(3)质点在任意时刻的速度和加速度分别为则t1=1.00s时的速度切向和法向加速度分别为题1.8:质点的运动方程为和,试求:(1)初速度的大小和方向;(2)加速度的大小和方向。题1.8解:(1)速度分量式为当t=0时,v0x=-10,v0y=15,则初速度大小为设v0与x轴的夹角为a,则(2)加速度的分量式为则加速度的大小为设a与x轴的夹角为b,则题1.9:一质点具有恒定
6、加速度,在时,其速度为零,位置矢量。求:(1)在任意时刻的速度和位置矢量;(2)质点在平面上的轨迹方程,并画出轨迹的示意图。题1.9解:由加速度定义式,根据初始条件t0=0时v0=0,积分可得又由及初始条件t=0时,r0=(10m)i,积分可得由上述结果可得质点运动方程的分量式,即消去参数t,可得运动的轨迹方程这是一个直线方程,直线斜率,。轨迹如图所示。题1.10:飞机以的速度沿水平直线飞行,在离地面高为时,驾驶员要把物品投到前方某一地面目标处。问:(1)此时目标在飞机下方前多远?(2)投放物品时,驾驶员看目标的视线和水平线成何角度?(3)物品投出后,它的法向加速度和切向加速度
7、各为多少?题1.10解:(1)取如图所示的坐标,物品下落时在水平和竖直方向的运动方程分别为飞机水平飞行速度,飞机离地面的高度m,由上述两式可得目标在飞机正下方前的距离(2)视线和水平线的夹角为(3)在任意时刻物品的速度与水平轴的夹角为取自然坐标,物品在抛出2s时,重力加速度的切向分量与法向分量分别为题1.11:一足球运动员在正对球门前处以的初速率罚任意球,已知球门高为。若要在垂直于球门的竖直平面内将足球直接踢进球门,问他应在与地面成什么角度的范围内踢出足球?(足球可视为质点)题1.11解:取
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