大学物理 简明教程 第二版 课后习题 答案 赵进芳

转?

(2)如果在2s内飞轮转速减少一半，需加多大的力F?

解: (1)先作闸杆和飞轮的受力分析图(如图(b))．图中N、N?是正压力，Fr、Fr?是摩擦力，Fx和Fy是杆在A点转轴处所受支承力，R是轮的重力，P是轮在

O轴处所受支承力．

题2-13图（a）

题2-13图(b)

杆处于静止状态，所以对A点的合力矩应为零，设闸瓦厚度不计，则有

l?lF(l1?l2)?N?l1?0N??12Fl1

对飞轮，按转动定律有???FrR/I，式中负号表示?与角速度?方向相反． ∵ Fr??N N?N?

l?lFr??N???12Fl1∴

又∵

FR?2?(l1?l2)???r?FImRl1∴ ① 以F?100N等代入上式，得

?2?0.40?(0.50?0.75)40???100??rad?s?260?0.25?0.503

由此可算出自施加制动闸开始到飞轮停止转动的时间为

?900?2??3t??0??7.06s?60?40

这段时间内飞轮的角位移为

1900?2?91409???0t??t2??????(?)22604234?53.1?2?rad

可知在这段时间里，飞轮转了53.1转．

I?1mR2,2

(2)

?0?900?2?rad?s?160，要求飞轮转速在t?2s内减少一半，可知

15?rad?s?2t2t2

用上面式(1)所示的关系，可求出所需的制动力为

mRl1?F??2?(l1?l2)?0??2??0???0??2-14固定在一起的两个同轴均匀圆柱体可绕其光滑的水平对称轴OO?转动．设大小圆柱体的半径分别为R和r，质量分别为M和m．绕在两柱体上的细绳分别与物体m1和m2相连，m1和m2则挂在圆柱体的两侧，如题2-26图所示．设R＝0.20m, r＝0.10m，m＝4 kg，M＝10 kg，m1＝m2＝2 kg，且开始时m1，m2离地均为h＝2m．求：

(1)柱体转动时的角加速度； (2)两侧细绳的张力．

解: 设a1,a2和β分别为m1,m2和柱体的加速度及角加速度，方向如图(如图b)．

60?0.25?0.50?15?2?0.40?(0.50?0.75)?2?177N ?题2-14(a)图 题2-14(b)图

(1)m1,m2和柱体的运动方程如下：

T2?m2g?m2a2 ① m1g?T1?m1a1 ②

??T1R?T2r?I? ③

式中 T1??T1,T2??T2,a2?r?,a1?R?

11I?MR2?mr222而

由上式求得

???Rm1?rm2g22I?m1R?m2r0.2?2?0.1?2?9.811?10?0.202??4?0.102?2?0.202?2?0.10222?6.13rad?s?2

(2)由①式

T2?m2r??m2g?2?0.10?6.13?2?9.8?20.8N

由②式

T1?m1g?m1R??2?9.8?2?0.2.?6.13?17.1N

2-15 如题2-15图所示，一匀质细杆质量为m，长为l，可绕过一端O的水平轴自由转动，杆于水平位置由静止开始摆下．求： (1)初始时刻的角加速度； (2)杆转过?角时的角速度. 解: (1)由转动定律，有

11mg?(ml2)?23

3g??2l ∴

(2)由机械能守恒定律，有

l11mgsin??(ml2)?2223

3gsin???l∴

题2-15图

习题三

3-1 气体在平衡态时有何特征?气体的平衡态与力学中的平衡态有何不同?

答：气体在平衡态时，系统与外界在宏观上无能量和物质的交换；系统的宏观性质不随时间变化．

力学平衡态与热力学平衡态不同．当系统处于热平衡态时，组成系统的大量粒子仍在不停地、无规则地运动着，大量粒子运动的平均效果不变，这是一种动态平衡．而个别粒子所受合外力可以不为零．而力学平衡态时，物体保持静止或匀速直线运动，所受合外力为零．

3-2 气体动理论的研究对象是什么?理想气体的宏观模型和微观模型各如何?

答：气体动理论的研究对象是大量微观粒子组成的系统．是从物质的微观结构和分子运动论出发，运用力学规律，通过统计平均的办法，求出热运动的宏观结果，再由实验确认的方法．

从宏观看，在温度不太低，压强不大时，实际气体都可近似地当作理想气体来处理，压强越低，温度越高，这种近似的准确度越高．理想气体的微观模型是把分子看成弹性的自由运动的质点.

3-3 温度概念的适用条件是什么?温度微观本质是什么?

答：温度是大量分子无规则热运动的集体表现，是一个统计概念，对个别分子无意义．温度微观本质是分子平均平动动能的量度． 3-4 计算下列一组粒子平均速率和方均根速率? Ni Vi(m?s?1) 21 10.0 NV???Nii4 20.0 6 30.0 8 40.0 2 50.0 解：平均速率 Vi

?21?10?4?20?6?30?8?40?2?5021?4?6?8?2890?21.7 m?s?1 41方均根速率 ?V2??NV?Nii2i

21?102?4?202?6?103?8?402?2?502?21?4?6?8?2?25.6 m?s?1

3-5 速率分布函数f(v)的物理意义是什么?试说明下列各量的物理意义(n为分子数密度，N为系统总分子数)．

（1）f(v)dv （2）nf(v)dv （3）Nf(v)dv

（4）?f(v)dv （5）?f(v)dv （6）?Nf(v)dv

00v1v?v2解：f(v)：表示一定质量的气体，在温度为T的平衡态时，分布在速率v附近单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比.

(1) f(v)dv：表示分布在速率v附近，速率区间dv内的分子数占总分子数的百分比.

(2) nf(v)dv：表示分布在速率v附近、速率区间dv内的分子数密度． (3) Nf(v)dv：表示分布在速率v附近、速率区间dv内的分子数． (4)?f(v)dv：表示分布在v1~v2区间内的分子数占总分子数的百分比．

0v(5)?f(v)dv：表示分布在0~?的速率区间内所有分子，其与总分子数的比值

0?是1.