大学物理学习题解析(第2版)

作者简介

"袁艳红，女，汉族，1966年8月出生，中国共产党党员，教授，博士。主要从事纳米材料的光学、电学性质以及物理教育的研究。现任文理教学部主任兼直属党支部副书记。从事《量子力学》、《电动力学》、《大学物理》、《大学物理实验》、《模拟电子技术及实验》、《数字电路及实验》、《电工学》、《电路基础》、《原子物理》等课程教学工作。是《大学物理》教学团队负责人、“物理电子学”学科带头人、《大学物理》市级精品课程的负责人。 主持完成了多项教学研究和改革的项目；分别在《大学物理》、《现代教育管理》、《物理实验》等核心期刊发表教学研究论文二十余篇；主编出版教材7部；获我校教学成果二等奖、三等奖多项，获上海市教育科研成果一等奖。 主持完成了上海市科研项目2项、高校科研项目3项、与其他高校合作项目1项、参与完成国家级项目3项，目前承担的科研项目2项；在《Chin.Phys.》、《物理学报》、《光子学报》、《Journal of the Iranian Chemical Society》、《Advanced Materials Application and Technology》、《Opt.electron lett.》等学术期刊发"

内容简介

第3章刚体的定轴转动 物体的一些运动是与它的形状有关的，这时物体就 不能看成质点了，其运动规律的讨论就必须考虑形状的 因素。有形物体的一般性讨论也是一个非常复杂的问题 ，在大学物理中，我们讨论有形物体的一种特殊的情况 ，那就是物体在运动时没有形变或形变可以忽略的情况 ，即刚体的运动。 本章从质点运动的知识出发，重点介绍刚体定轴转 动的物理量及其规律，主要内容有： 角速度和角加速 度、转动惯量、力矩、转动动能、角动量等物理量，转 动定律和角动量守恒定律。通过理解角动量原理和角动 量守恒定律，用它们分析解决简单的力学问题。 3.1基 本 要 求 1. 掌握刚体概念和刚体的基本运动，理解刚体运 动与质点运动的区别和联系。 2. 熟练掌握刚体定轴转动的运动学规律和描述刚 体定轴转动的角坐标、角位移、角速度和角加速度等概 念以及它们和相关线量的关系。 3. 理解转动惯量的意义及计算方法。着重掌握刚 体定轴转动的动力学方程，熟练应用刚体定轴转动定律 求定轴转动刚体以及其与质心联动的问题。 4. 会计算刚体对固定轴的角动量，并能对含有定 轴转动刚体在内的系统正确应用角动量定理及角动量守 恒定律。 5. 掌握力矩的功，刚体的转动动能，刚体的重力 势能等的计算方法； 能在有刚体定轴转动的问题中正 确地应用机械能守恒定律。 3.2基础知识点 1. 刚体的运动 刚体： 在外力作用下，物体的形状和大小不发生 变化，也就是说，组成物体的任意两质点间的距离始终 保持恒定。 刚体的平动： 刚体中所有点的运动轨迹均相同， 或者说刚体中的参考线总是保持平行。其特点为： 对 刚体上任两点A和B，它们的运动轨迹相似，vA=vB， aA=aB。因此描述刚体的平动时，可用其内任一质点的 运动来代表。 刚体的定轴转动： 刚体内各质元均作圆周运动， 且其圆心在同一条固定不动的直线上。 2. 描述刚体定轴转动的物理量及运动学方程 运动学方程： θ=θ(t)(θ为角坐标) 角位移： Δθ=θ(t+Δt)-θ(t) 角速度： ω=dθdt 角加速度： α=dωdt=d2θdt2 距转轴r处质元的线量和角量的关系： v=rω， at=ra，an=rω2 匀速定轴转动公式： θ=θ0+ωt 匀变速定轴转动公式： ω=ω0+αt，ω2=ω20+2 α(θ-θ0)，θ=θ0+ω0t+12αt2 3. 力矩转动定律转动惯量 所选习题具有基础性、应用性和典型性。有些题目与实际间的联系较密切，且物理原理清楚，有较强的实际应用意义和一定的趣味性。类型有填空题、选择题和计算题，难度由浅到深，有较好的适用性。此外，为了帮助学生掌握求解大学物理课程范围内的物理问题的思路和方法，本书在每一章前面撰写了涉及本章内容的基本要求和基础知识点，以期帮助学生启迪思维，提高运用物理学的基本定律来分析问题和解决问题的能力。