全国部分地区非物理类专业大学生物理竞赛题解第十六届非物理类专业大学生物理竞赛试题及解答

一、填空题 (共 54分 )1 . (4分 )由空中垂直下落的物体所受空气阻力 f与空气的密度ρ、物体的有效横截面积 S、下落的速率 v的平方成正比 ,阻力的大小可表示为 f=CρSv2 ,其中 C为阻力系数 ,一般在 0 .2～ 0 .5之间 ,ρ= 1 .2 kg/m3 ,物体下落经过一段时间将达匀速 ,这称为终极速率 .试估算质量为 80 kg、有效横截面为0 .6m2的某人从高空跳下 ,他下落的终极速率v终 = km/hr(千米 /小时 ) .解 :当 f =mg时 ,v终 =mgCρS=80× 9.80 .3× 1 .2× 0 .6= 60 .2 m/s=2 1 6km/hr式中 C取 0 .3.2 . (5分 )有一半球形光滑的碗 ,小球 I在碗的球心…     

垂直下落球体运动的数值分析

在考虑空气浮力和阻力情况下,对垂直下落物体运动进行了分析.通过数值计算的方法,对比萨斜塔铁球下落及雨滴下落两个运动进行了描述.     

考虑空气阻力与速度平方成正比的斜抛运动

物体在空气中运动, 不可避免地受到空气阻力, 有时空气阻力的作用必须加以考虑, 例如炮弹射击. 物 体速度较大, 阻力f∝v 2. 考虑阻力f= -k v 2, 建立运动模型, 运用 MAT LA B软件数值求解, 研究物体的运动性 质、 轨迹、 射程和射高, 并与无空气阻力的斜抛运动对比     

走向统一的自然力天上力与地上力的统一(Ⅱ)

 地上运动,主要是物体的运动,例如,人抛物、马拉车、石下落、弦振动等.现在我们知道,人抛物的力、马拉车的力、绳子和弦的张力等,都是分子间力,也就是有效电磁力,只有导致物体垂直下落的地心吸引力才是我们所要讨论的与天上力对应的地上力,因此,本节主要讨论与物体垂直下落有关的自由落体运动和平抛运动.     

考虑空气阻力时的上抛运动

中学物理和大学普通物理课程中涉及到的物体上抛运动都忽略了空气阻力,从而得到物体落回抛出点时的速率vt等于抛出时的初速率v0,物体上升和下落过程所用时间都为v0/g的结论.如果计入空气阻力,结果会有何不同呢?显然,物体的初、末速度大小不再相等,因为空气阻力始终与物体运动方向相反,故做负功.     

关于竖直上抛运动公式的讨论

竪直上抛物体运动是属于匀减速运动,它的运动规律由下面两式决定:V_t=V_o—gt,(1) H=V_ot—(1/2)gt~2。(2) 在应用上述公式时,得出以下三个结论: (1)公式不仅适用于物体上抛至最高点的匀减速运动过程,而月。也适用于物体抛至最高点后,再下落的匀加速的运动过程.也就是说,适用于坚直上抛物体运动的整个过程(即上升阶段和下降阶段)。(2)式中V_t表示物体运动t秒末的即时速度: 甲.V_t>0,则V_t与V_o同向,物体在上升过程; 乙.V_t<0,则V_t与V_o反向,物体在下落过程。(3)式中H表示物体对抛出点的位移:     

流体的粘滞阻力对物体运动的影响

力学中有求解物体在流体介质（如空气和水）中运动的问题,如船在水中的运动,小球在空气或水中下落时的运动等．在这类问题中,什么情况下流体的粘滞阻力可以忽略,常使学生产生疑问,而教师又很少解释清楚．下面以小球在流体介质中下落力例,讨论粘滞阻力对物体运动的影响．     

一种惯性现象演示装置

惯性定律也称作牛顿第一定律,是经典物理力学中的几大重要定律之一.静止的物体具有惯性,运动的物体也具有惯性.新设计的运动物体的惯性现象演示装置通过调速直流电机带动丝杆滑台水平移动,安装在滑台上的金属小球下落装置能很好地演示静止的和运动的物体都有惯性.仪器结构简单,操作简便,现象直观,能为惯性定律教学助一臂之力.     

分析轻质物体加速度 助推解题思路生成

在物理学中,为了研究问题方便,往往把一些用来约束、连接运动物体的轻杆、轻绳、轻绸带、轻质弹簧等实际物体的质量忽略不计,即看作理想化物理模型——轻质物体.由于轻质物体的质量相对于运动物体要小得多,由牛顿第二定律F=ma可知,其动力学效应也就很小,即轻质物体在任何情景下所受的合力都为零.很多学生在解题过程中没有领会轻质物体的本质,认为加速度也为零,从而导致解     

巧用两只弹簧的组合 加深对简谐振动的理解

如果放在光滑桌面上的物体只受一只弹簧的作用，那么物体所作的运动是简揩运动．简谐运动是一种最简单的基本运动，它的动力学特点是物体所受合力满足F=-kx，该力叫回复力．简谐运动的特点是具有周期性，周期T=2π√m/k，其中m是振动物体质量，k是回复力     

力学一题

一个边长为a的立方体,其密度p大于水的密度p水,将其放入一盛水容器内,使它正好被水浸没,如图一所示.松手后使该物体的一面沿容器些向下运动,初速度为零.试描述该物体的运动情况. 按照物体在水中的浮沉条件,只要 P>P水,物体就下沉.但值得注意的是,本题中物体的一面与容器壁相接触,两者之间无水渗入,故当物体在下沉过程中,在竖直方向除了受到向下的重力G和向上的浮力F以外,还受到物体与容器壁之间的摩擦力f,方向向上,如图二所示,而f是随着水对物体的水平压力N的增大而增大的,N又是随着深度的增加而增大的,故当物体运动到某一深度时,将停止…     

随机符合法则g

在自由落体法测量重力加速度g中,需要测量物理下落过程中三点之间的距离△　s1和　s2,以及物体下落通过这三点所经历的时间间隔△　t1和　△t2 计算重力加速度g的公式为式中　△s1=s2-s1,　△s2=s3-s2;　△t1=t2-ti,　△t2=t3- t2. 　△t1和　△t2可通过对标准振荡频率计数,并经频率/时间变换求得,而距离　△s1和s2可用激光相干涉测量.问题在于如何选择物体下落过程中的三个参考点.若以计时脉冲为准来定这三点,则最大测距误差可达±λ/2;若以相干波脉冲为准来定这三点,则最大测时误差可达±1/f.当然,也可以对尾数部分加以修正,但是设备复杂,…     

堆积链条下落过程中的机械能分析

利用动量定理可计算出链条堆在下落过程中的速度,结果表明在这个下落过程中链条的机械能不守恒。链条堆下落的一个重要特点就是下落部分会带动静止部分一起运动。本文认为正是这个特点,链条堆在下落过程中会有机械能损失,机械能不守恒。并利用运动物体带动静止物体一起运动的牵引模型,分析了在此下落过程中机械能损失的机制。利用这种损失机制,计算得到链条在整个下落过程中的能量损失。计算结果与利用动量定理算得的能量损失一致。     

落体偏东的定性及半定量分析

一般的理论力学教材[1,2]在计算落体偏东的距离时,都是先导出物体相对于地球的运动方程,然后再由运动方程求下落后偏东的距离,这样的推导过程显然较为复杂.而有关文献[3,4]在定性讨论时,也都是用相对运动的比较而得出的.     

落体运动观：演变、分析及讨论

亚里士多德的落体运动观运动是万物的本性。西方有一句谚语：“对运动无知,也就是对大自然无知”。物体从空中下落的运动,自古就引人注意。例如,花瓣、果实和枯叶等从树上掉下。正是基于对日常现象的观察,古希腊哲学家亚里士多德凭感性经验直觉地认为,物体下落得快慢与其重量有关,他说：“正如一块铅或金或其他任何有重量的东西的下落速度正比于它的大小一样”,“如果一物体比另一同体积物体更重的话,也会落得更快”。亚里士多德在他所著的《物理学》第四卷第八章中进一步指出：“我们看见一个己知重物或物体比另一个快,有两个原因：或者由于穿过的介质不同（如在水中、土中或空气中）,     

从模型构建的角度深度窥视空气阻力

文章指出,如果运用2019年北京理综试卷第24题题干条件"大量气体分子在各方向运动的几率相等"(即考虑气体分子热运动)进行建模,可得出雨滴在任意下落速度时所受空气阻力的表达式都为f=k_1v+k_2v~2,而非标准答案中的f=k_2v~2,更不是参考文献[1]中所说的"利用传统的分子碰撞模型计算出的空气阻力为f∝v"。对于真实的雨滴下落情景,如果从分子自由程的视角分析,恰恰是"不计气体分子热运动"进行建模,才能得出标准答案中的f∝v~2的结论,题干中"由于大量分子在各方向运动的几率相等"确为多余条件。     

关于亚里士多德落体运动结论的思考

1发现落体运动规律的传统描述谈到人类对落体运动的认识过程,不得不提到古希腊哲学家亚里士多德和意大利物理学家伽利略.从亚里士多德到伽利略再到牛顿,是人类对运动理性认识过程的几个里程碑.所有涉及落体运动的教科书上都写到,亚里士多德认为重的物体比轻的物体下落得快,而伽利略通过两种方式推翻了亚里士多德的结论.     

雨滴的终极速度与沙里淘金

 2003年普通高等学校招生全国统一考试物理新课程卷第15题是求雨滴在无风情况下终极速度的计算题,该题不仅物理情景新颖,而且还给出了中学阶段没有学习的新公式(球形雨滴缓慢匀速平动时所受到的阻力f=krv),有利于考查考生提取、运用有用信息的分析综合能力和知识的迁移能力。本文就谈一谈雨滴的终极速度及其应用---沙里淘金。一、物体在粘滞流体中运动受到的阻力粘滞阻力物体在粘滞性流体中运动时,由于物体表面附着一层流体,这层流体被物体带走,从而造成物体表面附近的流体有一定的速度梯度,流层之间有内摩擦力,因而物体也受到内摩擦阻力的作用,这种由流体的粘滞性直接引起的阻力叫做粘滞阻力。     

平抛运动中的“时空”约束——以2012年高考物理试题为例

下落的高度决定运动的时间,运动的等时性是一条暗线,将平抛运动的两个相互垂直的分运动紧密地结合在一起,从时间方面相互制约,使得合运动的轨迹成为一条抛物线.初速度与位移的关系是另一条有形的暗线,它将两个分运动有机地结合在一起,从空间方面相互制约,促使做平抛运动的物体沿特定的抛物线轨迹运动.     

初始角度对平板自由下落运动的影响

平板的自由下落是一个经典的流体力学-动力学耦合问题,且具有明显的非线性特性.针对二维平板自由下落的非线性特性,文章通过耦合求解N-S方程和运动方程,以期认识其非线性特征.从不同初始角度对平板自由下落状态和轨迹的影响出发,分析了运动状态的相轨线和频谱特性,以及其中的非线性系统特征.研究发现,在平板自由下落初期,不同初始角度下平板呈现不同的运动状态和轨迹,常为非周期性摆动或小幅翻滚运动.在自由下落后期,平板自由下落最终呈现周期性摆动或翻滚运动,运动模态归为一致,初始角度对该模态没有影响.