大学物理,2.3.3 质点动力学论文

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2质点动力学3
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求助,大学物理题一个质点在几个力的作用下运动,它的运动方程为r=3ti-5tj+10k(m),其中一个力为F=2i+3tj-t^2k(N),则最初2S内这个力对质点做的功为( )J
运动方程微分形式为:dr=(3i-5j)dt所以总功为:W=F*dr从0到2秒积分=(2i+3tj-t^2k)(3i-5j)dt从0到2秒积分上式中因为i,j,k彼此正交,所以彼此相乘为0,所以上式 =12-30=-18(焦耳)
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与《求助,大学物理题一个质点在几个力的作用下运动,它的运动方程为r=3ti-5tj+10k(m),其中一个力为F=2i+3t》相关的作业问题
这里边要理解一下i,j,k,实际上就相当于常用的坐标系x,y,z一样,位移和力都是矢量,所以有方向性,但最终所求的是功,功是没有方向性的,只要求出各个方向力所做的功,加起来就是力对质点总的所做的功.i方向位移ri=3*2-0=6m,i方向力Fi=2N,i方向做功:Wx=2*6=12Jj方向位移rj=(-5)*2-0=-
选AC 其实不难,关键做好受力分析就可以了.合外力为0→合外力为F→合外力为0,最后是匀速向西运动.物体的运动方向是和大的力的方向相同的画个图吧.做好受力分析
一个质点做匀速直线运动,那么这个质点相对于默认的参照系(设为A)就处于平衡状态;设质点质量为m,相对于默认参照系A的速度为v,则这个质点所受合力为零,即各个力的矢量和为零,当其中一个力停止作用后,则剩余的力的合力与消失的那个力是一对平衡力,即这两个力作用在同一条直线上且大小相等、方向相反;由此可知:质点后来的加速度a是
=3ti-5tj+10kdr=3dt i-5dt jdW=Fdr=(2i+3tj-t^2k)(3dt i-5dt j)=6dt-15tdt积分,W=6t-15t^2/2+C C为积分常数W从0到W,t从0到2W=6*2-15*2^2/2= -18
a = dv/dt = dv/dx dx/dt = v dv/dx = 3+2xv dv = (3+2x) dx 然后两边分别积分就可以了.
1.因为a=-kv所以dv/dt=-kv所以-dv/kv=dt两边积分,得(-1/k)ln(V/V0)=t所以v=v0e^(-kt)再对dt积分得x=∫v0e^(-kt)dt=-(v0/k)e^(-kt)+c由于初始时刻质点在原点,t=0时x=0,解得c=(v0/k)所以运动方程x=-(v0/k)e^(-kt)+(v0
这道题不存在切向加速度或法线加速度的所说法吧!写出运动方程的轨道运行方程式.即x=2,y=3t~2 消去t 得 y=(3/4) 2速度 v=dr/dt=2i+6tj与x轴的夹角为=arctan3t加速度at=du/dt=6j方向为 沿y轴正方向.大小为6(m/s~2)
m1=20克,m2=50克,Δt=1秒分析:m1释放 t 秒时,m2是释放了(t-Δt)=(t-1)秒因为系统只受重力,所以系统质心的加速度必等于重力加速度 g ,即 a质=g=10 m/s^2在刚释放 m2 时,m1的速度是 V1=g* Δt=10*1=10 m/s 那么这时质心的初速度是 V0=(m1*V1) /
可以采用高斯定理,作一个以直导线为轴心,底面半径为R,高为L的圆柱封闭面,E×2πRL=λL/ε.所以E=λ/(2πRε.)
W=F*△r=(-3i-4j+5k)*(4i-5j+6k)=-12i+20j+30k=√(12^2+20^2+30^2)=38J
W=W(i)+W(j)+W(k)W(i)=(-3)*4=-16 W(j)=(-5)*(-5)=25 W(k)=9*5=45W=-16+25+45=54J
物体在几个力的作用下做匀速直线运动时,合力为零,当沿与速度方向相反的一个力逐渐减小时,物体的合力大小逐渐增大,方向与速度相同,则由牛顿第二定律可知,加速度增大,速度增大,物体做变加速直线运动,位移增大.故D正确,ABC错误.故选D
N=mg 竖直方向:物块受到地面的支持力=重力F=μmg 水平方向:拉力F=滑动摩擦力
速度大小为2V分析过程如图:
A、根据点电荷的电场线的特点,Q与ac距离相等,都小于b,故b点的电势最高,a、c两点的电势相等,即φa=φc<φb.故A错误;B、根据轨迹弯曲方向判断出粒子之间存在引力,它与固定在O点的电荷是异种电荷,故质点带正电荷,质点从a到b,电势升高,电势能就增加;从b到c电势能减小,质点在b点的电势能最大,则动能最小.故B错
因为物体原来在一对平衡力的作用下做匀速直线运动,当平衡力突然消失后,物体在水平方向不再受任何外力作用,根据牛顿第一定律可得,物体将保持原来的速度继续作匀速直线运动.故选C.
解题思路: 受力分析和正交分解合成是基本功,脑中要有方程思想解题过程:
解题思路: 从受力分析结合力的合成规律及几何关系去考虑。解题过程: 附件
解题思路: 从受力分析结合平衡力的概念去分析考虑,注意下滑力与滑动摩擦力的关系。解题过程: 附件硕士/研究生
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大学物理第2章质点动力学习题(含解答)
1第2章质点动力学习题解答21如图所示,电梯作加速度大小为运动。物体质量为,弹簧的弹性系数为,AMK求图示三种情况下物体所受的电梯支持力(图A、B)及电梯所受的弹簧对其拉力(图C)。解(A)MAGN???(B)AGMN??(C)F?22如图所示,质量为10KG物体,所受拉力为变力(SI),时物213??TF0?T体静止。该物体与地面的静摩擦系数为,滑动摩擦系数为,取20?S??M/S2,求S时,物体的速度和加速度。10?G1?T解最大静摩擦力MAXNGFS,时物体开始运动。AXFF?0T,G???1302???TF?S时,1T/42S,,DTVA?AT?TVDTD0203??2S时,1?T/2SMV23一质点质量为20KG,在平面内运动,其所受合力(SI),OXYJTITF??23??时,速度(SI),位矢。求(1)S时,质点加速度的大小0TJV?0IR?20?1T及方向;(2)S时质点的速度和位矢。1?T解JTIMFA???23,,2TX?0XV2?,?TVXD02033TX,?TXTXD0320284?T,,TAY2YV,???TVYD022?TY,TYTYDTV0200TY63?(1)S时,?T/32SMJIA??(2),S时,JTIV?231?TJIV??25?,S时,JTITR6834??JIR61387?24质量为的子弹以速度水平射入沙土中,设子弹所受阻力与速度反向,大小M0V与速度成正比,比例系数为,忽略子弹的重力,求(1)子弹射入沙土后,速度随K3时间变化的关系;(2)子弹射入沙土的最大深度。解依题意,KVF??(1),,解得MDTA???TVDTK00TMKEV??0(2)根据动量定理,解得000XTKT?KX0即子弹射入沙土的最大深度KV?25一悬挂软梯的气球总质量为,软梯上站着一个质量为的人,共同在气球所受MM浮力作用下加速上升。若该人相对软梯以加速度上升,问气球的加速度如何FA解设气球开始时的加速度为,当人相对软梯以加速度上升时的加速度为AMA?当人相对软梯以加速度上升时,有M???????AGTMF解以上两式可得??(1)MAG????开始时刻??(2)MF两种(1)(2)式比较可知,,气球的加速度变小。A??26如图所示,在一列以加速度行驶的车厢上装有倾角的斜面,并于斜面上?30??放一物体,已知物体与斜面间的最大静摩擦系数,若欲使物体相对斜面静止,2S?则车厢的加速度应有怎样限制解静摩擦力满足NFS??0当最大静摩擦力的方向沿斜面向上时,加速度最小。4??????MGNAS??INCOCIIN解以上两式得/39SICOI2INSM?????当最大静摩擦力的方向沿斜面向下时,加速度最大??????MGNAS??INCOIIN解以上两式得/80SICOI2INSM?????欲使物体相对斜面静止,则车厢的加速度的值应满足22/80/39SMA?27棒球质量为KG,用棒击打棒球的力随时间的变化关系如图所示。设棒被击打140前后速度增量大小为70M/S,求力的最大值。设击打时不计重力作用。解根据面积法可求出力的冲量MAXAX040821FI???根据动量定理,有VVI??12代入数据解得5MAXN28子弹在枪筒中前进时受到的合力可表示为SI,子弹由枪口飞TF51034???出时的速度为300M/S,设子弹飞出枪口时合力刚好为零,求子弹的质量。解子弹飞出枪口时合力刚好为零,有,505T730ST??NSTTFDIT?????2根据动量定理,计算得MVVI0??1103GKVIM????529有两个质量均为的人站在停于光滑水平直轨道的平板车上,平板车质量为。MM当他们从车上沿相同方向跳下后,车获得了一定的速度。设两个人跳下时相对于车的水平分速度均为。试比较两个人同时跳下和两个人依次跳下这两种情况下,车所获得的U速度的大小。解(1)两人同时跳下。在地面参考系中,设平板车的末速度为,则两个人跳下时相对地面的速度为VUV?根据动量守恒,有20UMM???2MV??(2)一个人跳下,另一个再跳下。设第一个人跳下车后车的的速度为0V00UVM???MUV2设另一个再跳下车后车的速度为,以车和车上的人为质点系,有V0V???UMMMMUV2?210质量为的人拿着质量为的物体跳远,设人起跳速度为,仰角为,到最00V?高点时,此人将手中的物体以相对速度水平向后抛出,问此人的跳远成绩因此而增加U多少解人不向后抛出物体所能跳过的距离为,式中为人跳离地面的时间。?COS0TVX?0T6由可解得021SIN0???GTTVYO?GVT?SIN20?C0TX?ICOSI200在最高点,人若不向后抛出物体,此时速度为,?COS0VX?当人在最高点将手中的物体以相对速度水平向后抛出时,设人在水平方向的速度U为,根据动量守恒定律,有XV?CS00UMVMXX?????000OCOSVMX??????可见与不抛出物体时相比,人的速度增加了0MUVX?????此人增加的跳远距离为GMUVTLSIN200????211有一正立方体铜块,边长为,今在其下半部中央挖去一截面半径为的圆柱A4/A形洞,如图所示,求剩余铜块的质心位置。解由质量分布的对称性可知,铜块的质心应在此平面内通过圆洞中心的竖直线上。完整铜块的质心应在丄立方体中心O处。把挖去的铜柱塞回原处,其质心应在其中心A处。挖去铜柱后剩余铜块的质心应在AO连线上,设在B处。由于挖去的铜柱塞回后铜块复归完整,由此完整铜块的质心定义应有,AMB21?其中为挖去铜柱的质量,为4A??1643231????????AAM7挖铜柱后剩余铜块的质量。AAOMB06141/12?????即剩余铜块的质心在正方体中心上方处212用劲度系数为的轻质弹簧将质量为和的两物体A和B连接并平放在光滑K1M2桌面上,使A紧靠墙,在B上施力将弹簧自原长压缩,如图所示。若以弹簧、A和L?B为系统,在外力撤去后,求(1)系统质心加速度的最大值;(2)系统质心速度的最大值。解(1)初始时,系统平衡,系统受到两个外力作用墙对A的支持力N和外力F,且LKNF??当撤去外力的瞬时,合外力最大,有LMAX根据质心运动定律,有,MAX21MAXCF??系统质心加速度的最大值为2121AXLKC???(2)撤去力后,物体B开始运动,此时物体A仍保持不动。当B运动使弹簧恢复到原长位置时,此时有,,物体B的速度最0NAV大。根据机械能守恒定律,有,221LKVMB??2MKLVB?此时系统的动量为。2210LPBA?此后,系统只受到弹力的作用,系统的动量守恒,即8221MKLVMPBA??????PC21?221MKLVBA?????系统质心速度的最大值212MAXLC213人造卫星在地球引力作用下沿椭圆轨道运动,地球中心位于椭圆轨道的一个焦点上。卫星近地点离地面的距离为439KM,卫星在近地点的速度大小为812KM/S。设地球的半径为6370KM,已知卫星在远地点的速度大小为632KM/S。求卫星在远地点时离地面的距离。解卫星在绕地球运动时受到到的引力为万有引力,它对地球中心的力矩为零,因此卫星在运动中角动量守恒。设卫星在近地点距地心的距离为,速度大小为,在远地点的距离为,速度大1R1V2R小为,由动量守恒定律,有2V2MV?KR???卫星在远地点时离地面的距离237860KMH???214炮弹的质量为20KG,出口的速度M/S,炮身及支架置于光滑铁轨上,左50V端连同支架的共同质量为600KG,火药燃烧时间为S,弹簧劲度系数为11000KN/M,求(1)发射时铁轨约束力的平均值;(2)炮身后座的速度;(3)弹簧的最大压缩量。解发射炮弹时内力远大于外力,X方向上动量守恒。设炮身后座的速度为,有V9030COS??MVVM????(1)0??VTFTM?1038COS6NTM?????(2)/97130SV?(3)221KX?340MMVX215质量为的长为的长木板,放置在光滑的水平面上,长木板最右端放置一质L量为小物体,设物体和木板之间静摩擦系数为,滑动摩擦系数为。(1)要使小MS??物体相对长木板无相对滑动,求加在长木板上的最大力;(2)如在长木板上的恒力1F()欲把长木板从小物体抽出来,2F1?所做功多少解(1)最大静摩擦力MGFS??AX要使小物体相对长木板无相对滑动,此时的静摩擦力。即FS?FS?AMF???,即GMS??GMMFS?所以)要使小物体相对长木板无相对滑动,加在长木板上的最大力10GMMFS1???(2)设木板的加速度为,物体的加速度为,有MAMA,G??2GF??2,MA?,LTTM??221GMMFLATMM22????22TAFA?G2???216一质量为的质点系在细绳的一端,绳的另一端固定在水平面上。此质点在粗糙M的水平面上作半径为的圆周运动。设质点最初速率是,当它运动一周时,速率变为R0V,求(1)摩擦力所做的功;(2)滑动摩擦系数;(3)在静止以前质点运动的圈/0V数。解(1)31MVVMVAF?????(2)208RGF???V1620??(3)2020183MVNVRMG?????(圈)4N217用铁锤把钉子敲入木板。设木板对钉子的阻力与钉子进入木板的深度成正比,且锤与铁钉的碰撞为完全非弹性碰撞。第一次敲击,能把钉子打入木板M,若第210??二次打击时,保持第一次打击钉子的速度,则第二次能把钉子打多深11解依题意,,KXF??KXEDA???0第一次打击,,1第二次打击,KX?21两次打击相同,有KE????CMX??218一质点在(SI)作用下,从原点O出发,分别沿如图所示的折JXIYF??32?线和直线路径运动到B点,分别求这两个过程力所做的功。OAB解,2YX???DFAY质点沿折线运动到B点时A段,,O0?X,FY3D0AA段,,B?XYX0?,NFY91820JDAAB?0O???质点沿直线路径运动到B点时,其运动轨道为OXY32?23020JDYXXDYYAB????????219如图所示,摆长为,摆锤质量为,起始时摆与竖直方向的夹角为。在铅直LM?线上距悬点处有一小钉,摆可绕此小钉运动,问至少为多少才能使摆以钉子为中心X绕一完整的圆周解COS1210???MGLV若摆恰能以钉子为中心绕一完整的圆周,此时绳子受力为零,在最高点处的向心力为重力。设摆在最高处的速度为,则有V20212MXLMG???V?联立以上三式,解得LXCOS523???即才能使摆以钉子为中心绕一完整的
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大学物理课课件第2章_质点动力学【PPT】
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厦门大学 大学物理b 第02章 质点动力学(2)
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厦门大学 大学物理b 第02章 质点动力学(2)习题 2-7:如图所示,质量为 m1和 m2的两个小钢球固定在一个长为 l的轻质硬杆的两端,杆的中点有一轴使杆可在水平面内自由转动,杆原来静止。另一泥球质量为m3,以水平速度 v0垂直于杆的方向与 m2发生碰撞,碰后二者粘在一起。设 m1 = m2 = m3 ,求碰撞后杆的转动角速度。Om3 v0l/2l/2m2m1作业:习题 2-6:一颗人造地球卫星在地面上空 800 km的圆轨道上,以 的速率绕地球运动,今在卫星外侧点燃一火箭,给卫星附加一个指向地心的分速率 。求此后卫星轨道的最低点和最高点位于地面上空多少公里。(将地球看作半径的球体)skmV /5.71 ?skmV /2.02 ?kmR 6 4 0 0?—— 质点系角动量守恒定律若 0M ?? 恒矢量?L?? 内力不改变质点系的总角动量。? 与 是完全独立的 ,故质点系角动量守恒与动量守恒也是相互独立的 。0?M? 0?F?dtLdM???讨论—— 质点系角动量定理的积分形式00ttM d t L L???—— 质点系的角动量定理(微分形式)dtLdM???其中 :合外力矩矢量和; :系统角动量且相对同一参考点M? L???????niinii dtLdLdtddtLd11??????niiM1???????niinii MM11内外??其中 , 一对内力力矩:jijiji frfr???? ???ijji frr??? ??? )( 0?011?? ? ??? ??ni ijijnii MM??内???niiMdtLd1外??令:MMnii????? 1外式中 和 相对同一参考点 。外iM? L?4.质点系的角动量定理与角动量守恒定律质点系总角动量:???niiLL1??( 对同一参考点 )其中单个质点的角动量:iii PrL??? ??单个质点的角动量定理:ii MdtLd ???)( ?????ijijiii fFrM??????????ijijiii frFr????内外 ii MM?? ??质点系角动量随时间变化率:??????niinii dtLdLdtddtLd11??????niiM1???????niinii MM11内外??每个质点所受力矩:例 2 - 1 0 如图,质量为 m 的小球,拴于不可伸长的轻绳上,在光滑水平桌面上作匀速圆周运动,其半径为 R ,角速度为 ? ,绳的另一端通过光滑的竖直 孔 用手拉住,如把绳向下拉 R /2 时 ,小球 角速度 ? ? 为多少? 解: ?2mRm v RL ??''412'''' 2 ?mRRmvL ???? ''LL?? 4''? Fm R(1) 天体系统为什么不坍缩 ?思 考(2) 人造地球卫星为什么会掉下来 ?(3) 地球自转周期为什么会变长 ?地质研究表明:三亿年前 , 地球绕太阳一周 , 自转 398圈 , 现在为 365.25圈 。星团具有盘状结构:美国宇航局在地面拍摄的银河系的侧面,中央是银核。M83星系,它的形状和大小与我们的银河系非常相似。证明:从太阳到行星的矢径在相等的时间内扫过的面积相等。 (开普勒第二定律 ) 解 :????? 0dt LdFrM????常量?L?常量?? mLdtdS 2drdSr)( dt rdrmvmrL?????????dtdSmdtrdrmL 2?????—— 角动量守恒定律021LLdtMtt??? ???当 0?M?恒矢量?L?0??? FrM ???0)1( ?F?F?)2(过 O点, 有心力(如行星受中央恒星的万有引力)恒矢量??? vmrL ???说明 :( 1) c o n s tm v r ??s in( 2)轨道在同一平面内开普勒第二定律讨论—— 角动量定理的积分形式dtLdM???比照冲量,定义 冲量矩 或dtM?? 21tt dtM?LddtM ?? ?1221LLdtMtt??? ???3.质点的角动量定理与角动量守恒定律dtPdF ?? ?dtLdM???——角动量定理的微分形式dtLd?dtvmrd )( ?? ?? vmdtrddtvmdr ???? ???? )(vmvdt vdmr ???????? 0??? dtvdmr??Fr ?? ?? M??质点的匀速率圆周运动质点对 O点的角动量(大小):m v RL ?mvROL角动量的大小和方向均不变注意: 同一质点对不同的参考点,角动量可以不同。在说明质点角动量时,必须指明是相对哪个参考点而言的。)( vmrPrL ????? ????mvOLzr转动平面?z2.质点的角动量质点对参考点 O的角动量定义为:md?OLvr大小:方向 : 由 确定Pr ???m v dPdrPL ??? ?s invmrPrL ????? ????1.力矩力是改变物体运动状态的原因:力可以使物体发生平动或转动。平动: 力 F : 服从牛顿第二定律、动量定理 ..转动: 力矩:遵从角动量定理力对参考点 O的力矩:M r F??为 O点到力的作用点的有向线段。r?大小: FdrFM ?? ?s in方向 : 由 确定。Fr ???dO FPr?M§ 2-1 牛顿运动定律§ 2-2 动量定理 动量守恒定律§ 2-4 动能定理 机械能守恒定律§ 2-3 角动量定理 角动量守恒定律Mm习题 2-5:如图所示,一个有 1/4圆弧滑槽(半径 R)的大物体的质量为 M,停在光滑的水平面上,另一个质量为 m的小物体自圆弧顶点由静止下滑。求当小物体 m滑到底时,大物体 M在水平面上移动的距离。作业:习题 2-4:一架喷气式飞机以 210 m/s的速度飞行,它的发动机每秒钟吸入 75 kg空气,在体内与 3.0 kg燃料燃烧后以相对于飞机 490 m/s的速度向后喷出。求发动机对飞机的推力。例 2-9 如图 , 求当人从小车的一端走到另一端时 ,小车相对与地面移动的距离 。lmMxylsyxMmmls??MmlsMmsxC ???? )2/(2MmMlmlxC ??? 2/1解:21 CC xx ?由 得:分析质心加速度:dtvda CC??? mdt vmd C )(??CNii amF?? ??? 1mFNii???1?—— 质心运动定理dtPdFNii????? 1质点系的动量定理mdtPd??表明: 如果将系统看作一个质量全部集中在质心的一个质点,则质点系的运动就等同于一个质点的运动(指平动)。当质点系受到合外力为零时,质心保持静止或匀速直线运动(动量守恒)。结论:如果将系统看作一个质量集中在质心的一个质点,则质点系的运动(指平动)等同于一个质点的运动;该系统的动量就等于该 “质点 ”的动量;系统的动量守恒就等同于该质点的动量守恒。对 N 个质点构成的质点系或连续分布体有:??iii vmP??? ??iii vmP??或系统的总动量等于总质量与其质心速度的乘积。Cvm??Cvm??设想系统在外力的作用下运动,质心速度:dtrdv CC???????????????? ??mrmdtd Niii1?mdtrdmNiii ??????? ?? 1?mvmNiii ??????? ?? 1????NiiiC vmvm1??mrmrNiiiC??? 1?????Niimm14.2 质心运动定理如图, 问 质量均匀分布的直角三角形的质心 在哪里? xyO ?bax dx解:mx dmx C ??2/t a n)(0abdxxaxa???? ????by C31?a31?同理:?:质量面密度对质量连续分布的物体,可将其分为 N 个小质元 : zyxCO Cr?ir?im????????NiiNiiiCmrmr11??mdmrdmdmr ??? ????分量形式:mz d mzmy d mymx d mx CCC ??? ??? ,,式中:;dVdm ?? ;dSdm ??dLdm ??或将上述定义推广到 N 个质点系统定义 质量中心 : zyxCO Cr?NNNC mmmrmrmrmr?????????????212211?????????NiiNiiimrm11?mrmNiii??? 1?mzmzmymymxmx iiiCiiiCiiiC?????? ,,分量形式:dtrdmmP C?? )(21 ??式中定义:212211mmrmrmrC ??? ???它表示一个位置,如图: yxOm1 m2v1v22r?1r?Cr?CC 称为系统的 质心 。设:,dtrdv CC???21 mmm ??CvmP?? ?以上表明:如果将两质点系统看作一个质量集中在质心的一个质点,则质点系的运动(指平动)等同于一个质点的运动;该系统的动量就等于该 “质点 ”的动量;系统的动量守恒就等同于该质点的动量守恒。质心的速度4.1 质心的定义4.质心与质心运动定理先考虑两个质点构成的系统yxOm1 m2v1v21r?2r?2211 vmvmP??? ??dtrdmdtrdm 2211????)( 2211 rmrmdtd ?? ??)()( mmrmrmdtdmm???? ??dtrdmm C?)(21 ??系统总动量:讨论10lnmmuv ?如何增大火箭速度?( 1)增大燃料喷射速度 u?技术方面有限制,skmu /32 ??( 2)增大质量比 m0 /m1 ?一般火箭质量 m0越大,其壳体质量 m1也越大为了进一步提高火箭速度,人们通常采用 多级火箭技术 。)ln ( 321 NNNuv ???(三级火箭, N1、 N2、 N3为每一级火箭质量比)长征三号乙火箭( CZ-3B)火箭起飞时加速度至少为 4~5 个 g, 因此忽略火箭重力及空厦门大学 大学物理b 第02章 质点动力学(2)
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