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角速度计可测量航天器自转的角速度ω,其结构如图所示.当系统绕OO′转动时,元件A...

角速度计可测量航天器自转的角速度ω,其结构如图所示.当系统绕OO′转动时,元件A在光滑杆上发生滑动,并输出电压信号成为航天器的制导信号源.已知A质量为m,弹簧的劲度系数为k,原长为L,电源电动势为E,内阻不计.滑动变阻器总长为L,电阻分布均匀,系统静止时滑动变阻器滑动头P在中点,与固定接点Q正对,当系统以角速度ω转动时,求:
(1)弹簧形变量x与ω的关系式;
(2)电压表的示数U与角速度ω的函数关系.

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当系统在水平面内以角速度ω转动时,由弹簧的弹力提供元件A的向心力,根据牛顿第二定律得到角速度ω与弹簧伸长的长度x的关系式.根据串联电路电压与电阻成正比,得到电压U与x的关系式,再联立解得电压U与ω的函数关系式. 【解析】 (1)设系统在水平面内以角速度ω转动时,弹簧伸长的长度为x,则 对元件A,根据牛顿第二定律得 Fn=ma=mω2R, Fn=kx=mω2(L+x), 即x= (2)根据题意可知:电压表的示数U== 所以电压表的示数U与角速度ω的函数关系为U=. 答:(1)弹簧形变量x与ω的关系式为x=; (2)电压表的示数U与角速度ω的函数关系为U=.
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考点分析:
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(1)匀强电场的场强大小E为多少?
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表一(第一实验组)
P的位置abcde
A的示数(A)0.840.480.420.480.84
表二(第二实验组)
P的位置abcdXe
A的示数(A)0.840.420.280.210.84
(1)滑动变阻器发生断路的是第______实验组;断路发生在滑动变阻器______段.
(2)表二中,对应滑片P在X(d、e之间的某一点) 处的电流表示数的可能值为:______
(A)0.16A                   (B)0.26A
(C)0.36A                   (D)0.46A.
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砝码质量(g)306090120150
弹簧总长(cm)6.007.158.349.4810.6411.79
弹力大小(N)____________________________________
(1)试根据这些实验数据在右图给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小F跟弹簧总长L之间的函数关系图线,说明图线跟坐标轴交点的物理意义______
(2)上一问所得图线的物理意义______该弹簧的劲度k=______N/m(保留三位有效数字).
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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