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将一测力传感器连接到计算机上就可以测量快速变化的力,图甲表示小滑块(可视为质点)沿固定的光滑半球形容器内壁在竖直平面的A、A′之间来回滑动,A,A′点与O点连线与竖直方向之间夹角相等且都为θ,θ很小.图乙表示滑块对器壁的压力F随时间t变化的曲线,且图中t=0t=0为滑块从A点开始运动的时刻,试根据力学规律和题中(包括图中)所给的信息,求:
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(1)容器的半径;
(2)小滑块的质量;
(3)滑块运动过程中的守恒量.
(1)θ很小,小滑块在AA′之间做简谐运动(单摆运动),根据图乙得出单摆的周期,再根据T=2求出容器的半径. (2)滑块在最高点,对器壁的压力最小,为Fmin=mgcosθ,在最低点速度最大,沿半径方向上的合力提供向心力,此时压力最大,有,最高点到最低点,机械能守恒,有.联立三个式子求出滑块的质量. (3)滑块运动过程中机械能守恒,守恒量为机械能,规定B点为0势能点,机械能等于A点的重力势能. 【解析】 (1)完成一次全振动的时间为一个周期,由图乙得小滑块做简谐振动的周期: 由,得R=0.1m (2)在最高点A,有Fmin=mgcosθ=0.495N 在最低点B,有 从A到B,滑块机械能守恒,有 解得:m=0.05kg. (3)滑块机械能守恒,规定B点为0势能点,机械能E=mgR(1-cosθ)=5×10-4J.
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考点分析:
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该实验是研究球形固体颗粒在水中竖直匀速下沉的速度与哪些量有关,实验数据的记录如下表:(水的密度为manfen5.com 满分网
次序1234567
固体球的半径r(m)0.5×10-31.0×10-31.5×10-30.50×10-31.0×10-30.50×10-31.0×10-3
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(p-p)kg/m3__________________________________________
匀速下沉的速度v(m/s)0.552.204.951.104.401.656.60
(1)根据以上实验数据,请你推出球形固体在水中匀速下沉的速度v与r的关系为______;以及v与ρ的关系为______
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(2)对匀速下沉的固体球作受力分析:固体球受到浮力(浮力的大小等于排开液体的重力)、重力(球体积公式以manfen5.com 满分网计算)、匀速下沉时球受到的阻力f.试写出f与v及r的关系式(分析和推导过程不必写);f=______
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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