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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)...

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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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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