题目内容

【题目】如图甲,小球与轻质细杆连接后绕固定点O在竖直平面内做圆周运动,小球经过最低点时的速度大小为v,此时轻杆的拉力大小为F,拉力F与速度的平方的关系如图所示,图象中的数据ab及重力加速度g均为已知量,以下说法正确的是(

A.数据a与小球的质量无关

B.数据b与小球的质量无关

C.只与小球的质量有关,与圆周轨道半径无关

D.利用数据abg能够求出小球的质量和圆周轨道半径

【答案】AD

【解析】

ABCD.小球在最低点时,重力和杆的拉力提供向心力,则有

该式变形得

从乙图由数学知识可知

则可知数据a与小球的质量无关,数据b与小球的质量有关,与小球的质量和半径有关,利用数据abg能够求出小球的质量和圆周轨道半径。故AD正确BC错误。

故选AD

练习册系列答案
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【题目】功是物理学中非常重要的概念,通过做功的过程可以实现能量转化。

(1)一直流电动机,线圈电阻R=2.0Ω,当它两端所加的电压U=24V时,电动机正常运转,测得通过其电流I=0.50A。求此工作状态下,这台电动机将电能转化为机械能的效率是多少?(保留三位有效数字)

(2)在电路中电能转化为其他形式能的过程就是电流做功的过程,电流做功的过程本质上是导体中恒定电场的电场力对定向移动的自由电荷做功的过程。由同种材料制成的很长的圆柱形实心金属导体,在其上选取长为L的导体做为研究对象,如图1所示,当其两端的电势差恒为U时,形成的恒定电流的大小为I即相同时间内通过导体A端橫截面的电荷量与通过B端的电荷量相等,也就等于通过这段导体的电荷量。设导体中的恒定电场为匀强电场,自由电子的电荷量为e,它们定向移动的速率恒定且均相同。

①求每个自由电子在导体中做定向移动的平均阻力f

②结合电流的定义式I=,从恒定电场的电场力对自由电子做功的角度,证明电流通过这段金属导体做功的功率为P=UI

③结合电流的定义式I=,从恒定电场的电场力对自由电子做功的角度,证明电流通过这段金属导体在时间t内产生的焦耳热为Q=UIt

(3)如图2所示为简化的直流电动机模型,固定于水平面的两根平行金属导轨,处于竖直向下的匀强磁场中,在两导轨的左端通过开关连接一电源。一根导体棒MN放置在导轨上,导体棒与导轨间的阻力恒定且不为0。闭合开关S后,导体棒由静止开始运动,运动过程中切割磁感线产生动生电动势,该电动势总要削弱电源电动势的作用,我们把这个电动势称为反电动势E。若导体棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好,此“电动机模型”稳定运行时通过导体棒的电流为I。请证明此“电动机模型”稳定运行时的机械功率为P=IE

(4)如图3所示为简化的直流电动机模型,固定于水平面的两根平行金属导轨,处于竖直向下的匀强磁场中,在两导轨的左端通过开关连接一电源。一根导体棒MN放置在导轨上,导体棒用通过定滑轮的轻细线与重物相连。闭合开关S后,导体棒由静止开始运动,运动过程中切割磁感线产生动生电动势,该电动势总要削弱电源电动势的作用,我们把这个电动势称为反电动势E。若导体棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好,且一切摩擦均可忽略不计,此“电动机模型”稳定运行时通过导体棒的电流为I。请证明此“电动机模型”稳定运行时对重力做功的功率为P=IE

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