题目内容

3.一个喷漆桶能够向外喷射不同速度的油漆雾滴,某同学决定测量雾滴的喷射速度,他采用如图1所示的装置,一个直径为d=40cm的纸带环,安放在一个可以按照不同转速转动的固定转台上,纸带环上刻有一条狭缝A,在狭缝A的正对面画一条标志线,如图1所示.在转台开始转动达到稳定转速时,向侧面同样开有狭缝B的纸盒中喷射油漆雾滴,当狭缝A转至与狭缝B正对平行时,雾滴便通过狭缝A在纸带的内侧面留下痕迹.将纸带从转台上取下来,展开平放,并与毫米刻度尺对齐,如图2所示.

请你帮该同学完成下列任务:
(1)设喷射到纸带上的油漆雾滴痕迹到标志线的距离为S,则从图2可知,其中速度最大的雾滴到标志线的距离S1=2.10cm;速度最小的雾滴到标志线的距离S2=2.90cm.
(2)如果转台转动的周期为T,则这些雾滴喷射速度范围的计算表达式为v0=$\frac{π{d}^{2}}{Ts}$(用字母表示)
(3)如果以纵坐标表示雾滴速度v0、横坐标表示雾滴距标志线距离的倒数$\frac{1}{S}$,画出v0-$\frac{1}{S}$图线,如图3所示,则可知转台转动的周期为T=1.6s.

分析 (1)雾滴运动的路程一定,速度越大,运行的时间越短,此时转台转过的弧度越小,打在纸带上的点距离标志线的距离越小,根据图2即可读出结果;
(2)根据t=$\frac{s}{v}$=$\frac{sT}{πd}$ 求出雾滴运动的时间,再根据v=$\frac{d}{t}$求出喷枪喷出雾滴的速度;
(3)根据公式V0=$\frac{π{d}^{2}}{Ts}$,进行变形,从而推导出图象的斜率,即可求解.

解答 解:(1)雾滴运动的路程一定,速度越大,运行的时间越短,此时转台转过的弧度越小,打在纸带上的点距离标志线的距离越小.
所以其中速度最大的雾滴到标志线的距离S1=2.10cm;速度最小的雾滴到标志线的距离S2=2.90cm;
(2)如果转台转动的周期为T,则雾滴运动的时间为t=$\frac{s}{v}$=$\frac{sT}{πd}$,所以喷枪喷出雾滴的速度V0=$\frac{d}{t}$=$\frac{π{d}^{2}}{Ts}$;
(3)根据(2)中可知:V0=$\frac{π{d}^{2}}{Ts}$=$\frac{π{d}^{2}}{T}$•$\frac{1}{s}$
所以V0-$\frac{1}{s}$ 图象中斜率k=$\frac{π{d}^{2}}{T}$
由图得:$\frac{π{d}^{2}}{T}$=$\frac{0.7π}{7}$
解得:T=1.6s
故答案为:(1)2.10,2.90;(2)$\frac{π{d}^{2}}{Ts}$;(3)1.6.

点评 解决本题的关键知道雾滴运动的路程一定,速度越大,运行的时间越短,此时转台转过的弧度越小,打在纸带上的点距离标志线的距离越小.
会根据t=$\frac{s}{v}$=$\frac{sT}{πd}$,求出雾滴运动的时间,再根据v=$\frac{d}{t}$求出喷枪喷出雾滴的速度.

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