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材料一:彈簧是我們生活中常見的物體,應(yīng)用在我們生產(chǎn)生活中很多領(lǐng)域,早在很多年前英國(guó)物理學(xué)家胡克就發(fā)現(xiàn)彈簧的形變量Δx(即受力時(shí)彈簧長(zhǎng)度與彈簧原長(zhǎng)的差值)與所受到的力F成正比,即F=kΔx(k為彈簧的勁度系數(shù),同一彈簧k值保持不變)。
材料二:圓周運(yùn)動(dòng)是我們生活中常見的運(yùn)動(dòng)形式,描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量有線速度v(單位m/s),角速度ω(單位rad/s),周期T(單位s),頻率f(單位Hz)等物理量,線速度的大小描述了做圓周運(yùn)動(dòng)的物體沿著圓弧運(yùn)動(dòng)的快慢,角速度的大小描述了物體與圓心連線掃過角度的快慢,線速度與角速度的關(guān)系為v=ωr,當(dāng)物體始終受到一個(gè)指向圓心的力,物體就會(huì)做圓周運(yùn)動(dòng),我們把它叫做向心力。做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體的向心力與線速度和角速度滿足以下關(guān)系式:F=
m
v
2
r
=mω2r,其中r為物體做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑。
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請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)以上材料,分析以下問題:
近幾年我國(guó)航天事業(yè)飛速發(fā)展,宇航員在太空中處于完全失重狀態(tài),長(zhǎng)期在這樣的環(huán)境中生活,對(duì)宇航員的身體健康會(huì)造成影響,所以某興趣小組設(shè)想讓宇航員的生活艙旋轉(zhuǎn)起來(lái),宇航員站在圓形生活艙邊緣處,頭部指向圓心,讓邊緣地板給宇航員提供向心力模擬重力。生活艙可看成半徑r=10m的圓形模型,如圖甲所示。宇航員生活艙中向心力測(cè)量器簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)如圖乙所示,剛性桿P上端固定一光滑水平橫桿,一輕彈簧左端連接在P桿上,右端連接質(zhì)量為0.4kg的絕緣物體A,其中間有小孔,可套在橫桿上自由滑動(dòng),下端固定一個(gè)導(dǎo)電滑片。測(cè)量前彈簧剛好處于原長(zhǎng),導(dǎo)電滑片處于電阻絲R1的最左端。當(dāng)把測(cè)量器放到生活艙中心處,讓P桿與生活艙的中軸線OO′重合,宇航員可根據(jù)電壓表的示數(shù)Uv確定此時(shí)模擬重力的大小。已知電源的電壓U恒為6V,不計(jì)電源內(nèi)阻,長(zhǎng)10cm的電阻絲R1總阻值為20Ω,其阻值與長(zhǎng)度成正比。定值電阻R2=10Ω,彈簧原長(zhǎng)l0=0.06m,勁度系數(shù)k=1N/m,地球表面g取10N/kg,求:
(1)生活艙以多大角速度旋轉(zhuǎn),宇航員的模擬重力與在地球表面的重力一樣大;
(2)第(1)問中電壓表的示數(shù)U0;
(3)模擬重力與質(zhì)量的比值稱為g',請(qǐng)寫出g'與電壓表示數(shù)UV的函數(shù)關(guān)系式。

【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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發(fā)布:2024/9/20 0:0:11組卷:151引用:3難度:0.1
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    發(fā)布:2024/10/10 7:0:2組卷:632引用:9難度:0.6
  • 2.這一次的深空探測(cè)即將告一段落,類地行星的勘測(cè)也圓滿成功。在飛船返航升空的那一瞬間,你仿佛看到人類在這個(gè)新家園安居樂業(yè)的繁榮景象。的確,當(dāng)我們掙脫太陽(yáng)引力的那個(gè)時(shí)刻,人類邁向的不僅是奧爾特云之外的廣袤星空,更是充滿無(wú)限可能與希望的美好未來(lái)。
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    (1)為節(jié)省燃料,飛船從某恒星系的類地行星A返回地球時(shí),使用了一種特別的動(dòng)力裝置。理論研究表明,光照在物體表面時(shí),若動(dòng)量為p的光子在單位時(shí)間內(nèi)被完全反射,就會(huì)給物體表面施加大小為2p的作用力,這個(gè)力被稱為光壓。如果對(duì)著恒星展開一個(gè)巨大的反光平面,就會(huì)因?yàn)槭艿捷^大的光壓而使飛船在一段時(shí)間后達(dá)到非常高的航行速度,這樣的動(dòng)力裝置被稱為光帆。假設(shè)飛船在脫離行星大氣后即展開光帆并正對(duì)恒星,圓形光帆直徑20km,能夠完全反射光子,恒星平均輻射功率為6×1026W且在空間各個(gè)方向的輻射強(qiáng)度相同。飛船到恒星的距離為2×108km,請(qǐng)估算該光帆受到的光壓大?。ㄒ阎虮砻娣eS=4πr2,r是球體的半徑;光子的能量E與動(dòng)量p的關(guān)系為:E=pc,其中c為真空中的光速,大小為3×108m/s)。
    (2)飛船的航速一般是相對(duì)其環(huán)繞的中心天體而言的。所以飛行過程中,每更換一次中心天體都需要重新確認(rèn)航速乘員甲在飛船內(nèi)對(duì)光速進(jìn)行了測(cè)量,結(jié)果發(fā)現(xiàn):在飛船內(nèi)測(cè)得的光速與在地球上的光速完全一致。也就是說,真空中的光速c是絕對(duì)的,以任何參照物來(lái)觀測(cè)光速,結(jié)果都是一樣的。由此甲想到了一個(gè)確認(rèn)飛船航速的辦法:飛船飛抵B行星附近時(shí),會(huì)從一座觀測(cè)站上空飛過。甲遙控啟動(dòng)觀測(cè)站的激光探測(cè)器,然后對(duì)著飛船的正下方發(fā)射一束激光脈沖,脈沖打在激光探測(cè)器頂部,然后反射回飛船被接收,整個(gè)過程如圖甲所示。探測(cè)站報(bào)告,整個(gè)反射過程所用時(shí)間為t,而甲在飛船上測(cè)得整個(gè)過程的時(shí)間為t'。由于B行星自轉(zhuǎn)速度遠(yuǎn)小于飛船速度,這個(gè)過程中可認(rèn)為觀測(cè)站靜止,飛船是勻速直線運(yùn)動(dòng)。請(qǐng)判斷t與t'的大小關(guān)系,并求出此時(shí)飛船的航速。
    (3)脫離A行星所在的恒星系統(tǒng)后,由于整個(gè)飛船及內(nèi)部的人員都幾乎不受任何引力作用,處于完全失重的漂浮狀態(tài),長(zhǎng)期處于這種狀態(tài)下對(duì)健康十分不利。因此每過一段時(shí)間,飛船就會(huì)打開發(fā)動(dòng)機(jī)加速,而飛船要帶著乘員一同加速,就需要給乘員施加支持力,乘員會(huì)因此產(chǎn)生類似于地面支撐的“重力感”。曾經(jīng)當(dāng)過飛行員的乘員乙發(fā)現(xiàn),當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉、飛船勻速直線行駛時(shí),自己的完全失重體驗(yàn)與在地球上進(jìn)行自由落體訓(xùn)練時(shí)的體驗(yàn)完全一致;而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)開啟,推動(dòng)飛船以與重力常數(shù)大小相等的加速度g加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),自己的體驗(yàn)與靜止在地球表面時(shí)也完全一致,如圖乙所示。由此他進(jìn)一步思考:在引力場(chǎng)中受到引力是質(zhì)量的特點(diǎn),在加速運(yùn)動(dòng)時(shí)維持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也是質(zhì)量的特點(diǎn),但從在飛船上的體驗(yàn)來(lái)看,“由引力體現(xiàn)的質(zhì)量”和“由慣性體現(xiàn)的質(zhì)量”應(yīng)當(dāng)是完全等效的。正因?yàn)檫@個(gè)特性,任何質(zhì)量的物體,如果僅受引力作用,只要有相同的運(yùn)動(dòng)初態(tài),其之后的運(yùn)動(dòng)發(fā)展必然完全一樣。乙認(rèn)為,引力的這種無(wú)視物體質(zhì)量,而能統(tǒng)一物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì),可能彰顯著其深刻的本質(zhì):引力場(chǎng)是一個(gè)時(shí)空幾何場(chǎng)。為了驗(yàn)證自己的想法,乙設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn),請(qǐng)選出對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:
    當(dāng)飛船發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí),從O點(diǎn)水平向右發(fā)射一束激光脈沖,如圖甲所示,則脈沖會(huì)打在飛船側(cè)壁的
    (選填“A點(diǎn)”、“A點(diǎn)以上”或“A點(diǎn)以下”);當(dāng)飛船發(fā)動(dòng)機(jī)開啟時(shí),從O點(diǎn)水平向右發(fā)射一束激光脈沖,如圖中所示,則脈沖會(huì)打在飛船側(cè)壁的
    (選填“A點(diǎn)”、“A點(diǎn)以上”或“A點(diǎn)以下”);乙由此認(rèn)為,如果在地球表面上靜止地放置一個(gè)箱體,從O點(diǎn)水平向右發(fā)射一束激光脈沖,如圖丙所示,則脈沖應(yīng)當(dāng)打在箱體側(cè)壁的
    (選填“A點(diǎn)”、“A點(diǎn)以上”或“A點(diǎn)以下”),理由是

    發(fā)布:2024/10/4 1:0:1組卷:28引用:1難度:0.1
  • 菁優(yōu)網(wǎng)3.本屆冬奧會(huì)上,各國(guó)運(yùn)動(dòng)員能夠在中國(guó)的雪場(chǎng)大顯身手,離不開工作人員對(duì)場(chǎng)地的精心維護(hù),
    (1)雪花晶體本質(zhì)是冰,應(yīng)是無(wú)色透明的,為什么雪地呈現(xiàn)白色?
    (2)雪場(chǎng)有時(shí)需要用到自卸車。運(yùn)輸前測(cè)試液壓系統(tǒng)時(shí),液壓桿將貨廂緩慢升起形成斜面,貨廂內(nèi)殘留有磚塊。請(qǐng)作出磚在貨廂斜面上靜止時(shí)的受力示意圖。隨著斜面傾角的增大,磚受到的靜摩擦力
    ,支持力
    (兩空內(nèi)填“逐漸變大“逐漸變小”或“保持不變”),已知兩接觸面存在大小為FN的壓力時(shí),其最大靜摩擦力與壓力FN成正比,比例系數(shù)稱為最大靜摩擦因數(shù)k,大小與接觸面的情況有關(guān)。若磚與貨廂底之間的最大靜摩擦因數(shù)k=0.75,當(dāng)貨廂底傾角達(dá)到
    度時(shí),磚將開始下滑。(提示:已知非平行的三力平衡時(shí),物體所受的力一定可以通過平移組成一個(gè)封閉的三角形)
    (3)滿載的自卸車將比賽用雪運(yùn)抵賽場(chǎng),傾倒在水平地面上。若自卸車貨廂的容積為12.8m3,傾倒的雪自然堆成一個(gè)圓錐體,雪花之間的最大靜摩擦因數(shù)k=0.2,該雪堆的占地面積多大?(需寫出計(jì)算過程)
    (4)由于某段賽道位置特殊,運(yùn)輸機(jī)械無(wú)法通行,需人工將8t人造雪從堆放處搬運(yùn)到180m外的賽道上。若工人的負(fù)重G(單位:103N)與移動(dòng)速度v(單位:m/s)之間的關(guān)系為:v=
    4
    9
    G
    2
    +
    2
    ,0≤G≤1,工人單次負(fù)重多少千克才能在最短時(shí)間內(nèi)完成運(yùn)送任務(wù)?(需寫出計(jì)算過程,不計(jì)裝填時(shí)間和包裝袋的質(zhì)量)

    發(fā)布:2024/11/3 8:0:2組卷:44引用:1難度:0.1
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