3.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)彈簧長度與彈簧原長的差值)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=
=mω
2r,其中r為物體做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑。
請同學(xué)們根據(jù)以上材料,分析以下問題:
近幾年我國航天事業(yè)飛速發(fā)展,宇航員在太空中處于完全失重狀態(tài),長期在這樣的環(huán)境中生活,對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,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量器簡易結(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。測量前彈簧剛好處于原長,導(dǎo)電滑片處于電阻絲R
1的最左端。當(dāng)把測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)U
v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10cm的電阻絲R
1總阻值為20Ω,其阻值與長度成正比。定值電阻R
2=10Ω,彈簧原長l
0=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)U
0;
(3)模擬重力與質(zhì)量的比值稱為g',請寫出g'與電壓表示數(shù)U
V的函數(shù)關(guān)系式。