- 机械与传动装置
- 共256题
在如图所示的圆锥摆中,已知绳子长度为L ,绳子转动过程中与竖直方向的夹角为θ ,试求小球做圆周运动的周期。
正确答案
解:受力分析有:
则有:
某同学想利用DIS测电风扇的转速和叶片长度,他设计的实验装置如图所示。他先在某一叶片边缘粘上一小条弧长为△l的反光材料,当该叶片转到某一位置时,用光传感器接收反光材料反射的激光束,并在计算机屏幕上显示出矩形波,如图所示,屏幕横向每大格表示的时间为5.00×10-2s。则矩形波的“宽度”所表示的物理意义是___________________;电风扇的转速为______转/s;若△l为10cm,则叶片长度为________m。
正确答案
每个周期激光照射到反光材料的时间;7.14;0.22
质点以的速率作匀速圆周运动,每经历3s其运动方向就改变30°,则该质点运动的周期为_____________s,加速度大小为_____________m/s2。
正确答案
36,0.5
氢原子中电子绕核做匀速圆周运动,当电子运动轨道半径增大时,电子的电势能_____________,电子的动能_____________,运动周期_____________。(填增大、减小、不变)
正确答案
增大,减小,增大
质点作匀速圆周运动,半径为R,转速为n(R、n的单位均为国际单位),则质点的周期T=____________,角速度ω=____________,线速度v=____________,向心加速度=____________。
正确答案
;
;
;
A、B、C三个质点各自做匀速圆周运动。它们的运动半径之比是RA:RB:RC=1:2:1,、两点线速度大小之比为VA:VB=2:3,B、C两点的角速度大小之比为ω:ω=1:3.求:
(1)A、B、C三点运动的周期之比TA:TB:TC;
(2)A、B、C三点运动的向心加速度大小之比aA:aB:aC。
正确答案
(1)9:12:4
(2)16:18:81
如图所示,小球Q在竖直平面内做匀速圆周运动,当Q球转到图示位置时,有另一小球P在距圆周最高点为h处开始自由下落,要使两球在圆周的最高点相碰,则Q球的角速度满足什么条件?
正确答案
解:小球P运动的时间为t,则有:
即:
Q运动到最高点的可能时间为:
由于,解得角速度:
(n=0,1,2,3…)。
A、B两质点分别做匀速圆周运动,若在相等时间内它们通过的弧长之比为SA:SB=2:3,而通过的圆心角之比为φA:φB=3:2,则它们的周期之比TA:TB=_____,向心加速度之比aA:aB=_____ 。
正确答案
2:3; 1:1
A、B两质点分别做匀速圆周运动,若在相同时间内,它们通过的弧长之比sa:sb=2:3,而转过的角度之比φa:φ
b=3:2,则它们的周期之比Ta:Tb= ,线速度之比va:vb=________.
正确答案
2∶3;2∶3
如图所示,滑块质量为m,与水平地面间的动摩擦因数为0.1,它以的初速度由A点开始向B点滑行,AB=5R,并滑上光滑的半径为R的四分之一圆弧BC,在C点正上方有一旋转平台,沿平台直径方向开有两个离轴心距离相等的小孔P、Q,旋转时两孔均能达到C点的正上方。 求:
(1)滑块运动到B点做圆周运动时,对轨道的压力为多大?
(2)若滑块滑过C点后通过P孔,又恰能从Q孔落下,滑块通过P孔时的速度为,则平台转动的角速度ω应满足什么条件?
正确答案
解:(1)设滑块至B点时速度为vB,对滑块由A点到B点由运动学公式①
运动到B点做圆周运动,由牛顿第二定律有:②
由牛顿第三定律得,物体对轨道的压力:③
联立①②③三式解得
(2)滑块穿过P孔后做竖直上抛运动再回到平台的时间:④
转盘转动的时间:(n=0、1、2、3……)⑤
当物体从Q孔落下时有:⑥
联立④⑤⑥三式解得(n=0、1、2、3……)
如图所示的圆锥摆,绳长为l,绳子一端固定,另一端系一质量为m的质点,在水平面内绕O点作匀速圆周运动,绳子与铅直线的夹角为θ。在质点旋转的过程中,试求:
(1)质点做匀速圆周运动的向心力大小;
(2)质点做匀速圆周运动的周期。
正确答案
解:(1)分析受力如图,合力指向圆心O点
,即为向心力大小
(2)由牛顿第二定律知
求得匀速圆周运动的周期
我国“神舟六号”宇宙飞船已经发射成功,当时在飞船控制中心的大屏幕上出现的一幅卫星运行轨迹图,如图所示,它记录了“神舟六号”飞船在地球表面垂直投影的位置变化:图中表示在一段时间内飞船绕地球圆周飞行四圈,依次飞经中国和太平洋地区的四次轨迹①、②、③、④,图中分别标出了各地点的经纬度(如:在轨迹①通过赤道时的经度为西经156°,绕行一圈后轨迹②再次经过赤道时经度为180°……),若已知地球半径为R,地球表面处的重力加速度g,地球自转周期为24 h,根据图中的信息:
(1)如果飞船运行周期用T表示,试写出飞船离地面高度的表达式;
(2)飞船运行一周,地球转过的角度是多少;
(3)求飞船运行的周期。
正确答案
解:(1)由万有引力提供向心力,即
在地球表面处mg=GMm/R2
可求得飞船离地面的高度
(2)飞船每运行一周,地球自转角度为180°-156°=24°
(3)飞船运行的周期
如图所示,是飞船控制中心的大屏幕上出现的一幅卫星运行轨迹图,它记录了“神舟”七号飞船在地球表面垂直投影的位置变化。图中表示在一段时间内飞船绕地球沿圆周匀速飞行了四圈,①、②、③、④为依次飞经中国和太平洋地区的四条轨迹,图中分别标出了各地的经纬度(如:轨迹①通过赤道时的经度为西经157.5°,绕行一圈后轨迹②再次经过赤道时的经度为180°……)。
(1)为什么①、②、③、④四条轨迹在赤道上的投影点都偏西?
(2)根据图示的信息,可以计算出飞船的周期约为多少分钟?“神舟”七号搭载的宇航员在24h内可以看到的日落日出次数为多少?
(3)若某时刻飞船飞经赤道上空时,在其正上方恰好有一颗地球同步卫星,试分析飞船能否再次处于该同步卫星的正下方?如果能,至少需要多长时间?
(4)飞船运行轨道与地球同步卫星轨道的半径之比是多少?(可以保留根号)
正确答案
解:(1)从图示看,飞船是由发射场升空向东南方向运动,其轨道平面与赤道平面有一定的夹角。在飞船运动的每个周期内,由于地球自转(自西向东转),所以飞船轨迹在赤道上的投影点会向西移动。
(2)飞船飞行一周,地球自转22.5°,故飞行周期为h=1.5h
飞船绕行到地球向阳的区域,阳光能照射到它时为白昼,当飞到地球背阳的区域,阳光被地球挡住时就是黑夜。宇航员在24 h内看到日出日落次数应为n=24/1.5=16
(3)同步卫星24h转一周且相对地面是静止的,而飞船的运行周期为1.5h,其经24h运行16个周期后恰好经过赤道上的同一点,故飞船仍能再次处于该同步卫星的正下方
(4)设飞船运行周期为T1,轨道半径为r1,同步卫星运行周期为T2,轨道半径为r2,对飞船及同步卫星分别有
解得
将T1=1.5 h,T2=24 h,代入上式得
如图所示,A、B为两块平行金属板,A板带正电、B板带负电。两板之间存在着匀强电场,两板间距为d、电势差为U,在B板上开有两个间距为L的小孔。C、D为两块同心半圆形金属板,圆心都在贴近B板的O'处,C带正电、D带负电。两板间的距离很近,两板末端的中心线正对着B板上的小孔,两板间的电场强度可认为大小处处相等,方向都指向O'。半圆形金属板两端与B板的间隙可忽略不计。现从正对B板小孔紧靠A板的O处由静止释放一个质量为m、电量为q的带正电微粒(微粒的重力不计),问:
(1)微粒穿过B板小孔时的速度多大?
(2)为了使微粒能在CD板间运动而不碰板,CD板间的电场强度大小应满足什么条件?
(3)从释放微粒开始,经过多长时间微粒通过半圆形金属板间的最低点P点?
正确答案
解:(1)设微粒穿过B板小孔时的速度为v,根据动能定理,有①
解得
(2)微粒进入半圆形金属板后,电场力提供向心力,有 ②,
联立①、②,得
(3)微粒从释放开始经t1射出B板的小孔,则③
设微粒在半圆形金属板间运动经过t2第一次到达最低点P点,则④
所以从释放微粒开始,经过微粒第一次到达P点;根据运动的对称性,易知再经过
微粒再一次经过P点;所以经过时间
,微粒经过P点。
1995年,美国费米国家实验室CDF和DO实验组在质子、反质子对撞机TEVATRON的实验中,观察到了顶夸克,测得它的静止质量m1=1. 75×1011eV/c2=3.1×10-25kg,寿命a=0.4×10-24s.这是近十几年来粒子物理研究最重要的实验进展之一.
(1)在电场相互作用中,相距为r的电量为Q1、Q2的两点电,式中k1为静电力常量,而在强相互作用中,正、反顶夸克之间的强相互作用势能可写为
,式中r是正、反顶夸克之间的距离,as=0.12,是强相互作用耦合系数,k2是与单位制有关的常数,在国际单位制中k2=0.319×10-25J.m.为估算正、反顶夸克能否构成一个处在束缚态的系统,可把束缚态设想为正、反顶夸克在彼此之间的吸引力作用下绕它们连线的中点做匀速圆周运动.如能构成束缚态,试用玻尔理论确定系统处于基态时正、反顶夸克之间的距离r0.已知处于束缚态的正、反顶夸克粒子满足量子化条件,即
式中
为一个粒子的动量mv与其轨道半径
的乘积,n为量子数,h =6.63×10-34J.s为普朗克常量.
(2)试求正、反顶夸克在上述设想的基态中做匀速圆周运动的周期T,你认为正、反顶夸克的这种束缚态能存在吗?
正确答案
解: (1)由题给信息并结合库仑定律可知,
相距为r的电量为Q1、Q2的两点电荷之间的库仑力F0与电势能UQ公式为
,
①
现在已知正、反顶夸克之间的强相互作用势能可写为
根据直接类比可知,正、反顶夸克之间的强相互作用力为
②
设正、反顸夸克绕它们连线的中点做匀速圆周运动的速率为v ,因两者相距r0 ,
两者所受的向心力均为F( r0) ,两者的运动方程均为
③
由题给的量子化条件,粒子处于基态时,取量子数n=1 ,
可得④由③④可解得
⑤
代入数据得r0=1.4×10-17m .
(2) 由③④式可得
由v和r0可算出正、反顶夸克在上述设想的基态中做匀速圆周运动的周期T为
代入数据得T=1.8×10-24s .
由此可知,a/T=0.22 ,
即正、反顶夸克的寿命只有它们组成的束缚态系统的周期的1/5 左右,
故正、反顶夸克的束缚态系统通常是不存在的.
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