[物理——选修 3-3]
在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强, 两压强差 Δ p 与气泡半径
r 之间的关系为 Δ p = 2 σ r , 其中 σ = 0 . 070 N / m 。现让水下 10 m 处一半径为 0 . 50 cm 的气泡缓慢上升,已知大气压强 p 0 = 1 . 0 × 10 5 Pa , 水的密度 ρ = 1 . 0 × 10 3 kg / m 3 , 重力加速度大小 g = 10 m / s 2 。
(i) 求在水下 10 m 处气泡内外的压强差;
(ii)忽略水温随水深的变化, 在气泡上升到十分接近水面时, 求气泡的半径与其原来半径之 比的近似值。
图所示为一种摆式摩擦因数测量仪,可测量轮胎与地面间动摩擦因数,基主要部件有:底部固定有轮胎橡胶片的摆锤和连接摆锤的轻质细杆。摆锤的质量为 m ,细杆可绕轴 O 在竖直平面内自由转动,摆锤重心到 O 点距离为 L 。测量时,测量仪固定于水平地面,将摆锤从与 O 等高的位置处静止释放。摆锤到最低点附近时,橡胶片紧压地面擦过一小段距离 s(s<L) ,之后继续摆至与竖直方向成 θ 角的最高位置。若摆锤对地面的压力可视为大小为 F 的恒力,重力加速度为 g ,求
(1)摆锤在上述过程中损失的机械能;
(2)在上述过程中摩擦力对摆锤所做的功;
(3)橡胶片与地面之间的动摩擦因数。
为了提高自行车夜间行驶的安全性,小明同学设计了一种"闪烁"装置,如图所示,自行车后轮由半径 r 1 =5.0╳10 - 2 m 的金属内圈、半径 r 2 =0.40m 的金属内圈和绝缘辐条构成。后轮的内、外圈之间等间隔地接有4根金属条,每根金属条的中间均串联有一电阻值为R的小灯泡。在支架上装有磁铁,形成了磁感应强度 B=0.10T 、方向垂直纸面向外的"扇形"匀强磁场,其内半径为 r 1 、外半径为 r 2 、张角 θ=π/6 。后轮以角速度ω="2π" rad/s相对于转轴转动。若不计其它电阻,忽略磁场的边缘效应。
(1)当金属条 ab 进入"扇形" 磁场时,求感应电动势 E ,并指出 ab 上的电流方向;
(2)当金属条 ab 进入"扇形" 磁场时,画出"闪烁"装置的电路图;
(3)从金属条 ab 进入"扇形" 磁场开始,经计算画出轮子转一圈过程中,内圈与外圈之间电势差 U a b -t 图象;
(4)若选择的是" 1.5V、0.3A "的小灯泡,该"闪烁"装置能否正常工作?有同学提出,通过改变磁感应强度 B 、后轮外圈半径 r 2 、角速度 ω 和张角 θ 等物理量的大小,优化前同学的设计方案,请给出你的评价。
在学习了"实验:探究碰撞中的不变量"的实验后,得出了动量守恒定律,反过来我们可以利用该实验中的有关方案来验证动量守恒定律。下面是某实验小组选用水平气垫导轨、光电门的测量装置来研究两个滑块碰撞过程中系统动量的变化情况。实验仪器如图所示。 实验过程: (1)调节气垫导轨水平,并使光电计时器系统正常工作 。 (2)在滑块1上装上挡光片并测出其长度L。 (3)在滑块2的碰撞端面粘上橡皮泥(或双面胶纸)。 (4)用天平测出滑块1和滑块2的质量m 1、m 2。 (5)把滑块1和滑块2放在气垫导轨上,让滑块2处于静止状态( =0),用滑块1以初速度 与之碰撞(这时光电计时器系统自动计算时间),撞后两者粘在一起,分别记下滑块1的挡光片碰前通过光电门的遮光时间 和碰后通过光电门的遮光时间 。 (6)先根据以上所测数据计算滑块1碰撞前的速度,其表达式为 = ,及碰后两者的共同速度,其表达式为 = ;再计算两滑块碰撞前后的动量,并比较两滑块碰撞前后的动量的矢量和。 根据实验数据完成表格内容:(表中计算结果保留三位有效数字) m 1="0.324kg" m 2="0.181kg" L=1.00×10 -3m
(7)若要证明上述碰撞是非弹性碰撞,那么还应满足的表达式为 (用上面所测物理量的符号即m 1、m 2、 、 、L表示)。
探究:发声的桌面也在振动? 提出问题: 敲桌子时,我们能听到声音,但肉眼却看不见桌子在振动。桌子是否在振动呢?有什么方法证明桌子在发声的同时也在振动呢? 实验设计: 如图2-1所示,在桌子上固定一小块平面镜,让太阳光(或手电筒光、玩具激光发出的激光)照射在平面镜上经平面镜反射后,在墙上出现一个小光斑。 轻轻地敲击桌面,观察墙面上小光斑的位置有什么变化? 用力敲击桌面,观察小光斑位置的变化。 收集证据: 桌面发声时,你发现墙壁上小光斑,这说明。 交流合作: 你认为还有哪些方法可以证明桌子发声时在振动?说说你的办法,试着做一做。
用回声可以帮助船只测量水深,因此在海洋和江河的考察船上都装有声呐。如果声音在水中的传播速度为1500m/s,在考察时发出声音0.8s后接收到了回声,这里的水深为多少?