高三物理圆周运动实验题和相关例题
【例题】
一个质量为m的小球,在竖直平面内的圆形轨道的内侧运动。如果它经过轨道最高点而不脱离轨道,其最小的速度为v_{1}。已知轨道半径为R,则当小球以速度v_{2}通过最低点时,求:
(1)小球对轨道的压力;
(2)小球在最低点与最高点动能之差。
【分析】
(1)小球在最高点恰好不脱离轨道,则有:mg = m frac{v_{1}^{2}}{R}
解得:v_{1} = sqrt{gR}
根据向心力公式有:mg + F_{压} = m frac{v_{2}^{2}}{R}
解得:F_{压} = m frac{v_{2}^{2} - v_{1}^{2}}{R} = m frac{v_{2}^{2} - sqrt{gR}}{R}
(2)小球在最高点的动能为:E_{k1} = frac{1}{2}mv_{1}^{2} = frac{mgR}{2}
小球在最低点的动能为:E_{k2} = frac{1}{2}mv_{2}^{2} - mg cdot 2R = frac{1}{2}mv_{2}^{2} - 3mgR
所以动能之差为:ΔE_{k} = E_{k2} - E_{k1} = frac{mv_{2}^{2}}{2} - frac{5mgR}{2}
【答案】
(1)小球对轨道的压力为m frac{v_{2}^{2} - v_{1}^{2}}{R} = m frac{v_{2}^{2} - (sqrt{gR})^{2}}{R} = m frac{v_{2}^{2} - 3gR}{R};方向竖直向下;
(2)小球在最低点与最高点动能之差为frac{mv_{2}^{2}}{2} - frac{5mgR}{2}。
【实验题】
实验题通常会考察圆周运动的实验,例如离心泵、离心机、汽车转弯、火车转弯等。这些实验通常需要考察以下几个问题:
(1)实验原理是什么?如何根据原理设计实验?
(2)实验中需要使用哪些器材?如何使用这些器材?
(3)实验过程中需要注意哪些问题?如何避免实验误差?
(4)实验结果如何?如何根据实验结果得出结论?
总之,圆周运动的实验题需要考生对圆周运动的基本概念和规律有深入的理解,同时还需要具备一定的实验设计和操作能力。考生需要认真审题,仔细分析题目中的信息,并尝试从多个角度思考问题,才能得到正确的答案。
高三物理圆周运动实验题
一质点在某段时间内做圆周运动,其轨迹为一闭合曲线,则在这段时间内
A. 一定有外力对质点做功
B. 一定有重力之外的其他力对质点做功
C. 可能是匀速圆周运动,也可能是变速圆周运动
相关例题
【分析】
本题考查圆周运动的相关知识,解题的关键是理解圆周运动的运动特点,难度不大。
【解答】
一质点在某段时间内做圆周运动,其轨迹为一闭合曲线,说明质点一直沿某一方向运动,则在这段时间内一定有外力对质点做功,但不一定有重力之外的其他力对质点做功,可能是匀速圆周运动,也可能是变速圆周运动。故A正确,BCD错误。
故选A。
高三物理圆周运动实验题和相关例题常见问题包括:
1. 绳牵引小球在竖直平面内做匀速圆周运动,小球受几个力?为什么?
2. 为什么圆周运动中的物体在最高点和最低点时受到的支持力与重力大小不相等?
3. 为什么圆周运动中线或杆对小球的作用力随小球的运动状态不同而不同?
4. 为什么圆周运动中小球的向心加速度方向总是指向圆心?
5. 为什么圆周运动中向心力只能由其他力来提供,而不能由物体的重力或弹力提供?
6. 为什么圆周运动中线或杆对小球的作用力可以是拉力也可以是支持力,而不能是重力或弹力?
7. 如何测量绳的拉力?
8. 如何测量圆周运动的向心力大小?
9. 如何判断小球在竖直平面内做圆周运动的机械能是否守恒?
以下是一份例题:
某同学在做“研究竖直平面内的圆周运动”实验时,用细绳系住小球,在竖直平面内作圆周运动。实验中,小球受到重力$G$、绳的拉力$T$和球面对小球的支持力$N$作用。已知小球的质量为$m$,重力加速度为$g$。
(1)小球在最低点时,绳对小球的拉力大小为多少?
(2)小球在最高点时,绳对小球的拉力大小与在最低点时相比有何变化?为什么?
参考答案:
(1)小球在最低点时,绳对小球的拉力大小等于小球的重力与支持力的合力,即$T = mg + N$。
(2)在最高点时,绳对小球的拉力大小与在最低点时相比变小。因为小球在最高点时的向心力主要来自绳的拉力,而重力与向心力的合力小于在最低点时的合力。因此,绳对小球的拉力变小。
以上就是一些高三物理圆周运动实验题和相关例题常见问题及答案,这些问题可以帮助你更好地理解圆周运动的相关知识。