Question

【題目】這是一個(gè)研究圓周運(yùn)動(dòng)向心力的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):在一個(gè)透明玻璃做成的圓臺(tái)面上均勻貼了數(shù)條反光度很高的狹窄鋁箔紙條,在圓盤上方某處安裝了一個(gè)光傳感器,它具有發(fā)射紅外光線,同時(shí)可接收反射光的功能。臺(tái)面上有一條光滑的凹槽,凹槽的盡頭,靠近臺(tái)壁處安裝了一個(gè)力傳感器(可以感知力的大小),力傳感器前放置一個(gè)小球。圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),光傳感器發(fā)出的光線在鋁箔處反射為光傳感器接收,在沒有鋁箔處將透射過去,小球壓迫在力傳感器上,獲得傳感器給球的彈力,這個(gè)力充當(dāng)小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,力的大小通過傳感器可以測量,當(dāng)光傳感器和力傳感器通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與電腦連接后,電腦顯示屏可顯示出光接收波形圖(如圖)和力的測量數(shù)值F0�，F(xiàn)已知光傳感器在圓臺(tái)面上的光點(diǎn)距轉(zhuǎn)軸距離為r,小球的質(zhì)量為m,球心與轉(zhuǎn)軸相距為R,鋁箔寬度為d,電腦顯示出鋁箔條反射光的最短時(shí)間為t1。

(1)用上述條件可以求出小球所需要的向心力 F=____,并與F0比較,從而驗(yàn)證公式 F=。

(2)這一設(shè)計(jì)對轉(zhuǎn)臺(tái)做非勻速圓周運(yùn)動(dòng)的情況是否適用?簡要說明理由。

Answer 1

【答案】(1)m；(2)適用，因?yàn)榕ｎD第二定律具有瞬時(shí)性,只要取對應(yīng)瞬時(shí)值即可比較。

【解析】(1)光傳感器所在位置的線速度為，所以轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω=，小球做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力F=mω2R=m()2R。

(2)適用；因?yàn)榕ｎD第二定律具有瞬時(shí)性,只要取對應(yīng)瞬時(shí)值即可比較。