水平圆盘上紧贴边缘放置一密度均匀的小圆柱体,如图(a)所示…——2024 高考物理第 14 题答案解析

2024_省自主命题(海南)

2024 海南 第 14 题 解答题 区分题
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14. 水平圆盘上紧贴边缘放置一密度均匀的小圆柱体,如图(a)所示,图(b)为俯视图,测得圆盘直径$D = 4 2 . 0 2 \mathrm { { c m } }$ ,圆柱体质量 $m = 3 0 . 0 \mathrm { g }$ ,圆盘绕过盘心 $O _ { 1 }$ 的竖直轴匀速转动,转动时小圆柱体相对圆盘静止。


为了研究小圆柱体做匀速圆周运动时所需要的向心力情况,某同学设计了如下实验步骤:

①用秒表测圆盘转动10 周所用的时间 $t = 6 2 . 8 \mathrm { s }$ ,则圆盘转动的角速度 ω = \_\_\_\_\_rad/s(π 取 3.14)

②用游标卡尺测量小圆柱体不同位置的直径,某次测量的示数如图(c)所示,该读数 d = \_\_\_\_\_mm,多次测量后,得到平均值恰好与d相等。

③写出小圆柱体所需向心力表达式F = \_\_\_\_\_(用D、m、ω、d表示),其大小为\_\_\_\_\_N(保留2位有效数字)

参考答案

(1) 1; (2) 16.2; (3) ①. $\frac { m \omega ^ { 2 } \cdot ( D - d ) } { 2 }$ ②. $6 . 1 \times 1 0 ^ { - 3 }$

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【答案】(1)1 (2)16.2

(3) ①. $\frac { m \omega ^ { 2 } \cdot ( D - d ) } { 2 }$ ②. $6 . 1 \times 1 0 ^ { - 3 }$

【解析】

【小问 1 详解】

圆盘转动10周所用的时间t = 62.8s,则圆盘转动的周期为

$$ T = \frac {6 2 . 8}{1 0} \mathrm{s} $$

根据角速度与周期的关系有

$$ \omega = \frac {2 \pi}{T} = 1 \mathrm{rad/s} $$

【小问 2 详解】

根据游标卡尺的读数规则有

$$ 1. 6 \mathrm{cm} + 2 \times 0. 1 \mathrm{mm} = 1 6. 2 \mathrm{mm} $$

【小问3详解】

[1]小圆柱体做圆周运动的半径为

$$ r = \frac {D - d}{2} $$

则小圆柱体所需向心力表达式

$$ F = \frac {m \omega^ {2} \cdot (D - d)}{2} $$

[2]带入数据有

$$ F = 6. 1 \times 1 0 ^ {- 3} \mathrm{N} $$

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