Question

【题目】这是一个研究圆周运动向心力的实验设计:在一个透明玻璃做成的圆台面上均匀贴了数条反光度很高的狭窄铝箔纸条,在圆盘上方某处安装了一个光传感器,它具有发射红外光线,同时可接收反射光的功能。台面上有一条光滑的凹槽,凹槽的尽头,靠近台壁处安装了一个力传感器(可以感知力的大小),力传感器前放置一个小球。圆盘转动时,光传感器发出的光线在铝箔处反射为光传感器接收,在没有铝箔处将透射过去,小球压迫在力传感器上,获得传感器给球的弹力,这个力充当小球做圆周运动的向心力,力的大小通过传感器可以测量,当光传感器和力传感器通过数据采集系统与电脑连接后,电脑显示屏可显示出光接收波形图(如图)和力的测量数值F0。现已知光传感器在圆台面上的光点距转轴距离为r,小球的质量为m,球心与转轴相距为R,铝箔宽度为d,电脑显示出铝箔条反射光的最短时间为t1。

(1)用上述条件可以求出小球所需要的向心力 F=____,并与F0比较,从而验证公式 F=。

(2)这一设计对转台做非匀速圆周运动的情况是否适用?简要说明理由。

Answer 1

【答案】(1)m；(2)适用，因为牛顿第二定律具有瞬时性,只要取对应瞬时值即可比较。

【解析】(1)光传感器所在位置的线速度为，所以转盘转动的角速度ω=，小球做圆周运动所需向心力F=mω2R=m()2R。

(2)适用；因为牛顿第二定律具有瞬时性,只要取对应瞬时值即可比较。