【題目】有人把圖1所示的玩具稱為磁陀螺,它能展示磁懸浮的現(xiàn)象。梭形陀螺左端為一尖端,頂在左邊豎直的玻璃板上,放手后,整個(gè)梭形陀螺就能懸浮著。如果用外力讓梭形陀螺轉(zhuǎn)動(dòng)起來,由于受阻力很小,它可以轉(zhuǎn)動(dòng)(略有些顫動(dòng))很長時(shí)間。

這個(gè)磁陀螺的構(gòu)造如圖2、圖3、圖4所示;圖3是陀螺的剖面照片;圖4是底座反面的照片。圖2中的AB是兩個(gè)磁環(huán),底座的C、D、E、F處兩兩成120°角,臥著四塊與磁環(huán)等寬的短條形磁鐵, G是玻璃板,固定在底座的小槽中。

根據(jù)上述的構(gòu)造,請(qǐng)你解釋磁陀螺懸浮的道理(分析梭形陀螺懸浮時(shí)的受力情況,說明能達(dá)到平衡,并且平衡是穩(wěn)定的)。

【答案】見解析

【解析】

建坐標(biāo)系如圖答1所示,從三個(gè)坐標(biāo)維度來解釋。(以下X、Y、Z 3個(gè)方向上的分析各6分。對(duì)Y、Z方向,不僅要分析哪幾個(gè)力平衡,而且要說明平衡是穩(wěn)定的。)

圖答-1 圖答-2

x軸方向情況如圖答2所示。制作時(shí),特地讓陀螺上磁環(huán)的N、S極,不是正好與底座上的短條形磁鐵的N、S極相對(duì),而是稍微偏向玻璃板一側(cè),這樣,它受底座中短條形磁鐵的排斥力,不是豎直向上,而是偏向玻璃板一側(cè),使得陀螺的針端對(duì)玻璃有壓力,

玻璃對(duì)陀螺有個(gè)反作用力R,陀螺上的磁環(huán)受力情況如圖答2所示。由于玻璃對(duì)陀螺的反作用力屬于彈力,能自動(dòng)調(diào)節(jié)大小,所以能保持沿x軸方向的平衡。

Y軸情況如圖答3所示,其中左圖表示陀螺的磁環(huán)受重力與兩個(gè)磁斥力的作用而平衡的情況。中圖和右圖表示由于某種原因,使磁環(huán)稍微偏離平衡位置。

以偏右為例,右邊磁鐵的斥力增大而左邊磁鐵的斥力減小,合力將指向左方,從而使磁環(huán)自動(dòng)回到平衡位置。偏左情況與偏右情況類似,可見在這個(gè)維度上屬于穩(wěn)定平衡。

圖答3 圖答4

Z軸方向情況如圖答4所示。其中左圖表示陀螺的磁環(huán)受重力與兩個(gè)磁斥力的作用而平衡的情況。中圖和右圖表示由于某種原因,使磁環(huán)稍微偏離平衡位置(偏上或偏下)。偏上時(shí),磁環(huán)遠(yuǎn)離下面的兩磁鐵,受兩個(gè)磁鐵的斥力減小,與重力的合力方向向下,能讓磁環(huán)自動(dòng)回到平衡位置;反之磁環(huán)在平衡位置偏下時(shí),三力的合力方向向上,所以也能讓磁環(huán)自動(dòng)回到平衡位置?梢娫谶@個(gè)維度上也屬于穩(wěn)定平衡。

練習(xí)冊(cè)系列答案
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【題目】如圖所示,一半球體M固定在水平地面上,一物體P靜止在半球體表面上(不在最高點(diǎn))。關(guān)于物體P受力情況的分析,下列說法正確的是( )

A.P所受的重力指向半球體的球心

B.P所受的支持力是由M發(fā)生形變而產(chǎn)生的

C.P所受的支持力的方向與M形變的方向相同

D.P對(duì)M的壓力就是P所受重力沿半徑方向的分力

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】一輛質(zhì)量為 1 000 kg 的汽車,在半徑為 50 m 的水平圓形跑道上以速率為 15m/s 做圓周運(yùn)動(dòng),已知汽車與地面的最大靜摩擦力為車重的 0.7 倍,g 10 m/s2。求:

(1)汽車的角速度;

(2)汽車需要的向心力;

(3)要使汽車不打滑,則其速度最大不能超過多少。

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【題目】如圖3所示,在一個(gè)粗糙水平面上,彼此靠近地放置兩個(gè)帶同種電荷的小物塊。由靜止釋放后,兩個(gè)物塊向相反方向運(yùn)動(dòng),并最終停止。在物塊的運(yùn)動(dòng)過程中,下列表述正確的是

A.兩個(gè)物塊的電勢(shì)能逐漸減少

B.物塊受到的庫侖力不做功

C.兩個(gè)物塊的機(jī)械能守恒

D.物塊受到的摩擦力始終小于其受到的庫侖力

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,粗糙的水平面上放有一個(gè)截面為半圓的柱狀物體與豎直擋板間放有一光滑圓球,整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)將擋板水平向右緩慢平移,始終保持靜止。則在著地前的過程中( )

A. 擋板對(duì)的彈力減小

B. 地面對(duì)的摩擦力增大

C. 對(duì)的彈力減小

D. 地面對(duì)的彈力增大

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【題目】在建筑工地上需要將一些材料由高處送到低處,為此工人設(shè)計(jì)了右圖的簡易滑軌:兩根圓柱體木桿ABCD相互平行,斜靠在豎直墻上,把一摞瓦放在兩桿正中間,瓦將沿滑軌滑到低處.在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)瓦滑到底端時(shí)速度較大,有可能會(huì)摔碎.為了減小到底端時(shí)的速度,下列措施可行的是( )

A.減少每次運(yùn)瓦的塊數(shù)

B.增多每次運(yùn)瓦的塊數(shù)

C.減少兩桿之間的距離

D.增大兩桿之間的距離

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖是某小組驗(yàn)證動(dòng)能定理的實(shí)驗(yàn)裝置,在滑塊上安裝一遮光條與拉力傳感器,把滑塊放在水平氣墊導(dǎo)軌上,通過定滑輪的細(xì)繩與鉤碼相連,光電門安裝在B處。測(cè)得滑塊含遮光條和拉力傳感器質(zhì)量為M鉤碼的總質(zhì)量為m、遮光條的寬度為d,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?/span>當(dāng)氣墊導(dǎo)軌充氣后,將滑塊在圖示A位置由靜止釋放后,拉力傳感器記錄的讀數(shù)為F,光電門記錄的時(shí)間為

實(shí)驗(yàn)中是否要求鉤碼總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量M?______

測(cè)得AB之間的距離為L,則對(duì)滑塊驗(yàn)證動(dòng)能定理的表達(dá)式為______用以上對(duì)應(yīng)物理量的符號(hào)表示

為減少實(shí)驗(yàn)誤差,可采取的方法是______

增大AB之間的距離 減少鉤碼的總質(zhì)量

增大滑塊的質(zhì)量 減少遮光條的寬度。

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【題目】已知?dú)湓幽芗?jí)公式為,其中為氫原子的基態(tài)()能量。下列說法正確的是

A.量子數(shù)越大,氫原子能量越小

B.大量處于激發(fā)態(tài)的氫原子會(huì)輻射出3種不同頻率的光

C.氫原子由能級(jí)躍遷到能級(jí),放出光子,核外電子的動(dòng)能和系統(tǒng)電勢(shì)能都減小

D.處于基態(tài)的氫原子吸收能量為的光子躍遷到激發(fā)態(tài)

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【題目】兩個(gè)質(zhì)量相等的小球ab分別用細(xì)線連接,懸掛于同一點(diǎn)O。現(xiàn)給兩小球一定的初速度,使兩小球在同一水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),這樣就構(gòu)成兩圓錐擺,如圖所示。若a、b兩球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑之比為rarb=21,則下列關(guān)于描述a、b兩球運(yùn)動(dòng)的物理量之比,正確的是

A. 速度之比vavb=21

B. 角速度之比ωaωb=21

C. 加速度之比aaab=21

D. 周期之比TaTb=21

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