【題目】飛球調(diào)速器是英國(guó)工程師詹姆斯·瓦特于1788年為蒸汽機(jī)速度控制而設(shè)計(jì)，如圖（a）所示，這是人造的第一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。如圖（b）所示是飛球調(diào)速器模型，它由兩個(gè)質(zhì)量為m的球通過(guò)4根長(zhǎng)為的輕桿與豎直軸的上、下兩個(gè)套筒鉸接。上面套筒固定，下面套筒質(zhì)量為M，可沿軸上下滑動(dòng)。不計(jì)一切摩擦，重力加速度為g，當(dāng)整個(gè)裝置繞豎直軸以恒定的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)（飛球調(diào)速器的旋轉(zhuǎn)速度和蒸汽機(jī)相同）：

(1)求此時(shí)輕桿與豎直軸之間的夾角的余弦值；

(2)為實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽機(jī)的自動(dòng)控制（即將蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在一定范圍內(nèi)），由于擾動(dòng)，當(dāng)套筒下移時(shí)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速升高還是降低？請(qǐng)簡(jiǎn)述其控制原理。

【答案】(1)；(2)升高。由于擾動(dòng)，蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，套筒才會(huì)下移。為保持原來(lái)的轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速升高。

【解析】

(1)小球受到重力mg、上下兩根輕桿的拉力F1、F2，，如圖所示

豎直方向上，物體處于平衡狀態(tài)

水平方向上，由牛頓第二定律

且

下面套筒受到重力Mg、左右兩根輕桿的拉力為F3、F4（根據(jù)對(duì)稱(chēng)性，F3、F4相等），由物體的平衡可知

而

聯(lián)立，解得

(2)升高。

由于擾動(dòng)，蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，套筒才會(huì)下移。為保持原來(lái)的轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速升高。

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

【題目】某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證牛頓第二定律．

（1）該同學(xué)在平衡摩擦力后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)際小車(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的拉力________（填“大于”“小于”或“等于”）砝碼和砝碼盤(pán)的總重力，為了便于探究、減小誤差，應(yīng)使小車(chē)質(zhì)量M與砝碼和砝碼盤(pán)的總質(zhì)量m滿(mǎn)足________的條件．

（2）該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中得到如圖乙所示的一條紙帶（兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有兩個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出），已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器采用的是頻率為50Hz的交流電，根據(jù)紙帶可求出小車(chē)的加速度為________m/s2 （結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．

（3）以砝碼和砝碼盤(pán)的總質(zhì)量為橫坐標(biāo)，加速度為縱坐標(biāo)，畫(huà)出的a-m圖象如圖丙所示，圖線(xiàn)與橫坐標(biāo)的夾角為θ，求得圖線(xiàn)的斜率為k，已知本地的重力加速度為g，則小車(chē)的質(zhì)量為________．

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

【題目】如圖所示，一名消防隊(duì)員在模擬演習(xí)訓(xùn)練中，沿著長(zhǎng)為12m的豎立在地面上的鋼管向下滑，他從鋼管頂端由靜止開(kāi)始先勻加速再勻減速下滑，滑到地面時(shí)速度恰好為零．若他加速時(shí)的加速度大小是減速時(shí)的2倍，下滑總時(shí)間為3s，，則該消防隊(duì)員

A．下滑過(guò)程中的最大速度為4m/s

B．加速與減速過(guò)程的時(shí)間之比為1：2

C．加速與減速過(guò)程中平均速度大小之比為1：1

D．加速與減速過(guò)程的位移之比為1：4

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

【題目】重力大小為G的物體系在OA、OB兩根等長(zhǎng)的輕繩上,輕繩的A端和B端掛在半圓形的支架BAC上,如圖所示。若B端的位置固定,將O繩子的A端沿半圓形支架從豎直位置逐漸靠近水平位置D的過(guò)程中,以下說(shuō)法正確的是( )

A. OA繩上的拉力先增大后減小 B. OA繩上的拉力逐漸增大

C. OB繩上的拉力逐漸增大 D. OB繩上的拉力逐漸減小

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

【題目】某同學(xué)在“用電壓表、電流表測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻”的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得4組U、I數(shù)據(jù)，并在U-I坐標(biāo)平面上標(biāo)出相應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，如圖所示。

（1）圖中標(biāo)出了ABCD四組數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)，由U-I圖線(xiàn)的特性可以判斷______組數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的。

（2）請(qǐng)根據(jù)正確數(shù)據(jù)在U-I坐標(biāo)平面上畫(huà)出U-I圖線(xiàn)。根據(jù)圖線(xiàn)求出電源的電動(dòng)勢(shì)E＝______V，內(nèi)電阻＝_______Ω。

（3）在此電源上外接一個(gè)電阻作為負(fù)載，當(dāng)該電阻值＝____________Ω時(shí)，電源的輸出功率達(dá)到最大值，且Pmax＝_________W。

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

【題目】如圖，一帶正電的點(diǎn)電荷固定于O點(diǎn)，兩虛線(xiàn)圓均以O為圓心，兩實(shí)線(xiàn)分別為帶電粒子M和N先后在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡，a、b、c、d、e為軌跡和虛線(xiàn)圓的交點(diǎn)。不計(jì)重力，下列說(shuō)法正確的是

A.M帶正電荷，N帶負(fù)電荷

B.M在b點(diǎn)的動(dòng)能大于它在a點(diǎn)的動(dòng)能

C.N在d點(diǎn)的電勢(shì)能等于它在e點(diǎn)的電勢(shì)能

D.N在從c點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到d點(diǎn)的過(guò)程中克服電場(chǎng)力做功

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

【題目】某興趣小組通過(guò)如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系．

（1）關(guān)于本實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法中正確的有________

A．調(diào)整滑輪使?fàn)恳瑝K的細(xì)線(xiàn)與長(zhǎng)木板保持平行

B．平衡摩擦力時(shí)，不需要把空砂桶系在滑塊上

C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先釋放滑塊再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源

D．改變滑塊質(zhì)量后，需要重新調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板傾斜度

（2）實(shí)驗(yàn)中得到如圖所示的一條紙帶，A、B、C、D、E為5個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出．測(cè)出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為： x1＝4.29 cm、x2＝4.68 cm、x3＝5.08 cm、x4＝5.49 cm，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50 Hz，則打C點(diǎn)時(shí)滑塊瞬時(shí)速度大小vc=______m/s，滑塊的加速度大小a＝_____m/s2．(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

（3）保持砂和砂桶總質(zhì)量不變，通過(guò)添加砝碼以改變滑塊質(zhì)量，進(jìn)行多次測(cè)量，得到滑塊加速度a、滑塊和砝碼總質(zhì)量M及其對(duì)應(yīng)的的數(shù)據(jù)如表中所示：

滑塊和砝碼總質(zhì)量M（kg）

0.83

0.63

0.50

0.42

0.36

0.31

滑塊加速度a（m·s-2）

0.35

0.37

0.60

0.71

0.81

0.95

滑塊和砝碼質(zhì)量倒數(shù)1/M（kg-1）

1.20

1.60

2.00

2.40

2.80

3.20

請(qǐng)?jiān)趫D示的坐標(biāo)紙中畫(huà)出滑塊的圖象____ ．

（4）img src="http://thumb.zyjl.cn/questionBank/Upload/2020/11/26/22/caa25dbd/SYS202011262243174948452745_ST/SYS202011262243174948452745_ST.004.png" width="47" height="41" style="-aw-left-pos:0pt; -aw-rel-hpos:column; -aw-rel-vpos:paragraph; -aw-top-pos:0pt; -aw-wrap-type:inline" />圖象的斜率大小__________（選填“大于”、“小于”或“等于”）砂和砂桶的總重力．

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

【題目】如圖所示為固定在豎直平面內(nèi)的，內(nèi)壁光滑的絕緣軌道，其半徑為R=1m，軌道所在的空間存在平行于軌道的水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)為E=3×104N/C。在軌道的最下端A處有一個(gè)電荷量為q=+2×10-4C、質(zhì)量為m=0.8kg的小球�，F(xiàn)給小球一個(gè)水平向右的初速度v0=4m/s，g取10m/s2，則（結(jié)果可以用根式表示）

(1)小球運(yùn)動(dòng)的最大速度是多少？

(2)要使小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不脫離軌道，其初速度v0要滿(mǎn)足什么條件？

(3)取A點(diǎn)所在平面為重力勢(shì)能的零勢(shì)能面，在小球能夠做完整圓周運(yùn)動(dòng)的前提下，求小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最小機(jī)械能的大小。

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

【題目】在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室里，一根足夠長(zhǎng)的均勻直細(xì)桿與水平面成θ=固定，質(zhì)量為m=2kg的小球穿在細(xì)桿上靜止于細(xì)桿底端O，如圖甲所示。開(kāi)啟送風(fēng)裝置，有水平向右的恒定風(fēng)力F作用于小球上，在t1=2s時(shí)風(fēng)停止。小球沿細(xì)桿運(yùn)動(dòng)的部分v一t圖象如圖乙所示，取g=10m/s2， sin=0.6， cos＝0.8，忽略浮力。求:

（1）小球與細(xì)桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ和水平風(fēng)力F的大小

（2）小球沿桿上升的最大位移的大小

（3）風(fēng)停后再經(jīng)5s，小球的速度

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同步練習(xí)冊(cè)答案