近期《科学》中文版的文章介绍了一种新技术——航天飞缆,航天飞缆是用柔性缆索将两个物体连接起来在太空飞行的系统.飞缆系统在太空飞行中能为自身提供电能和拖曳力,它还能清理“太空垃圾”等.从1967年至1999年的17次试验中,飞缆系统试验已获得部分成功.该系统的工作原理可用物理学的基本定律来解释.
图15
图15为飞缆系统的简化模型示意图,图中两个物体P、Q的质量分别为mP、mQ,柔性金属缆索长为l,外有绝缘层,系统在近地轨道做圆周运动,运动过程中Q距地面高为h.设缆索总保持指向地心,P的速度为vP.已知地球半径为R,地面的重力加速度为g.
(1)飞缆系统在地磁场中运动,地磁场在缆索所在处的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外.设缆索中无电流,问缆索P、Q哪端电势高?此问中可认为缆索各处的速度均近似等于vP,求P、Q两端的电势差;
(2)设缆索的电阻为R1,如果缆索两端物体P、Q通过周围的电离层放电形成电流,相应的电阻为R2,求缆索所受的安培力多大;
(3)求缆索对Q的拉力FQ.
某一汽车在平直的公路上正在以30m/s的速度匀速行驶，遇到危险采取紧急制动措施，汽车开始做匀减速直线运动。若刹车时该汽车受到的滑动摩擦力为车重的0.5倍，当地的重力加速度g取10m/s2，求：
（1）该汽车在刹车过程中，加速度的大小和方向；
（2）该汽车从开始刹车到完全停下来，一共用了多长的时间？
（3）该汽车从开始刹车到完全停下来，一共滑行了多少米的距离？
如图2所示，一条长为L的细线上端固定，下端拴一个质量为m的带电小球，将它置于一方向水平向右，场强为正的匀强电场中，已知当细线离开竖直位置偏角α时，小球处于平衡状态。
图2
（1）若使细线的偏角由α增大到
，然后将小球由静止释放。则应为多大，才能使细线到达竖直位置时小球的速度刚好为零？
（2）若α角很小，那么（1）问中带电小球由静止释放在到达竖直位置需多少时间？
在非洲萨哈拉大沙漠，有一个旅行者离开了营地，GPS显示他是先向正东走了5km，然后向正南走了6km，接着向正东走了3km、向正北走了11km、向正西走了9km，最后向正南又走了4km，从此失踪。求：
（1）请画出他的旅行路线图；
（2）要求以出发点为坐标原点，向正北为y轴的正方向，建立平面直角坐标系，标出他失踪时的位置坐标；
（3）计算出他失踪的位置相对于出发点的位移大小和方向。
如图所示，长为l的绝缘细线一端悬于O点，另一端系一质量为m、带电荷+q的小球，小球静止时处于O′点。现将此装置放在水平向右的匀强电场中，小球能够静止在A点，此时细线与竖直方向成θ角。若已知当地的重力加速度大小为g，求：
（1）该匀强电场的电场强度大小为多少？
（2）若将小球从O′点由静止释放，则小球运动到A点时的速
度有多大？
如图2所示，一水平放置的圆环形刚性槽固定在桌面上，槽内嵌放着三个大小相同的刚性小球，它们的质量分别为m1、m2、m3、m2＝m3＝2m1，小球与槽的两壁刚好接触，而且它们之间的摩擦可以忽略不计。开始时，三球处于槽中I、II、III的位置，彼此间距离相等，m2和m3静止，m1以速度
沿槽运动，R为圆环的内半径和小球半径之和，各球之间的碰撞皆为弹性碰撞，求此系统的运动周期T。