《科学》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。该系统的工作原理可用物理学的基本定律来解释。
下图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,系统在近地轨道作圆周运动,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,求缆索P、Q哪端电势高?两端的电势差多大?
(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多大?
如图所示,M是水平放置的半径足够大的圆盘,绕过其圆心的竖直轴匀速转动,以经过O水平向右的方向作为x轴的正方向。在圆心O正上方距盘面高为h处有一个正在间断滴水的容器,在t=0时刻开始随传送带沿与x轴平行的方向做匀速直线运动,速度大小为v,已知容器在t=0时滴下第一滴水,以后每当前一滴水刚好落到盘面上时再滴一滴水。已知重力加速度为g,求:
(1)每一滴水经多长时间滴落到盘面上?
(2)要使每一滴水在盘面上的落点都位于一条直线上,圆盘转动的最小角速度ω。
(3)第二滴水与第三滴水在盘面上的落点间的最大距离s。
额定功率为80kw的汽车在水平平直公路上行驶时最大速率可达20m/s,汽车质量为2t,如果汽车从静止开始做匀加速直线运动,设运动过程中阻力不变,加速度大小为2m/s2,求:
(1)汽车所受阻力多大?
(2)3s末汽车的即时功率多大?
(3)汽车做匀加速运动的过程可以维持多长时间?
(4)汽车做匀加速直线运动过程中,汽车发动机做了多少功?
如图甲所示,一质量为m =1kg的物块静止在粗糙水平面上的A点,从t = 0时刻开始,物体在受按如图乙所示规律变化的水平力F作用下向右运动,第3s末物块运动到B点时速度刚好为0,第5s末物块刚好回到A点,已知物块与粗糙水平间的动摩擦因数μ= 0.2(g取10m/s2),求:
(1)AB间的距离;
(2)水平力F在5s时间内对物块所做功。
已知万有引力常量为G,地球半径为R,同步卫星距地面的高度为h,地球的自转周期为T,地球表面的重力加速度为g。某同学根据以上条件,提出一种估算地球赤道表面的物体随地球自转的线速度大小的方法:
地球赤道表面的物体随地球作圆周运动,由牛顿运动定律有
又因为地球上的物体的重力约等于万有引力,有
由以上两式得
(1)请判断上面的结果是否正确。如果正确,请说明理由;如不正确,请给出正确的解法和结果。
(2)由题目给出的条件还可以估算出哪些物理量?(写出估算过程)
如图所示,质量M的斜面体置于水平面上,其上有质量为m的小物块,各接触面均无摩擦。第一次将水平力F1加在m上;第二次将水平力F2加在M上,两次都要求m与M不发生相对滑动。求:F1∶F2=?