小安和小锋检修自行车时观察到:摇动自行车脚踏板时,大齿轮转动并通过链条带动小齿轮一起转动。小锋认为两齿轮转动一样快,小安则认为小齿轮比大齿轮快,两人带着不同的观点请教老师。
老师解释道:你们说的都有些道理,此轮转动时,其周边的齿轮绕轴心作轨迹为圆的运动﹣﹣圆周运动,可以通过轮齿的运动来研究齿轮的转动,比较物体做圆周运动的快慢有两种方法:①比较单位时间内物体通过的圆弧长,物理学中称为线速度,计算公式 (v:线速度 s:圆弧长 t:时间);②比较单位时间内物体与圆心连线(半径)扫过的角度(如图甲所示),物理学中称为角速度,用字母Ω表示,国际单位是弧度/秒(rad/s)二者之间的关系满足公式:v=Ωr,r表示圆的半径,要比较齿轮转动的快慢,就需要判断大,小齿轮上的轮齿在运动过程中各物理量的大小。
根据老师的解释,请你解答下列问题:
(1)如图乙所示,匀速摇动脚踏板时,大齿轮上某个轮齿(标记为a)在1s内从A点运动到A′点,弧长 =0.16m,则轮齿a的线速度v是多大?
(2)若轮齿a到轴心的距离r0=0.1m,其角速度ϖ是多大?
(3)A点与轴心的连线上有一点C,请你根据角速度的定义判断齿轮转动过程中A,C两点角速度的大小关系,并说明理由。
(4)小齿轮上的某个轮齿(标记为b),在轮齿a由A点运动到A′点的同时从B点运动到B′点,弧长为 ,测量发现 = .请你结合上述材料分别解释两位同学的观点。(链条长度固定且运动过程中与齿轮不打滑)
在如图所示的电路中,电源电压为 ,滑动变阻器的阻值范围在0至 之间,闭合开关 ,调节滑动变阻器,当滑片 置于滑动变阻器的中点时,电流表的示数为 .求:
(1)定值电阻 的阻值;
(2)当滑动变阻器的滑片 置于阻值最大处时,电路的总功率是多少?(得数保留1位小数)
(3)电流表接入电路中的量程是0至 ,在不改变电流表量程的情况下,为了保证电流表的安全,滑动变阻器接入电路中的最小阻值是多少?
如图所示,一个装有水的圆柱形容器放在水平桌面上,容器中的水深 。某同学将一个实心物体挂在弹簧测力计上,在空气中称得物体的重力 ,再将物体缓慢浸没在容器的水中,物体静止时与容器没有接触,且容器中的水没有溢出,弹簧测力计的示数 . 求:
(1)物体放入水中之前,容器底部受到水的压强 ;
(2)物体浸没时受到水的浮力 ;
(3)物体的密度 。
小明观察到高速公路进出口处设有测量货车重力的检测装置,他利用学过的物理知识设计了一套测量货车重力的模拟装置,其工作原理如图甲所示。 为水平杠杆, 长 , 为支点, ,平板上物体所受重力大小通过电流表读数显示。已知定值电阻 的阻值为 ,压力传感器 固定放置, 的阻值随所受压力 变化的关系如图乙所示。平板、压杆和杠杆的质量均忽略不计。
(1)当电池组电压 ,平板上物体所受重力分别是 和 时,闭合开关 ,分别求出电流表的读数。
(2)电池组用久后电压变小为 ,这时平板上物体重 时,电流表读数为 ,求 的大小。
(3)在第(2)问情况中,电池组电压大小为 ,要求平板上重为 的物体对应的电流表读数和电池组电压 的情况下相同,小明采取了两种解决办法:
①其它条件不变,只更换电阻 ,试求出更换后的 的大小。
②其它条件不变,只水平调节杠杆上触点 的位置,试判断并计算触点 应向哪个方向移动?移动多少厘米?
利用叉车运送货物,已知货物质量为 、底面积为 ,货物与叉车水平叉臂的接触面积为 , 取 。
(1)叉车托着货物匀速水平移动,求货物对叉车水平叉臂的压强;
(2)叉车在 内将货物匀速举高 ,求叉车支持力对货物做功的功率。
某家用电热水壶有加热和保温两档,内部电路简化示意图如图甲所示,其中 和 均为阻值不变的发热电阻。某次使用该电热水壶烧水过程中,消耗的电功率随时间变化的图象如图乙所示。求:
(1)该电热水壶加热和保温时的电流之比;
(2)电阻 的阻值;
(3)给 的水加热,使水温从 升至 ,热水壶的工作效率为 ,需要多长加热时间。