• 探究能力是物理学研究的重要能力之一.物体因绕轴转动而具有的动能叫转动动能,转动动能的大小与物体转动的角速度有关.为了研究某一砂轮的转动动能Ek与角速度ω的关系.某同学采用了下述实验方法进行探索:如图先让砂轮由动力带动匀速旋转测得其角速度ω,然后让砂轮脱离动力,由于克服转轴间摩擦力做功,砂轮最后停下,测出砂轮脱离动力到停止转动的圈数n,通过分析实验数据,得出结论.经实验测得的几组ω和n如下表所示:ω/rad?s-10.51234n5.02080180320Ek/J 另外已测得砂轮转轴的直径为1cm,转轴间的摩擦力恒定为10/π(N).(1)计算出砂轮每次脱离动力的转动动能,并填入上表中.(2)由上述数据推导出该砂轮的转动动能Ek与角速度ω的关系式为 .(3)若测得脱离动力后砂轮的角速度为2.5rad/s,则它转过45圈后的角速度为 rad/s.试题及答案-填空题-云返教育

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      探究能力是物理学研究的重要能力之一.物体因绕轴转动而具有的动能叫转动动能,转动动能的大小与物体转动的角速度有关.为了研究某一砂轮的转动动能Ek与角速度ω的关系.某同学采用了下述实验方法进行探索:如图先让砂轮由动力带动匀速旋转测得其角速度ω,然后让砂轮脱离动力,由于克服转轴间摩擦力做功,砂轮最后停下,测出砂轮脱离动力到停止转动的圈数n,通过分析实验数据,得出结论.经实验测得的几组ω和n如下表所示:
      ω/rad?s
      -10.51234n5.02080180320Ek/J                                                  另外已测得砂轮转轴的直径为1cm,转轴间的摩擦力恒定为10/π(N).
      (1)计算出砂轮每次脱离动力的转动动能,并填入上表中.
      (2)由上述数据推导出该砂轮的转动动能E
      k与角速度ω的关系式为         
      (3)若测得脱离动力后砂轮的角速度为2.5rad/s,则它转过45圈后的角速度为
                rad/s.

      试题解答


      0.5:2:8:18:32:2ω2:2rad/s
      (1)砂轮克服转轴间摩擦力做功公式W=f?n?πD,f是转轴间的摩擦力大小,n是砂轮脱离动力到停止转动的圈数,D是砂轮转轴的直径.根据动能定理得知,砂轮克服转轴间摩擦力做功等于砂轮动能的减小,求解砂轮每次脱离动力的转动动能.
      (2)采用数学归纳法研究砂轮的转动动能E
      k与角速度ω的关系式:当砂轮的角速度增大为原来2倍时,砂轮的转动动能Ek是原来的4倍;当砂轮的角速度增大为原来4倍时,砂轮的转动动能Ek是原来的16倍,得到Ek与ω2成正比,则有关系式Ek=kω2.将任一组数据代入求出比例系数k,得到砂轮的转动动能Ek与角速度ω的关系式.
      (3)根据动能与角速度的关系式,用砂轮的角速度表示动能,根据动能定理求出转过45圈后的角速度.


      (1)根据动能定理得:E
      k=f?n?πD,代入计算得到数据如下表所示. ω/rad?s-10.51234n5.02080180320Ek/J0.5281832(2)由表格中数据分析可知,当砂轮的角速度增大为原来2倍时,砂轮的转动动能Ek是原来的4倍,得到关系Ek=kω2.当砂轮的角速度增大为原来4倍时,砂轮的转动动能Ek是原来的16倍,得到Ek与ω2成正比,则有关系式Ek=kω2.k是比例系数.将任一组数据比如:ω=1rad/s,Ek=2J,代入得到k=2J?s/rad,所以砂轮的转动动能Ek与角速度ω的关系式是Ek=2ω2
      (3)根据动能定理得
      -f?n?πD=2ω
      22-2ω12
      代入解得ω
      2=2rad/s
      故答案为:(1)0.5,2,8,18,32;
      (2)2ω
      2
      (3)2rad/s

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