Question

某同學在觀察紅蠟塊的運動的實驗中，使玻璃管在水平方向勻速運動時發現紅蠟塊的運動軌跡是曲線。于是該同學留心觀察并記錄運動過程中A、B、C三個位置的相關數據。如圖，A到B的距離，B到C的水平距離相等，且都為20cm，A和B位置的蠟塊的高度差為12cm，B和C位置蠟塊的高度差為28cm，已知玻璃管水平移動的速度為5cm/s,蠟塊的質量為20g。試分析蠟塊運動軌跡是曲線的原因。要想使蠟塊的運動軌跡成為一條如圖虛線所示的直線，試通過計算提出整改方案。

Answer 1

見解析

蠟塊浮力大于重力，是由水平方向上的勻速直線運動和豎直方向上的勻加速直線運動的合運動，因此它的軌跡是一條曲線。                                3分
設蠟塊運動時間為t，則
水平方向AB=BC=20cm=0.2m，水平速度v=5cm/s=0.05m/s
∴t=4s                                                     2分
設豎直方向加速度為ɑ，A和B的高度差為12cm， B和C的高度差為28cm則
由 得 ɑ=0.01m/s²                              2分
若豎直方向的運動也是勻速直線運動，蠟塊的運動軌跡將是一條直線，即F_浮=mg
F_合=F_浮－mg=mɑ=0.02×0.01N=2×10^-4N                           2分
也就是在蠟塊上加一個質量為2×10^-5kg的鐵釘就行（其它物體也行）3分