Question

【題目】根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)可知，處于自然狀態(tài)的水都是往低處流的，當(dāng)水不再流動(dòng)時(shí)，水面應(yīng)該處于同一高度。在著名的牛頓“水桶實(shí)驗(yàn)”中發(fā)現(xiàn)：將一桶水繞豎直固定中心轉(zhuǎn)軸OO′以恒定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，穩(wěn)定時(shí)水面呈凹狀，水桶截面圖如圖所示。這一現(xiàn)象可解釋為，以桶為參考系，其中的水除受重力外，還受到一個(gè)與轉(zhuǎn)軸垂直的“力”，其方向背離轉(zhuǎn)軸，大小與到軸的垂直距離成正比。水面上的一個(gè)小水滴在該力作用下也具有一個(gè)對(duì)應(yīng)的“勢(shì)能”，在重力和該力的共同作用下，水面上相同質(zhì)量的小水滴最終將具有相同的總勢(shì)能。根據(jù)以上信息可知，下列說(shuō)法中正確的是（　　）

A.該“力”對(duì)水面上小水滴做功與路徑有關(guān)

B.小水滴沿水面向上移動(dòng)時(shí)，該“勢(shì)能”不變

C.小水滴沿水面向上移動(dòng)時(shí)，重力勢(shì)能的增加量等于該“勢(shì)能”的減少量

D.小水滴沿水面向上移動(dòng)時(shí)，受到重力和該“力”的合力大小不變

Answer 1

【答案】C

【解析】

A．由于該“力”做功與重力做功類(lèi)似，所以該“力”對(duì)水面上小水滴做功與路徑無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；

B．由于該“力”與轉(zhuǎn)軸垂直，所以小水滴沿水面向上移動(dòng)時(shí)該力的方向與位移方向夾角小于90°，該力做正功，該勢(shì)能減小，故B錯(cuò)誤；

C．由能量守恒可知，小水滴具有的重力勢(shì)能和該“力”對(duì)應(yīng)的勢(shì)能之和不變，小水滴沿水面向上移動(dòng)時(shí)，重力勢(shì)能增加，該“勢(shì)能”減小，所以小水滴沿水面向上移動(dòng)時(shí)，重力勢(shì)能的增加量等于該“勢(shì)能”的減少量，故C正確；

D．以桶為參考系，小水滴處于平衡狀態(tài)，小水滴受重力，與轉(zhuǎn)軸垂直且背離轉(zhuǎn)軸的力，水面的支持力，由于水面的支持力方向與水面垂直，所以水面上的小水滴受到重力和該“力”的合力一定與水滴所在水面垂直，小水滴沿水面向上移動(dòng)時(shí)，加速度向上，處于超重狀態(tài)，偏向下的合力減小，即重力和該“力”的合力應(yīng)該減小，故D錯(cuò)誤。

故選C。