1. 阅读材料并回答问题:

普通自行车的车把手只具有刹车、转向的功能,共享单车的转动车把手(如图甲所示)在此基础上还能够调速:旋转车把手,旋转角度越大车速将越快。

共享单车的车把手内安装有磁铁、霍尔传感器、复位弹簧、传感线路等装置,旋转把手时,磁铁随之做圆周运动,霍尔传感器则固定不动。霍尔传感器是能根据检测到的磁信号来输出电信号 U0的装置。旋转把手时磁铁转动,改变霍尔传感器在磁场中的位置,旋转角度越大,传感器所在位置的磁场越强,U0的大小随之变化,变化范围为 1~4.2V,并通过传感线路输出给控制器。

控制器是整辆共享单车的控制中心,其调速模块会产生一个周期性变化的电压U1,在接收到 U0后比较 U1与 U0的大小,然后根据比较结果来给场效应管提供电压 Ux,如图乙所示:U1<U0 时,Uk=4V,场效应管导通,电动机 M 工作;U1>U0时,Uk=0V,场效应管截止,电动机M不工作。

在控制器的作用下,场效应管交替通断,其导通与截止时间的比值会影响电动机 M 的转速,比值越大,转速就越快,输出功率也越大。旋转车把手,就是通过改变该比值来控制电动机 M 转速,从而控制车速。松开把手后,复位弹簧会使把手转回初始位置,电动机 M停止工作。

图丙所示是A款共享单车正常启动后U1的周期性变化,一次循环所用时间为T。

 

 

(1) 旋转共享单车的把手时,以把手中的磁铁为参照物,霍尔传感器是选填“静止”或“运动”)的;
(2) Uk=V时,电动机M工作;Uk降为0V时,电动机M不工作,但由于,仍能保持转动;场效应管在该电路中的作用相当于一个(选填“电源”、“导线”、“开关”或“用电器”);
(3) 图丁所示是A款共享单车的某段行驶过程中U随时间变化的关系图像,结合图丙可知,该段行驶过程中 U0=V;
(4) 霍尔传感器所在位置的磁场越强,输出的U0(选填“大”或“小”);
(5) 松开旋转了一定角度的把手后,复位弹簧的能转化为把手和磁铁的动能,把手返回初始位置后 U0=V,电动机 M 停止工作。
【考点】
机械能及其转化; 惯性及其现象; 运动和静止的相对性; 滑动变阻器的原理及其使用; 欧姆定律及其应用;
【答案】

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1. 阅读材料,回答材料后的问题

高空坠物危害有多大

现在从高楼上坠落物体伤人事件时有发生,许多人甚至认为从摩天大楼上掉下来的硬币如果砸到人身上也会要了人的命.理由是由于重力的作用,下落的物体一直在加速,只要下落距离足够长,硬币总会达到使人致死的速度.

实际上这个结论是在不考虑空气阻力的情况下分析得出的,在通常的低速情况下,空气阻力是可以忽略不计;然而在高速运动的情况下,例如研究摩天大楼上掉下来的高速下落的硬币,空气阻力则不可忽略,他们甚至会大到成为决定最终运动状态的关键因素.

在高速情况下的空气阻力大小与速度的平方成正比,速度越大,空气阻力也就越大.然而空气阻力也不会无限制地增大,当空气阻力大到与重力(G=mg)相等时,物体的受力就平衡了.此时物体将稳定地以一个速度匀速下落,这时的速度被称为收尾速度v0 , 它的大小可以通过其与阻力的关系式求得.

通过具体数据计算,得到结果是不论硬币从多高的地方掉下来,最终的速度也不会超过45.4m/s.速度越大,砸在人身上产生的压强越大.进一步计算,这枚硬币砸在人身上,人体受到的压强为P≈7.2MPa,而人体皮肤所能承受的压强为P=20.89±4.11MPa,所以高空坠落的硬币产生的压强比这一极限压强还是小很多的.由此看来,高处落下的硬币基本是不会致命的啦!

但是如果是一个鸡蛋,那就是另外的结论,如果从25楼抛下,就可直接致人死亡;从18楼抛下,可致人头骨碎裂.测算数据显示,假设一个1公斤重的花盆从30米高的楼上掉下来,那么这个花盆落地时产生的势能为294焦耳.

294焦耳的能量是一个什么概念呢?举个例子来说,这个花盆落地后在泥地上砸出一个5厘米深的坑,那撞击一瞬间的能量除以坑的深度等于产生的力,相当于600公斤物体的重力.理论上,这个重量足以压死任何一个人,当然还和坠物的密度、体积、接触面大小也有一定的关系,不过它的杀伤力的确惊人.

(1) 质量越大的物体下落时具有的重力势能越(选填“大”或“小”);
(2) 硬币下落时在达到收尾速度之前,重力阻力(选填“大于”“小于”或“等于”);
(3) 请你分析为什么高空坠落的硬币没有危险,而鸡蛋有危险:(假设鸡蛋最后能达到收尾速度)
(4) 请写出一条建议.
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