Question

【題目】根據生活經驗可知，處于自然狀態的水都是往低處流的，當水不再流動時，水面應該處于同一高度。在著名的牛頓“水桶實驗”中發現：將一桶水繞豎直固定中心轉軸以恒定的角速度轉動，穩定時水面呈凹狀，水桶截面如圖所示。這一現象可解釋為，以桶為參考系，其中的水除受重力外，還受到一個與轉軸垂直的“力”，其方向背離轉軸，大小與到軸的垂直距離成正比。水面上的一個小水滴在該力作用下也具有一個對應的“勢能”，在重力和該力的共同作用下，水面上相同質量的小水滴最終將具有相同的總勢能。根據以上信息可知，下列說法中正確的是

A. 該“力”對水面上小水滴做功與路徑有關

B. 小水滴沿水面向上移動時，該“勢能”增加

C. 小水滴沿水面向上移動時，重力勢能的增加量大于該“勢能”的減少量

D. 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

Answer 1

【答案】D

【解析】

因水面上的一個小水滴在該力作用下也具有一個對應的“勢能”可知，該“力”對水面上小水滴做功與路徑無關，選項A錯誤；因該“力”的方向與轉軸垂直，方向背離轉軸，可知小水滴沿水面向上移動時，該“力”做正功，則該“勢能”減小，選項B錯誤；因水面上相同質量的小水滴最終將具有相同的總勢能，可知重力勢能的增加量等于該“勢能”的減少量，選項C錯誤；對其中的一個小水滴而言，水面對水滴的作用力垂直水面向上，則其受到重力和該“力”的合力也一定與水滴所在水面垂直，選項D正確.