15. 如图所示,小明同学把一敞口水杯固定在长杆上,自制了一套水流星装置,在杯中放入少许的水,为了便于观测,他在水中滴入了少许墨水。小明使装置在竖直面内绕
O点做匀速圆周运动的角速度为ω。若水的质量为
m,水到
O点的距离为
R,在最高点时水对杯底有压力。重力加速度为
g。
(1)请画出在最高点水的受力示意图,并求出水流星经过最高点的瞬间水对杯底的压力大小及方向。
(2)为了研究
R对本实验的影响,小明做了新的尝试。他在角速度
ω不变的情况下,调整
R,做了多次
R不同的竖直面内水流星实验,观测现象。请你定性画出水对杯底压力大小
N与
R的函数图像,并结合图像,说明小明可能会看到的实验现象。
(3)a.小明从上述实验联想到了地月系统。地月系统其实是双星系统:地球和月球共同绕着地月系统的质心转动,已知地球质量约为月球质量的81倍,地心到月心的距离约为384400km。求地心到质心的距离。(结果保留两位有效数字)
b.同学们知道,地球表面大部分被海洋覆盖。月球的吸引和离心现象对海平面的高低会有影响。理论表明:由于地月绕共同质心的圆周运动,使得地球各处离心加速度都相同,且在地心处离心加速度与月球产生的引力加速度大小相等(有时为了研究方便引入离心力,物体做匀速圆周运动的离心力等于向心力,由离心力产生的加速度可称为离心加速度)。
在下列甲乙丙丁四幅图中,地球表面灰色部分表示地月系统中海水的大致形状。根据以上信息,你认为哪个图可能是对的,并说明理由。