- 高中在线物理辅导
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相关例题：
题目：设计一个过滤装置，过滤掉直径为 5mm 的颗粒物。
解题思路：
1. 确定过滤装置的结构和材料：可以选择一个简单的过滤器，使用滤纸、棉布或活性炭等材料制作。
2. 分析颗粒物的运动轨迹和阻力：颗粒物在进入过滤装置后会受到重力、惯性阻力和空气阻力等作用。需要了解这些力的作用效果，以便设计合适的结构来减小阻力。
3. 确定过滤装置的进气口和出口：需要设计合适的进气口和出口，保证空气可以顺畅地通过过滤装置，同时颗粒物被阻挡在过滤装置内。
4. 计算过滤效率：可以通过实验或模拟的方法，测量过滤装置在不同条件下的过滤效率，并分析影响过滤效率的因素。
答案：
假设过滤装置的结构为圆形滤纸，直径为 D，厚度为 h，滤纸的厚度为 d。颗粒物直径为 5mm，即直径为 5mm 的球体直径为 5/2=2.5mm。
根据颗粒物的大小和形状，可以设计一个圆形滤纸，直径略大于颗粒物直径，以防止颗粒物进入滤纸之间的空隙。滤纸的厚度约为 0.5mm，则滤纸的总厚度为 d=0.5+h。
当空气通过过滤装置时，颗粒物会受到重力、惯性阻力和空气阻力等作用。由于颗粒物较大，惯性阻力可以忽略不计。空气阻力主要取决于颗粒物与滤纸之间的摩擦和碰撞。为了减小空气阻力，可以增加滤纸的粗糙度和厚度，以增加颗粒物与滤纸之间的摩擦力。
过滤装置的进气口直径略小于 D，出口直径略大于 D-d。这样可以保证空气可以顺畅地通过过滤装置，同时颗粒物被阻挡在过滤装置内。
根据上述设计，可以通过实验或模拟的方法来测量过滤装置在不同条件下的过滤效率。一般来说，当滤纸的厚度和粗糙度适当时，过滤装置的过滤效率较高。影响过滤效率的因素还包括颗粒物的浓度、空气流速等。
通过这个例题，学生们可以更好地理解和掌握过滤相关的物理知识，包括过滤装置的结构、材料、运动轨迹和阻力、进气口和出口的设计以及过滤效率的计算等。
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